高中物理（3-1）教師文檔 第2章 習(xí)題課 閉合電路歐姆定律的應(yīng)用 含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精習(xí)題課：閉合電路歐姆定律的應(yīng)用［學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.會用閉合電路歐姆定律分析動態(tài)電路.2。知道閉合電路中的功率關(guān)系，會計算閉合電路的功率.3。會利用閉合電路歐姆定律進(jìn)行含電容器電路的分析與計算。一、閉合電路的動態(tài)分析閉合電路動態(tài)問題的分析方法(1）程序法基本思路：電路結(jié)構(gòu)的變化→R的變化→R總的變化→I總的變化→U內(nèi)的變化→U外的變化→固定支路eq\b\lc\｛\rc\(\a\vs4\al\co1(并聯(lián)分流I，串聯(lián)分壓U))→變化支路。（2)結(jié)論法——“并同串反”“并同”：是指某一電阻增大時,與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大；某一電阻減小時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小?！按础保菏侵改骋浑娮柙龃髸r，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減?。荒骋浑娮铚p小時,與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大。例1電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源與定值電阻R1、R2及滑動變阻器R連接成如圖1所示的電路。當(dāng)滑動變阻器的觸頭由中點滑向b端時，下列說法正確的是()圖1A.電壓表和電流表讀數(shù)都增大B。電壓表和電流表讀數(shù)都減小C.電壓表讀數(shù)增大，電流表A1示數(shù)減小,A2示數(shù)增大D。電壓表讀數(shù)減小,電流表A1示數(shù)增大,A2示數(shù)減小答案C解析由題圖可知滑動變阻器的觸頭由中點滑向b端時,滑動變阻器連入電路中的阻值R增大,則外電路的總阻值R總增大，干路電流I＝eq\f(E,R總＋r），因R總增大，所以I減小，故A1示數(shù)減小；路端電壓U＝E－Ir，因I減小，所以U增大,即電壓表的讀數(shù)增大；R2兩端電壓U2＝E－I（R1＋r），因I減小,所以U2增大，由I2＝eq\f（U2，R2)知,I2增大，即電流表A2的讀數(shù)增大，故選項C正確,選項A、B、D錯誤.解決閉合電路動態(tài)問題的一般思路1。分析電路，明確各部分電路的串、并聯(lián)關(guān)系及電流表或電壓表的測量對象；2.由局部電阻變化判斷總電阻的變化；3。由I＝eq\f(E，R＋r）判斷總電流的變化；4.據(jù)U＝E－Ir判斷路端電壓的變化；5.由歐姆定律及串、并聯(lián)電路的規(guī)律判斷各部分的電路電壓及電流的變化.針對訓(xùn)練1如圖2所示,A、B、C三只電燈均能發(fā)光，當(dāng)把滑動變阻器的觸頭P向下滑動時，三只電燈亮度的變化是(）圖2A。A、B、C都變亮 B.A、B變亮,C變暗C.A、C變亮，B變暗 D。A變亮，B、C變暗答案B解析滑動變阻器的觸頭P向下滑動時,滑動變阻器連入電路的阻值R減小，所以電路總阻值R總減小,由閉合電路歐姆定律知總電流（I總＝eq\f（E，R總＋r）)變大，通過A的電流增大，故A變亮；由于I總變大,所以內(nèi)阻上的電壓(U內(nèi)＝I總r)變大，所以C兩端的電壓(UC＝E－UA－U內(nèi))變小，通過C的電流IC變小，所以C變暗;由于I總變大，IC變小,所以通過B的電流（IB＝I總－IC)一定增大，B燈變亮，選項B正確.二、閉合電路的功率1。電源的總功率：P總＝EI；電源內(nèi)電阻消耗的功率P內(nèi)＝U內(nèi)I＝I2r；電源輸出功率P出＝U外I。2.