1、目标定位 1.会用闭合电路欧姆定律分析动态电路.2.知道电路中闭合电路的功率关系,会计算闭合电路的功率.3.会利用闭合电路欧姆定律进行含电容器电路的分析与计算.4.知道短路与断路,并会在闭合电路中进行故障分析一、闭合电路的动态分析1解决闭合电路动态变化问题,应按照局部整体局部的程序进行分析2基本思路:电路结构的变化R 的变化R 总 的变化I 总 的变化U 内 的变化U 外 的变化固定支路Error!变化支路(1)对于固定不变的部分,一般按照欧姆定律直接判断(2)对于变化的部分,一般应根据分压或分流间接判断(3)涉及变阻器滑动引起的电路变化问题,可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论例 1 如
2、图 1 所示,R 1 阻值恒定,R 2 为热敏电阻( 热敏电阻阻值随温度降低而增大),L 为小灯泡,当 R2 所在位置温度升高时( )图 1AR 1 两端的电压减小B小灯泡的亮度变暗C电流表的示数减小D通过 R2 的电流减小解析 当 R2 所在位置温度升高时 R2 阻值减小,总电阻减小,总电流增大, 电流表的示数增大,R1 两端的电压 U1IR 1 增大,故 A、C 错误;总电流增大,内电压增大, 则路端电压 UEIr减小,并联部分的电压减小,所以灯泡 L 变暗,故 B 正确;通过 L 的电流减小,而总电流增大,则通过 R2 的电流增大,故 D 错误答案 B动态电路的分析方法1程序法:按照局部
3、整体局部的程序分析.2“并同串反”规律: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;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.二、闭合电路的功率和效率1电源的总功率:P 总 EI ;电源内耗功率 P 内 U 内 II 2r;电源输出功率 P 出 U 外 I.2对于纯电阻电路,电源的输出功率 P 出 I 2R 2R ,当 Rr 时,电源(ER r) E2R r2R 4r的输出功率最大,其最大输出功率为 P .电源输出功率随外电阻的变化曲线如图 2 所E24r示图 2
4、3电源的效率:指电源的输出功率与电源的总功率之比,即 .对于纯电阻电P出P总 IUIE UE路,电源的效率 ,所以当 R 增大时,效率 提高当 Rr(电源I2RI2R r RR r 11 rR有最大输出功率)时,效率仅为 50%,效率并不高例 2 如图 3 所示,电路中 E3V ,r0.5,R 01.5,变阻器的最大阻值 R10.图 3(1)在变阻器的阻值 R 为多大时,变阻器上消耗的功率最大?最大为多大?(2)在变阻器的阻值 R 为多大时,定值电阻 R0 上消耗的功率最大?最大为多大?解析 (1)此种情况可以把 R0归入电源内电阻,这样变阻器上消耗的功率,也就是电源的输出功率即当 RrR 0
5、2 时,R 消耗功率最大为:Pm W W.E24R 3242 98(2)定值电阻 R0 上消耗的功率可以表示为:PI 2R0,因 为 R0 不变,当 电流最大时功率最大,此时应有电路中电阻最小,即当 R0 时,R 0 上消耗的功率最大:Pm R0 1.5W W.E2R0 r2 321.5 0.52 278答案 (1)2 W (2)0 W98 2781定值电阻消耗功率最大时通过的电流最大.2 求可变电阻消耗的功率时可将其他电阻等效为电源内阻.三、含电容器电路的分析与计算方法在直流电路中,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,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容
6、器是理想的,不漏电的情况) 的元件,电容器处电路可看做是断路,简化电路时可去掉它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;如果电容器两端电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电例 3 如图 4 所示,电源电动势 E10V ,内阻可忽略,R 14,R 26,C30F,求:图 4(1)S 闭合后,稳定时通过 R1 的电流;(2)S 原来闭合,然后断开,
