2024版新教材高中物理第十二章電能能量守恒定律專題拓展五電源的U-I圖像及電路分析課件新人教版必修第三冊

專題拓展五

電源的U-I圖像及電路分析共研·突破關鍵能力精練·落實學科素養(yǎng)共研·突破關鍵能力拓展1電源的U-I圖像及應用【歸納】——————————————————○電源U-I圖像和定值電阻的U-I圖像的比較圖像電源的U-I圖像定值電阻的U-I圖像圖形物理意義電源的路端電壓隨電路中電流的變化關系電阻兩端的電壓隨電阻中電流的變化關系截距圖線過坐標軸原點，表示電流為零時電阻兩端的電壓為零坐標U、I的乘積表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率坐標U、I的比值表示外電阻的大小，不同點對應外電阻大小不同表示電阻的大小，每一點對應的比值均相同斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻r的大小表示電阻的大小【典例】例1(多選)如圖所示，a、b分別表示一個電池組和一只電阻的I-U圖線．下列判斷正確的有(

)A．電阻的阻值為15ΩB．電池內(nèi)阻是0.2ΩC．將該電阻接在該電池組兩端，電池組的輸出功率將是15WD．改變外電阻的阻值時，該電池組的最大輸出功率為20W答案：ACD

[訓練1]在兩個不同的閉合電路中，電源的U-I圖像分別如圖所示．下列判斷正確的是(

)A．電動勢E1＝E2，發(fā)生短路時的電流I1<I2B．電動勢E1＝E2，內(nèi)阻r1<r2C．電動勢E1>E2，內(nèi)阻r1<r2D．當兩個電源的工作電流變化量相同時，電源1的路端電壓變化大答案：B解析：根據(jù)閉合電路歐姆定律U＝E－Ir，結合U-I圖像，可知E為圖線與縱軸的截距，－r為直線斜率，由圖像知E1＝E2，r1<r2，I1>I2.由數(shù)學關系ΔU＝－ΔIr知，當工作電流變化量相同時，因為r1<r2，所以|ΔU2|>|ΔU1|，故B正確．拓展2閉合電路的動態(tài)分析【歸納】——————————————————○閉合電路動態(tài)問題的分析方法(1)程序法：遵循“局部—整體—局部”的思路，按以下步驟分析(如圖)．(2)極端法：因滑動變阻器滑動引起電路變化的問題，可將滑動變阻器的滑動端分別滑至兩個極端去討論．(3)結論法“串反并同”“串反”：是指某一電阻增大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減??；某一電阻減小時，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．“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．【典例】——————————————————○例2如圖所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略．開關S閉合后，在滑動變阻器R0的滑片向下滑動的過程中(

)A．電壓表與電流表的示數(shù)都減小B．電壓表與電流表的示數(shù)都增大C．電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小D．電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)增大答案：A

[訓練2]在如圖所示的電路中，電源內(nèi)阻不可忽略，開關S閉合前燈泡LA、LB、LC均已發(fā)光．那么，當開關S閉合時，LA、LB、LC三個燈泡的亮度變化情況是(

)

A．LA亮度不變，LB變亮，LC變暗B．LA變暗，LB變亮，LC變暗C.LA變亮，LB變暗，LC變亮D．LA變暗，LB變亮，LC亮度不變答案：B解析：當開關S閉合時，LC、LD并聯(lián)，電阻減小，外電路總電阻R減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，總電流I增大，LA的電壓UA＝E－Ir，減小，電流IA減小，LA變暗；LB的電流IB＝I－IA，增大，電壓UB增大，LB變亮；LC的電壓UC＝UA－UB，UA減小，UB增大，則UC減小，LC變暗．故B正確．[訓練3]如圖所示為某同學在研究性學習中自制的電子秤原理示意圖．托盤與電阻可忽略的金屬彈簧相連，托盤與彈簧的質(zhì)量均不計，滑動變阻器的滑片與彈簧上端連接．不稱重物時，滑片P在R0的最上端；稱重物時，在壓力作用下滑片P下滑．操作人員可通過電阻很大的燈泡的亮度判斷有沒有開始稱重，電流表的示數(shù)可以反映物體的質(zhì)量．下列說法正確的是(

)A．稱的物體越重，燈泡越暗B．稱的物體越重，電流表示數(shù)越大C．不稱重物時，燈泡會很亮D．不稱重物時，電流表示數(shù)較大

答案：D

拓展3閉合電路的功率和效率【歸納】——————————————————○1．閉合電路中的幾類功率

通用表達式純電阻表達式電源總功率P總＝EIP總＝I2(R＋r)內(nèi)部消耗功率P內(nèi)＝I2rP內(nèi)＝I2r電源輸出功率P外＝U外IP外＝I2R三者關系P總＝P外＋P內(nèi)

【典例】——————————————————○例3在如圖所示的電路中，已知電源電動勢E＝3V，內(nèi)電阻r＝1Ω，電阻R1＝2Ω，滑動變阻器R的阻值連續(xù)可調(diào)．(1)當R多大時，R消耗的功率最大？最大功率為多少？(2)當R多大時，R1消耗的功率最大？最大功率為多少？(3)當R多大時，電源的輸出功率最大？最大功率為多少？

思維提升功率最大值的求解方法(1)對定值電阻來說，其電流最大時功率也最大．(2)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．(3)如圖，求解滑動變阻器R2消耗的最大功率時，可把定值電阻R1等效為電源內(nèi)阻的一部分，則R2＝R1＋r時，R2上消耗的功率最大．

