3 素养提升课六 闭合电路的分析-【金版新学案】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版2019）

素养提升课六　闭合电路的分析 【素养目标】　1.掌握闭合电路的动态分析方法。2.会利用闭合电路欧姆定律分析、计算含有电容器的电路问题。3.学会分析、判断、排除电路故障的方法。 提升点一　闭合电路的动态分析 1．判定总电阻变化情况的规律 (1)当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时，电路的总电阻一定增大(或减小)。 (2)若开关的通、断使串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；若开关的通、断使并联的支路增多时，电路的总电阻减小。 (3)在如图所示分压电路中，滑动变阻器可视为由两段电阻构成，其中一段R并与用电器并联，另一段R串与并联部分串联。A、B两端的总电阻与R串的变化趋势 一致。 学生用书↓第99页 2．电路动态分析问题常用的”三法“ (1)程序判断法：遵循”局部→整体→部分“的思路，按以下步骤分析： (2)”串反并同“结论法(应用条件：电源内阻不为零) ①所谓”串反“，即某一电阻增大时，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，反之则增大。 ②所谓”并同“，即某一电阻增大时，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，反之则减小。即： ←R↑→ (3)极限法：因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论。 (2024·广东广州高二上期中)在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器。当R2的滑片在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑片向b端移动，则三个电表示数的变化情况是(　　) A．I1增大，I2不变，U增大 B．I1减小，I2增大，U减小 C．I1增大，I2减小，U增大 D．I1减小，I2不变，U减小 答案：B 解析：将R2的滑片向b端移动，R2接入电路的电阻减小，则外电路总电阻R减小，由I＝知总电流I增大，则内电压U内增大，路端电压即电表V的示数U减小；R3两端电压U3增大，R1、R2两端电压减小，则A1示数I1减小，A2示数I2增大，故B正确。 (2023·深圳市高级中学高二月考)在如图所示电路中，R1是定值电阻，R2是滑动变阻器，闭合开关S，当R2的滑动触头P向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电流表、电压表的示数分别用I、U1、U2、U3表示，它们示数变化量的大小分别用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示。则下列分析不正确的是(　　) A．不变，不变　　B．变大，变大 C．变大，不变　　D．变大，不变 答案：B 解析：当滑动触头P向下滑动时，R2接入电路的电阻变大，根据“串反并同”，可知I、U1减小，U2、U3增大。所以、变大，＝R1不变。U1＝IR1， U2＝E－I(R1＋r)，U3＝E－Ir，所以＝R1，＝R1＋r，＝r，所以比值、、是定值。故选B。 通过U-I图像分析动态电路的和 对于U-I图线，为图像上任意一点的纵坐标和横坐标的比值，为直线的斜率。 1．对于定值电阻R0，U＝IR0，U-I图线为过原点的倾斜直线，＝＝R0 2．电源的U-I图线为倾斜的直线，U＝E－Ir，＝R外，＝r 3．可变电阻R的U-I图线为倾斜的直线，U＝E－I(r＋R0)，＝R，＝r＋R0 学生用书↓第100页 提升点二　含电容器电路的分析与计算 1．电路稳定时电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，在电容器处的电路可看作是断路，画等效电路时，可以先把它去掉。 2．若要求解电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上，求出电容器两端的电压，根据Q＝CU计算。 3．电路稳定时电容器所在支路上的电阻两端无电压，该电阻相当于导线。 