7、这个过程中流过 R1 的电荷量解析 (1)S 闭合后,电路稳定 时, R1、R2 串联,易求 I 1A ,即 为通过 R1 的电流ER1 R2(2)S 闭合时,电容器两端电压 UCU 2IR 26V ,储存的 电荷量 Q1C UC.S 断开至达到稳定后电路中电流为零,此时 UCE, 储存的电荷量 Q1CU C.很显然电容器上的电荷量增加了 QQQCU CCU C1.210 4 C电容器上电荷量的增加是在 S 断开以后才产生的,只有通过 R1这条途径实现,所以流 过 R1 的电荷量就是电容器上增加的电荷量答案 (1)1A (2)1.2104 C含电容器电路的分析与计算方法:1首先确定电路的连接关
8、系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 QCU 或 QC U,求电荷量及其变化量.四、电路故障分析用电压表检查故障:(1)断路故障判断:先用电压表与电源并联,若 有示数,再逐段与电路并联,若电压表指针偏转,则说明该段电路中有断点(2)短路故障判断:先用电压表与电源并联,若有示数,再逐段与电路并联,若电压表示数为零,则说明该段电路被短路例 4 如图 5 所示,用电压表检查电路的故障,测得 Uad5.0,U cd0V,U ab5.0V,则此故障可能是( )图 5AL 断路 BR 断路CR断路 DS 断路解析 U ab5.0V、U ad
9、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 断路答案 B1(闭合电路的动态分析)如图 6 所示电路,电源内阻不可忽略开关 S 闭合后,在变阻器R0 的滑动端向下滑动的过程中( )图 6A电压表与电流表的示数都减小B电压表与电流表的示数都增大C电压表的示数增大,电流表的示数减小D电压表的示数减小,电流表的示数增大答案 A解析 由变阻器 R0 的滑动端向下滑可知 R0连入电路的有效电阻减小,则 R 总 减小,由 I可知 I 增大,由 U 内 Ir 可知 U 内 增大,由 EU 内 U 外 可知 U 外 减小,故电压表示数ER总 r减小由
10、 U1IR 1 可知 U1 增大,由 U 外 U 1U 2 可知 U2 减小,由 I2 可知电流表示数减小,U2R2故 A 正确2(闭合电路中的功率和效率) 如图 7 所示,直线 A 为电源的 UI 图线,直线 B 为电阻 R的 UI 图线,用该电源和电阻组成闭合电路时,电源的输出功率和效率分别是 ( )图 7A4W,33.3% B2W,33.3%C4W,66.7% D2W,66.7%答案 C解析 从题图中可知 E3V,直线 A 和直线 B 的交点是电源和电阻 R 构成闭合电路的工作点,因此 P 出 UI4W ,P 总 EI6W 电源的效率 66.7%.UE3(含容电路分析)( 多选)在如图
11、8 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( )图 8A灯泡 L 变亮B电源的输出功率变小C电容器 C 上电荷量减少D电流表读数变小,电压表读数变大答案 BD解析 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
12、比 r 大得越多,电源的输出功率变小,B 正确4(电路故障分析)如图 9 所示,灯泡 L1、L 2 原来都正常发光,在两灯突然熄灭后,用电压表测得 c、d 间电压比灯泡正常发光时的电压高,故障的原因可能是(假设电路中仅有一处故障)( )图 9Aa、c 间断路 Bc、d 间断路Cb、d 间断路 Db、d 间短路答案 B解析 因电路中 L1、L2、R 及电源串联, 电路中只有一处故障且两灯不亮,电路中必是断路,故 D 错误电路中无电流,但 c、d 间电压升高,是因 为 c、d 间断路,c、d 两点分别与电源正、负极等电势故正确答案为 B.题组一 闭合电路的动态分析1如图 1 所示的电路,闭合开关
13、S,待电路中的电流稳定后,减小 R 的阻值则( )图 1A电流表的示数减小B电压表的示数减小C电阻 R2 两端的电压减小D路端电压增大答案 B解析 题图中的电路结构是 R1 与 R 先并联,再与 R2 串联,故 RR 总 I 干 U 内U 外 .R 2 两端电压 U2I 干 R2,U2 增大,所以 R 与 R1 的并联电压减小, 示数减小,A、C、D 错误, B 正确2如图 2 所示,电路中电源的电动势为 E,内电阻为 r,开关 S 闭合后,当滑动变阻器 R的滑片 P 向右移动的过程中,三盏规格相同的小灯泡 L1、L 2、L 3 的亮度变化情况是( )图 2A灯 L1、L 2 变亮,灯 L3
