高中物理第二章恒定电流第10讲习题课：闭合电路欧姆定律的应用学案新人教选修.docx

习题课：闭合电路欧姆定律的应用目标定位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.会利用闭合电路欧姆定律进行含电容器电路的分析与计算.4.知道短路与断路，并会在闭合电路中进行故障分析一、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，R1阻值恒定，R2为热敏电阻(热敏电阻阻值随温度降低而增大)，L为小灯泡，当R2所在位置温度升高时()图1AR1两端的电压减小B小灯泡的亮度变暗C电流表的示数减小D通过R2的电流减小解析当R2所在位置温度升高时R2阻值减小，总电阻减小，总电流增大，电流表的示数增大，R1两端的电压U1IR1增大，故A、C错误；总电流增大，内电压增大，则路端电压UEIr减小，并联部分的电压减小，所以灯泡L变暗，故B正确；通过L的电流减小，而总电流增大，则通过R2的电流增大，故D错误答案B动态电路的分析方法(1)程序法：按照局部整体局部的程序分析.(2)“并同串反”规律：所谓“并同”，即某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大，反之则减小；所谓“串反”，即某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小，反之则增大.二、闭合电路的功率和效率1电源的总功率：P总EI；电源内耗功率P内U内II2r；电源输出功率P出U外I.2对于纯电阻电路，电源的输出功率P出I2R2R，当Rr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的变化曲线如图2所示图23电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即.对于纯电阻电路，电源的效率，所以当R增大时，效率提高当Rr(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E3V，r0.5，R01.5，变阻器的最大阻值R10.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？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RrR02时，R消耗功率最大为：PmWW.(2)定值电阻R0上消耗的功率可以表示为：PI2R0，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R0时，R0上消耗的功率最大：PmR01.5WW.答案(1)2W(2)0W(1)定值电阻消耗功率最大时通过的电流最大.(2)求可变电阻消耗的功率时可将其他电阻等效为电源内阻.三、含电容器电路的分析与计算方法在直流电路中，当电容器充、放电时，电路里有充、放电电流一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的，不漏电的情况)的元件，电容器处电路可看做是断路，简化电路时可去掉它1电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降低，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压2当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等3电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放)电如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电例3如图4所示，电源电动势E10V，内阻可忽略，R14，R26，C30F，求：图4(1)S闭合后，稳定时通过R1的电流；(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的电荷量解析(1)S闭合后，电路稳定时，R1、R2串联，易求I1A，即为通过R1的电流(2)S闭合时，电容器两端电压UCU2IR26V，储存的电荷量Q1CUC.S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时UCE，储存的电荷量Q1CUC.很显然电容器上的电荷量增加了QQQCUCCUC1.2104C电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的，只有通过R1这条途径实现，所以流过R1的电荷量就是电容器上增加的电荷量答案(1)1A(2)1.2104C含电容器电路的分析与计算方法：(1)首先确定电路的连接关系及电容器和哪部分电路并联.(2)根据欧姆定律求并联部分的电压即为电容器两极板间的电压.(3)最后根据公式QCU或QCU，求电荷量及其变化量.