2018-2019學年高中物理 第4章 探究閉合電路歐姆定律 習題課3 閉合電路綜合問題學案 滬科版選修3-1

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1、 習題課3　閉合電路綜合問題 [學習目標]　1.進一步理解閉合電路歐姆定律，并掌握其綜合應用．　2.學會應用閉合電路歐姆定律，分析用電器功率的動態(tài)變化問題，掌握電路故障的分析方法，含電容電路問題的分析方法． 閉合電路中功率的動態(tài)變化 1．閉合電路中電阻、電流和電壓的動態(tài)變化，必然引起電路中用電器功率的動態(tài)變化． 2．閉合電路中滑動變阻器滑片的滑動，開關(guān)的通斷以及熱敏、光敏元件等往往是發(fā)生動態(tài)變化的原因． 3．判斷出用電器電流或電壓的變化，就可以確定功率的變化． 　(多選)如圖1所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略，且R1>r.開關(guān)S閉合后，在變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中(　　

2、) 圖1 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．R1上消耗的功率增大 D．電源輸出的功率增大 思路點撥：①由滑片下滑確定電阻變化，再確定電路總電阻、路端電壓的變化． ②由干路電流的變化確定R1功率的變化． ③由內(nèi)、外電阻關(guān)系及變化情況確定電源輸出功率的變化． ACD　[變阻器R0的滑片向下滑動，變阻器接入電路的電阻減小，則外電路總電阻減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律得知，干路電流I增大，路端電壓U減小，則電壓表示數(shù)減小，并聯(lián)部分電壓U并＝E－I(R1＋r)，I增大，E、R1、r均不變，則U并減小，故電流表示數(shù)減小，故A正確，B錯誤；干路電流I增大，

3、由功率公式P＝I2R分析得知，R1上消耗的功率增大，故C正確；根據(jù)推論：當電源的內(nèi)電阻等于外電阻時，電源的輸出功率最大，由題意，R1>r，外電路總電阻減小，可知電源輸出的功率增大，故D正確．] [針對訓練] 1．(多選)如圖2所示電路，電源電動勢為E，串聯(lián)的固定電阻為R2，滑動變阻器的總電阻為R1，電阻大小關(guān)系為R1＝R2＝r，則在滑動觸頭從a端移動到b端的過程中，下列描述中正確的是(　　) 圖2 A．電路中的總電流先減小后增大 B．電路的路端電壓先增大后減小 C．電源的輸出功率先增大后減小 D．滑動變阻器R1上消耗的功率先減小后增大 AB　[當滑動變阻器從a→b移動時，R

4、1左右兩個部分并聯(lián)電路總電阻先增大后減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知：電流是先減小后增大，故A正確；路端電壓U＝E－Ir，因為電流先減小后增大，所以路端電壓先增大后減小，故B正確；當R外＝r的時候電源的輸出功率最大，可知當滑片在a端或者b端時，外電路總電阻R外＝r，此時電源的輸出功率最大，所以輸出功率是先減小后增大的，故C錯誤；將R2看成電源的內(nèi)阻，等效電源的內(nèi)阻為2r，變阻器為外電路，顯然外電阻小于內(nèi)電阻，外電阻先增大后減小，等效電源的輸出功率，即R1上消耗的功率先增大后減小，故D錯誤．] 2. (多選)如圖3所示的電路中，電源的電動勢E和內(nèi)阻r恒定不變，滑片P在變阻器正中位置時，電燈L正常

5、發(fā)光，現(xiàn)將滑片P移到右端，則(　　) 【導學號：69682223】 圖3 A．電壓表的示數(shù)變大 B．電流表的示數(shù)變大 C．電燈L消耗的功率變小 D．電阻R1消耗的功率變小 BC　[將滑片P移到右端，變阻器接入電路中的電阻R變小，總電阻變小，由閉合電路歐姆定律可以判斷電路中總電流變大，電流表示數(shù)變大，選項B正確．由U＝IR可以判斷內(nèi)電壓變大，則路端電壓變小，電燈L消耗的功率變小，選項C正確．流過R1的電流I1＝I出－IL變大，電阻R1消耗的功率變大，U1變大，選項D錯誤．電壓表示數(shù)U′＝U－U1變小，選項A錯誤．] 電路故障的判斷方法 1．儀器檢測法 (1)斷路

