教科版高中物理必修第三册第2章素养培优课3闭合电路欧姆定律的综合应用学案

这是一份教科版高中物理必修第三册第2章素养培优课3闭合电路欧姆定律的综合应用学案，共11页。

素养培优课(三)　闭合电路欧姆定律的综合应用 考点1　电源的有关功率及效率问题1．电源的功率P：电源将其他形式的能转化为电能的功率，也称为电源的总功率，计算式为：P＝IE(普遍适用)，P＝eq \f(E2,R＋r)＝I2(R＋r)(只适用于外电路为纯电阻的电路)。2．电源内阻消耗功率P内：电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率，计算公式为P内＝I2r。3．电源的输出功率P出：外电路上消耗的功率，计算式为：P出＝IU外(普遍适用)，P出＝I2R＝eq \f(E2R,(R＋r)2)(只适用于外电路为纯电阻的电路)。4．输出功率随外电阻R的变化关系：电源的输出功率：P出＝U外I＝eq \f(RE2,(R＋r)2)＝eq \f(E2,\f((R－r)2,R)＋4r)。由上式可以看出：(1) 当R＝r时，电源的输出功率最大，P出＝eq \f(E2,4r)，此时电源效率η＝50%。(2)当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小。(3)当RP2C．η1>η2 D．η1<η2AC　[电源的U­I图线与电阻的U­I图线的交点，代表该电阻接入电源时的路端电压和电流，对照图像可得该电源分别与R1、R2组成闭合电路时，电源的输出功率分别为P1、P2，P1＝4 V×2 A＝8 W，P2＝2 V×4 A＝8 W，所以P1＝P2，A正确，B错误；电源的效率η＝eq \f(I2R,I2(R＋r))＝eq \f(1,1＋\f(r,R))，外电阻越大效率越高，根据电阻的U­I图线，斜率代表电阻可判断R1＞R2，所以η1＞η2，C正确，D错误。] 考点3　含电容器电路的分析与计算1．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，此支路相当于断路，因此电容器两极板间的电压等于该支路两端的电压。2．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。3．根据公式Q＝CU或ΔQ＝CΔU，求电荷量及其变化量。【典例3】　如图所示，电源电动势E＝10 V，内阻可忽略，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，求：(1)将S闭合，待电路稳定后，通过R1的电流；(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的总电荷量。[解析]　(1)将S闭合待电路稳定后，R1、R2串联，电流I＝eq \f(E,R1＋R2)＝1 A。(2)S闭合时，电容器两端电压UC＝U2＝IR2＝6 V，储存的电荷量Q＝CUC。S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时UC′＝E，储存的电荷量Q′＝CUC′。电容器上的电荷量增加了ΔQ＝Q′－Q＝CUC′－CUC＝1.2×10－4 C。电容器上电荷量的增加是在S断开以后才发生的，且只有通过R1这条电路实现，所以流过R1的电荷量等于电容器上电荷量的增加量。[答案]　(1)1 A　(2)1.2×10－4 Ceq \o([跟进训练])3．在如图所示的电路中，已知电容C1＝C2，电阻R1＝R2，电源电动势为E，内阻为r，当开关S由闭合状态断开时，下列说法正确的是(　　)A．电容器C1的电荷量增多，电容器C2的电荷量减少B．电容器C1的电荷量减少，电容器C2的电荷量增多C．电容器C1、C2的电荷量都增多D．电容器C1、C2的电荷量都减少C　[开关S闭合时，电容器C1两端电压与R2两端电压相等，C2两端电压与R1两端电压相等；开关S断开时，电路断路，电容器C1、C2两端电压均等于电源电动势E，由Q＝CU知，电容器C1、C2的电荷量均增多，C正确。] 考点4　欧姆表的工作原理1．欧姆表的测量原理如图所示，当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时，通过表头的电流I＝eq \f(E,r＋Rg＋R1＋Rx)。改变Rx，电流I随着改变，每个Rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值。内阻：将红、黑表笔短接，调节滑动变阻器使电流表达到满偏电流Ig，根据闭合电路的欧姆定律，Ig＝eq \f(E,r＋Rg＋R1)，故欧姆表内电阻R内＝eq \f(E,Ig)＝r＋Rg＋R1。中值电阻：当外加电阻Rx＝r＋Rg＋R1＝R内时，电流为I＝eq \f(E,Rx＋R1＋Rg＋r)＝eq \f(1,2)Ig，此时电流表指针指在刻度盘的中央，该电阻叫中值电阻。2．欧姆表刻度盘特点(1)如图所示，当红、黑表笔断开时，电流表中电流为零，此时表笔间电阻无穷大，所以在表盘上电流零处标电阻“∞”；当红、黑表笔短接时，调节欧姆调零电阻，使电流表指针满偏，所以在电流满偏处标电阻“0”。甲　　　　　乙　　　　　丙(2)I与Rx不成比例，欧姆表的刻度不均匀。(3)欧姆表偏角(偏角是指相对零电流位置或左端的“0”刻度而言的)越大，表明被测电阻越小。【典例4】　欧姆表的工作原理图如图所示。(1)若表头的满偏电流为Ig＝500 μA，干电池的电动势为1.5 V，求灵敏电流表的电流刻度值为50 μA、250 μA时对应的欧姆表的电阻值。(2)这个欧姆表的总内阻为 Ω，表针偏转到满刻度的eq \f(1,3)时，待测电阻为 Ω。