對于純電阻電路，電源的輸出功率P出＝I2R＝［eq\f(E，R＋r）］2R＝eq\f（E2,\f(R－r2，R）＋4r），當(dāng)R＝r時,電源的輸出功率最大，其最大輸出功率為Pm＝eq\f（E2,4r)。電源輸出功率隨外電阻變化曲線如圖3所示。圖33.電源的效率：指電源的輸出功率與電源的總功率之比,即η＝eq\f(P出,P總）＝eq\f（IU,IE)＝eq\f(U，E）.對于純電阻電路，電源的效率η＝eq\f(I2R，I2R＋r）＝eq\f(R，R＋r）＝eq\f(1，1＋\f(r，R))，所以當(dāng)R增大時,效率η提高.當(dāng)R＝r(電源有最大輸出功率）時,效率僅為50％,效率并不高.例2如圖4所示,電路中E＝3V,r＝0。5Ω，R0＝1.5Ω，變阻器的最大阻值為10Ω。圖4(1)在變阻器的阻值R為多大時，變阻器上消耗的功率最大？最大為多大？（2）在變阻器的阻值R為多大時，定值電阻R0上消耗的功率最大？最大為多大？答案（1）2Ωeq\f（9,8)W（2）0eq\f（27,8)W解析（1）此種情況可以把R0歸入電源內(nèi)電阻，這樣變阻器上消耗的功率也就是電源的輸出功率.即當(dāng)R＝r＋R0＝2Ω時，R消耗功率最大為：Pm＝eq\f(E2,4R)＝eq\f（32，4×2)W＝eq\f（9，8)W。(2)定值電阻R0上消耗的功率可以表示為：P＝I2R0，因為R0不變,當(dāng)電流最大時功率最大，此時應(yīng)有電路中電阻最小,即當(dāng)R＝0時，R0上消耗的功率最大：Pm′＝eq\f（E2,R0＋r2）R0＝eq\f(32,1。5＋0.52）×1。5W＝eq\f（27，8)W.功率最大值的求解方法1.流過電源的電流最大時，電源的功率、內(nèi)損耗功率均最大.2.對某定值電阻來說，其電流最大時功率也最大.3。電源的輸出功率在外電阻等于內(nèi)阻時最大,若不能相等，外電阻越接近內(nèi)阻時,電源的輸出功率越大。例3如圖5所示,線段A為某電源的U－I圖線,線段B為某電阻的U－I圖線，以上述電源和電阻組成閉合電路時，求：圖5（1)電源的輸出功率P出為多大？（2）電源內(nèi)部損耗的電功率是多少？（3)電源的效率η為多大？答案(1）4W(2）2W（3)66。7％解析根據(jù)題意從A的圖線可讀出E＝3V，r＝eq\f（E,I短）＝eq\f（3，6）Ω＝0.5Ω，從B圖線中可讀出外電阻R＝1Ω.由閉合電路歐姆定律可得I＝eq\f（E,R＋r）＝eq\f（3，1＋0。5）A＝2A，則電源的輸出功率P出＝I2R＝4W，P內(nèi)＝I2r＝2W，電源的總功率P總＝IE＝6W，故電源的效率η＝eq\f(P出,P總)≈66.7%.三、含電容器電路的分析與計算1.電路穩(wěn)定后,由于電容器所在支路無電流通過，所以在此支路中的電阻上無電壓降,因此電容器兩極間的電壓就等于該支路兩端的電壓.2.當(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時,電容器兩極間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端的電壓相等.3.電路的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充（放)電。如果電容器兩端電壓升高,電容器將充電；如果電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電。例4如圖6所示，電源電動勢E＝10V，內(nèi)阻可忽略,R1＝4Ω，R2＝6Ω，C＝30μF,求：圖6(1)S閉合后，穩(wěn)定時通過R1的電流；(2）S原來閉合，然后斷開，這個過程中流過R1的總電荷量。答案(1)1A（2）1.2×10－4C解析(1）S閉合后，電路穩(wěn)定時,R1、R2串聯(lián)，易求I＝eq\f（E，R1＋R2）＝1A.（2)S閉合時，電容器兩端電壓UC＝U2＝I·R2＝6V，儲存的電荷量Q＝C·UC。S斷開至達(dá)到穩(wěn)定后電路中電流為零，此時UC′＝E，儲存的電荷量Q′＝C·UC′.很顯然電容器上的電荷量增加了ΔQ＝Q′－Q＝CUC′－CUC＝1.2×10－4C.