2019-2020学年高中物理 第2章 电路章末总结课件 粤教版选修3-1

章末总结一、电路的动态分析电路的动态分析是欧姆定律与串、并联知识的综合应用，常用方法如下：1．程序法：先由局部电阻R变化判断R总的变化(局部R变大，R总变大，R变小，R总也变小)，再由闭合电路欧姆定律判定I总的变化、U外的变化，最后再由部分电路欧姆定律分析定值电阻上的电压、电流的变化，由总电压(电流)等于各部分电压(电流)之和分析变化电路上的电压、电流的变化．即局部→整体→局部．2．“串反并同”法：所谓串反，即某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端的电压、电功率都减小，反之亦然．所谓“并同”，即某一电阻增大，与它并联或间接并联的电阻中的电流、电压、电功率将增大，反之亦然．3．极限分析法：即因变阻器滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论．电路动态分析的一般步骤：(1)确定外电路总电阻R外的变化．(2)由闭合电路欧姆定律I＝ER外＋r确定电路中总电流的变化，进而明确路端电压的变化情况U端＝E－Ir．(3)由部分电路欧姆定律确定干路上电阻两端电压的变化情况．(4)确定各支路两端的电压变化及各支路电流的变化．例1如图所示电路中，当S闭合后，滑动变阻器的滑片P在如图所示位置时，小灯泡L1、L2、L3、L4的亮度均相同．若将滑片P向左移动，则各灯泡的亮度变化情况是()A．L1、L4变暗，L2、L3变亮B．L2变亮，L1变暗，L3、L4亮度不变C．L1变暗，L2无法判断，L3、L4亮度不变D．四个灯泡亮度都变暗解析：滑片P左移，R↓，R外↓→I总＝ER外＋r↑→U外＝E－I总r↓→I4＝U4R4＝U外R4↓，L4变暗→I3＝I总－I4↑，L3变亮→I2＝I3－I1↑，L2变亮答案：A二、闭合电路中的功率问题1．求电源的最大输出功率极值问题在物理习题中经常出现，处理这类问题的常见方法是：先找出物理量之间的函数关系，再利用数学方法求极值，此法可称为解析法．解题的一般步骤为：(1)分析电路结构，画出等效电路．(2)写出含有变量的解析式．(3)利用函数关系求极值．2．“等效法”求解电路的最大功率当求解闭合电路中某个用电器的最大功率问题时，可把该用电器之外的其他部分等效成一个新的电源，然后再按专题二求极值的方法加以解决，基本方法如下：类型一如图甲所示，当求滑动变阻器R的最大功率时，可把固定电阻R0等效成电源的一个内阻．此时，E′＝E，R′＝r＋R0，当R＝R0＋r时，电源有最大输出功率P出max＝E24R0＋r．类型二如图乙所示，当求解滑动变阻器的最大功率时，把R0和电源等效成一个新电源，此时有：r′＝R0rR0＋r，E′＝ER0R0＋r，当R＝r′时，滑动变阻器有最大功率，Pmax＝E′24r′．甲乙3．非纯电阻电路的功率在非纯电阻电路中，电功大于电热，W＞Q，即IUt＞I2Rt，电功率大于热功率，即UI＞I2R.在计算电功和电热时要用各自的定义式：W＝UIt，P＝UI，Q＝I2Rt，P热＝I2R．对联系到电功、电热、机械能、化学能的综合问题．要从能的转换和守恒的角度分析，再列式计算．如电动机通电后，如果不转，其消耗的电能全部转化为焦耳热(内能)，此时仅相当于纯电阻电路，有W＝UIt＝I2Rt＝Q．例2如图所示电路中，电阻R1＝9Ω，R2＝15Ω，电源电动势E＝12V，内阻r＝1Ω.求：(1)当电流表示数为0.4A时，变阻箱R3的阻值多大？(2)当R3阻值多大时，它消耗的电功率最大？(3)当R3阻值多大时，电源的输出功率最大？解析：由电路图可知，R2与R3并联后再与R1串联，电流表是测量通过电阻R2的电流，根据串并联电路的特点以及闭合电路欧姆定律可求出该题的答案．(1)设干路电流为I，根据并联电路的分流原理I2＝R3R2＋R3I，①外电路的总电阻R＝R1＋R2R3R2＋R3，②由闭合电路欧姆定律得I＝ER＋r，③由①②③式求得R3＝30Ω．(2)设阻值为R3′时，它消耗的功率最大为P3，此时电源的等效内阻为r′＝r＋R1R2r＋R1＋R2＝6Ω，所以当R3′＝r′＝6Ω时，等效电源的输出功率即R3消耗的功率最大．