2010高三物理高考精品专题讲座闭合电路欧姆定律及其应用doc--高中物理 .doc
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1、http:/ 永久免费组卷搜题网http:/ 永久免费组卷搜题网第第 3 3 讲讲 闭合电路欧姆定律及其应用闭合电路欧姆定律及其应用考情直播考情直播1 1、考纲要求考纲要求考纲内容考纲内容能力要求能力要求考向定位考向定位1电源的电动势和内电阻2闭合电路欧姆定律1理解电源电动势和内电阻的概念。2掌握闭合电路欧姆定律,并能熟练运用。考纲对闭合电路欧姆定律及其应用作级要求闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律的联系与区别是近年常考的知识点。2 2、考点整合、考点整合:考点一考点一闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律1 内容:闭合电路的电流跟电源的成正比,跟闭合电路的成反比.2表达式:。3适用条件:。例 1如
2、图 1813 所示,电流表读数为 0.75A,电压表读数为 2V,R3=4,若某一电阻发生断路,则两电表的读数分别变为 0.8A 和 3.2V.(1)是哪个电阻发生断路?(2)电池的电动势和内电阻分别为多大?解析(1)假设 R1发生断路,那么电流表读数应变为零而不应该为 0.8A;假设 R3发生断路,那么电压表读数应变为零而不应该为 3.2V。所以,发生断路的是 R2。(2)R2断路前,R2与 R3串联、然后与 R1并联;R2断路后,电池只对 R1供电,于是有22R4+2=0.75R13.2=0.8R1由此即可解得R1=4R2=8再根据闭合电路的欧姆定律,得rRRRRRE32132)(3213
3、2)(RRRRR=0.75rRE1=0.8可得出E=4V,r=1规律总结 首先画出等效电路图,再根据电路的特点以及电路出现故障的现象进行分析,从而得出故障的种类和位置。一般的故障有两种:断路或局部短路。考点二考点二闭合电路的动态分析闭合电路的动态分析1、总电流 I 和路端电压 U 随外电阻 R 的变化规律:当 R 增大时,I 变小,又据 U=E-Ir 知,U 变大.当 R 增大到时,I=0,U=E(断路).当 R 减小时,I 变大,又据 U=E-Ir 知,U 变小.当 R 减小到零时,I=E r,U=0(短路)2、所谓动态就是电路中某些元件(如滑动变阻器的阻值)的变化,会引起整个电路中各1RR
4、2ER3rVAhttp:/ 永久免费组卷搜题网http:/ 永久免费组卷搜题网部分相关电学物理量的变化。解决这类问题必须根据欧姆定律及串、并联电路的性质进行分析,同时,还要掌握一定的思维方法,如程序法,直观法,极端法,理想化法和特殊值法等等。3、基本思路是“部分整体部分”,从阻值变化的部分入手,由欧姆定律和串、并联电路特点判断整个电路的总电阻,干路电流和路端电压的变化情况,然后再深入到部分电路中,确定各部分电路中物理量的变化情况。例例 2 2在如图所示的电路中,R1、R2、R3、R4皆为定值电阻,R5为可变电阻,电源的电动势为 E,内阻为 r,设电流表 A 的读数为 I,电压表 V 的读数为U
5、,当 R5的滑动触头向 a 端移动时,判定正确的是()AI 变大,U 变小BI 变大,U 变大CI 变小,U 变大DI 变小,U 变小 解析解析 当 R5向 a 端移动时,其电阻变小,整个外电路的电阻也变小,总电阻也变小,根据闭合电路的欧姆定律EIRr知道,回路的总电流I变大,内电压U内=Ir变大,外电压U外=E-U内变小,所以电压表的读数变小,外电阻R1 及R4 两端的电压U=I(R1+R4)变大,R5 两端的电压,即R2、R3 两端的电压为U=U外-U变小,通过电流表的电流大小为U/(R2+R3)变小,答案:D规律总结 在某一闭合电路中,如果只有一个电阻变化,这个电阻的变化会引起电路其它部
6、分的电流、电压、电功率的变化,它们遵循的规则是:(1).凡与该可变电阻有并关系的用电器,通过它的电流、两端的电压、它所消耗的功率都是该可变电阻的阻值变化情况相同.阻值增大,它们也增大.(2).凡与该可变电阻有串关系的用电器,通过它的电流、两端的电压、它所消耗的功率都是该可变电阻的阻值变化情况相同.阻值增大,它们也增大.所谓串、并关系是指:该电阻与可变电阻存在着串联形式或并联形式用这个方法可以很简单地判定出各种变化特点.简单记为:并同串反并同串反考点三考点三闭合电路的功率闭合电路的功率1、电源的总功率:就是电源提供的总功率,即电源将其他形式的能转化为电能的功率,也叫电源消耗的功率P总=EI.2、
7、电源输出功率:整个外电路上消耗的电功率.对于纯电阻电路,电源的输出功率.P出=I2R=E/(R+r)2R,当 R=r 时,电源输出功率最大,其最大输出功率为 Pmax=E2/特别提醒在电路的动态分析中,要注意闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律及串联分压和并联分流的综合应用。在分析电灯明暗变化时,可从电流、电压和功率三个量中的任何一个量分析都可确定。http:/ 永久免费组卷搜题网http:/ 永久免费组卷搜题网4r3、电源内耗功率:内电路上消耗的电功率 P内=U内I=I2r4、电源的效率:指电源的输出功率与电源的功率之比,即=P出/P总=IU/IE=U/E.5、电源输出功率和效率的讨论:电源的
