高中物理 第4章 闭合电路欧姆定律和逻辑电路 第2讲 习题课 闭合电路的分析与计算学案 鲁科版选修3-1-鲁科版高二选修3-1物理学案VIP免费

第2讲习题课闭合电路的分析与计算[目标定位]1.会用闭合电路欧姆定律分析动态电路.2.知道电路中闭合电路的功率关系，会计算闭合电路的功率.3.会利用闭合电路的欧姆定律进行含电容器电路的分析与计算．1．闭合电路由内电路和外电路两部分组成，在外电路中沿着电流方向电势降低，在内电路中沿着电流方向电势升高．电动势等于内外电路电势降落之和．2．闭合电路欧姆定律的几种表达形式(1)电流形式：I＝，说明电流与电源电动势成正比，与电路的总电阻成反比．(2)电压形式：E＝IR＋Ir或E＝U外＋U内，表明电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和.一、闭合电路的动态分析1．解决闭合电路动态变化问题，应按照局部→整体→局部的程序进行分析．2．基本思路：电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U内的变化→U外的变化→固定支路→变化支路．(1)对于固定不变的部分，一般按照欧姆定律直接判断．(2)对于变化的部分，一般应根据分压或分流间接判断．(3)涉及变阻器滑动引起的电路变化问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论．例1如图1所示电路，电源内阻不可忽略．开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中()图1A．电压表与电流表的示数都减小B．电压表与电流表的示数都增大C．电压表的示数增大，电流表的示数减小D．电压表的示数减小，电流表的示数增大答案A解析由变阻器R0的滑动端向下滑可知R0连入电路的有效电阻减小，则R外减小，由I＝可知I增大，由U内＝Ir可知U内增大，由E＝U内＋U外可知U外减小，故电压表示数减小．由U1＝IR1可知U1增大，由U外＝U1＋U2可知U2减小，由I2＝可知电流表示数减小，故A正确．借题发挥闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化的问题的分析方法如下：R局→R总→I总→U外⇒1二、闭合电路的功率和效率1．闭合电路的能量关系由闭合电路的欧姆定律E＝U外＋U内得闭合电路的能量关系：qE＝qU外＋qU内①此式反映了电源克服静电力做的功等于内外电路消耗的电能之和．2．闭合电路的功率关系由①式可得：闭合电路的功率关系为：EI＝IU＋I2r②其中，电源的总功率：P总＝EI；电源内耗功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P出＝U外I.3．对于纯电阻电路，电源的输出功率P出＝I2R＝()2·R＝，当R＝r时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为P＝.电源输出功率随外电阻变化曲线如图2所示．图24．电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即η＝＝＝.对于纯电阻电路，电源的效率η＝＝＝，所以当R增大时，效率η提高．当R＝r(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%，效率并不高．例2如图3所示，电路中E＝3V，r＝0.5Ω，R0＝1.5Ω，变阻器的最大阻值R＝10Ω.图3(1)在变阻器的阻值R为多大时，变阻器上消耗的功率最大？最大为多大？(2)在变阻器的阻值R为多大时，定值电阻R0上消耗的功率最大？最大为多大？答案(1)2ΩW(2)0W解析(1)此种情况可以把R0归入电源内电阻，这样变阻器上消耗的功率，也就是电源的输出功率．即当R＝r＋R0＝2Ω时，R消耗功率最大为：Pm＝＝W＝W.(2)定值电阻R0上消耗的功率可以表达为：P＝I2R0，因为R0不变，当电流最大时功率最大，此时应有电路中电阻最小，即当R＝0时R0上消耗的功率最大：Pm′＝R0＝×1.5W＝W.借题发挥在解答第二问时，有些同学又会用第一问的方法来求解，把R归为内阻，调节R使内阻R＋r＝R0，这样使用是错误的．因为R0是定值电阻，由P＝I2R0知，只要电流最大，P就最大．在研究电阻R上消耗的最大功率时，应注意区分“可变与定值”这两种情况，两种情况中求解的思路和方法是不相同的．三、含电容器电路的分析与计算1．在分析电路的特点时，把电容器支路看成断路，即去掉该支路，简化后若要分析电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上．2．确定电容器和哪部分电路并联，该部分电路两端电压即电容器两端电压．3．当电容器和某一电阻串联后接在某一电路两端时，由于电容器所在支路无电流通过，在此2支路的电阻两端电压为零，此电路两端电压即电容器两端电压，而与电容器串联的电阻可看成导线．例3如图4所示，电源电动势E＝10V，内阻可忽略，R1＝4Ω，R2＝6Ω，C＝30...