4．当电容器与电阻并联后接入电路时，电容器两端的电压与并联电阻两端的电压相等。 5．电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充、放电，如果电容器两端的电压升高，电容器将充电，反之，电容器将放电。通过与电容器串联的电阻的电量等于电容器带电量的变化量。 如图所示，U＝10 V，电阻R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，电容C＝30 μF。 (1)闭合开关S，电路稳定后，求通过R1的电流； (2)然后断开S，求这以后流过R1的电量是多少？ 答案：(1)1 A　(2)1.2×10－4 C 解析：(1)S闭合，电路稳定后(即电容器充电完毕)即为R1与R2串联的电路，所以通过R1的电流为I＝＝ A＝1 A。 (2)闭合开关S，电路稳定后，电容C与R2并联，两极间电压U1＝IR2＝1×6 V＝6 V，且上板带正电荷；断开S后，由于U＝10 V，所以继续给电容器充电至极板电压U2＝U＝10 V，仍是上板带正电，流过R1的电量等于继续给电容器充电的电量，所以ΔQ＝C(U2－U1)＝1.2×10－4 C。 (2023·广州市高二期中)如图所示，C1＝ 6 μF，C2＝3 μF，R1＝ 3 Ω，R2＝ 6 Ω，电源电动势E＝18 V，内阻不计。下列说法正确的是(　　) A．开关S断开时，a、b两点电势相等 B．开关S闭合后，a、b两点间的电流是2 A C．开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量少 D．不论开关S断开还是闭合，C1带的电荷量总比C2带的电荷量大 答案：B 解析：当S断开时，两电容器并联在电源两端，所以两电容极板间的电势差相等，但是a接电源负极，b接电源正极，a、b两点的电势不相等，A错误；当S闭合后，电路相当于两个定值电阻串联在电路中，a、b两点间的电流为干路电流，故I＝＝ A＝2 A，B正确；开关S断开时，电容器两极板间的电压大小等于电源电动势，为18 V；开关S闭合时，电容器C1两极板间电压为R1两端的电压，且小于电源电动势。电压减小，故而电荷量减小，即开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量多，C错误；当开关S闭合时，C1两极板间的电压等于R1两端的电压，即U1＝IR1＝2×3 V＝6 V，C2两极板间的电压等于R2两端的电压，即U2＝IR2＝2×6 V＝12 V，则Q1＝U1C1＝6×6×10－6 C＝3.6×10－5 C，Q2＝U2C2＝12×3×10－6 C＝3.6×10－5 C，即闭合开关S时，C1带的电荷量与C2带的电荷量相等，D错误。 针对练.(多选)(2023·广东广州高二期末)在如图所示的电路中，R1、R2为滑动变阻器，R3为定值电阻，A、B为两水平放置的平行金属板。一质量为m的带电微粒由平行金属板最左端正中央的M点以水平向右的初速度v0射入平行金属板，微粒沿图中所示的轨迹落在金属板B上的N点。微粒的重力可忽略不计。下列说法正确的是(　　) A．微粒带负电 B．如果仅将滑动变阻器R1的滑动触头向上移动，通过R3的电流减小 C．如果仅将滑动变阻器R2的滑动触头向右移动，微粒可能从金属板的右侧离开 D．如果仅将滑动变阻器R1的滑动触头向上移动，微粒将落在金属板B上的N点的左侧 答案：AD 解析：由题图可知A板的电势低于B板的电势，两板间电场方向向上，而微粒在电场中向下偏转，所受的电场力方向向下，可知该微粒带负电，故A正确；如果将滑动变阻器R1的滑动触头向上移动，滑动变阻器R1接入电路中的电阻减小，电路中电流增大，即通过R3的电流增大，故B错误；电路稳定时没有电流流过R2，改变R2的阻值，A、B间的电压不变，两板间电场强度不变，微粒所受的电场力不变，所以微粒的运动情况不变，仍落在N点，故C错误；设平行金属板A、B间的电压为U，微粒在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，水平方向做匀速直线运动，则竖直方向有y＝at2＝·t2，水平方向有x＝v0t，联立得y＝，如果将滑动变阻器R1的滑动触头向上移动，滑动变阻器R1接入电路中的电阻减小，电路中电流增大，R3两端的电压增大，A、B间的电压U增大，故微粒落在金属板B上时运动的水平距离x减小，所以微粒落在金属板B上N点的左侧，故D正确。 