8、输出功率为 P出I2R22)(Rr RRrrRR4)(22rRrR4/)(22当 R=r 时,P出有最大值即 Pm=r42=r42,P出与外电阻 R 的这种函数关系可用图(1)的图像定性地表示,由图像还可知,对应于电源的非最大输出功率 P 可以有两个不同的 外电阻 R1和 R2,由图像还可知,当 Rr 时,若 R 增加,则 P出增大;当 Rr 时,若 R 增大,则 P出减小,值得注意的是,上面的结论都是在电源的电动势和内阻 r 不变的情况下适用,例如图(2)电路中3v,r=0.5,Ro=1.5,变阻器的最大阻值 R10,在 R?时,R 消耗的功率才最大,这种情况可以把 Ro归入内电阻,即当 R
9、r+Ro2 时,R 消耗功率最大,为 Pm=R42=2432=89W;于是在求R?时,Ro消耗的功率才最大,有同学又套用了上述 的方法,把 R 归为内阻,调节 R 内阻 R+rRo,这样套用是错误的。此时应该用另一种思考 方法求解:因为 Ro是定值电阻,由 PI2Ro知,只 要 电 流 最 大,P 就 最 大,所 以 当 把 R 调 到 零 时,Ro上 有 最 大 功 率,P m=202)(Rr Ro=22)5.15.0(31.5=827W,由上述分析可知,在研究电阻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。电源的效率)(22rRIRIrRR
10、Rr11,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 3已知如图,E=6V,r=4,R1=2,R2的变化范围是 010。求:电源的最大输出功率;R1上消耗的最大功率;R2上消耗的最大功率。解析R2=2时,外电阻等于内电阻,电源输出功率最大为2.25W;1R1是定植电阻,电流越大功率越大,所以R2=0 时R1上消耗的功率最大为 2W;把R1也看成电源的一部分,等效电源的内阻为 6,所以,当R2=6时,R2上消耗的功率最大为 1.5W。规律总结 注意R1上消耗的最大功率与R2上消耗的最大功率的条件是不同的。http:/ 永久免费组卷搜题网htt
11、p:/ 永久免费组卷搜题网例 4 如图示的 U-I 图,其中 A 是路端电压随电流的变化规律,B 是某一电阻的伏安特性曲线,用该电源与该电阻组成闭合电路时,电源的输出功率是(),电源的效率是()解析由图中 A 知:E=3V,r=0.5由图中 B 知:R=1电源的输出功率是2()4EPRWRr出因为是纯电阻电路,电源的效率是:2267%()PI RRPIRrRr出总规律总结 电路端电压随电流变化的特性图,以下几个 特 点 必 须记住:(1)线与 U 轴的交点就是电源的电动势(2)曲线与 I 轴的交点就是电源短路电流(3)曲线的斜率大小是电源内电阻的大小(4)曲线上某一点坐标之积是输出功率,如左图
12、中 OUIB所围面积;而图中 ECIO 则是该电流下电源的总功率.考点考点 4 4含容电路的分析与计算含容电路的分析与计算1、电容器的电量:Q=CU2、在直流电路中,电容器对电流起到阻止作用,相当于断路.同时电容器又可被充电,电荷量的大小取决于电容和它两端对应的电路的电压.例题5 如下图所示,U=10V,电阻R1=3,R2=2,R3=5,电容器的电容 C1=4F,C2=1F,求:(1)若电路稳定后,C1、C2的带电量?(2)S 断开以后通过 R2的电量及 R2中电流的方向?解析:(1)电路稳定后,R1、R2是串联,R3上没有电流,C1两端的电压等于 R2的电压,C2的电压等于 R1+R2的电压
13、,即:U1=UR2212RURR=4VU2=U=10V特别提醒1、含电容器的电路的分析和计算,要抓住电路稳定时电容器相当于断路.分析稳定状态的含容电路时可先把含有电容器的支路拆除,画出剩下电路等效电路图,之后把电容器接在相应位置。2、如果变化前后极板带电的电性相同,那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差;如果变化前后极板带电的电性改变,那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。http:/ 永久免费组卷搜题网http:/ 永久免费组卷搜题网C1的电量 Q1=C1U1=1.610-5CC2的电量 Q2=C2U2=1.010-5C(2)S 断开后 C1要通过 R2、R3放