6、故障的判斷：用電壓表與電源并聯(lián)，若有電壓，再逐段與電路并聯(lián)，若電壓表指針偏轉(zhuǎn)，則該段電路中有斷點． (2)短路故障的判斷：用電壓表與電源并聯(lián)，若有電壓，再逐段與電路并聯(lián)，若電壓表示數(shù)為零，則該電路被短路． 2．假設法 已知電路發(fā)生某種故障，尋求故障發(fā)生在何處時，可將整個電路劃分為若干部分，然后，假設某部分電路發(fā)生故障，運用歐姆定律進行正向推理，推理結(jié)果若與題述現(xiàn)象相符，則故障發(fā)生在該部分電路．否則，沒發(fā)生在該部分電路．用此方法，直到找到故障為止． 　如圖4所示的電路中，開關(guān)閉合時，燈L1、L2正常發(fā)光．由于電路出現(xiàn)故障，燈L1突然變亮，燈L2變暗，電流表的讀數(shù)變?。畡t發(fā)生的故障可能是(

7、　　) 圖4 A．R1斷路　　　　　　 B．R2斷路 C．R3斷路 D．R4斷路 思路點撥：①分析R1、R2、R3、R4斷路電路中的變化． ②由L1變亮、L2變暗、電流表示數(shù)變小判斷出電路故障． A　[由題圖知，R1與燈L1并聯(lián)，若R1斷路則電路的總電阻增大，由閉合電路的歐姆定律I總＝，知電路的總電流減小，則并聯(lián)電路R3、R4的總電流減小，并聯(lián)電路兩端的總電壓減小，由歐姆定律可知電流表的讀數(shù)變小，流過燈L2電流變小，燈L2變暗，同理R2兩端的電壓也減小，由路端電壓增大，得到燈L1兩端的電壓增大，燈L1的功率增大，燈L1變亮，A對；若R2斷路，則電路斷開，兩燈不亮，電流表沒有讀數(shù)

8、，B錯；若R3斷路則燈L2不亮，C錯；若R4斷路則電流表沒有讀數(shù)，D錯．] [針對訓練] 3．已知如圖5所示的電路中有一處發(fā)生了斷路，現(xiàn)用多用電表的電壓擋對電路進行故障檢查，當兩表筆接a、d和a、b時電表顯示的示數(shù)均為5 V，接c、d和b、c時均無示數(shù)，則發(fā)生斷路的是(　　) 圖5 A．L B．R C．R′ D．S B　[由題意可知，測得Uad＝5.0 V，測量的是電源，測得Ucd＝0 V，Ubc＝0 V，說明在b→R′→c→L→d之外有斷路現(xiàn)象；測得Uab＝5.0 V，說明a、b之間有斷路之處，所以斷路是在電阻R上，故選B.] 4.在如圖6所示的電路中，開關(guān)S閉合后，由于電

9、阻發(fā)生短路或斷路故障，電壓表和電流表的讀數(shù)都增大，則肯定出現(xiàn)了下列哪種故障(　　) 【導學號：69682224】 圖6 A．R1短路 B．R2短路 C．R3短路 D．R1斷路 A　[因為電流表A有示數(shù)，因此R3不會斷路，R3的電壓增大，說明流過R3的電流增大，且R3不會短路，因為若R3短路，電壓表無示數(shù)，電路中總電阻減小，故障為電阻R1或R2短路．經(jīng)分析：若R2短路，R1中無電流，A無示數(shù)．所以故障原因是R1短路．] 含電容電路問題 1．電路的簡化 不分析電容器的充、放電過程時，把電容器所處的支路視為斷路，簡化電路時可以去掉，求電荷量時再在相應位置補上． 2．電路穩(wěn)

