专题突破(4)——闭合电路欧姆定律及能量分析（Word）-【全效作业本】2022-2023学年高中必修第三册物理（人教版2019）

专题突破(四)——闭合电路欧姆定律及能量分析 [见学生用书P98] 一、路端电压与负载的关系 1．路端电压与负载的关系：U＝E－U内＝E－r，随着外电阻增大，路端电压增大；当外电路开路时(外电阻无穷大)，路端电压U＝E；这也提供了一种粗测电动势的方法，即用电压表直接测电源电动势。 2．路端电压与电流的关系：U＝E－Ir。 3．电源的U－I图像： 如图所示是一条倾斜的直线，图像中U轴截距E表示电源电动势，I轴截距I0等于短路电流(横、纵坐标都从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻。 二、闭合电路的动态分析 解决闭合电路动态问题的一般思路： 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＝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。 三、含电容器电路的分析与计算 1．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，此支路相当于断路，所以在此支路中的电阻上无电压，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。 2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联电阻两端的电压相等。 3．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；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。 四、闭合电路的功率 1．电源的总功率：P总＝EI；电源内电阻消耗的功率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Pmax＝。电源输出功率随外电阻变化曲线如图所示。 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＝×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，效率并不高，仅为50%。 【例1】 (多选)如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，下列说法正确的是(　AD　) 例1图 A．电源的电动势为6.0 V B．电源的内阻为12 Ω C．电源的短路电流为0.5 A D．电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω 【解析】 因为该电源的U－I图像的轴纵坐标并不是从零开始的，故纵轴上的截距虽为电源的电动势，即E＝6.0 V，但横轴上的截距0.5 A并不是电源的短路电流，且内阻应按斜率的绝对值计算，即r＝＝ Ω＝2 Ω。由闭合电路欧姆定律可得电流I＝0.3 A时，外电阻R＝－r＝18 Ω。A、D正确。故选AD。 【例2】 在如图所示的电路中，R1为定值电阻，R2为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设理想电流表的读数为I，电压表的读数为U，当R2的滑动触头向图中a端移动时(　D　) 例2图 A．I变大，U变小 B．I变大，U变大 C．I变小，U变大 D．I变小，U变小 【解析】 当R2的滑动触头向图中a端移动时，R2接入电路的电阻变小，电路的总电阻R总就变小，总电流I总变大，电压表的读数U＝E－I总r，则U变小；理想电流表的读数I＝，则I变小，D正确。 【例3】 如图所示的电路图中，电源电动势E＝10 V，内阻可忽略，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF。求： 例3图 (1)S闭合后，稳定时通过R1的电流； (2)S先闭合，然后断开，这个过程中流过R1的总电荷量。 【答案】 (1)1 A；(2)1.2×10－4 C。 【解析】 (1)S闭合后，电路稳定时，R1、R2串联， 电流I＝＝1 A。 (2)S闭合时，电容器两端电压UC＝U2＝IR2＝6 V，储存的电荷量Q＝CUC。S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时U′C＝E，储存的电荷量Q′＝CU′C。电容器上的电荷量增加了ΔQ＝Q′－Q＝CU′C－CUC＝1.2×10－4 C。电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的，这只有通过R1这条电路实现，所以流过R1的电荷量就是电容器所带电荷量的增加量。 【例4】 如图所示的电路图中，电源电动势E＝3 V，内阻r＝0.5 Ω，定值电阻R0＝1.5 Ω，滑动变阻器的最大阻值为10 Ω。 例4图 (1)在滑动变阻器的阻值R为多大时，变阻器上消耗的功率最大？最大为多少？ (2)在滑动变阻器的阻值R为多大时，定值电阻R0上消耗的功率最大？最大为多少？ 【答案】 (1)2 Ω　 W；(2)0 Ω　 W。 【解析】 (1)此种情况可以把R0归入电源内电阻，这样变阻器上消耗的功率也就是电源的输出功率。 即当R＝r＋R0＝2 Ω时，R消耗功率最大为 Pmax＝＝ W＝ W。 (2)定值电阻R0上消耗的功率可以表示为P＝I2R0，因为R