高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册闭合电路欧姆定律教学设计及反思

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主题(一) 常规电路的动态分析
[知能融会通]
闭合电路动态问题的分析方法
1．程序法
(1)分析电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象；
(2)由局部电阻变化判断总电阻的变化；
(3)由I＝eq \f(E,R＋r)判断总电流的变化；
(4)据U＝E－Ir判断路端电压的变化；
(5)由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分的电路电压及电流的变化。
2．结论法——“并同串反”
(1)“并同”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。
(2)“串反”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大。
[典例] 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，电表均为理想电表。当R2的滑片在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V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( )
A．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
听课记录：
[变式拓展] 上例中，若图中R3＝0，则
(1)eq \f(U,I1)和eq \f(U,I2)的变化情况如何？
(2)eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(ΔU,ΔI1)))和eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(ΔU,ΔI2)))的变化情况如何？
eq \a\vs4\al([易错警示])
对eq \f(U,I)和eq \f(ΔU,ΔI)的物理意义认识不清而致错
(1)根据电阻的U­I图线上任意一点的纵坐标与横坐标的比eq \f(U,I)等于电阻的阻值，可知eq \f(U,I)表示电阻的变化情况。
(2)对于定值电阻来说，eq \f(ΔU,ΔI)＝eq \f(U,I)＝R；对于阻值变化的电阻来说，由闭合电路欧姆定律得U＝E－Ir，故U­I图线在任意一点的斜率eq \f(ΔU,ΔI)＝－r，所以将阻值变化的电阻作为外电路时，eq \f(ΔU,ΔI)表示等效电源的内阻。
[题点全练清]
1.如图所示，R1为热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E、内阻为r，电压表和电流表均为理想电表。如果R1的温度降低，则( )
A．电压表示数增大，电流表示数减小
B．电压表、电流表示数均增大
C．电压表示数减小，电流表示数增大
D．电压表、电流表示数均减小
2.在如图所示的电路中，电源电动势为E、内阻为r，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片P从图示位置向右滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I、U1、U2、U3表示，电表示数变化量的绝对值分别用ΔI、ΔU1、ΔU2、ΔU3表示。则下列判断中正确的是( )
A．U2、U3都变小 B．U2变大，U3变小
C.eq \f(ΔU3,ΔI)不变 D.eq \f(ΔU3,ΔI)变大
主题(二) 含电容器电路的动态分析
[知能融会通]
分析含电容器电路应注意的两点
1．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，在此支路上的电阻无电压降低，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。在电路稳定后，与电容器串联的电阻中无电流通过，与电容器串联的电阻阻值变化，不影响电路中其他电表示数和灯泡亮度。
2．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，电荷量增大；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，电荷量减小。