14、变暗B灯 L2、L 3 变亮,灯 L1 变暗C灯 L1、L 3 变暗,灯 L2 变亮D灯 L2、L 3 变暗,灯 L1 变亮答案 C解析 变阻器与灯 L1 串联后与灯 L2 并联,再与灯 L3 串联将滑动变阻器的滑片 P 向右移动的过程中,变阻器接入电路的 电阻增大,外 电路总电阻增大,由闭合电路欧姆定律得知:干路电流 I 减小,则通过 L3 的电流减小,L 3变暗, L3 两端电压 和内阻所占电压都减小, 则并联部分电压增大,所以流过灯 L2 的电流变大, L2变亮, I1II 2,I 减小,I 2 增大,则 I1 减小,灯 L1变暗故 C 正确3如图 3 所示的电路中,R 1、R 2 为定
15、值电阻,电源的电动势为 E、内阻为 r.若开关 S0、S 1均闭合时,电压表读数为 U,电流表读数为 I,当 S1 断开时 ( )图 3A电压表示数变小,电流表示数变小B电压表示数变小,电流表示数变大C电压表示数变大,电流表示数变小D电压表示数变大,电流表示数变大答案 A解析 由电路图可知,当开关 S1闭合时, R1 被短路,此时电路是 R2 的简单电路,当开关 S1 断开时,R 1、R2 串联,总电阻变大,干路电流变小,所以电流表示数减小,根据欧姆定律 UIR,可知,R 2 两端的电压减小,所以电压表示数也减小,故 A 正确题组二 闭合电路的功率和效率4.电源的效率 定义为外电路电阻消耗的功
16、率与电源的总功率之比,如图 4 所示,直线 A 为电源 a 的路端电压与电流的关系图线,直线 B 为电源 b 的路端电压与电流的关系图线直线 C 为一个电阻 R 两端的电压与电流关系的图线,将这个电阻 R 分别接到 a、b 两电源上,那么( )图 4AR 接到电源 a 上,电源的效率较低BR 接到电源 b 上,电源的输出功率较大CR 接到电源 a 上,电源的输出功率较大,电源效率较高DR 接到电源 b 上,电源的输出功率较小,电源效率较高答案 C解析 电源的效率 ,由题图可知 A 与 C 交点处电压大于 B 与 C 交点处电压,则 RUIEI UE接在电源 a 上效率较高;电源输出功率 PUI
17、,由题图易得 R 接在电源 a 上输出功率较大,A、B、D 错误, C 正确5电动势为 E、内阻为 r 的电池与定值电阻 R0、变阻器 R 串联,如图 5 所示,设R0r,R ab2r,当变阻器的滑片自 a 端向 b 端滑动时,下列各物理量中随之减小的是( )图 5A电池的输出功率B变阻器消耗的功率C固定电阻 R0 消耗的功率D电池内阻消耗的功率答案 B解析 根据推论:当外电阻等于电源的内阻时,电源的输出功率最大,滑片自 a 端向 b 端滑动时,由于 R0r,R ab2r,外电阻大于电源的内阻,当变阻器的滑片自 a 端向 b 端滑动时,则变阻器接入电路的电阻减小, 电池的输出功率增大故 A 错
18、误;电路中电流增大,固定 电阻R0 上和电源的内阻上消耗功率增大将 R0 看成电源的内阻,则有 R0r2r,而 Rab2r,利用推论可知,滑片在 a 点时变 阻器的功率最大,滑片向右滑动时,变阻器消耗的功率减小故B 正确, C、D 错误6.(多选) 如图 6 所示的电路中,电源电动势为 12 V,内阻为 2 ,四个电阻的阻值已在图中标出,闭合开关 S,下列说法正确的有( )图 6A路端电压为 10 VB电源的总功率为 10 WCa、b 间电压的大小为 5 VDa、b 间用导线连接后,电路的总电流为 1 A答案 AC解析 外电路的总电阻 R 10 ,总电流 I 1 A,则路端电压202020 2
19、0 ER rUIR10 V,A 对;电源的总功率 P 总 EI12 W,B 错;a、b 间电压大小为 Uab0.515 V0.55 V 5 V,C 项对;a、 b 间用导线连接后,外 电路的总电阻为 R2 5155 157.5 ,电路中的 总电流 I 1.26 A,D 项错误ER r题组三 含容电路分析7(多选) M、N 是一对水平放置的平行板电容器,将它与一电动势为 E,内阻为 r 的电源组成如图 7 所示的电路,R 是并联在电容器上的滑动变阻器,G 是灵敏电流计,在电容器的两极板间有一带电的油滴处于悬浮状态,如图所示,现保持开关 S 闭合,将滑动变阻器的滑片向上滑动,则( )图 7A在滑片