[訓練4]將一個電源與一電阻箱連接構成閉合回路，測得的電阻箱所消耗的功率P與電阻箱的讀數(shù)R的關系如圖所示．下列說法正確的是(

)A．電源最大輸出功率可能大于45WB．電源的內(nèi)阻為5ΩC．電源的電動勢為45VD．電阻箱消耗的功率為最大值時，電源的效率大于50%答案：B

[訓練5]在寒冷地區(qū)，為了防止汽車擋風玻璃窗結霜，可用通電電阻加熱．如圖為10根阻值皆為2Ω的電阻條和一內(nèi)阻為0.5Ω的直流電源．現(xiàn)在要使整個電路中電阻條上消耗的功率最大，則下列說法中正確的是(

)

A．4根，并聯(lián)接入B．4根，串聯(lián)接入C．10根，并聯(lián)接入D．10根，串聯(lián)接入答案：A

拓展4含電容器的電路【歸納】——————————————————○1．電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，此支路相當于斷路，因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓．2．當電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時，電容器兩極板間的電壓與其并聯(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．4．根據(jù)公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求電荷量及其變化量．例4如圖所示，E為電源，其內(nèi)阻不可忽略，RT為熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小，R為定值電阻，C為平行板電容器，G為靈敏電流計．閉合開關S，當環(huán)境溫度明顯降低且穩(wěn)定后，下列說法正確的是(

)A．R兩端電壓變大B．RT兩端電壓變大C．C所帶電荷量減小D．溫度降低的過程中，G中電流方向由a到b答案：B解析：當環(huán)境溫度明顯降低且穩(wěn)定后，熱敏電阻的阻值RT增大，故電路總電阻變大，總電流變小，路端電壓增大，則電容器C兩端電壓變大，由Q＝CU知，電容器所帶電荷量增大，故G中電流方向由b到a；總電流變小，則R兩端電壓變?。挥致范穗妷鹤兇?，故RT兩端電壓變大．故B正確，A、C、D錯誤．[訓練6]

(多選)如圖所示的電路中，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S閉合．電路穩(wěn)定時通過R2的電流為I，斷開開關S后，通過R1的電荷量為q.則(

)A．I＝0.75AB．I＝0.5AC．q＝2×10－5CD．q＝1×10－5C

答案：AD[訓練7]如圖所示，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．閉合開關S，電路達到穩(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，油滴能保持靜止狀態(tài)的是(

)A．增大R1的阻值B．增大R2的阻值C．增大兩板間的距離D．斷開開關S答案：B

精練·落實學科素養(yǎng)1．如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡(燈絲電阻不變)，R3受光照射時阻值變小，當照射光強度增大時(

)A．電壓表的示數(shù)減小

B．R2中電流增大C．小燈泡的功率增大

D．電路的路端電壓增大答案：C解析：當光照增強時，電阻R3的阻值減小，外電路總電阻減小，則電路中的總電阻減小，電路中總電流增大，故R1兩端的電壓增大，即電壓表的示數(shù)增大，A錯誤；因電路中總電流增大，電源的內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，同時R1兩端的電壓增大，故并聯(lián)電路部分電壓減小，則流過R2的電流減小，B、D錯誤；因總電流增大，流過R2的電流減小，可知流過小燈泡的電流一定增大，故由P＝I2R可知，小燈泡消耗的功率增大，C正確．2．如圖所示的電路，電源電動勢為12V，內(nèi)阻恒定且不可忽略．初始時刻，電路中的電流等于I0，且觀察到電動機正常轉(zhuǎn)動．現(xiàn)在調(diào)節(jié)滑動變阻器使電路中的電流減小為I0的一半，觀察到電動機仍在轉(zhuǎn)動．不考慮溫度對電阻的影響，下列說法正確的是(

)A．電源的熱功率減為初始時的一半B．電源的總功率減為初始時的一半C．電動機的熱功率減為初始時的一半D．變阻器的功率減為初始時的四分之一答案：B

3．在如圖所示的電路中，閉合開關S，將滑動變阻器滑片P緩慢向右移動，則(

)A．燈泡L變暗B．電源內(nèi)部消耗的功率先變大后變小C．電容器C上的電荷量增加D．流過R1的電流方向由左向右答案：D解析：滑片右移，接入電路的電阻減小，由閉合電路歐姆定律可知，總電流增大，故燈泡L變亮，A錯誤；電源內(nèi)部消耗的電功率P＝I2r，隨著電流的增大，電源內(nèi)部消耗功率一直變大，B錯誤；由U＝IR可知，燈泡兩端電壓和電源內(nèi)電壓均增大，所以滑動變阻器兩端電壓減小，故與之并聯(lián)的電容器兩端電壓減小，由Q＝CU可知，電容器C上的電荷量減小，C錯誤；電容器帶電荷量減少，故電容器處于放電狀態(tài)，流過R1的電流方向由左向右，D正確．4．如圖所示是測定兩個電源的電動勢和內(nèi)阻實驗中得到的路端電壓和電流的關系圖線，則應有(

)A．當I1＝I2時，電源總功率P1<P2B．當U1＝U2時，電源輸出功率P出1<P出2C．當I1＝I2時，外電阻R1＝R2D．當U1＝U2時，電源內(nèi)部消耗的電功率P內(nèi)1>P內(nèi)2解析：由題圖可知，兩電源的電動勢E相等，由電源的總功率P＝EI知，當I1＝I2時，電