1、第2讲电路电路的基本规律,【知识导图】,非静电力,负极,正极,其他形式的能,电能,内阻,正比,反比,电源电动势,电源内阻,短路电流,V,【微点拨】闭合电路的三点注意:(1)由能量转化和守恒ER+r定律可知,电源“产生”的电能应当等于在内阻上和负载上“消耗”的电能之和,即IEt=IUt+I2rt。可得E=U+Ir。当负载为纯电阻时,可写成I= 。,(2)电路的动态分析,含容电路问题都需要闭合电路欧姆定律的灵活应用。(3)要区别电源总功率、电源内部消耗的功率、电源的输出功率、电源的效率等概念。,【慧眼纠错】(1)电动势是反映电源把电能转化为其他形式能的本领强弱的物理量。纠错:_。(2)电动势就等于
2、电源两极间的电压。纠错:_。,把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量,只有电路断开时,电动势等于电源两极的电压,(3)闭合电路中外电阻越大,路端电压越小。纠错:_。(4)在闭合电路中,外电阻越大,电源的输出功率越大。纠错:_。(5)电源的输出功率越大,电源的效率越高。纠错:_。,闭合电路中外电阻越大,路端电压越大,当外电阻等于内阻时,电源输出功率最大,当外电阻等于内阻时,电源输出功率最大,而外,电阻越大效率越高,考点1电路的动态分析【典题探究】 【典例1】(2018西安模拟)在如图所示的电路中,E为电源电动势,r为电源内阻,R1和R3均为定值电阻,R2为,滑动变阻器。当R2的滑片在a端时合上
3、开关S,此时三个电表 、 和 的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑片向b端移动,则三个电表示数的变化情况是()导学号04450173A.I1增大,I2不变,U增大B.I1减小,I2增大,U减小C.I1增大,I2减小,U增大D.I1减小,I2不变,U减小,【题眼直击】R2的滑片向b端移动电路总电阻_干路总电流_。,减小,增大,【解析】选B。由电路结构可知,当R2的滑片向b端移动时,电路的总电阻减小,闭合电路中总电流增大,电源内电压U内=Ir增大,路端电压U=E-U内=E-Ir减小,定值电阻R3两端电压增大,R1、R2的并联部分电压减小,电流I1减小,因总电流增大,故I2=I-I1增大,故B正
4、确。,【通关秘籍】 1.解决电路动态变化的基本思路:“先总后分”先判断总电阻和总电流如何变化。“先干后支”先分析干路部分,再分析支路部分。“先定后变”先分析定值电阻所在支路,再分析阻值变化的支路。,2.电路动态分析的三种常用方法:(1)程序法。,(2)“串反并同”结论法。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、两端电压、电功率都将减小,反之则增大。所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大,反之则减小。,串并关系:流过该电阻的电流也流经其他电阻,则其他电阻与该电阻是串联关系;流过该电阻的电流不流经其他电阻,则其他电阻与该
5、电阻是并联关系。,(3)极限法。因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑片分别滑至两个极端,让电阻最大或为零再讨论。,【考点冲关】 1.(多选)(2018怀化模拟)如图所示,图中的四个电表均为理想电表,当滑动变阻器滑片P向右端移动时,下面说法中正确的是()A.电压表V1的读数减小,电流表A1的读数增大B.电压表V1的读数增大,电流表A1的读数减小C.电压表V2的读数减小,电流表A2的读数增大D.电压表V2的读数增大,电流表A2的读数减小,【解析】选A、D。滑动变阻器滑片P向右端移动,使得RP变小,总电阻变小,总电流变大,即电流表A1的读数增大。内电压变大,R1所分电压变大,并联电路电
6、压即电压表V1的读数变小,即R3两端电压变小,通过R3的电流变小,即电流表A2的读数减小,由于总电流增大,所以经过另外一个支路即经过R2的电流变大,R2两端电压变大,即电压表V2的读数增大,A、D正确。,2. 如图所示,E为内阻不能忽略的电池,R1、R2、R3为定值电阻,S0、S为开关,V与A分别为电压表与电流表。初始时S0与S均闭合,现将S断开,则()导学号04450174A.V的读数变大,A的读数变小B.V的读数变大,A的读数变大C.V的读数变小,A的读数变小D.V的读数变小,A的读数变大,【解析】选B。S断开,相当于外电阻变大,由闭合电路欧姆定律知电路中总电流减小,则路端电压增大,V的示