(3)设阻值为R3″时，电源输出功率最大为Pm，Pm＝ER＋r2R．当外电路的总电阻R＝r时，电源输出功率最大．因为R＞r，所以当R越接近r时输出功率越大．故只有当R3″＝0时，R接近r，此时电源输出功率最大．答案：(1)30Ω(2)6Ω(3)0三、含容电路问题电容器是一个储存电能的元件，在直流电路中，当电容器充、放电时，电路里有充、放电电流，一旦电路达到稳定状态，电容器的电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的、不漏电的情况)的元件，在电容器处的电路可看作是断路，简化电路时可去掉它．简化后若要求电容器所带的电荷量时，可在相应的位置补上．分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：(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无电压降，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)电路中的电流、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，电容器将通过与它并联的电路放电．例3在如图所示的电路中，电源电动势E＝3.0V，内电阻r＝1.0Ω；电阻R1＝10Ω，R2＝10Ω，R3＝30Ω，R4＝35Ω；电容器的电容C＝100μF，电容器原来不带电，求接通开关S后流过R4的总电荷量．解析：由电阻的串并联公式得闭合电路的总电阻R总＝R1R2＋R3R1＋R2＋R3＋r＝9Ω，由欧姆定律得通过电源的电流I＝ER总＝13A，电源的路端电压U＝E－Ir＝83A，R3两端的电压U′＝R3R2＋R3U＝2V，通过R4的总电荷量就是电容器的电荷量Q＝CU′．由以上各式并代入数据解得Q＝2.0×10－4C．答案：2.0×10－4C四、电学实验问题1．电压表、电流表和多用电表的读数(1)电压表、电流表和多用电表直流电压挡、直流电流挡的读数，要看清选择的量程、最小刻度．(2)多用电表欧姆表的读数要看清选择的倍率，如“×1”“×10”“×100”等．2．电学仪器的选择(1)依据安全性、方便性的原则，电流表、电压表既不要超过各表的量程，又不能让各表摆角太小(一般要达到满偏刻度的一半以上)．欧姆表指针最好指在中央刻度附近．(2)对电路中的电流要进行估算，然后根据估算结果进行选择．3．滑动变阻器的接法(1)限流式：连接简单，调节方便，但调节范围比较小．(2)分压式：调节范围可以从零开始，可以得到较大范围的数据．4．高考经常考查的实验(1)电阻的测量．高考中电阻的测量考查的形式很多，但其本质是伏安法测电阻，所以解决问题的关键是找出加在待测电阻上的电压和通过待测电阻的电流．题目常见的变形方法有：①缺少电压表或电流表，此时一定会存在一个电压表或电流表的替代品，可用电压表当作电流表使用，或用电流表当作电压表使用，或改装电表．②半偏法测电表内阻．由于电表自身可进行读数，通过电阻箱的帮助可测电表内阻．③电桥法测电阻．(2)描绘小灯泡的伏安特性曲线．其中包含电路的选择，电流表的内外接问题，滑动变阻器的分压限流问题．(3)伏安法测定电源的电动势和内电阻．注意根据实验误差的来源判断选择电路．在进行数据处理时注意图象的物理意义和图象的变形应用．例4用以下器材测量一待测电阻的阻值，器材与规格如下：电流表A1(量程250mA，内阻r1为5Ω)；标准电流表A2(量程300mA，内阻r2约为5Ω)；待测电阻R1(阻值约为100Ω)；滑动变阻器R2(最大阻值为10Ω)；电源E(电动势约为10V，内阻r约为1Ω)；单刀单掷开关S，导线若干．(1)要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明器材代号．(2)实验中，需要直接测量的物理量是____________，用测得的量表示待测电阻R1的阻值计算式R1＝________．解析：(1)本题是用双安法测电阻，利用电流表示数I1和内阻r1算出I1r1，再利用熟悉的伏安法测电阻．(2)两电流表A1、A2的示数为I1、I2，待测电阻R1＝I1I2－I1r1．实验电路如图所示．答案：见解析