高中物理教科版选修3-1：第二章 直流电路 学案9

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1、学案9　习题课：闭合电路欧姆定律的应用[学习目标定位]1.进一步深入理解闭合电路欧姆定律.2.会应用闭合电路欧姆定律分析、计算有关电路问题．1．闭合电路的欧姆定律有三种表达形式，其表达式：(1)I＝(外电路为纯电阻电路)．(2)E＝IR＋Ir(外电路为纯电阻电路)．(3)E＝U外＋U内(任何电路)．2．纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能．W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t；P＝P热＝UI＝I2R＝.3．非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路．W＝UIt＞Q＝I2Rt;P＝UI＞P热＝I2R.4．闭合电路中的能量转化关系：

2、EI＝U内I＋U外I，对于纯电阻电路该式可写为EI＝I2r＋I2R.一、闭合电路的动态分析1．特点：断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动，使闭合电路的总电阻增大或减小，引起闭合电路的电流发生变化，致使外电压、部分电路的电压和部分电路的电流、功率等发生变化．是一系列的“牵一发而动全身”的连锁反应．2．思维流程：例1　(闭合电路的动态分析)在如图1所示的电路中，R1、R2和R3皆为定值电阻，R4为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设电流表的读数为I，电压表的读数为U，当R4的滑动触头向图中a端移动时(　　)图1A．I变大，U变小B．I变大，U变大C．I变小，

3、U变大D．I变小，U变小解析　当R4的滑动触头向图中a端移动时，R4接入电路的电阻变小，外电路的总电阻就变小，总电流变大，路端电压变小，即电压表的读数U变小；由于总电流变大，使得R1、R3两端电压都变大，而路端电压又变小，因此，R2和R4并联两端电压变小，则电流表的读数I变小，故选D.答案　D针对训练1　如图2所示的电路，闭合电键S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值．则(　　)图2A．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R↓→R总↓→I干↑→U内↑→U

4、外↓.R2两端电压U2＝I干R2，U2增大，所以R与R1的并联电压减小，读数减小，A、C、D错误，B项正确．二、闭合电路的功率1．电源的总功率：P总＝EI；电源内电阻消耗的功率P内＝U内I＝I2r；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＝I2R＝[E/(R＋r)]2R＝，当R＝r时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为Pm＝.电源输出功率随外电阻变化曲线如图3所示．图33．电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即η＝P出/P总＝IU/IE＝U/E.对于纯电阻电路，电源的效率η＝＝＝1/(1＋)，所以当R增大时，效率η提高．

5、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4所示，电路中E＝3V，r＝0.5Ω，R0＝1.5Ω，变阻器R的最大阻值为10Ω.图4(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

6、小，即当R＝0时R0上消耗的功率最大：Pm′＝R0＝×1.5W＝W.答案　(1)2Ω　W　(2)0　W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．分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：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

7、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；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电．例3　如图5所示，电源电动势E＝10V，内阻可忽略，R1＝4Ω，R2＝6Ω，C＝30μF，求：图5(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的总电荷量．解析　(1)电路稳定时，R1、R2串联，易求I＝＝1A.(2)S闭合时，电容器两端电压UC＝U2＝I·R2＝6V，储存的电荷量Q＝C·UC.S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时UC′＝E，储存的电

8、荷量Q′＝C·UC′.很显然电容器上的电荷量增加了Δ