2019-2020学年高中物理 第二章 恒定电流 习题课（三） 闭合电路欧姆定律的应用课件 新人教版

第二章恒定电流习题课(三)闭合电路欧姆定律的应用两种UI图象的比较知识点一|知识归纳|图象上的特征电源U­I图象电阻U­I图象图形物理意义电源的路端电压随电路电流的变化关系电阻中的电流随电阻两端电压的变化关系截距与纵轴交点表示电源电动势，与横轴交点表示电源短路电流过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零坐标的乘积UI表示电源的输出功率表示电阻的消耗功率|例题展示|【例1】如图所示，直线A为某电源的U­I图线，曲线B为标识不清的小灯泡L1的U­I图线，将L1与该电源组成闭合电路时，L1恰好能正常发光．若将相同材料制成的标有“3V，20W”的灯泡L2与该电源组成闭合电路，下列说法中正确的是()A．电源的内阻为23ΩB．把灯泡L1换成L2，L2可能正常发光C．把灯泡L1换成L2，电源的输出功率可能相等D．把灯泡L1换成L2，电源的输出功率一定变小[解析]由图读出电源的电动势为E＝4V，图线A的斜率大小表示电源的内阻，则r＝4－16Ω＝0.5Ω，故A错误；灯泡与电源连接时，A、B两图线的交点表示灯泡的工作状态，则知其电压U＝3V，I＝2A，则灯泡L1的额定电压为3V，功率为P＝UI＝6W．把灯泡L1换成“3V,20W”的灯泡L2，不能正常发光，而由P＝U2R知：灯泡L2的正常工作时的电阻为R2＝U2P＝3220＝0.45Ω.灯泡L1的电阻为R1＝UI＝32Ω＝1.5Ω，则知正常发光时灯泡L2的电阻更接近电源的内阻，但是这里灯泡并没有达到正常发光，此时L2的电阻是不确定的；电源的输出功率可能变大，可能相等，也有可能变小，故B、D错误，C正确．[答案]C[规律方法]利用两种图象解题的基本方法利用电源的U­I图象和电阻的U­I图象解题，无论电阻的U­I图象是线性还是非线性，解决此类问题的基本方法是图解法，即把电源和电阻的U­I图线画在同一坐标系中，图线的交点即电阻的“工作点”，电阻的电压和电流可求，其他的量也可求．|对点训练|1．(多选)如图所示的U­I图象中，直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线，直线Ⅱ为某一电阻R的U­I图线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图象可知()A．R的阻值为1.5ΩB．电源电动势为3V，内阻为0.5ΩC．电源的输出功率为3.0WD．电源内部消耗功率为1.5W解析：选AD由于电源的路端电压与电流的关系曲线Ⅰ和电阻R的U­I图线Ⅱ都为直线，所以电源的路端电压与电流的关系图线Ⅰ的斜率的绝对值等于电源内阻，r＝1.5Ω，电阻R的U­I图线Ⅱ的斜率等于电阻R的阻值，R＝1.5Ω，选项A正确，B错误；电源的路端电压与电流的关系图线和电阻R的U­I图线交点纵、横坐标的乘积表示电源的输出功率，电源的输出功率为P＝UI＝1.5×1.0W＝1.5W，选项C错误；由EI＝P＋Pr解得电源内部消耗的功率为Pr＝EI－P＝3.0×1.0W－1.5W＝1.5W，选项D正确．2．(多选)如图所示，图线甲、乙分别为电源的路端电压和电流的关系图线和某金属导体的伏安特性曲线，电源的电动势和内阻分别用E、r表示，根据所学知识分析下列选项正确的是()A．E＝50VB．r＝253ΩC．当该导体直接与该电源相连时，该导体的电阻为20ΩD．当该导体直接与该电源相连时，电路消耗的总功率为80W解析：选AC由图象的物理意义可知电源的电动势E＝50V，内阻r＝ΔUΔI＝50－206－0Ω＝5Ω，故A正确，B错误；该导体与该电源相连时，电阻的电压、电流分别为U＝40V，I＝2A，则R＝UI＝20Ω，此时，电路消耗的总功率P总＝EI＝100W，故C正确，D错误．含有电容器电路的分析与计算知识点二|知识归纳|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．|例题展示|【例2】如图所示的电路中，电源电动势E＝6.00V，其内阻可忽略不计．电阻的阻值分别为R1＝2.4kΩ、R2＝4.8kΩ，电容器的电容C＝4.7μF.闭合开关S，待电流稳定后，用电压表测R1两端的电压，其稳定值为1.50V.(1)该电压表的内阻为多大？(2)由于电压表的接入，电容器的带电量变化了多少？[解析](1)设电压表的内阻为RV，测得R1两端的电压为U1，R1与RV并联后的总电阻为R，则有1R＝1R1＋1RV①由串联电路的规律RR2＝U1E－U1②联立①②，得RV＝R1R2ER1R－R1＋R2U1.代入数据，得RV＝4.8kΩ.(2)电压表接入前，电容器上的电压UC等于电阻R2上的电压，R1两端的电压为UR1，则UCUR1＝R2R1又E＝UC＋UR1.接入电压表后，电容器上的电压为UC′＝E－U1由于电压表的接入，电容器带电量增加了ΔQ＝C(UC′－UC)由以上各式解得ΔQ＝CR1ER1＋R2－U1.代入数据，可得电容器的带电量变化了ΔQ＝2.35×10－6C.[答案](1)4.8kΩ(2)2.35×10－6C[规律方法]分析电容器电荷量变化的方法(1)首先确定电路的连接方式及电容器和哪部分电路并联．(2)根据欧姆定律求并联部分的电压即为电容器两极板间的电压．(3)最后根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量．