[解析]　(1)对应电流“0”刻度和满偏电流“500 μA”的电阻刻度分别为“∞”和“0”。由闭合电路的欧姆定律得，调零时：Ig＝eq \f(E,Rg＋r＋R0)，所以欧姆表的总内阻R内＝Rg＋r＋R0＝eq \f(E,Ig)＝3 000 Ω。测量电阻Rx时：I＝eq \f(E,R内＋Rx)，Rx＝eq \f(E,I)－R内，当I＝50 μA时，Rx＝eq \f(1.5,50×10－6) Ω－3 000 Ω＝3×104Ω－3×103 Ω＝2.7×104 Ω。同理可求出电流为250 μA时，对应的电阻为3×103 Ω。(2)当表针偏转到满刻度的eq \f(1,3)处时，R′x＝eq \f(F,I′)－R内＝eq \f(1.5,\f(500×10－6,3)) Ω－3 000 Ω＝6 000 Ω。[答案]　(1)2.7×104 Ω　3×103 Ω　(2)3 000　6 000eq \o([跟进训练])4．一个将电流表改装成欧姆表的示意图如图所示，此欧姆表已经调零，用此欧姆表测一阻值为R的电阻时，指针偏转至满偏刻度的eq \f(4,5)处。现用该表测一未知电阻，指针偏转到满偏刻度的eq \f(1,5)处，则该电阻的阻值为(　　)A．4R　　　B．5R　　　C．10R　　　D．16RD　[当进行电阻调零时，待测电阻为零，此时电流最大；当接入电阻时，指针偏转角度减小，通过电流的变化情况来判断外电阻的变化情况。 当进行电阻调零时，根据闭合电路的欧姆定律，此时表头满偏，即Ig＝eq \f(E,R内)，当测量电阻值为R的电阻时，有eq \f(4Ig,5)＝eq \f(E,R内＋R)，设待测电阻阻值为R′，则有eq \f(Ig,5)＝eq \f(E,R内＋R′)，联立各式得R′＝16R。]1．两节电池1和2的电动势E1>E2，它们分别向同一电阻R供电，电阻R消耗的电功率相同。比较供电时电池1和2内部消耗的电功率P1和P2及电池的效率η1和η2的大小，则有(　　)A．P1＞P2，η1＞η2　　　　 B．P1＞P2，η1＜η2C．P1＜P2，η1＞η2 D．P1＜P2，η1＜η2B　[因为PR相等，则电流I相等。由I＝eq \f(E1,R＋r1)＝eq \f(E2,R＋r2)；因E1＞E2，则r1＞r2，所以P1＞P2，而η＝eq \f(P出,P总)＝eq \f(I2R,EI)，所以η与E成反比，故η1＜η2，故B正确。]2．如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带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、R2，关于F的大小判断正确的是(　　)A．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B　[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，R1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，R1变化时，电容器两极板电压不变，板间电场强度不变，小球所受电场力不变，F不变，C、D错误；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，内部电场强度减弱，小球受到的电场力减小，F变小，故A项错误，B项正确。]3．(多选)在如图所示的U­I图像中，线段Ⅰ为某电源路端电压与电流的关系图线，线段Ⅱ为某一电阻R的U­I图线。用该电源与电阻R连接成闭合电路，由图像可知(　　)A．R的阻值为1.5 ΩB．电源电动势为3.0 V，内阻为1.5 ΩC．电源的输出功率为3.0 WD．电阻R消耗的功率为1.5 WABD　[由题图两图线的交点知，R＝eq \f(U,I)＝eq \f(1.5 V,1.0 A)＝1.5 Ω，故A正确；线段Ⅰ在纵轴上的截距为电源电动势，即E＝3.0 V，斜率的绝对值为内阻，即r＝eq \f(E,I)＝eq \f(3.0 V,2.0 A)＝1.5 Ω，故B正确；电源的输出功率P出＝UI＝1.5 W，也等于电阻R消耗的功率，故C错误，D正确。]4．如图所示的电路中，电源的电动势E＝12 V，内阻未知，R1＝8 Ω，R2＝1.5 Ω，L为规格为“3 V 3 W”的灯泡，开关S断开时，灯泡恰好正常发光。不考虑温度对灯丝电阻的影响。求：(1)灯泡的额定电流和灯丝电阻；(2)电源的内阻；(3)开关S闭合时，灯泡实际消耗的功率。[解析]　(1)I＝eq \f(P,U)＝eq \f(3 W,3 V)＝1 ARL＝eq \f(U,I)＝eq \f(3 V,1 A)＝3 Ω。(2)S闭合前，E＝Ir＋IR1＋IRL将E＝12 V，I＝1 A，R1＝8 Ω，RL＝3 Ω代入求解得r＝1 Ω。(3)开关S闭合后，E＝I′r＋I′R1＋U2I′＝eq \f(U2,R2)＋eq \f(U2,RL)代入数据联立求解得U2＝1.2 V灯泡实际消耗的功率P′＝eq \f(U\o\al( 2,2),RL)＝0.48 W。[答案]　(1)1 A　3 Ω　(2)1 Ω　(3)0.48 W培优目标1．理解闭合电路中的功率及效率问题。2．会用闭合电路欧姆定律及电路串、并联知识分析动态问题。3．理解欧姆表的测量原理。电阻电源U­I图像研究对象定值电阻电源图像的物理意义　表示导体的性质R＝eq \f(U,I)，R不随U与I的变化而变化表示电源的性质，图线与纵轴的交点表示电源电动势，图线斜率的绝对值表示电源的内阻联系电源的电动势和内阻是不变的，正是由于外电阻R的变化才会引起外电压U外和总电流I的变化