[典例] (多选)实验小组利用如图所示电路研究电压的变化ΔU与电流的变化ΔI的关系，电流表、电压表均为理想电表，D为理想二极管，C为电容器。闭合开关S至电路稳定后，将滑动变阻器的滑片P向左移动一小段距离，结果发现电压表V1的示数变化量绝对值为ΔU1，电压表V2的示数变化量绝对值为ΔU2，电流表A的示数变化量绝对值为ΔI，则下列判断正确的是( )
A.eq \f(ΔU1,ΔI)的值变大
B.eq \f(ΔU2,ΔI)的值不变，且始终等于电源内阻r
C．电压表V1的示数与电流表A的示数的比值eq \f(U1,I)变大
D．滑片向左移动的过程中，电容器的电容不变，带电荷量减少
听课记录：
[题点全练清]
1．(多选)在如图所示的电路中，电源电动势为E、内阻为r，C为电容器，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。开关闭合后，灯泡L能正常发光。当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列判断正确的是( )
A．灯泡L将变暗
B．灯泡L将变亮
C．电容器C的电荷量将减小
D．电容器C的电荷量将增大
2．如图所示，电源的电动势为E、内阻为r，R1、R2为定值电阻，C为电容器。闭合开关S，在滑动变阻器R的滑片向上滑动过程中( )
A．电阻R1中的电流变小
B．电阻R2中的电流向右
C．电容器C的电容变大
D．电容器C所带电荷量变小
3．如图所示电路中，电源内阻不能忽略，电表均为理想电表。闭合开关后，电路处于稳定状态，下列说法正确的是( )
A．电流表的示数突然变大，可能因为电容器被击穿
B．灯泡L1突然变亮，可能因为电阻R发生了短路
C．灯泡L2突然变亮，可能因为电阻R发生了断路
D．电压表的示数突然变小，可能因为灯泡L2的灯丝烧断
主题(三) 电路故障的分析
[知能融会通]
电路故障特点及分析方法
1．断路特点：表现为路端电压不为零而电流为零；
2．短路特点：用电器或电阻发生短路，表现为有电流通过电路但用电器或电阻两端电压为零。
3．分析方法：将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生某种故障，运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理。
[典例] 如图所示的电路中，闭合开关，灯L1、L2正常发光。由于电路出现故障，突然发现L1变暗，L2变亮，电流表的读数变小。若只有一处故障，请分析发生的故障的可能是( )
A．R1短路 B．R2断路
C．R3短路 D．R4短路
听课记录：
[题点全练清]
1．如图所示，电源电压恒定，闭合开关S后，电路正常工作。过了一会儿，两电表的示数一个变大，另一个变小，则该电路中出现的故障是( )
A．一定是电阻R断路
B．可能是电阻R短路
C．可能是灯L断路
D．一定是灯L短路
2．如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3均为定值电阻，电压表与电流表均为理想电表；开始时开关S闭合，电压表、电流表均有示数，某时刻发现电压表和电流表读数均变大，则电路中可能出现的故障是( )
A．R1断路 B．R2断路
C．R1短路 D．R3短路
综合·融通 闭合电路的动态分析
主题(一)
[典例] 选B 方法一：程序法 将R2的滑片向b端移动，R2接入电路的电阻减小，外电路总电阻R减小，总电流I增大，内电压U内增大，路端电压U减小，电压表V的示数U减小；总电流I增大，R3两端电压U3增大，R1、R2两端电压减小，A1示数I1减小，A2示数I2增大，故B项正确。
方法二：串反并同法 R2接入电路的电阻减小，A2与其串联，故A2示数I2增大；A1与R2并联，故A1示数I1减小；V与R2间接并联，故V的示数U减小，故选B。
[变式拓展] 提示：(1)eq \f(U,I1)＝R1，故eq \f(U,I1)不变；eq \f(U,I2)＝R2，故eq \f(U,I2)减小。
(2)以R2和电源并联部分作为等效电源，则R1为等效电路中唯一用电器，由闭合电路欧姆定律可得U＝E－I1eq \f(R2r,R2＋r)，R2减小，r不变，eq \f(R2r,R2＋r)减小，故eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(ΔU,ΔI1)))减小。同理，U＝E－I2eq \f(R1r,R1＋r)，R1和r都不变，故eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(ΔU,ΔI2)))不变。
