第十一章 课程阶段总结(十一) 电路及其应用-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

课程阶段总结(十一)　电路及其应用 　知识体系建构·关键理清 　学科素养提升·整合培优 一、柱状模型问题 1．模型分析 (1)运动特点：流体(液体、气体)或粒子流匀速运动。 (2)受力特点：不计流体或微观粒子之间的力。 (3)关键突破：相同时间内流过某一截面的流体的体积或微观粒子数目(电荷量)相等。若柱体面积变化，流速随之变化。 2．建模思路 [例1] 如图所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米橡胶棒所带电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为(　　) A．vq B． C．qvS D． 解析：选A。在运动方向上取一横截面，则在t时间内通过该横截面的电荷量为Q＝vt·q，等效电流I＝＝vq，A正确，B、C、D错误。 [例2] 风力发电是利用风能的一种方式，风力发电机可以将风能(气流的动能)转化为电能，其主要部件如图所示。已知某风力发电机风轮机旋转叶片正面迎风时的有效受风面积为S，运动的空气与受风面作用后速度变为零，风力发电机将风能转化为电能的效率和空气密度均保持不变。当风速为v且风向与风力发电机受风面垂直时，风力发电机输出的电功率为P。求 (1)在同样的风向条件下，风速为时这台风力发电机输出的电功率； (2)利用风能发电时由于风速、风向不稳定，会造成风力发电输出的电压和功率不稳定。请你提出一条合理性建议，解决这一问题。 解析：(1)单位时间内垂直吹向旋转叶片有效受风面积的空气的质量为m＝ρSv， 这些空气所具有的动能为 Ek＝ρSv3， 设风力发电机将风能转化为电能的效率为k，则风力发电机输出的电功率为P＝kEk＝kρSv3， 当风速为时输出的电功率P′＝kρS＝P (2)若风向改变，可以调整风车的叶面朝向，使叶面与风速垂直，风力发电机更多地接受风能；风大时可以让风力发电机将多余的电能给蓄电池充电，把电能储存起来，发电机输出功率变小时用蓄电池辅助供电等。 答案：(1)　(2)见解析 二、电路的等效化简 1．化简原则 (1)理想导线可任意长短。 (2)无电流支路可去掉。 (3)等电势点可合并。 (4)理想电压表可看成断路，理想电流表可看成短路，电流稳定后，电容器可看成断路。 2．化简方法 (1)电流分支法 ①将各节点用字母标上。 ②判定各支路元件的电流方向。 ③按电流流向，自左向右(或自上向下)将各元件、节点、分支逐一画出。 ④将画出的等效图加工整理。 (2)等势点排列法 ①将各节点用字母标上。 ②判定各节点电势的高低。 ③将各节点按电势高低自左向右(或自上向下)依次排列，再将各节点之间的支路画出。 ④将画出的等效图加工整理。 [例3] 如图所示电路，R1＝R2＝4 Ω，R3＝R4＝2 Ω，UAB＝6 V，求： (1)电流表A1和A2的示数；(不计电流表的内阻) (2)R1与R4两端的电压之比。 解析：(1)等效电路图如图所示，R1、R2、R3三个电阻并联的总电阻设为R并，则有＝＋＋，得R并＝1 Ω。 电路的总电流I＝＝ A＝2 A。 并联部分的电压U并＝IR并＝2×1 V＝2 V。 通过R1、R2、R3三个电阻的电流分别为 I1＝＝ A＝0.5 A，I2＝＝ A＝0.5 A， I3＝＝ A＝1.0 A。 由图可知，电流表A1的示数是通过R2与R3的电流之和，则有 IA1＝I2＋I3＝0.5 A＋1.0 A＝1.5 A。 电流表A2的示数是通过R1与R2的电流之和 则有IA2＝I1＋I2＝0.5 A＋0.5 A＝1.0 A (2)因为UAB＝U并＋U4，所以R4两端电压为 U4＝UAB－U并＝6 V－2 V＝4 V， U1＝U并＝2 V，则＝＝。 答案：(1)1.5 A　1.0 A　(2)1∶2 [例4] 如图所示，R1＝6 Ω，R2＝6 Ω，R3＝3 Ω，R4＝3 Ω。则当S断开和S闭合时，电流表(可视为理想电表)的示数分别为(　　) A．1 A和 A B．2 A和2 A C．3 A和4 A D．0.25 A和 A 解析：选C。先用电流分支法将电路图进行简化，第一支线：由A经电阻R1到B；第二支线：由A经电阻R2到C再到B；第三支线：由A经电阻R3到D再经R4到B；以上三条支线并联，且在C、D间接有开关S，简化图如图所示： 当开关S断开时，电路中R3与R4串联再与R1、R2并联，由串并联电路规律可知I＝＋＋＝3 A；当开关S闭合时，R4被短路，R1、R2、R3并联，I′＝＋＋＝4 A，故C正确，A、B、D错误。 三、电表的改装 1．表头改装大量程的电压表 (1)措施：给表头串联一个电阻，使其分压。 (2)改装电路图： (3)串联电阻的阻值： 根据欧姆定律I＝得，R＝＝。 (4)改装后电压表的总内阻：RV＝R＋Rg。 2．表头改装大量程的电流表 (1)措施：