四、电路故障分析用电压表检查故障：(1)断路故障判断：先用电压表与电源并联，若有示数，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则说明该段电路中有断点(2)短路故障判断：先用电压表与电源并联，若有示数，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则说明该段电路被短路例4如图5所示，用电压表检查电路的故障，测得Uad5.0，Ucd0V，Uab5.0V，则此故障可能是()图5AL断路BR断路CR断路DS断路解析Uab5.0V、Uad5.0V说明b、c、d与电源之间和a与电源之间的元件和导线是完好的，又Ucd0，只能是R断路答案B1(闭合电路的动态分析)如图6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6A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总减小，由I可知I增大，由U内Ir可知U内增大，由EU内U外可知U外减小，故电压表示数减小由U1IR1可知U1增大，由U外U1U2可知U2减小，由I2可知电流表示数减小，故A正确2(闭合电路中的功率和效率)如图7所示，直线A为电源的UI图线，直线B为电阻R的UI图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和效率分别是()图7A4W,33.3%B2W,33.3%C4W,66.7%D2W,66.7%答案C解析从题图中可知E3V，直线A和直线B的交点是电源和电阻R构成闭合电路的工作点，因此P出UI4W，P总EI6W电源的效率66.7%.3(含容电路分析)(多选)在如图8所示的电路中，灯泡L的电阻大于电源的内阻r，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片P向左移动一段距离后，下列结论正确的是()图8A灯泡L变亮B电源的输出功率变小C电容器C上电荷量减少D电流表读数变小，电压表读数变大答案BD解析将滑动变阻器的滑片P向左移动一段距离后，R的阻值变大，电路中电流变小，灯泡L变暗，A错误；路端电压变大，电阻R两端电压变大，电容器C两端电压变大，电容器C上电荷量增加，C错误，D正确；当外电路电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大，灯泡L的电阻大于电源的内阻r，则当P向左移动一段距离后，外电路电阻比r大得越多，电源的输出功率变小，B正确4(电路故障分析)如图9所示，灯泡L1、L2原来都正常发光，在两灯突然熄灭后，用电压表测得c、d间电压比灯泡正常发光时的电压高，故障的原因可能是(假设电路中仅有一处故障)()图9Aa、c间断路Bc、d间断路Cb、d间断路Db、d间短路答案B解析因电路中L1、L2、R及电源串联，电路中只有一处故障且两灯不亮，电路中必是断路，故D错误电路中无电流，但c、d间电压升高，是因为c、d间断路，c、d两点分别与电源正、负极等电势故正确答案为B.题组一闭合电路的动态分析1如图1所示的电路，闭合开关S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值则()图1A电流表的示数减小B电压表的示数减小C电阻R2两端的电压减小D路端电压增大答案B解析题图中的电路结构是R1与R先并联，再与R2串联，故RR总I干U内U外.R2两端电压U2I干R2，U2增大，所以R与R1的并联电压减小，示数减小，A、C、D错误，B正确2如图2所示，电路中电源的电动势为E，内电阻为r，开关S闭合后，当滑动变阻器R的滑片P向右移动的过程中，三盏规格相同的小灯泡L1、L2、L3的亮度变化情况是()图2A灯L1、L2变亮，灯L3变暗B灯L2、L3变亮，灯L1变暗C灯L1、L3变暗，灯L2变亮D灯L2、L3变暗，灯L1变亮答案C解析变阻器与灯L1串联后与灯L2并联，再与灯L3串联将滑动变阻器的滑片P向右移动的过程中，变阻器接入电路的电阻增大，外电路总电阻增大，由闭合电路欧姆定律得知：干路电流I减小，则通过L3的电流减小，L3变暗，L3两端电压和内阻所占电压都减小，则并联部分电压增大，所以流过灯L2的电流变大，L2变亮，I1II2，I减小，I2增大，则I1减小，灯L1变暗故C正确3如图3所示的电路中，R1、R2为定值电阻，电源的电动势为E、内阻为r.若开关S0、S1均闭合时，电压表读数为U，电流表读数为I，当S1断开时()图3A电压表示数变小，电流表示数变小B电压表示数变小，电流表示数变大C电压表示数变大，电流表示数变小D电压表示数变大，电流表示数变大答案A解析由电路图可知，当开关S1闭合时，R1被短路，此时电路是R2的简单电路，当开关S1断开时，R1、R2串联，总电阻变大，干路电流变小，所以电流表示数减小，根据欧姆定律UIR，可知，R2两端的电压减小，所以电压表示数也减小，故A正确题组二闭合电路的功率和效率4.