7、数变大,R1的电压减小,故R3的电压增大,故电流表示数变大,B正确。,3.(2018福州模拟)如图是一同学将变阻器与一只“6 V8 W”的小灯泡L及开关S串联后接在6 V的电源E上,当S闭合时,发现灯泡发亮。按此图的接法,当滑片P向右滑动时,灯泡将()A.变暗B.变亮C.亮度不变D.可能烧坏灯泡,【解析】选B。由题图可知,变阻器接入电路的是P的右侧电阻丝,当滑片P向右滑动时,接入电路中的电阻丝变短,电阻减小,根据欧姆定律得知,电路中电流增大,则灯泡变亮,故A、C错误,B正确;由于灯泡的额定电压等于电源电压,所以不可能烧坏灯泡,故D错误。,【加固训练】(2018衡水模拟)在某控制电路中,需要连成
8、如图所示的电路,主要由电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及电位器(滑动变阻器)R连接而成,L1、L2是红、绿两个指示灯,当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向a端时,下列说法中正确的是(),A.L1、L2两个指示灯都变亮B.L1、L2两个指示灯都变暗C.L1变亮,L2变暗D.L1变暗,L2变亮,【解析】选B。根据电路图可知电位器的触头逆时针从中点开始滑向a端的过程中,其连入电路的阻值变小,则可以判断总电阻变小,干路电流变大,内阻分担电压变大,路端电压变小,则L1支路电流I1变小,L1变暗,R1所在支路中电流变大,R1两端电压变大,那么L2、R2两端电压变小,L2变暗。综上所述,A
9、、C、D错误,B正确。,考点2电源的功率和效率问题【典题探究】 【典例2】如图所示,已知电源电动势为6 V,内阻为1 ,保护电阻R0=0.5 ,求:当电阻箱R读数为多少时,保护电阻R0消耗的电功率最大,求这个最大值。导学号04450175,【解题探究】(1)电阻箱增大(或减小)时,电路中的电流如何变化?提示:电阻箱增大(或减小)时,电路中的电流减小(或增大)。,(2)保护电阻R0上消耗的电功率与哪些因素有关?提示:根据P=I2R,电阻R0上消耗的电功率与电路中的电流和固定电阻的阻值有关。,【解析】保护电阻消耗的功率为P0= ,因R0和r是常量,而R是变量,所以R最小时,P0最大,即R=0时,P
10、0max= =8 W。答案:08 W,【迁移训练】,迁移1:求电阻箱R的最大功率例题中条件不变,求当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R消耗的功率PR最大,并求这个最大值。,【解析】这时要把保护电阻R0与电源内阻r算在一起,据以上结论,当R=R0+r即R=(0.5+1)=1.5 时,PRmax=I2R= R= 1.5 W=6 W。答案:1.5 6 W,迁移2:求电阻箱R的最大功率,但电阻箱R的范围限定在例题中,若电阻箱R的最大值为3 ,R0=5 ,求:当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R的功率最大,并求这个最大值。,【解析】把R0=5 当作电源内阻的一部分,则等效电源内阻r等为6 ,而电阻箱R的最大值为
11、3 ,小于6 ,P= ,则不能满足R=r等,当电阻箱R的电阻取3 时,R消耗功率最大,最大值为:P= 答案:3 W,迁移3:求电源的最大输出功率例题中条件不变,求电源的最大输出功率。,【解析】由电功率公式P出= R外= 当R外=r时,P出最大,即R=r-R0=0.5 时,P出max= =9 W。答案:9 W,迁移4:把外电路由串联改为并联如图所示,电源电动势E=2 V,内阻r=1 ,电阻R0=2 ,可变电阻的阻值范围为010 。求可变电阻为多大时,R上消耗的功率最大,最大值为多少?,【解析】解法一PR= ,根据闭合电路欧姆定律,路端电压U=E 所以PR= ,代入数据整理得PR= ,当R= 时,
12、R上消耗的功率最大,PRmax= W。解法二采用等效电源法分析,把定值电阻等效到电源的内部,即把电源和定值电阻看作电动势E= E,内阻为r= 的等效电源,当R=r= 时,电源对外电路R的输出功率最大PRmax= 。,把数值代入各式得:E等=E= ;R=r等=r= 。所以:PRmax= W。答案: W,【通关秘籍】 电源的功率和效率,【加固训练】(多选)如图甲所示,电源电动势E=6 V,闭合开关,将滑动变阻器的滑片P从A端滑至B端的过程中,得到电路中的一些物理量的变化如图乙、丙、丁所示。其中图乙为输出功率与路端电压的关系曲线,图丙为路端电压与,总电流的关系曲线,图丁为电源效率与外电路电阻的关系曲
13、线,不考虑电表、导线对电路的影响。则下列关于图中a、b、c、d点的坐标值正确的是(),A.a(4 V,4.5 W)B.b(4.8 V,2.88 W)C.c(0.6 A,4.5 V)D.d(8 ,80%),【解析】选B、D。由题图丙可知短路电流为I短=3 A,由I短= 得r= = =2 ,电源的效率最大时,滑动变阻器接入电路的电阻最大,由题图丁可知电源的最大效率为=80%,由= ,解得R=8 ,滑动变阻器的滑片P在最右端B时,分别对应b、c、d三点。当输出功率达到最大时外电路电阻R1=r=2 ,此时路端,电压为U1=3 V,故可得a点:U1=3 V,Pm= =4.5 W,坐标为a(3 V,4.5