10、定時電容器的處理方法 電容器所在的支路中沒有電流，同支路的電阻相當于導線，即電阻不降低電壓，是等勢體．電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的支路兩端的電壓． 3．電容器所帶電荷量及其變化的計算 (1)利用Q＝UC計算電容器所帶的電荷量． (2)如果變化前后極板帶電的電性相同，那么通過所連導線的電荷量等于初、末狀態(tài)電容器所帶電荷量之差． (3)如果變化前后極板帶電的電性相反，那么通過所連導線的電荷量等于初、末狀態(tài)電容器所帶電荷量之和． 　如圖7所示的電路中，兩平行金屬板A、B水平放置，兩板間的距離d＝40 cm.電路電壓恒為U＝24 V，電阻R＝16 Ω.閉合開關(guān)S，待電路穩(wěn)定后，將一帶正電

11、的小球從B板小孔以初速度v0＝4 m/s豎直向上射入板間．若小球帶電荷量為q＝1×10－2 C，質(zhì)量為m＝2×10－2 kg，不考慮空氣阻力．求： 圖7 (1)滑動變阻器接入電路的阻值為多大時，小球恰能到達A板？ (2)此時滑動變阻器消耗功率是多大？(g取10 m/s2) 思路點撥：①小球在板間受重力、電場力作用，根據(jù)臨界條件和動能定理可求出板間電壓． ②根據(jù)閉合電路歐姆定律求解滑動變阻器電阻，進而求出其功率． 【解析】　(1)小球進入板間后，受重力和電場力作用，且到A板時速度為零．設兩板間電壓為UAB，由動能定理得：－mgd－qUAB＝0－mv 所以滑動變阻器兩端電壓U滑＝

12、UAB＝8 V 設通過滑動變阻器電流為I，由歐姆定律得：I＝＝1 A 滑動變阻器接入電路的電阻R滑＝＝8 Ω. (2)滑動變阻器消耗功率P滑＝I2R滑＝8 W. 【答案】　(1)8 Ω　(2)8 W 含有電容器電路的解題步驟 在直流電路中，電容器相當于電阻為無窮大的電路元件，此電路是斷路．解題步驟如下： (1)先將含電容器的支路去掉(包括與它串在同一支路上的電阻)，計算各部分的電流、電壓值． (2)電容器兩極板的電壓，等于它所在支路兩端點間的電壓． (3)利用Q＝CU、ΔQ＝CΔU可以求出電容器的帶電量或帶電量的變化量． (4)通過電容器的電壓和平行板間距離可求出兩板間

13、電場強度，再分析電場中帶電粒子的運動． [針對訓練] 5. (多選)在如圖8所示的電路中，開關(guān)閉合后，燈泡L能正常發(fā)光．當滑動變阻器的滑片向右移動時，下列判斷正確的是(　　) 【導學號：69682225】 圖8 A．滑動變阻器R連入電路中的阻值變小 B．燈泡L變暗 C．電源消耗的功率增大 D．電容器C所帶電荷量增加 BD　[當滑動變阻器的滑片向右移動時，滑動變阻器R的阻值增大，故A錯誤；R增大，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知電路中電流減小，燈泡L將變暗，故B正確；電源消耗的總功率P＝EI，電流減小，P減小，故C錯誤；路端電壓U＝E－Ir增大，則電容器電量Q＝CU增大，故D正

14、確．] 6. (多選)在如圖9所示的電路中，R1、R2、R3均為可變電阻．當開關(guān)S閉合后，兩平行金屬板M、N中有一帶電液滴正好處于靜止狀態(tài)．為使帶電液滴向上加速運動，可采取的措施是(　　) 圖9 A．增大R1　　 B．減小R2 C．減小R3 D．減小平行板兩極板M、N間距 BD　[據(jù)題意，對帶電液滴受力分析，受到重力和電場力，且mg＝qE＝q，要使帶電液滴向上加速運動，需要使電場力大于重力，如果增大R1，對電容器電壓沒有影響，A選項錯誤；如果減小R2，據(jù)結(jié)論“串反并同”可得R3電壓變大，則電容器電壓變大，可以使帶電液滴加速上升，B選項正確；如果減小R3，同理可以判斷R2上的電壓變

