第4章 素养提升课(五) 闭合电路的分析与计算-【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（鲁科版）

【学习目标】　 1．会分析闭合电路动态问题及含电容器电路的计算与分析。2.掌握闭合电路中的功率、效率、能量问题。3.能够利用闭合电路欧姆定律及图像解决问题。 一　闭合电路的动态分析问题 1．解决闭合电路动态变化问题，应按照局部→整体→局部的顺序进行分析。 2．基本思路：电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U内的变化→U外的变化→固定支路→变化支路。 (1)对于固定不变的部分，一般按照欧姆定律直接判断。 (2)对于变化的部分，一般应根据分压或分流间接判断。 (3)涉及变阻器滑动引起的电路变化问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个端点去讨论。 如图所示的电路中，电源的电动势为E，内电阻为r，A为灯泡，V为理想电压表。在滑动变阻器的滑片P由B端向C端滑动的过程中(　　 ) A．A灯变亮，V示数变大 B．A灯变亮，V示数变小 C．A灯变暗，V示数变大 D．A灯变暗，V示数变小 学生用书第93页 思路点拨：　解此题可按以下思路： ―→―→―→―→ D　[在滑动变阻器的滑片P由B端向C端滑动的过程中，接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，总电流增大，内电压变大，则路端电压减小，电压表V的示数变小，电阻R上电压变大，则A灯两端电压变小，亮度变暗，故D正确。] 动态电路分析的基本步骤 (1)明确各部分电路的串、并联关系，特别要注意电流表或电压表测量的是哪部分电路的电流或电压。 (2)由局部电路电阻的变化确定外电路总电阻的变化。 (3)根据闭合电路的欧姆定律I＝判断电路中总电流如何变化。 (4)根据U内＝Ir，判断电源的内电压如何变化。 (5)根据U外＝E－Ir，判断电源的外电压(路端电压)如何变化。 (6)根据串、并联电路的特点，判断各部分电路的电流、电压、电功率、电功如何变化。 针对练1.如图所示电池电动势为E，内阻为r。当可变电阻的滑片P向b点移动时，电压表的读数U1与电压表的读数U2的变化情况是(　　 ) A．U1变大，U2变小 B．U1变大，U2变大 C．U1变小，U2变小 D．U1变小，U2变大 A　[滑片P向b移动时，总电阻变大，干路中I＝变小。由于路端电压U＝E－Ir，U增大，即V1表示数U1变大。由于V2表示数U2＝IR，U2减小，所以A正确。] 针对练2.(2022·山西太原高二检测)某同学在研究电路动态问题时，设计如图所示电路，电源内阻不可忽略，两电表均为理想电表。开关S闭合后电路正常工作，在滑动变阻器R1的滑片P向右滑动的过程中电压表的示数突然减小了，可能是因为(　　 ) A．滑动变阻器R1短路 B．电阻R3断路 C．电流表断路 D．电阻R2断路 A　[分析电路图可知，电压表测量路端电压，滑动变阻器R1的滑片P向右滑动的过程中，如果滑动变阻器短路了，则总电阻变小，路端电压变小，电压表示数变小，A选项符合题意；如果电阻R3断路，电压表测量没有接入电路的电源两端电压，示数变大，B选项不符合题意；如果电流表或电阻R2断路，总电阻变大，路端电压变大，电压表示数变大，C、D选项不符合题意。] 二　闭合电路的功率和效率 1．电源的总功率：P总＝EI；电源内阻消耗的功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P出＝U外I。 2．对于纯电阻电路，电源的输出功率P出＝I2R＝R＝，当R＝r时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为P＝。电源输出功率随外电阻的变化曲线如图所示。 3．电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即η＝＝＝。对于纯电阻电路，电源的效率η＝＝＝，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。 如图所示，电路中电池的电动势E＝5 V，内电阻r＝10 Ω，固定电阻R＝90 Ω，R0是可变电阻，在R0从零增加到400 Ω的过程中，求： (1)可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最大热功率； (2)电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和； 学生用书第94页 (3)R0调到多少时R上消耗的功率最大，最大功率是多少？ 思路点拨：　(1)当R0＝R＋r时，R0消耗功率最大。 (2)对于固定电阻，由P＝I2R可知，电流最大时功率最大，电流最小时功率最小。 解析：　(1)可变电阻R0上消耗的热功率： P0＝I2R0＝ R0－100 Ω＝0时，P0最大，其最大值： P大＝ W＝ W。 (2)当电流最小时，电阻r和R消耗的热功率最小，此时R0应调到最大400 Ω，内阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和为 P小＝()2(R＋r)＝0.01 W。 (3)R0＝0时，电路中的总电阻最小，因此电路中的电流最大，此时R上有最大功率 即PR＝()2R＝×90 W＝0.225 W。 答案：　(1)R0＝100 Ω　 W　(2)0.01 W　(3)