6专题 闭合电路欧姆定律及含容电路-2022-2023学年高一物理同步备课讲义 (人教版2019必修第三册)

6专题 闭合电路欧姆定律及含容电路 [学习目标] 1. 会计算闭合电路的功率和效率，掌握电源的输出功率随外电阻变化的图像 2. 会结合闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律分析电路故障． 3. 会应用闭合电路的欧姆定律分析闭合电路的动态问题 4. 会分析含有电容器的电路问题． 知识点一、两类U－I图像的比较 电源的U－I图像 电阻的U－I图像 图像表述的物理量的关系 电源的路端电压与电路电流的关系 电阻两端电压与流过电阻的电流的关系 图线与坐标轴交点 ①与纵轴交点表示电源电动势E ②与横轴交点表示电源短路电流 过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零 图线的斜率 －r(r为内阻) 表示电阻大小(电阻为纯电阻时) 图线上每一点坐标的乘积UI 表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率 图线上每一点坐标比值 表示外电阻的大小，不同点对应的外电阻大小不同 每一点对应的比值均表示此电阻的阻值大小 知识点二、闭合电路的功率与效率问题 1． 电源的输出功率：对于纯电阻电路，P出＝I2R＝2R＝，当R＝r时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为Pm＝.电源输出功率随外电阻变化曲线如图所示． 2． 电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即η＝×100%＝×100%＝×100%.对于纯电阻电路，电源的效率η＝×100%＝×100%＝×100%，所以当R增大时，效率η提高．当R＝r(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%，效率并不高． 知识点三、含容电路的分析 1． 电路简化：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时，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，电容器可看作断路，简化电路时可去掉。求电荷量时再在相应位置补上． 2． 电容器的电压 1　 电容器所在的支路中没有电流，与之串联的电阻两端无电压，相当于导线． 2　 电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压． 3． 电容器的电荷量及变化 3　 电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电．若电容器两端电压升高，电容器将充电；若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电． 4　 如果变化前后极板带电的电性相同，通过所连导线的电荷量为|Q1－Q2|； 5　 如果变化前后极板带电的电性相反，通过所连导线的电荷量为Q1＋Q2. 知识点一：闭合电路的功率问题 【探究重点】 1． 把含有电源、电阻的部分电路等效为新的“电源”，其“电动势”“内阻”如下： 1　 两点间断路时的电压等效为电动势E′. 2　 两点短路时的电流为等效短路电流I短′，等效内电阻r′＝.常见电路等效电源如下： 2． 对定值电阻来说，其电流最大时功率也最大． 3． 电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻时，电源的输出功率越大． 4． 如图，求解滑动变阻器R2消耗的最大功率时，可把定值电阻R1等效为电源内阻的一部分，则R2＝R1＋r时，R2上消耗的功率最大． 【例题精讲】 1. （2023 全国高三专题练习）(多选)如图所示，电源由几个相同的干电池组成。合上开关S，变阻器的滑片从A端滑到B端的过程中，电路中的一些物理量的变化如图甲、乙、丙所示，图甲为电压表示数与电流表示数关系，图乙为干电池输出功率跟电压表示数关系，图丙为干电池输出电能的效率η与变阻器接入电路电阻大小的关系。不计电表、导线对电路的影响，则(　　) A．串联电池的总电阻为2Ω B．串联的干电池节数为6节 C．变阻器的总电阻为8Ω D．乙图上b点的横坐标为3 【巩固训练】 2. (2022·重庆市一诊)如图是测定甲、乙两个直流电源的电动势E与内阻r时，得到的路端电压U与干路电流I的U－I图像．若将这两个直流电源分别与同一定值电阻R串联，下列说法正确的是(　　) A．甲电源内阻是乙电源内阻的2倍 B．电源的效率一定有η甲<η乙 C．电源总功率一定有P甲<P乙 D．电源的输出功率一定有P甲>P乙 知识点二：闭合电路的图像问题 【探究重点】 1． 稳定电路的U－I图像有两种：一是电源的U－I图像(如图6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(图中b)和非线性(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，电源的输出功率分别为Pb＝U1I1，Pc＝U2I2. 【例题精讲】 3. (2022·江苏省苏州中学模拟)两位同学在实验室中利用如图(a)所示的电路进行实验，将滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，一位同学记录电流表A和电压表V1的测量数据，另一位同学记录电流表A和电压表V2的测量数据．两位同学根据记录的数据描绘出如图(b)所示的两条U－I图线，则图像中两图线的