电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比，如图4所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线，直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线直线C为一个电阻R两端的电压与电流关系的图线，将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么()图4AR接到电源a上，电源的效率较低BR接到电源b上，电源的输出功率较大CR接到电源a上，电源的输出功率较大，电源效率较高DR接到电源b上，电源的输出功率较小，电源效率较高答案C解析电源的效率，由题图可知A与C交点处电压大于B与C交点处电压，则R接在电源a上效率较高；电源输出功率PUI，由题图易得R接在电源a上输出功率较大，A、B、D错误，C正确5电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻R0、变阻器R串联，如图5所示，设R0r，Rab2r，当变阻器的滑片自a端向b端滑动时，下列各物理量中随之减小的是()图5A电池的输出功率B变阻器消耗的功率C固定电阻R0消耗的功率D电池内阻消耗的功率答案B解析根据推论：当外电阻等于电源的内阻时，电源的输出功率最大，滑片自a端向b端滑动时，由于R0r，Rab2r，外电阻大于电源的内阻，当变阻器的滑片自a端向b端滑动时，则变阻器接入电路的电阻减小，电池的输出功率增大故A错误；电路中电流增大，固定电阻R0上和电源的内阻上消耗功率增大将R0看成电源的内阻，则有R0r2r，而Rab2r，利用推论可知，滑片在a点时变阻器的功率最大，滑片向右滑动时，变阻器消耗的功率减小故B正确，C、D错误6.(多选)如图6所示的电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 ，四个电阻的阻值已在图中标出，闭合开关S，下列说法正确的有()图6A路端电压为10 VB电源的总功率为10 WCa、b间电压的大小为5 VDa、b间用导线连接后，电路的总电流为1 A答案AC解析外电路的总电阻R 10 ，总电流I1 A，则路端电压UIR10 V，A对；电源的总功率P总EI12 W，B错；a、b间电压大小为Uab0.515 V0.55 V 5 V，C项对；a、b间用导线连接后，外电路的总电阻为R2 7.5 ，电路中的总电流I1.26 A，D项错误题组三含容电路分析7(多选)M、N是一对水平放置的平行板电容器，将它与一电动势为E，内阻为r的电源组成如图7所示的电路，R是并联在电容器上的滑动变阻器，G是灵敏电流计，在电容器的两极板间有一带电的油滴处于悬浮状态，如图所示，现保持开关S闭合，将滑动变阻器的滑片向上滑动，则()图7A在滑片滑动时，灵敏电流计中有从b向a的电流B在滑片滑动时，灵敏电流计中有从a向b的电流C带电油滴将向上运动D带电油滴将向下运动答案BC解析电容器两极板间的电压UE，当将滑动变阻器的滑片向上滑动时，R增大，U增大，电容器的电荷量增加，处于充电状态，灵敏电流计中有电流，由于电容器上板带正电，则灵敏电流计中有从a向b的电流，故A错误，B正确；U增大，由E分析得知，板间场强增大，则带电油滴将向上运动，故C正确，D错误8如图8所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部闭合开关S，小球静止时受到悬线的拉力为F.调节R1、R2，关于F的大小判断正确的是()图8A保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大B保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小C保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大D保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小答案B解析当电路接通后，对小球受力分析：小球受重力、电场力和悬线的拉力F三个力的作用，其中重力为恒力当电路稳定后，R1中没有电流，两端等电势，因此电容器两极板电压等于R0两端电压当R2不变，R1变化时，电容器两极板电压不变，板间电场强度不变，小球所受电场力不变，F不变，C、D两项错若保持R1不变，缓慢增大R2，R0两端电压减小，电容器两端电压减小，内部电场场强减弱，小球受到的电场力减小，F变小，故A项错，B项正确题组四电路故障分析9如图9所示的电路中，闭合开关后，电压表有示数、电流表指针几乎不动关于电路故障分析正确的是()图9A灯泡L1短路B灯泡L1断路C灯泡L2短路D灯泡L2断路答案D解析如果灯泡L1短路，电路电阻较小，电流表指针偏转角度应较大此选项不符合题意；如果灯泡L1断路，整个电路断路，电压表、电流表指针都不会偏转此选项不符合题意；如果灯泡L2短路，电路电阻较小，电流表指针偏转角度应较大；电压表相当于与导线并联无示数此选项不符合题意；如果灯泡L2断路，电压表测量电源电压，指针会明显偏转；电路电流特别小，指针几乎不动，此选项符合题意10如图10所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3均为定值电阻，与均为理想电表；开始时开关S闭合，均有读数，某时刻发现和读数均变大，则电路中可能出现的故障是()图10AR1断路BR2断路CR1短路DR3短路答案B解析若R1断路，电流表中没有读数，不符合题意，故A错误；若R2断路，外电路总电阻增大，总电流减小，内电压减小，则电压表读数变大；R3的分压增大，则电流表的