2019高中物理 第4章 探究闭合电路欧姆定律 习题课3 闭合电路综合问题学案 沪科版选修3-1.doc

- 1 -习题课习题课 3 3 闭合电路综合问题闭合电路综合问题学习目标 1.进一步理解闭合电路欧姆定律，并掌握其综合应用 2.学会应用闭合电路欧姆定律，分析用电器功率的动态变化问题，掌握电路故障的分析方法，含电容电路问题的分析方法闭合电路中功率的动态变化1闭合电路中电阻、电流和电压的动态变化，必然引起电路中用电器功率的动态变化2闭合电路中滑动变阻器滑片的滑动，开关的通断以及热敏、光敏元件等往往是发生动态变化的原因3判断出用电器电流或电压的变化，就可以确定功率的变化(多选)如图 1 所示电路，电源内阻不可忽略，且R1>r.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CR1上消耗的功率增大D电源输出的功率增大思路点拨：由滑片下滑确定电阻变化，再确定电路总电阻、路端电压的变化由干路电流的变化确定R1功率的变化由内、外电阻关系及变化情况确定电源输出功率的变化ACDACD 变阻器R0的滑片向下滑动，变阻器接入电路的电阻减小，则外电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律得知，干路电流I增大，路端电压U减小，则电压表示数减小，并联部分电压U并EI(R1r)，I增大，E、R1、r均不变，则U并减小，故电流表示数减小，故 A 正确，B 错误；干路电流I增大，由功率公式PI2R分析得知，R1上消耗的功率增大，故 C 正确；根据推论：当电源的内电阻等于外电阻时，电源的输出功率最大，由题意，R1>r，外电路总电阻减小，可知电源输出的功率增大，故 D 正确针对训练- 2 -1(多选)如图 2 所示电路，电源电动势为E，串联的固定电阻为R2，滑动变阻器的总电阻为R1，电阻大小关系为R1R2r，则在滑动触头从a端移动到b端的过程中，下列描述中正确的是( )图 2A电路中的总电流先减小后增大B电路的路端电压先增大后减小C电源的输出功率先增大后减小D滑动变阻器R1上消耗的功率先减小后增大ABAB 当滑动变阻器从ab移动时，R1左右两个部分并联电路总电阻先增大后减小，根据闭合电路欧姆定律可知：电流是先减小后增大，故 A 正确；路端电压UEIr，因为电流先减小后增大，所以路端电压先增大后减小，故 B 正确；当R外r的时候电源的输出功率最大，可知当滑片在a端或者b端时，外电路总电阻R外r，此时电源的输出功率最大，所以输出功率是先减小后增大的，故 C 错误；将R2看成电源的内阻，等效电源的内阻为 2r，变阻器为外电路，显然外电阻小于内电阻，外电阻先增大后减小，等效电源的输出功率，即R1上消耗的功率先增大后减小，故 D 错误2. (多选)如图 3 所示的电路中，电源的电动势E和内阻r恒定不变，滑片P在变阻器正中位置时，电灯 L 正常发光，现将滑片P移到右端，则( ) 【导学号：69682223】图 3A电压表的示数变大B电流表的示数变大C电灯 L 消耗的功率变小D电阻R1消耗的功率变小BCBC 将滑片P移到右端，变阻器接入电路中的电阻R变小，总电阻变小，由闭合电路欧姆定律可以判断电路中总电流变大，电流表示数变大，选项 B 正确由UIR可以判断内电压变大，则路端电压变小，电灯 L 消耗的功率变小，选项 C 正确流过R1的电流I1I出IL变大，- 3 -电阻R1消耗的功率变大，U1变大，选项 D 错误电压表示数UUU1变小，选项 A 错误电路故障的判断方法1仪器检测法(1)断路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点(2)短路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该电路被短路2假设法已知电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后，假设某部分电路发生故障，运用欧姆定律进行正向推理，推理结果若与题述现象相符，则故障发生在该部分电路否则，没发生在该部分电路用此方法，直到找到故障为止如图 4 所示的电路中，开关闭合时，灯 L1、L2正常发光由于电路出现故障，灯L1突然变亮，灯 L2变暗，电流表的读数变小则发生的故障可能是( )图 