15、大，電源內(nèi)電壓變大，則據(jù)E＝U2＋Ur＋U3可知R3上的電壓變小，電容器電壓變小，液滴向下加速運動，故C選項錯誤；如果減小兩極板間的距離，電場力增加，液滴將加速向上運動，D選項正確．] [當 堂 達 標·固 雙 基] 1.如圖10所示的電路中，電源電動勢為E，內(nèi)電阻為r.開關(guān)S閉合后，電燈L1、L2均能發(fā)光．現(xiàn)將滑動變阻器R的滑片P稍向上移動，下列說法正確的是(　　) 【導學號：69682226】 圖10 A．電燈L1、L2均變亮　 B．電燈L1變亮，L2變暗 C．電流表的示數(shù)變小 D．電源的總功率變小 B　[將滑動變阻器R的滑片P稍向上移動，電流表的示數(shù)變大，電燈L1變亮，

16、L2變暗，電源的總功率變大，選項B正確，A、C、D錯誤．] 2．(多選)如圖11所示，閉合回路中RT為熱敏電阻(電阻值隨溫度升高明顯變小)，R為一定值電阻，已知當環(huán)境溫度為t0時RT＝R，E為電源，內(nèi)阻忽略不計，電表均為理想電表，當環(huán)境溫度從t0開始升高時．下列判斷正確的是(　　) 圖11 A．電流表示數(shù)變大 B．電壓表示數(shù)變大 C．RT消耗的功率變大 D．R消耗的功率變大 AD　[當環(huán)境溫度升高時，熱敏電阻的阻值減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律知總電流變大，所以電流表示數(shù)變大，A正確；根據(jù)歐姆定律，定值電阻R兩端的電壓增大，因為內(nèi)阻不計，所以熱敏電阻兩端的電壓減小，所以電壓表示數(shù)變小

17、，B錯誤；將定值電阻R等效為電源的內(nèi)阻，當RT＝R時，熱敏電阻消耗的功率最大，隨著溫度的升高，RT阻值減小，RT消耗的功率變小，C錯誤；根據(jù)P＝I2R，因為電流變大，R消耗的功率變大，故D正確．] 3．如圖12所示的電路中，閉合開關(guān)S后，燈L1和L2都正常發(fā)光，后來由于某種故障使燈L2突然變亮，電壓表讀數(shù)增加，由此推斷，這故障可能是(　　) 圖12 A．燈L1燈絲燒斷 B．電阻R2斷路 C．電阻R2短路 D．電容器被擊穿短路 B　[V增大，外電阻增大，不可能電容器被擊穿短路，選項D錯．若R2短路，L2熄滅；L1斷路，L2分壓減小，L2變暗，選項A、C錯．R2斷路，L2分壓增大，L

18、2變亮，選項B對．] 4．如圖13所示，電源電動勢E＝6 V，內(nèi)阻r＝1 Ω，電流表內(nèi)阻RA＝3 Ω，三個定值電阻的阻值分別為R1＝5 Ω，R2＝10 Ω，R3＝15 Ω，電容器電容C＝1.0×10－10 F，問： 圖13 (1)閉合開關(guān)S待電路穩(wěn)定后，電流表的示數(shù)是多少？ (2)閉合開關(guān)S待電路穩(wěn)定后，電容器的帶電量是多少？ (3)再次斷開開關(guān)S待電路穩(wěn)定，通過R2的電量是多少？ 【導學號：69682227】 【解析】　(1)根據(jù)串、并聯(lián)電路中電阻之間的關(guān)系，有 R總＝r＋RA＋＝10 Ω 電流表示數(shù) I＝＝0.6 A. (2)電容器兩端電壓 U＝E－I(r＋RA)＝3.6 V 電容器帶電量 Q＝CU＝3.6×10－10 C. (3)電容器通過R2和R3放電，放電電流跟電阻成反比，因此電量也跟電阻成反比，則通過R2的電量為： QR2＝Q＝2.16×10－10 C. 【答案】　(1)0.6 A　(2)3.6×10－10 C (3)2.16×10－10 C - 9 -