|对点训练|3.(多选)在如图所示的电路中，灯泡L的电阻大于电源的内阻r，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片P向左移动一段距离后，下列结论正确的是()A．灯泡L变亮B．电源的输出功率变小C．电容器C上电荷最减少D．电流表读数变小，电压表读数变大解析：选BD将滑动变阻器的滑片P向左移动一段距离后，R的阻值变大，电路中电流变小，灯泡L变暗，A错误；路端电压变大，电阻R两端电压变大，电容器C两端电压变大，电容器C上电荷量增加，C错误，D正确；当外电路电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大，灯泡L的电阻大于电源的内阻r，则当P向左移动一段距离后，外电路电阻比r大得越多，电源的输出功率变小，B正确．4.阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示电路．开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2，Q1与Q2的比值为()A.25B.12C.35D.23解析：选C断开S和闭合S后等效电路分别如图甲、乙所示．根据串联电路的电压与电阻成正比可得甲、乙两图中电容器两极板间的电压U1＝15E，U2＝13E，C所带的电荷量Q＝CU，则Q1∶Q2＝3∶5，选项C正确．电路故障的分析与判断知识点三|知识归纳|1．故障特点(1)断路特点：电路中发生断路，表现为电源电压不为零而电流为零，若外电路中任意两点间电压不为零，则这两点间有断点，而这两点与电源连接部分无断点．(2)短路特点：若外电路中发生短路，表现为有电流通过电路而电压为零．2．故障的分析方法这类题目要从已知条件出发，进行严密地推理，找出故障的原因．具体分为两种方法：(1)仪器检测法：a.断路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点．b.短路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该电路被短路．若电压表示数不为零，则该电路没有被短路或不完全被短路．(2)假设法：已知电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后假设某部分电路发生故障，运用欧姆定律进行正向推理，推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路．若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路．用此方法，直到找出发生故障的全部可能为止．|例题展示|【例3】(2018·山西金河学校模拟)某同学在研究电路动态问题时，设计如图所示电路，电源内阻不可忽略，两电表均为理想电表．开关S闭合后电路正常工作，在滑动变阻器R1的滑片P向右滑动的过程中电压表的示数突然减小了，可能是因为()A．滑动变阻器R1短路B．电阻R3断路C．电流表断路D．电阻R2断路[解析]分析电路图可知，电压表测量路端电压，滑动变阻器R1的滑片P向右滑动的过程中，如果滑动变阻器短路了，则总电阻变小，路端电压变小，电压表示数变小，A选项符合题意；如果电阻R3断路，电压表测量没有接入电路的电源两端电压，示数变大，B选项不符合题意；如果电流表或电阻R2断路，总电阻变大，路端电压变大，电压表示数变大，C、D选项不符合题意．[答案]A[规律方法]应用假设法判断电路故障的一般思路假设某个元件短路或断路⇨分析可能出现的结果⇨与题干中所述现象进行比较⇨得出结论|对点训练|5．如图所示，用电压表检查电路的故障，测得Uad＝5.0，Ucd＝0V，Uab＝5.0V，则此故障可能是()A．L断路B．R断路C．R′断路D．S断路解析：选BUab＝5.0V、Uad＝5.0V说明b、c、d与电源之间和a与电源之间的元件和导线是完好的，又Ucd＝0，只能是R断路．6．如图所示，电灯L标有“4V1W”，滑动变阻器R的总电阻为50Ω.当滑片P滑至某位置时，L恰好正常发光，此时电流表示数为0.45A．由于外电路发生故障，电灯L突然熄灭，此时电流表示数变为0.5A，电压表示数为10V．若导线连接完好，电路中各处接触良好．试问：(1)发生的故障是短路还是断路？发生在何处？(2)发生故障前，滑动变阻器接入电路的阻值为多大？(3)电源的电动势和内电阻为多大？解析：(1)电路发生故障后，电流表读数增大，路端电压U＝U2＝I2R2也增大，因此外电路总电阻增大，在外电路某处一定发生了断路．由于电流表有读数，R2不可能断路，电压表也有读数，滑动变阻器R也不可能断路，因此，只可能是电灯L发生断路．(2)L断路后，外电路只有R2，因无电流流过R，电压表示数即为路端电压U2＝U端＝10V，R2＝U2I2＝100.5Ω＝20Ω.L未断路时恰好正常发光，UL＝4V，IL＝PUL＝0.25A，U端′＝U2′＝I2′·R2＝0.45×20V＝9V，R＝URIR＝U端′－ULIL＝9－40.25Ω＝20Ω.(3)根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，故障前E＝9＋(0.45＋0.25)r，故障后E＝10＋0.5r，得r＝5Ω，E＝12.5V.答案：(1)见解析(2)20Ω(3)12.5V5Ω