電容器上電荷量的增加是在S斷開以后才產(chǎn)生的,這只有通過R1這條電路實現(xiàn)，所以流過R1的電荷量就是電容器帶電荷量的增加量.分析電容器電荷量變化的方法1。首先確定電路的連接方式及電容器和哪部分電路并聯(lián).2。根據(jù)歐姆定律求并聯(lián)部分的電壓即為電容器兩極板間的電壓。3.最后根據(jù)公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求電荷量及其變化量。針對訓(xùn)練2如圖7所示電路中,電源電動勢E＝9V,內(nèi)阻r＝2Ω，定值電阻R1＝6Ω,R2＝10Ω，R3＝6Ω，電容器的電容C＝10μF.圖7(1)保持開關(guān)S1、S2閉合,求電容器所帶的電荷量；(2)保持開關(guān)S1閉合，將開關(guān)S2斷開，求斷開開關(guān)S2后流過電阻R2的電荷量.答案(1）3×10－5C（2)6×10－5C解析(1)保持開關(guān)S1、S2閉合，則電容器兩端的電壓UC＝UR1＝eq\f（E,R1＋R2＋r）R1＝eq\f（9,6＋10＋2）×6V＝3V。電容器所帶的電荷量為Q＝CUC＝10×10－6×3C＝3×10－5C。（2）保持開關(guān)S1閉合，將開關(guān)S2斷開后，電路穩(wěn)定時電容器兩端的電壓等于電源電動勢，此時電容器上的電荷量Q′＝CE＝10×10－6×9C＝9×10－5C，而流過R2的電荷量等于電容器C上電荷量的增加量QR2＝ΔQ＝Q′－Q＝9×10－5C－3×10－5C＝6×10－5C。1。如圖8所示的電路,閉合開關(guān)S，待電路中的電流穩(wěn)定后，減小R的阻值。則()圖8A.電流表的示數(shù)減小B。電壓表的示數(shù)減小C。電阻R2兩端的電壓減小D.路端電壓增大答案B解析題圖中的電路結(jié)構(gòu)是R1與R先并聯(lián)，再與R2串聯(lián)，故R↓→R總↓→I干↑→U內(nèi)↑→U外↓。R2兩端電壓U2＝I干R2，U2增大，所以R與R1的并聯(lián)電壓減小，示數(shù)減小，A、C、D錯誤，B正確。2.如圖9所示，圖線a是某一電源的U－I曲線，圖線b是一定值電阻的U－I曲線。若將該電源與該定值電阻連成閉合電路，已知該電源的內(nèi)阻r＝2.0Ω,則說法錯誤的是（）圖9A。該定值電阻為6ΩB.該電源的電動勢為20VC.將2只這種電阻串聯(lián)作為外電阻,電源輸出功率最大D.將3只這種電阻并聯(lián)作為外電阻,電源輸出功率最大答案C3。電源的效率η定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比,如圖10所示，直線A為電源a的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，直線B為電源b的路端電壓與電流的關(guān)系圖線。直線C為電阻R兩端的電壓與電流的關(guān)系圖線，將這個電阻R分別接到a、b兩電源上,那么（）圖10A.R接到電源a上,電源的效率較低B。R接到電源b上,電源的輸出功率較大C。R接到電源a上，電源的輸出功率較大，電源效率較高D。R接到電源b上，電源的輸出功率較小，電源效率較高答案C解析電源的效率η＝eq\f（UI，EI）＝eq\f(U,E)，由題中圖象可知A與C交點處電壓大于B與C交點處電壓，則R接到電源a上效率較高；電源輸出功率P＝UI，由題中圖象易得R接到電源a上輸出功率較大，A、B、D錯誤,C正確。4。阻值相等的四個電阻、電容器C及電池E(內(nèi)阻可忽略）連接成如圖11所示電路。開關(guān)S斷開且電流穩(wěn)定時，C所帶的電荷量為Q1；閉合開關(guān)S，電流再次穩(wěn)定后,C所帶的電荷量為Q2.Q1與Q2的比值為（)圖11A.eq\f(2，5)B。eq\f（1，2）C.eq\f（3,5)D.eq\f(2,3）答案C解析S斷開時等效電路圖如圖甲所示.甲電容器兩端電壓為U1＝eq\f(E，R＋\f（2，3）R）×eq\f（2，3)R×eq\f（1，2)＝eq\f(1，5)E；S閉合時等效電路圖如圖乙所示.