4AR1断路 BR2断路CR3断路DR4断路思路点拨：分析R1、R2、R3、R4断路电路中的变化由 L1变亮、L2变暗、电流表示数变小判断出电路故障A A 由题图知，R1与灯 L1并联，若R1断路则电路的总电阻增大，由闭合电路的欧姆定律I总，知电路的总电流减小，则并联电路R3、R4的总电流减小，并联电路两端的总电压减小，E R总由欧姆定律可知电流表的读数变小，流过灯 L2电流变小，灯 L2变暗，同理R2两端的电压也减小，由路端电压增大，得到灯 L1两端的电压增大，灯 L1的功率增大，灯 L1变亮，A 对；若R2断路，则电路断开，两灯不亮，电流表没有读数，B 错；若R3断路则灯 L2不亮，C 错；若R4断路则电流表没有读数，D 错针对训练3已知如图 5 所示的电路中有一处发生了断路，现用多用电表的电压挡对电路进行故障检查，当两表笔接a、d和a、b时电表显示的示数均为 5 V，接c、d和b、c时均无示数，则发生- 4 -断路的是( )图 5ALBRCRDSB B 由题意可知，测得Uad5.0 V，测量的是电源，测得Ucd0 V，Ubc0 V，说明在bRcLd之外有断路现象；测得Uab5.0 V，说明a、b之间有断路之处，所以断路是在电阻R上，故选 B.4.在如图 6 所示的电路中，开关 S 闭合后，由于电阻发生短路或断路故障，电压表和电流表的读数都增大，则肯定出现了下列哪种故障( ) 【导学号：69682224】图 6AR1短路BR2短路CR3短路DR1断路A A 因为电流表 A 有示数，因此R3不会断路，R3的电压增大，说明流过R3的电流增大，且R3不会短路，因为若R3短路，电压表无示数，电路中总电阻减小，故障为电阻R1或R2短路经分析：若R2短路，R1中无电流，A 无示数所以故障原因是R1短路含电容电路问题1电路的简化不分析电容器的充、放电过程时，把电容器所处的支路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上2电路稳定时电容器的处理方法电容器所在的支路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不降低电压，是等势体电容器两端的电压等于与之并联的支路两端的电压3电容器所带电荷量及其变化的计算(1)利用QUC计算电容器所带的电荷量(2)如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器- 5 -所带电荷量之差(3)如果变化前后极板带电的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量之和如图 7 所示的电路中，两平行金属板A、B水平放置，两板间的距离d40 cm.电路电压恒为U24 V，电阻R16 .闭合开关 S，待电路稳定后，将一带正电的小球从B板小孔以初速度v04 m/s 竖直向上射入板间若小球带电荷量为q1×102 C，质量为m2×102 kg，不考虑空气阻力求：图 7(1)滑动变阻器接入电路的阻值为多大时，小球恰能到达A板？(2)此时滑动变阻器消耗功率是多大？(g取 10 m/s2)思路点拨：小球在板间受重力、电场力作用，根据临界条件和动能定理可求出板间电压根据闭合电路欧姆定律求解滑动变阻器电阻，进而求出其功率【解析】 (1)小球进入板间后，受重力和电场力作用，且到A板时速度为零设两板间电压为UAB，由动能定理得：mgdqUAB0mv1 22 0所以滑动变阻器两端电压U滑UAB8 V设通过滑动变阻器电流为I，由欧姆定律得：I1 AEU滑 R滑动变阻器接入电路的电阻R滑8 .U滑 I(2)滑动变阻器消耗功率P滑I2R滑8 W.