14、电,C2要通过 R3、R2、R1放电,通过 R2的电量是:Q=Q1+Q2=2.610-5C,由电路分析知道,C1下极板带正电,C2右极板带正电,断开 S 后瞬间,其 R2上的放电电流方向为从右向左.高考重点热点题型探究高考重点热点题型探究闭合电路欧姆定律的综合应用 例例 11 7电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路,当滑动变阻器的触头由中点滑向 b 端时,下列说法正确的是A电压表和电流表读数都增大B电压表和电流表读数都减小C电压表读数增大,电流表读数减小D电压表读数减小,电流表读数增大【答案】A【解析】设滑动变阻器的触头上部分电阻为 x,则电路的总电
15、阻为212x RRrRxR总,滑动变阻器的触头由中点滑向 b 端时,并联支路电阻 x 增大,故路端电压变大,同时并联部分的电压变大,故通过电流表的电流增大,故选项 A 正确。例例 22 如图所示的电路中,电源电动势E6.00 V,其内阻可忽略不计.电阻的阻值分别为R12.4 k、R24.8 k,电容器的电容C4.7F.闭合开关 S,待电流稳定后,用电压表测R1两端的电压,其稳定值为 1.50 V.(1)该电压表的内阻为多大?(2)由于电压表的接入,电容器的带电量变化了多少?解析(1)设电压表的内阻为RV,测得R1两端的电压为U1,R1与RV并联后的总电阻为R,则有http:/ 永久免费组卷搜题
16、网http:/ 永久免费组卷搜题网由串联电路的规律联立,得RV代入数据,得RV4.8 k(2)电压表接入前,电容器上的电压UC等于电阻R2上的电压,R1两端的电压为 UR1,则又EUCUR1接入电压表后,电容器上的电压为UCEU1由于电压表的接入,电容器带电量增加了QC(UCUC)由以上各式解得QC代入数据,可得Q2.35106C答案 见解析 例例 33 在如图所示电路中,闭合电键 S,当滑动变阻器的 滑 动触头 P 向下滑动时,四个理想电表的示数都发生变化,电 表 的示数分别用 I、U1、U2和 U3表示,电表示数变化量的大小 分 别用 I、U1、U2和 U3表示 下列比值正确的是()(A)
17、U1/I 不变,U1/I 不变(B)U2/I 变大,U2/I 变大(C)U2/I 变大,U2/I 不变(D)U3/I 变大,U3/I 不变答案 ACD名师指引本题求解的关键是确定U1、U2、U 内的关系,由于 E=U1+U2+U 内,其中 U1变小、U2变大、U 内变小,故有U2=U1+U 内。很多同学由于无法确定这个关系,而得出 ABD 的错误结论。例例 44如图所示的电路中,电池的电动势为 E,内阻为 r,电路中的电阻 R1、R2和 R3的阻值都相同。在电键 S 处于闭合状态下,若将电键 S1由位置 1 切换到位置 2,则http:/ 永久免费组卷搜题网http:/ 永久免费组卷搜题网A电
18、压表的示数变大B电池内部消耗的功率变大C电阻 R2 两端的电压变大D电池的效率变大解析:设电阻 R1=R2=R3=R,当电键 S1接 1 时,电路中总电阻为,当电键 S1接 2 时,电路中总电阻为,总电阻变小,由,变小,变大,路端电压,电源的不变,则路端电压减小,即伏特表读数减小,选项 A 错误,电源内部消耗的功率,变大,增大,B 选项正确,当电键 S1接 1 时,两端电压,当电键 S1接 2 时,两端电压,两 端 电 压 变 小,C选 项 错 误,电 池 的 效 率,则当电键 S1由接 1 改为接 2 时,总电阻变小,电池的效率减小,D 选项错误,所以 B 选项正确。答案B 例例 55 环保
19、汽车将为 2008 年奥运会场馆服务。某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车,总质量33 10 kgm 。当它在水平路面上以v=36km/h 的速度匀速行驶时,驱动电机的输入电流I=50A,电压U=300V。在此行驶状态下(1)求驱动电机的输入功率P电;(2)若驱动电机能够将输入功率的 90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机,求汽车所受阻力与车重的比值(g取 10m/s2);(3)设想改用太阳能电池给该车供电,其他条件不变,求所需的太阳能电池板的最小面积。结合计算结果,简述你对该设想的思考。已知太阳辐射的总功率2604 10 WP,太阳到地球的距离111.5 10 mr,太阳光传播到达地面的过程
20、中大约有 30%的能量损耗,该车所用太阳能电池的能量转化效率约为 15%。解析(1)驱动电机的输入功率:31015 IUP电W。(2)在匀速行驶时,P机=0.9P电,P机=Fv=fv所以:f=0.9P电/v汽车所受阻力与车重之比:045.0mgf。http:/ 永久免费组卷搜题网http:/ 永久免费组卷搜题网(3)当阳光垂直电池板入射时,所需板面积最小,设其为 S,距太阳中心为 r 的球面积:204 rS,若没有能量损耗,太阳能电池板接收到的太阳能功率为P,则0SSPP。设太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为 P,则有PP%301,所以00%301SSPP,由于P电=15%P,所以电池板的最
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