[题点全练清]
1．选A 如果R1的温度降低，其电阻增大，电路总电阻增大，电路总电流减小，电流表示数减小，电源内电压及R2两端电压减小，电压表示数增大，A正确。
2．选C 将滑动变阻器的滑片P从图示位置向右滑动时，R2变大，电路总电阻变大，由闭合电路欧姆定律可知电路总电流I变小，根据U3＝E－Ir，U1＝IR1，U2＝U3－U1，可知外电压U3变大，定值电阻R1两端电压U1变小，滑动变阻器两端电压U2变大，故A、B错误；根据闭合电路欧姆定律可得U3＝E－Ir，则有eq \f(ΔU3,ΔI)＝r，可知eq \f(ΔU3,ΔI)不变，故C正确，D错误。
主题(二)
[典例] 选BC 滑动变阻器的滑片P向左移动一小段距离，滑动变阻器接入电路的电阻变大，电路总电阻变大，电路总电流变小，电阻R1两端电压和电源内电压之和UR1＋Ur变小，电压表V1的示数U1变大，且U1＝E－I(R1＋r)，则eq \f(ΔU1,ΔI)＝R1＋r不变，故A错误；电压表V2的示数为U2＝E－Ir，则eq \f(ΔU2,ΔI)＝r不变，故B正确；电压表V1的示数与电流表A的示数的比值eq \f(U1,I)＝R，滑动变阻器的滑片P向左移动一小段距离，R变大，故C正确；电容器的电容C＝eq \f(εrS,4πkd)不变，电容器两极板间电压等于R1两端的电压，R1两端电压减小，则电容器两极板间电压减小，电容器放电，但由于二极管的单向导电性使得电容器带电荷量保持不变，故D错误。
[题点全练清]
1．选AD 由题意，可知R增大，电流I＝eq \f(E,R＋RL＋r)，则I减小，灯泡L将变暗，故A正确，B错误；路端电压U＝E－Ir，由于I减小，则U增大，电容器电荷量Q＝CU，由于U增大，C不变，则Q增大，故C错误，D正确。
2．选B 闭合开关S，在滑动变阻器R的滑片向上滑动过程中，滑动变阻器接入电路的阻值减小，则电路总电流增大，即通过电阻R1的电流变大，故A错误；通过电阻R1的电流变大，则电阻R1两端电压变大，所以电容器C两端电压变大，根据电容的定义式可得Q＝CU，可知电容器C所带电荷量变大，即电容器充电，根据连接方式可知电容器左极板带正电，所以电阻R2中有向右的电流，故B正确，D错误；电容器的电容大小由电容器的两板之间的距离和正对面积，以及介电常数决定，故电容器C的电容不变，故C错误。
3．选A 若电容器被击穿短路，可使得电路总电阻变小，总电流变大，故A正确；若电阻R发生短路，则电路左侧三元件并联部分分压为零，会导致灯泡L1熄灭，B错误；若电阻R发生断路，会使得电路左侧三元件并联部分总电阻变大，电路总电流变小，灯泡L2分压变小，故而亮度变暗，C错误；若灯泡L2的灯丝烧断，则电压表的示数将等于电源电动势，故而示数增大，D错误。
主题(三)
[典例] 选B 发生故障前，等效电路如图所示。若R1短路，则灯L1被短路不亮，故A错误；若R2断路，则电路中总电阻增大，电路中的总电流减小，左侧部分并联电阻没有变，则左侧并联部分两端的电压将减小，可知L1应变暗，根据闭合电路欧姆定律可知右侧并联部分两端的电压增大，流过灯L2的电流变大，功率变大，灯L2应变亮，根据并联分流可得经过电流表的电流减小，所以电流表的读数变小，故B正确；如果R3发生短路，电路中的总电阻变小，总电流变大，左侧并联电路的电阻没有发生变化，则灯L1两端的电压将变大，灯L1变亮，故C错误；若R4短路，则电路中总电阻减小，电路中总电流增大，左侧并联部分总电阻没有发生变化，则L1两端的电压将增大，可知L1应变亮，故D错误。
[题点全练清]
1．选B 若电阻R断路，电流表示数减小到零，电压表示数变大，有可能是电阻R断路，而不一定是电阻R断路，A错误；若电阻R短路，电流表示数变大，电压表示数减小到零，B正确；若灯L断路，两电表示数都减小到零，C错误；若灯L短路，两电表示数都变大，D错误。
2．选B 若R1断路，电流表读数为零，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，则电压表读数变大；R3的分压增大，则电流表的读数变大，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，电流表的读数变大，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，故D错误。