14、 W);b点、c点:R=8 ,I= A=0.6 A,U2=E-Ir=(6-0.62)V=4.8 V,P2=U2I=4.80.6 W=2.88 W,所以b点的坐标为b(4.8 V,2.88 W),c点的坐标为c(0.6 A,4.8 V);d点的坐标为d(8 ,80%),B、D正确。,考点3含容电路的分析与计算【典题探究】 【典例3】(2016全国卷)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的比值为导学号04450176(),【解题探究】(1)电容器和电阻并联,如
15、何确定电容器两端电压?提示:该电阻两端电压即为电容器两端电压。,(2)当电容器和某一电阻串联后接在某一电路两端时,如何确定电容器两端电压?提示:电路两端电压即为电容器两端电压。(3)当电容器与电源直接相连,如何确定电容器两端电压?提示:电容器两极板间电压即等于电源电动势。,【解析】选C。由于电池的内阻可以忽略,所以路端电压U不变。当开关S断开且电流稳定时,可等效为图甲所示电路,所以C两端的电压与其并联的电阻两端的电压相等,根据串并联电路中电压的分配关系可知,电容器,两端的电压为 ;闭合开关S,电流再次稳定后,可等效为图乙所示电路,同理可知,C两端的电压为 ,根据Q=UC,所以Q1与Q2的比值为
16、 ,故选项C正确。,【通关秘籍】 含有电容器的直流电路的分析与计算:(1)电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过,所以此支路中的电阻上无电压降,可以把与电容器串联的电阻看成导线,电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。(2)在计算出电容器的带电量后,必须同时判定两板的极性,并标在图上。,(3)在充放电时,电容器两根引线上的电流方向总是相同的,所以要根据正极板电荷变化情况来判断电流方向。(4)如果变化前后极板带电的电性相同,那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差;如果变化前后极板带电的电性改变,那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。,【考点冲关】 1.在如图所
17、示的电路中,电容器的电容C=2 F,电源电压为12 V且恒定不变,R1R2R3R4=1263,则电容器极板a所带电荷量为()A.-810-6 CB.410-6 CC.-410-6 CD.810-6 C,【解析】选D。设R1、R2、R3、R4的电阻分别为R、2R、6R、3R。电路稳定后,电容器所在支路无电流,左右两个支路构成并联电路,其中R1和R2支路中电流I1= ,R3和R4支路中电流I3= ,令电源正极的电势=0,则a=-I1R1=-4 V,b=-I3R3=-8 V,得Uab=a-b=4 V,即电容器极板a带正电荷,电荷量Q=CUab=810-6 C,D正确。,2. 如图所示的电路中,电源的
18、电动势为E,内阻不计,电容器电容为C,电阻R1R2R3R4=3211,开关S断开,现将S闭合,由S闭合到电路稳定的过程中通过R3的电量是(),【解析】选D。S断开时,C与R2并联,U= E,上正下负,S闭合,C与R1并联,U= E,上负下正。所以U=E,Q=CU=CE。故选D。,【加固训练】 (2018大庆模拟) 如图所示电路中,电源电动势E=10 V,内电阻不计,电阻R1=14 ,R2=6.0 ,R3=2.0 ,R4=8.0 ,R5=10 ,电容器的电容C=2 F,求:,(1)电容器所带的电荷量,并说明电容器哪个极板带正电。(2)若R2突然断路,将有多少电荷量通过R5?电流的方向如何?,【解析】(1)由图可知: =R1R2=146且 =10 V得: =7 V, =3 V同理可得: =2 V, =8 V令d点的电势为零电势,即d=0,则有: =a-d=3 V且: =b-d=8 V可知:a=3 V, b=8 V,b点电势高,下极板带正电Uba=b-a=5 VQ=CUba=210-65 C=110-5 C,(2)R2断路后:Uab= =2 VQ=CUab=210-62 C=410-6 C此时下极板带负电,则流过R5电荷量为:Q=Q+Q=1.410-5 C电流由上到下,答案:(1)110-5 C下极板带正电(2)1.410-5 C电流由上到下,