乙電容器兩端電壓為U2＝eq\f（E,R＋\f（1，2)R)×eq\f(1，2)R＝eq\f（1,3)E，由Q＝CU得eq\f(Q1，Q2）＝eq\f（U1，U2)＝eq\f（3,5）,故選項C正確。一、選擇題（1～5題為單選題，6~9題為多選題）1.如圖1所示的電路，三只相同的燈泡L1、L2、L3，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭向b端移動時（)圖1A.L1變亮，L2、L3變暗B。L1、L2變亮，L3變暗C。L1、L3變暗,L2變亮D.L1、L3變亮，L2變暗答案B2.在如圖2所示的電路中，開關(guān)S閉合后和閉合前相比，三個理想電表示數(shù)的變化情況是()圖2A.V示數(shù)變大，A1示數(shù)變大,A2示數(shù)變小B。V示數(shù)變大，A1示數(shù)變小，A2示數(shù)變大C。V示數(shù)變小，A1示數(shù)變大，A2示數(shù)變小D。V示數(shù)變小，A1示數(shù)變小，A2示數(shù)變大答案C解析開關(guān)S閉合后,總電阻減小，干路電流I增大，A1示數(shù)變大，由U外＝E－Ir知，路端電壓U外減小，V示數(shù)變小,由于R處在干路中且其中的電流增大，故其兩端的電壓UR增大，R2兩端的電壓U2＝U外－UR，故U2減小，由歐姆定律知，其中的電流I2減小，A2示數(shù)變小，故選C.3.如圖3所示,電路中R1、R2均為可變電阻，電源內(nèi)阻不能忽略,平行板電容器C的極板水平放置。閉合電鍵S,電路達(dá)到穩(wěn)定時,帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動.如果僅改變下列某一個條件，油滴仍能靜止不動的是(）圖3A。增大R1的阻值 B。增大R2的阻值C。增大兩板間的距離 D。斷開電鍵S答案B解析在直流電路中，R2與電容器串聯(lián)的支路不通，因此電容器兩端的電壓等于R1兩端的電壓，增大R1的阻值，R1兩端的電壓增大,電容器兩端的電壓增大，由E＝eq\f（U，d）可知，電容器兩極板間的電場強(qiáng)度增大，因此板間帶電油滴受到的電場力增大，會向上運動，A項錯誤；增大R2的阻值不改變電路中的總電阻,不改變R1兩端的電壓，因此電容器中油滴仍保持靜止，B項正確；增大兩板間的距離，而電容器的兩板間的電壓一定,由E＝eq\f（U，d）可知，板間的場強(qiáng)減小，油滴受到的電場力減小，油滴會向下運動，C項錯誤；斷開電鍵S,電容器會通過R1、R2進(jìn)行放電，使板間場強(qiáng)減小，油滴受到的電場力減小而向下運動，D項錯誤.4。如圖4所示，直線OAC為某一直流電源的總功率P隨電流I變化的圖線，曲線OBC表示同一直流電源內(nèi)部的熱功率隨電流I變化的圖線.若A、B點的橫坐標(biāo)均為1A,那么AB線段表示的功率為（）圖4A.1WB.6WC。2WD.2。5W答案C解析由題圖不難看出，在C點，電源的總功率等于電源內(nèi)部的熱功率，所以電源的電動勢為E＝3V，短路電流為I短＝3A，所以電源的內(nèi)阻為r＝eq\f（E,I短)＝1Ω。題圖上AB線段表示的功率為PAB＝P總－I2r＝（1×3－12×1）W＝2W.故正確選項為C。5。在如圖5所示的電路中，燈泡L的電阻大于電源的內(nèi)阻r，閉合開關(guān)S，將滑動變阻器滑片P向左移動一段距離后，下列結(jié)論正確的是()圖5A.燈泡L變亮B.電源的輸出功率變大C.電容器C上的電荷量增加D。電流表示數(shù)變小，電壓表示數(shù)變小答案C6。如圖6,a表示某電源路端電壓隨電流變化的圖線，b表示外電阻兩端電壓隨電流變化的圖線，下列判斷正確的是(）圖6A。陰影部分的面積表示電源內(nèi)阻上消耗的功率B。陰影部分的面積表示電源的輸出功率C.當(dāng)α＝β時，電源的輸出功率最大D。當(dāng)α＝β時,電源的效率最高答案BC解析陰影部分表示P＝UI，代表外電阻消耗的功率或電源的輸出功率，A錯誤,B正確；當(dāng)α＝β時說明外電阻的阻值R與電源內(nèi)阻r相等，此時電源的輸出功率最大，此時效率為η＝eq\f(R,R＋r）×100％＝50%，故C正確，D錯誤。