【答案】 (1)8 (2)8 W含有电容器电路的解题步骤在直流电路中，电容器相当于电阻为无穷大的电路元件，此电路是断路解题步骤如下：(1)先将含电容器的支路去掉(包括与它串在同一支路上的电阻)，计算各部分的电流、电压值(2)电容器两极板的电压，等于它所在支路两端点间的电压(3)利用QCU、QCU可以求出电容器的带电量或带电量的变化量(4)通过电容器的电压和平行板间距离可求出两板间电场强度，再分析电场中带电粒子的运- 6 -动针对训练5. (多选)在如图 8 所示的电路中，开关闭合后，灯泡 L 能正常发光当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列判断正确的是( )【导学号：69682225】图 8A滑动变阻器R连入电路中的阻值变小B灯泡 L 变暗C电源消耗的功率增大D电容器C所带电荷量增加BDBD 当滑动变阻器的滑片向右移动时，滑动变阻器R的阻值增大，故 A 错误；R增大，根据闭合电路欧姆定律可知电路中电流减小，灯泡 L 将变暗，故 B 正确；电源消耗的总功率PEI，电流减小，P减小，故 C 错误；路端电压UEIr增大，则电容器电量QCU增大，故D 正确6. (多选)在如图 9 所示的电路中，R1、R2、R3均为可变电阻当开关 S 闭合后，两平行金属板M、N中有一带电液滴正好处于静止状态为使带电液滴向上加速运动，可采取的措施是( )图 9A增大R1 B减小R2C减小R3D减小平行板两极板M、N间距BDBD 据题意，对带电液滴受力分析，受到重力和电场力，且mgqEq，要使带电液滴向U d上加速运动，需要使电场力大于重力，如果增大R1，对电容器电压没有影响，A 选项错误；如果减小R2，据结论“串反并同”可得R3电压变大，则电容器电压变大，可以使带电液滴加速上升，B 选项正确；如果减小R3，同理可以判断R2上的电压变大，电源内电压变大，则据EU2UrU3可知R3上的电压变小，电容器电压变小，液滴向下加速运动，故 C 选项错误；如- 7 -果减小两极板间的距离，电场力增加，液滴将加速向上运动，D 选项正确当 堂 达 标·固 双 基1.如图 10 所示的电路中，电源电动势为E，内电阻为r.开关 S 闭合后，电灯 L1、L2均能发光现将滑动变阻器R的滑片P稍向上移动，下列说法正确的是( )【导学号：69682226】图 10A电灯 L1、L2均变亮 B电灯 L1变亮，L2变暗C电流表的示数变小D电源的总功率变小B B 将滑动变阻器R的滑片P稍向上移动，电流表的示数变大，电灯 L1变亮，L2变暗，电源的总功率变大，选项 B 正确，A、C、D 错误2(多选)如图 11 所示，闭合回路中RT为热敏电阻(电阻值随温度升高明显变小)，R为一定值电阻，已知当环境温度为t0时RTR，E为电源，内阻忽略不计，电表均为理想电表，当环境温度从t0开始升高时下列判断正确的是( )图 11A电流表示数变大B电压表示数变大CRT消耗的功率变大DR消耗的功率变大ADAD 当环境温度升高时，热敏电阻的阻值减小，根据闭合电路欧姆定律知总电流变大，所以电流表示数变大，A 正确；根据欧姆定律，定值电阻R两端的电压增大，因为内阻不计，所以热敏电阻两端的电压减小，所以电压表示数变小，B 错误；将定值电阻R等效为电源的内阻，当RTR时，热敏电阻消耗的功率最大，随着温度的升高，RT阻值减小，RT消耗的功率变小，C 错误；根据PI2R，因为电流变大，R消耗的功率变大，故 D 正确3如图 12 所示的电路中，闭合开关 S 后，灯 L1和 L2都正常发光，后来由于某种故障使灯L2突然变亮，电压表读数增加，由此推断，这故障可能是( )- 8 -图 12A灯 L1灯丝烧断B电阻R2断路C电阻R2短路D电容器被击穿短路B B V 增大，外电阻增大，不可能电容器被击穿短路，选项 D 错若R2短路，L2熄灭；L1断路，L2分压减小，L2变暗，选项 A、C 错R2断路，L2分压增大，L2变亮，选项 B 对4如图 13 所示，电源电动势E6 V，内阻r1 ，电流表内阻RA3 ，三个定值电阻的阻值分别为R15 ，R210 ，R315 ，电容器电容C1.0×1010 F，问：图 13(1)闭合开关 S 待电路稳定后，电流表的示数是多少？(2)闭合开关 S 待电路稳定后，电容器的带电量是多少？(3)再次断开开关 S 待电路稳定，通过R2的电量是多少？【导学号：69682227】【解析】 (1)根据串、并联电路中电阻之间的关系，有R总rRA10 R2R3 R2R3电流表示数I0.6 A.E R总(2)电容器两端电压UEI(rRA)3.6 V电容器带电量QCU3.6×1010 C.(3)电容器通过R2和R3放电，放电电流跟电阻成反比，因此电量也跟电阻成反比，则通过R2的电量为：QR2Q2.16×1010 C.R3 R2R3- 9 -【答案】 (1)0.6 A (2)3.6×1010 C (3)2.16×1010 C