第12章 微专题6 闭合电路欧姆定律的应用（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册（人教版）

微专题六　闭合电路欧姆定律的应用 [学习目标]　1.理解闭合电路中的图像的表示意义，会根据图像解决相关问题(科学思维).2.掌握含电容电路的分析方法，能进行相关判断和计算(科学思维)． 考点一　闭合电路中的图像问题 1．稳定电路的U－I图像有两种：一是电源的U－I图像(如图中a)；二是用电器的U－I图像，而用电器的U－I图像又分两类：线性(如图中b)和非线性(如图中c)． 2．两种图像的交点坐标表示该用电器单独与电源串联的工作电流和路端电压(也是用电器两端的电压)．如图所示，电源的输出功率分别为Pb＝U1I1，Pc＝U2I2. 【例题1】 如图所示，线段A为某电源的U－I图线，线段B为某电阻R的U－I图线，由上述电源和电阻组成闭合电路时，问： (1)电源的输出功率P出是多大？ (2)电源内部损耗的电功率P内是多少？ (3)电源的效率η是多大？ 思维导引：理解电源与电阻的U－I图线相交点的含义，以及两个图线斜率表示的意义． 解析 (1)从图线A可读出， 电源的电动势E＝6 V，内阻r＝＝ Ω＝1.0 Ω， 从图像的交点可读出： 路端电压U＝4 V，电路电流I＝2 A， 则电源的输出功率为P出＝UI＝4×2 W＝8 W. (2)电源内部损耗的电功率P内＝I2r＝22×1 W＝4 W. (3)电源的总功率为P总＝IE＝2×6 W＝12 W， 故电流的效率为η＝×100%＝×100%≈66.7%. 答案　(1)8 W　(2)4 W　(3) 66.7% 【变式1】 如图所示，直线A为某电源的U－I图线，曲线B为某小灯泡L1的U－I图线的一部分，用该电源和小灯泡L1串联起来组成闭合回路时灯泡L1恰能正常发光，则下列说法正确的是(　　) A．此电源的内电阻为 Ω B．灯泡L1的额定电压为3 V，额定功率为6 W C．把灯泡L1换成阻值恒为 1 Ω的纯电阻，电源的输出功率将变小 D．由于小灯泡L1的U－I图线是一条曲线，所以灯泡发光过程中欧姆定律不适用 答案　B 解析　由图像知，电源的内阻为r＝＝ Ω＝0.5 Ω，选项A错误；因为灯L1正常发光，故灯L1的额定电压为3 V，额定功率为P＝UI＝3×2 W＝6 W，选项B正确；正常工作时，灯L1的电阻为R1＝＝1.5 Ω，换成1 Ω的纯电阻后，该电阻更接近电源内阻r，故电源的输出功率将变大，选项C错误；小灯泡是纯电阻用电器，欧姆定律适用，其U－I图线是一条曲线的原因是灯泡的电阻随温度的变化而发生变化，选项D错误． 考点二　含电容器电路的分析与计算 1．含电容器电路问题的分析方法 (1)通过电容器这个桥梁可以把电学知识与力学知识有机地结合起来． (2)与电源相连的电容器，其极板间电压不变． (3)与电源断开的电容器其所带电荷量不变． (4)当电容器的两极板间电压变化时，有ΔQ＝CΔU. 2．分析和计算含有电容器的直流电路时，应注意的问题 (1)电路稳定时电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，在电容器处电路看作是断路，画等效电路时，可以先把它去掉． (2)若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上，求出电容器两端的电压，根据Q＝CU计算． (3)电路稳定时电容器所在支路上电阻两端无电压，该电阻相当于导线． (4)当电容器与电阻并联后接入电路时，电容器两端的电压与并联电阻两端的电压相等． (5)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充、放电，如果电容器两端的电压升高，电容器将充电，反之电容器将放电．通过与电容器串联的电阻的电荷量等于电容器所带电荷量的变化量． 【例题2】 如图所示，已知电压U＝18 V，电容器C1＝6 μF，C2＝3 μF，电阻R1＝6 Ω，R2＝3 Ω，C、D为两端点，当开关S断开时，A、B两点间的电压UAB为多少？当S闭合时，电容器C1的电荷量改变了多少？ 思维导引：与电容器串联的电阻两端等电势． 解析 在电路中电容器C1、C2的作用是断路，当开关S断开时，电路中无电流，B、C等电势，A、D等电势． 因此UAB＝UAC＝UDC＝18 V. 当S断开时，电容器C1所带电荷量为 Q1＝C1UAC＝6×10－6×18 C＝1.08×10－4 C， 当S闭合时，电路R1、R2导通，电容器C1两端的电压即电阻R1两端的电压，由串联电路的电压分配关系得 U′AC＝ U＝×18 V＝12 V， 此时电容器C1所带电荷量为 Q′1＝C1U′AC＝6×10－6×12 C＝0.72×10－4 C， 电容器C1所带电荷量的变化量为 ΔQ＝Q′1－Q1＝－3.6×10－5 C，“－”号表示减少． 答案　18 V　减少了3.6×10－5 C 【变式2】 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)S闭合后，稳定时通过R1的电流；