7.如圖7所示,直線Ⅰ、Ⅱ分別是電源1與電源2的路端電壓隨輸出電流變化的特性圖線,曲線Ⅲ是一個小燈泡的伏安特性曲線，如果把該小燈泡分別與電源1、電源2單獨連接，則下列說法正確的是()圖7A。電源1與電源2的內(nèi)阻之比是11∶7B。電源1與電源2的電動勢之比是1∶1C。在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡消耗的功率之比是1∶2D。在這兩種連接狀態(tài)下，小燈泡的電阻之比是1∶2答案ABC解析根據(jù)電源U－I圖線，r1＝eq\f(10,7）Ω,r2＝eq\f(10，11)Ω，則r1∶r2＝11∶7，故A正確。E1＝E2＝10V，故B正確。燈泡伏安特性曲線與電源路端電壓隨輸出電流變化的特性圖線的交點即為燈泡與電源連接時的工作狀態(tài),則U1＝3V，I1＝5A,P1＝15W,R1＝eq\f（3，5）Ω.U2＝5V，I2＝6A，P2＝30W，R2＝eq\f（5,6)Ω.P1∶P2＝1∶2，R1∶R2＝18∶25，故C正確,D錯誤。8.如圖8所示的電路中，電源電動勢E＝6V,內(nèi)阻r＝1Ω，電阻R1＝6Ω，R2＝5Ω,R3＝3Ω,電容器的電容C＝2×10－5F。若將開關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定時通過R2的電流為I；斷開開關(guān)S后，通過R1的電荷量為q。則(）圖8A。I＝0。75A B.I＝0。5AC。q＝2×10－5C D.q＝1×10－5C答案AD解析開關(guān)S閉合時，I＝eq\f(E,r＋R并＋R2)＝0.75A,選項A對，B錯；此時UC＝UR并＝1。5V，QC＝C·UC＝3×10－5C，若將開關(guān)斷開，則電容器上所帶的電荷量通過R1、R3放掉，因I1∶I3＝R3∶R1＝1∶2，根據(jù)q＝It可知,通過R1的電荷量q＝eq\f（1,3)QC＝1×10－5C，選項C錯，D對.9。如圖9所示,I為理想電流表示數(shù)，U為理想電壓表示數(shù)，P為定值電阻R2消耗的功率，Q為電容器C所帶的電荷量，W為電源通過電荷量q時電源做的功，當(dāng)變阻器滑動觸頭向右緩慢滑動過程中，下列圖象能正確反映各物理量關(guān)系的是（)圖9答案AB解析當(dāng)變阻器滑動觸頭向右緩慢滑動過程中，接入電路的電阻減小，電路中電流增大，R2消耗的功率為P＝I2R2，P∝I2，故A正確。電容器C兩端的電壓UC＝E－I(R2＋r），電荷量Q＝CUC＝C[E－I（R2＋r)］，則eq\f(ΔQ,ΔI）＝－C(R2＋r），保持不變,則Q－I圖象是向下傾斜的直線，故B正確.電壓表示數(shù)U＝E－Ir，U－I圖象應(yīng)是向下傾斜的直線,故C錯誤。電源通過電荷量q時電源做的功W＝qE，E是電源的電動勢，則W－q是過原點的直線，故D錯誤。二、非選擇題10.如圖10所示，電源電動勢E＝10V,內(nèi)阻r＝0。5Ω，標(biāo)有“8V，16W”的燈泡L恰好能正常發(fā)光，電動機(jī)M繞線的電阻R0＝1Ω,求：圖10(1）電源的總功率；（2)電動機(jī)的輸出功率。答案(1)40W(2）12W解析（1）L正常發(fā)光,路端電壓等于燈泡額定電壓8V內(nèi)電壓U內(nèi)＝(10－8）V＝2V，則總電流I＝eq\f(U內(nèi),r)＝4A電源的總功率為P電＝IE＝4×10W＝40W。(2）流經(jīng)電動機(jī)的電流IM＝I－eq\f(P，U）＝2A輸入電動機(jī)的總功率PM總＝U·IM＝8×2W＝16W電動機(jī)內(nèi)阻消耗功率PM內(nèi)＝Ieq\o\al（2，M)R0＝4×1W＝4W故電動機(jī)輸出功率PM出＝（16－4）W＝12W。11。如圖11所示的電路中，所用電源的電動勢E＝4V，內(nèi)電阻r＝1Ω，電阻R1可調(diào).現(xiàn)將R1調(diào)到3Ω后固定。已知R2＝6Ω，R3＝3Ω,求：圖11(1)開關(guān)S斷開和接通時,通過R1的電