高中物理-2.5電功率-第2課時學案(含解析)粵教版選修3-1

PAGE2.5電功率第2課時1．閉合電路歐姆定律有三種表達形式，其表達式和適用范圍分別為：(1)I＝eq\f(E,R＋r)(外電路為純電阻電路)(2)E＝IR＋Ir(外電路為純電阻電路)(3)E＝U外＋U內(nèi)(任何電路)2．電流通過一段導體時，電流做功的計算公式為W＝UIt，電功率的計算公式為P＝UI.3．電流通過電阻元件時產(chǎn)生熱量的計算公式為Q＝I2Rt，熱功率的計算公式為P＝I2R.4．純電阻電路：電流通過純電阻電路做功時，電能全部轉化為導體的內(nèi)能．W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t；P＝P熱＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R).5．非純電阻電路：含有電動機或電解槽的電路稱為非純電阻電路．W＝UIt>Q＝I2Rt；P＝UI>P熱＝I2R.6．閉合電路的能量轉化關系：EI＝U外I＋U內(nèi)I.一、閉合電路的動態(tài)分析1．特點：斷開或閉合開關、滑動變阻器的滑片移動，使閉合電路的總電阻增大或減小，引起閉合電路的電流發(fā)生變化，致使外電壓、部分電路的電壓和部分電路的電流、功率等發(fā)生變化．是一系列的“牽一發(fā)而動全身”的連鎖反應．2．思維流程：例1(單選)在如圖1所示的電路中，R1、R2和R3皆為定值電阻，R4為可變電阻，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，設電流表的讀數(shù)為I，電壓表的讀數(shù)為U，當R4的滑動觸頭向圖中a端移動時()

圖1A．I變大，U變小 B．I變大，U變大C．I變小，U變大 D．I變小，U變小解析當R4的滑動觸頭向a端移動時，R4接入電路的電阻變小，外電路的總電阻就變小，總電流變大，路端電壓變小，即電壓表的讀數(shù)U變小；由于總電流變大，使得R1、R3兩端電壓都變大，而路端電壓又變小，因此，R2和R4并聯(lián)兩端電壓變小，則電流表的讀數(shù)I變小，故選D.答案D針對訓練1(單選)如圖2所示的電路，閉合電鍵S，待電路中的電流穩(wěn)定后，減小R的阻值．則()圖2A．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構是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，讀數(shù)減小，A、C、D錯誤，B項正確．二、閉合電路的功率2.對于純電阻電路，電源的輸出功率P出＝I2R＝[E/(R＋r)]2R＝eq\f(E2,\f(R－r2,R)＋4r)，當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＝P出/P總＝IU/IE＝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)＝1/(1＋eq\f(r,R))，所以當R增大時，效率η提高．當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R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？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達為：P＝I2R0，因為R0不變，當電流最大時功率最大，此時應有電路中電阻最小，即當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.答案(1)2Ωeq\f(9,8)W(2)0eq\f(27,8)W三、含電容器電路的分析與計算方法在直流電路中，當電容器充、放電時，電路里有充、放電電流．一旦電路達到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當于一個阻值無限大(只考慮電容器是理想的不漏電的情況)的元件，電容器處電路可看做是斷路，簡化電路時可去掉它．分析和計算含有電容器的直流電路時，需注意以下幾點：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低，因此電容器兩極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3如圖5所示，電源電動勢E＝10V，內(nèi)阻可忽略，R1＝4Ω，R2＝6Ω，C＝30μF，求：圖5(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．解析(1)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斷開至達到穩(wěn)定后，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)，所以在這個過程中流過R1答案(1)1A(2)1.2×10－4針對訓練2如圖6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6(1)保持開關S1、S2閉合，求電容器所帶的電荷量．(2)保持開關S1閉合，將開關S2斷開，求斷開開關S2后流過電阻R2的電荷量．答案(1)3×10－5C(2)6×10－解析保持開關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－