第12章 专题扩展6 闭合电路欧姆定律的应用（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（人教版2019）

专题拓展6　闭合电路欧姆定律的应用 科学思维 科学态度与责任 1.会应用闭合电路的欧姆定律分析闭合电路的动态问题。 2．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。 3．会分析含有电容器的电路问题。 　　通过分析外电阻改变引起电流、端电压的变化，培养实事求是的科学态度和严谨的作风。 [对应学生用书P108] 探究点一___闭合电路的动态分析 　　　　　　 闭合电路动态问题的分析方法 1．程序法 (1)明确电路结构，即电路各元件的连接方式。 (2)明确局部电阻的变化和外电路总电阻R总的变化。 (3)运用I总＝判断I总的变化。 (4)运用U内＝I总r判断U内的变化。 (5)运用U外＝E－U内判断U外的变化。 (6)由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分电路的电压及电流的变化。 2．结论法——“并同串反” (1)“并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。 (2)“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大。 【例1】 如图所示的电路中，电源内阻不可忽略。开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中(　　　　　) A．电压表与电流表的示数都减小 B．电压表与电流表的示数都增大 C．电压表的示数增大，电流表的示数减小 D．电压表的示数减小，电流表的示数增大 A　解析：滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中，R0接入电路的电阻变小，电路的总电阻变小，总电流变大，电源的内电压变大，外电压变小，电压表的示数变小，R1两端的电压变大，R2两端的电压变小，电流表的示数变小，A正确。 直流电路的动态分析思路 基本思路是“部分→整体→部分”，即从阻值变化入手，由串、并联规律判知R总的变化情况，再由欧姆定律判知I总和U端的变化情况，最后由部分电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判知各部分的变化情况。 [练1] 如图所示的是某同学在研究性学习中自制的电子秤原理示意图。托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计。滑动变阻器的滑片与弹簧上端连接。不称重物时，滑片P在R0的最上端；称重物时，在压力作用下滑片P下滑。操作人员可通过电阻很大的灯泡的亮度判断有没有开始称重，电流表的示数可以反映物体的质量，下列说法正确的是(　　　　　) A．称的物体越重，灯泡越暗 B．称的物体越重，电流表示数越大 C．不称重物时，灯泡会很亮 D．不称重物时，电流表示数较大 D　解析：当物体越重时，弹簧的压缩量越大，P越向下，滑动变阻器接入电路的电阻值越大，则总电阻越大，总电流I越小，灯泡两端的电压U＝E－Ir－IR1越大，通过灯泡的电流I灯＝越大，P灯＝I灯2R灯，灯泡越亮，A、B错误；不称重物时，R0、灯泡被短路，电路总电阻最小，电流表示数I＝较大，D正确，C错误。 探究点二___闭合电路的功率和效率 1．闭合电路中的功率 项目 电源的 总功率P总 电源的 热功率P热 电源的 输出功率P出 普遍适用 的表达式 P总＝EI P热＝I2r P出＝U外I 纯电阻电 路中的表达式 P总＝ ＝I2(R＋r) P热＝I2r P出＝I2R＝ 联系 P总＝P热＋P出 2.电源输出功率P出随外电阻R的变化规律 (1)电源的输出功率P出＝U外I＝I2R＝R＝＝，可见，当R＝r时，电源有最大输出功率，Pmax＝。 (2)电源的输出功率随外电路电阻R变化的图像如图所示。 ①当R<r时，若R增大，则P出增大；当R>r时，若R增大，则P出减小。即在R≥r或R≤r的情况下，|R－r|越大，P出越小；|R－r|越小，P出越大；|R－r|＝0，P出最大。 ②当P出<Pm时，每个P出对应两个可能的外电阻，如图中的R1、R2，根据功率数值相等可以推导出R1·R2＝r2。 (3)电源的效率 η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%。 由此可见，外电路电阻R越大，电源的效率越高，当R＝r时电源的输出功率最大，电源的效率η＝50%。 【例2】 将一个电源与一个电阻箱连接成闭合回路，测得电阻箱所消耗的功率P随电阻箱读数R变化而变化的曲线如图所示，由此可知(　　　　　) A．电源最大输出功率可能大于45 W B．电源内阻一定等于5 Ω C．电源电动势为45 V D．电阻箱所消耗的功率P最大时，电源效率大于50% B　解析：由题图可知，电阻箱所消耗的功率P的最大值为45 W，所以电源最大输出功率为45 W，A错误；由电源输出功率最大的条件可知，电源输出功率最大时，外电路电阻的阻值等于电源