闭合电路问题的分析与计算

闭合电路问题的分析与计算一、闭合电路的欧姆定律的内容ErRI⑴闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路中的电阻之和成反比．这个结论通常叫做闭合电路的欧姆定律⑵闭合电路欧姆定律的表达形式有：①E=U外+U内rREI②（I、R间关系）③U=E-Ir（U、I间关系）ErRRU④（U、R间关系）（3）讨论：U=E-IrrREIErRRU从上式可以看出:(E、r是常量，R、I、U是变量)a.当外电阻R减小时，可知I增大，内电压U′＝Ir增大,路端电压U减小．b.当外电路短路时，R趋近于零，I趋近于E/r，路端电压U趋近于零．电源的内阻一般都很小，所以短路时电流很大为Im=E/r.c.当外电阻R增大时，则I减小，内电压U′＝Ir减小，路端电压U增大．当外电路断开时，R变为无限大，I变为零，Ir也变为零，U=E．这就是说，开路时的路端电压等于电源的电动势.而这时用电压表去测量时，读数却应该略小于电动势（还有微弱电流通过电源）。二、闭合电路的U-I图象右图中a为电源的U-I图象；b为外电阻的U-I图象；a的斜率的绝对值表示内阻大小；a与纵轴的交点坐标表示电源的电动势；b的斜率的绝对值表示外电阻的大小;两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压；该点和原点之间的矩形的面积表示电源的输出功率；uOIImiEUM（I，U）βαbaN当两个斜率相等时（即内、外电阻相等时)图中矩形面积最大，即输出功率最大（可以看出当时路端电压是电动势的一半，电流是最大电流的一半）。三、电源的功率和效率⑴电功率：②电源的输出功率P出=UI③电源内部消耗的功率Pr=I2r①电源的总功率PE=EI电源的输出功率，rErR/)rR(E)rR(REP4422222可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示，ORP出Pmr而当内外电阻相等时，电源的输出功率最大为rEPm42⑵电源的效率：rRREUPPE（最后一个等号只适用于纯电阻电路）1.如图所示电路，电源电动势E为6V，内阻r为2Ω,电阻R为8Ω，电动机M线圈电阻RM为2Ω。当开关S闭合时，电阻R消耗的电功率为2W，则电动机输出的机械功率是（）A．0.5WB．1.5WC．2WD．3.56WMErSRB1.一般计算问题注意分析电路的电压关系.电流关系和功率关系2.如图所示，电源的电动势E＝7.5V，内阻r＝1.0Ω，定值电阻R2＝12Ω，电动机M的线圈的电阻R＝0.50Ω．闭合开关S，电动机转动稳定后，电压表的示数U1＝4V，电阻R2消耗的电功率P2＝3.0W．求电动机转动稳定后：（1）电路的路端电压.（2）通过电动机的电流．MVR1ErSR26V1A3.如图所示，电解槽A和电炉B并联后接到电源上，电源内阻r=1Ω，电炉电阻R=19Ω，电解槽电阻。r′=0.5Ω当S1闭合、S2断开时，电炉消耗功率684W；S1、S2都闭合时电炉消耗功率475W（电炉电阻可看作不变）。试求：（1）电源的电动势；（2）S1、S2都闭合时，流过电解槽的电流大小；（3）S1、S2都闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率。(1).120V(2).20A(3).1700WAS1S2B4．高温超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成，如图。超导部件有一个超导临界电流Ic，当通过限流器的电流I＞Ic时，将造成超导体失超，从超导态（电阻为零）转变为正常态（一个纯电阻）。以此来限制电力系统的故障电流，已知超导部件的正常态电阻为R1=3Ω，超导临界电流Ic=1.2A，限流电阻R2=6Ω，小灯泡L上标有“6V，6W”的字样，电源电动势E=8V，内阻r=2Ω，原来电路正常工作，现L突然发生短路，则()A．短路前通过R1的电流为2/3AB．短路后超导部件将由超导状态转化为正常态C．短路后通过R1的电流为4/3AD．短路后通过R1的电流为2AErS限流电阻R2超导部件R1LBC5.如图所示，定值电阻R1=1Ω，R2为电阻箱，电源电动势为6V，内阻r为3Ω，⑴要使电源有最大的输出功率.应使R2为多大，此时电源最大的输出功率是多少？电源内部消耗的功率是多少？⑵若要使R1上有最大功率，则R2应取多大的值？若要使R2上得到最大功率，则R2应取多大的值？2.最大功率计算问题(1)2Ω,3W(2)0Ω,4Ω6.如图所示，直线A为电源的U-I图线，曲线B为灯泡电阻的U-I图线，用该电源和小灯泡组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率分别是A．4W、8WB．2W、4WC．4W、6WD．2W、3W3.图象问题7.在如图所示的电路中，电源电动势为3.0V，内阻不计，L1、L2、L3为3个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图所示.当开关闭合后，下列判断正确的是A.灯泡L1的电阻为12ΩB.通过灯泡L1的电流为灯泡L2电流的2倍C.灯泡L1消耗的电功率为0.75WD.灯泡L2消耗的电功率为0.30WACD8.小张同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标纸上，如右图中的a、b、c所示，则下列判断正确的是()A.直线a表示电源的总功率B.曲线b表示电源的输出功率C.电源的电动势E=3V.内电阻r=1ΩD.电源的最大输出功率Pmax=9W321P/W369I/A0acbAC9.如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图象；直线B为电源b的路端电压与电流的关系图象；直线C为一个电阻R的两端电压与电流关系的图象。