20、滑动时,灵敏电流计中有从 b 向 a 的电流B在滑片滑动时,灵敏电流计中有从 a 向 b 的电流C带电油滴将向上运动D带电油滴将向下运动答案 BC解析 电容器两极板间的电压 U E,当将滑动变阻器的滑片向上滑动时,R 增大,U 增RR r大,电容器的电荷量增加,处于充电状态,灵敏电流计中有电流,由于电容器上板带正电,则灵敏电流计中有从 a 向 b 的电流,故 A 错误,B 正确;U 增大,由 E 分析得知,板 间场强增Ud大,则带电油滴将向上运动,故 C 正确,D 错误8如图 8 所示,M、N 是平行板电容器的两个极板,R 0 为定值电阻,R 1、R 2 为可调电阻,用绝缘细线将质量为 m、带
21、正电的小球悬于电容器内部闭合开关 S,小球静止时受到悬线的拉力为 F.调节 R1、R 2,关于 F 的大小判断正确的是( )图 8A保持 R1 不变,缓慢增大 R2 时,F 将变大B保持 R1 不变,缓慢增大 R2 时,F 将变小C保持 R2 不变,缓慢增大 R1 时,F 将变大D保持 R2 不变,缓慢增大 R1 时,F 将变小答案 B解析 当电路接通后,对小球受力分析:小球受重力、电场 力和悬线的拉力 F 三个力的作用,其中重力为恒力当电路稳定后,R 1 中没有电流,两端等 电势,因此电容器两极板电压等于R0 两端电压当 R2 不变,R 1变化时, 电容器两极板电压不变,板间电场强度不变,小
22、球所受电场力不变,F 不变,C、D 两项错若保持 R1 不变,缓慢增大 R2,R0 两端电压减小, 电容器两端电压减小,内部电场场强减弱,小球受到的电场力减小,F 变小,故 A 项错,B 项正确题组四 电路故障分析9如图 9 所示的电路中,闭合开关后,电压表有示数、电流表指针几乎不动关于电路故障分析正确的是( )图 9A灯泡 L1 短路B灯泡 L1 断路C灯泡 L2 短路D灯泡 L2 断路答案 D解析 如果灯泡 L1 短路,电路电阻较小, 电流表指针偏转角度应较大此 选项不符合题意;如果灯泡 L1 断路,整个电路断路,电压表、 电流表指针都不会偏转此选项不符合题意;如果灯泡 L2 短路,电路电
23、阻较小,电流表指针偏转角度应较大;电压表相当于与导线并联无示数此选项不符合题意;如果灯泡 L2 断路,电压表测量电源电压,指针会明显偏转;电路电流特别小,指针几乎不动,此选项符合题 意10如图 10 所示,E 为内阻不能忽略的电池,R 1、R 2、R 3 均为定值电阻, 与 均为理想电表;开始时开关 S 闭合, 均有读数,某时刻发现 和 读数均变大,则电路中可能出现的故障是( )图 10AR 1 断路 BR 2 断路 CR 1 短路 DR 3 短路答案 B解析 若 R1 断路,电流表 中没有读数,不符合题意,故 A 错误;若 R2 断路,外电路总电阻增大,总电流减小,内电压减小,则电压表读数变
24、大;R 3 的分压增大,则电流表 的读数变大,符合题意,故 B 正确;若 R1 短路,外电路总电阻减小,总电流增大,内电压增大, 则电压表读数变小,不符合题意,故 C 错误;若 R3 短路,外电路总电阻减小,总电流增大,内 电压增大,则电压表读数变小,不符合题 意,故 D 错误题组五 综合应用11如图 11 所示,R 为电阻箱, 为理想电压表,当电阻箱读数为 R12 时,电压表读数为 U14V;当电阻箱读数为 R25 时,电压表读数为 U25V求:图 11(1)电源的电动势 E 和内阻 r.(2)当电阻箱 R 读数为多少时,电源的输出功率最大?最大值 Pm 为多少?答案 (1)6V 1 (2)
25、1 9W解析 (1)由闭合电路欧姆定律 EU 1 rU1R1EU 2 rU2R2联立并代入数据解得 E6V ,r1(2)由电功率表达式 P RE2R r2将式变形为 P E2R r2R 4r由式知,Rr1 时,P 有最大值 Pm 9WE24r12如图 12 所示的电路中,R 13,R 26 ,R 31.5,C20F.当开关 S 断开时,电源所释放的总功率为 2W;当开关 S 闭合时,电源所释放的总功率为 4W,求:图 12(1)电源的电动势和内电阻;(2)闭合 S 时,电源的输出功率;(3)S 断开和闭合时,电容器所带的电荷量各是多少?答案 (1)4V 0.5 (2)3.5W (3)610 5 C 0解析 (1)S 断开时外电路 R2、R3 串联:EI 1(R2R 3)I 1rP1EI 1S 闭合时:外电路 R1、R2 并联 后与 R3 串联R 外 R 3R1R2R1 R2代入数据 R 外 (1.5 ) 3.5 363 6对闭合电路 EI 2R 外 I 2rP2EI 2由可得Error!(2)闭合 S 时,电源的输出功率PI R 外 1 23.5 W3.5 W2(3)S 断开时Q1CU R22010 6 0.56 C610 5 CS 闭合,电容器两端的电势差为零, 则 Q20