将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么（）A、R接到a电源上，电源的效率较高B、R接到b电源上，电源的输出功率较大C、R接到a电源上，电源的输出功率较大，但电源效率较低D、R接到b电源上，电阻的发热功率和电源的效率都较高10.如图所示电路，当滑线变阻器的滑动触头向b端移动时（）(A)电压表的读数增大，电流表的读数减小(B)电压表和电流表的读数减小(C)电压表和电流表的读数增大(D)电压表的读数减小，电流表的读数增大A4.动态分析问题11.在图3的电路中，当滑动变阻器的滑动头向下滑动时，A、B两灯亮度的变化情况为[]BA．A灯和B灯都变亮B．A灯、B灯都变暗C．A灯变亮，B灯变暗D．A灯变暗，B灯变亮RR112.如图所示的电路中，O点接地，当原来断开的开关S闭合时，电路中A、B两点的电势变化情况是A、都降低B、都升高C、UA升高，UB降低D、UA降低，UB升高A13.如图所示的电路中，A为理想电流表，V1和V2为理想电压表，R1为定值电阻，R2为可变电阻，电池E内阻不可忽略，则下列说法中正确的是A．R2不变时，V2的读数与A读数之比等于R1B．R2不变时，V1的读数与A读数之比等于R1C．R2改变时，V1读数的变化量的绝对值大于V2读数的变化量的绝对值D．R2改变时，V1读数的变化量的绝对值小于V2读数的变化量的绝对值14.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ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示．下列比值正确的是A．U1/I不变，ΔU1/ΔI不变．B．U2/I变大，ΔU2/ΔI变大．C．U2/I变大，ΔU2/ΔI不变D．U3/I变大，ΔU3/ΔI不变．ACD15.如图所示为电路板的示意图，a,b,c,d为接线柱，a,d与220V的交流电源相连接，a，b间，b,c间，c,d间分别接有一个电阻，现发现电路中没有电流，为检查电路故障，用一交流电压表分别测得b,d两点与a,c两点间的电压均为220V，由此可知：A、ab间电路通，cd间电路不通B、ab间电路不通，bc间电路通C、ab间电路通，bc间电路不通D、bc间电路不通，cd电路通5.电路故障分析CD16.如图所示，闭合电键，灯L1，L2正常发光，由电路出现故障，突然发现灯L1变亮，灯L2变暗，电流表示数变小，根据分析，发生的故障可能是A、R1断路B、R2断路C、R3短路D、R4短路A17．如图所示的电路中，闭合电键S后，灯L1和L2都正常发光，后来由于某种故障使灯L2突然变亮，电压表读数增加，由此推断，这故障可能是()A．L1灯灯丝烧断B．电阻R2断路C．电阻R2短路D．电容器被击穿短路18．如图所示的电路中，电源的电动势E=3.0V，内阻r=1.0Ω；电阻R1=10Ω,R2=10Ω,R3=30Ω,R4=35Ω；电容器的电容C=10μF.电容器原来不带电.求接通电键K并达到稳定这一过程中流过R4的总电量。R2R3R4R1ErKCQ=CU′=2.0×10-5C6.含容电路的分析与计算19.如图所示的电路中，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，电阻R1＝3Ω，R2＝6Ω，电容器的电容C＝3.6μF，二极管D具有单向导电性,开始时,开关S１闭合，S2断开．(1)合上S2，待电路稳定以后，求电容器上电量变化了多少?(2)合上S2，待电路稳定以后再断开S1，求断开S1后流过R1的电量是多少?ErR1DR2CS1S2ErR1DR2CS1S2解：（1）设开关S1闭合，S2断开时，电容两端的电压为U1，干路电流为I1根据闭合电路欧姆定律有①A5111.rREIU1=I1R1=4.5V②合上开关S2后，电容电压为U2，干路电流为I2．根据闭合电路欧姆定律有③A221212rRRRREI④V4212122RRRRIU所以电容器上电量变化了⑤C1081612－.)CU(UΔQ或电容器上电量减少了C101.8621－C)UU(Q（2）合上S2后，电容上电量为Q⑥C1044152.CUQ断开S1后，R1和R2的电流与阻值成反比，故流过电阻的电量与阻值成反比故流过电阻R1的电量为⑦C106962121.QRRRQ20.如图所示，电源电动势E=12V，内阻不计，各个电阻的阻值分别为R1=10Ω，R2=5Ω，R3=R4=R5=15Ω。电键S1和S2均断开，电容器电容C=2μF，且未带电。（1）如果只将S1闭合，求通过电阻R5的电荷量。（2）S1闭合足够长的时间后，再将S2闭合，求S2闭合后通过电阻R5的电荷量。(1)1.2×10-5C(2)1.6×10-5C7.综合应用问题:21.[四川卷]如图所示的电路中，两平行金属板A、B水平放置，两板间的距离d=40cm。电源电动势E=24V,内电阻r=1Ω，电阻R=15Ω。闭合开关S，待电路稳定后，将一带正电的小球从B板小孔以初速度v0=4m/s竖直向上射入板间。若小球带电量为q=1×10-2C,质量为m=2×10-2kg,不考虑空气阻力。那么，滑动变阻器接入电路的阻值为多大时，小球恰能到达A板?此时，电源的输出功率是多大？(取g=10m/s2)8＝＝滑滑IUR23W22.[江苏物理卷]电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器，他们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同。图①为某种电热式电器的简化电路图，主要远件有电阻丝R1、R2和自动开关S。（1）当自动开关S闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？（2）用电器由照明电路供电（U＝220V，设加热时用电器的电功率为400W，保温时用电器的电动功率为40W，则R1和R2分虽为多大？（3）若将图①中的自动开关S换成理想的晶体二极管D，如图②所示，其它条件不变，求该用电器工作1小时消耗的电能。