学生用书↓第101页 提升点三　直流电路的故障分析 1．常见故障：断路、短路 2．常用方法：假设法 假设某电阻发生断路(或短路)，根据闭合电路动态分析方法判断实际现象与题中情景是否相符，进而找出电路故障。 (2024·广东高二上段考)某实验小组连接了如图所示电路，电源为两节干电池，当开关S接通后发现，完全相同的小灯泡L1、L2均不亮，理想电流表无示数。该小组利用理想电压表测得各部分的电压是Uah＝3 V，Uaf＝0 V，Ufh＝3 V，不计电源内阻，则故障原因可能是(　　) A．灯L1断路 B．灯L2断路 C．开关接触不良 D．电流表断路 答案：B 解析：理想电流表无示数和小灯泡L1、L2均不亮说明回路中出现断路，而Uah＝3 V说明电源电压为3 V，若是灯L1或电流表断路，则Uaf≠0 V；若开关接触不良，则Ufh＝0；只有当灯L2断路时满足题意，故A、C、D错误，B正确。故选B。 1．(多选)(2023·福建福州高二期末)在下列四个电路图中，当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，小灯泡L变亮的是(　　) 答案：BD 解析：题图A中当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，R阻值变大，电路中电流减小，则小灯泡L变暗，A错误；题图B中当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，R阻值变小，则干路中电流变大，小灯泡两端电压增大，小灯泡的电流变大，则小灯泡L变亮，B正确；题图C中当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，R阻值变小，总电阻减小，则电路中电流变大，电阻R0以及电源内阻上的电压变大，小灯泡两端的电压减小，则小灯泡L变暗，C错误；题图D中当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，小灯泡两端的电压变大，则小灯泡变亮，D正确。 2．如图所示的电路中，A、B为相同的两个灯泡，当变阻器的滑片向D滑动时(　　) A．A灯变亮，B灯变暗 B．A灯变暗，B灯变亮 C．A、B灯均变暗 D．A、B灯均变亮 答案：C 解析：当滑片向D滑动时，滑动变阻器的阻值变小，电路的总电阻变小，据闭合电路欧姆定律知总电流变大，内电压增大，所以路端电压减小，可知灯A变暗。再据干路电流变大，灯A电流变小，所以电源右侧电路的电流增大，电阻R上的电流变大，所以分压增大，但是路端电压减小，所以B灯上的电压变小，B灯变暗。故选C。 3.(2024·广东广州高二上期中)在如图所示的电路中，已知电容器C1的电容是电容器C2电容的2倍，电阻R1的阻值是电阻R2阻值的2倍，电源的电动势为E，内阻不计，则下列说法中正确的是(　　) A．开关S处于闭合状态时，电容器C1所带电荷量是电容器C2的2倍 B．开关S处于闭合状态时，电容器C2所带电荷量是电容器C1的2倍 C．断开开关S后，电容器C1、C2所带电荷量一样多 D．断开开关S后，电容器C1所带电荷量是电容器C2的2倍 答案：D 解析：开关S闭合时，电容器C1两端的电压与电阻R2两端的电压相等，电容器C2两端的电压与电阻R1两端的电压相等，由于电阻R1的阻值是电阻R2阻值的2倍，故电阻R1两端的电压U1是电阻R2两端电压U2的2倍，由Q＝CU可知电容器C1、C2所带电荷量一样多，故A、B错误；断开开关S后，电容器C1、C2两端的电压均等于电源的电动势E，由Q＝CU可知电容器C1所带电荷量是C2的2倍，故C错误，D正确。故选D。 4.(2023·广州四十七中高二期中)如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3均为定值电阻，电压表与电流表均为理想电表；开始时开关S闭合，电压表、电流表均有示数，某时刻发现电压表和电流表读数均变大，则电路中可能出现的故障是(　　) A．R1断路 B．R2断路 C．R1短路 D．R3短路 答案：B 解析：若R1断路，电流表读数为零，故A错误；若R2断路，外电路总电阻增大，总电流减小，内电压减小，路端电压增大，则电压表读数变大；R3的分压增大，则电流表的读数变大，故B正确；若R1短路，外电路总电阻减小，总电增大，内电压增大，路端电压减小，则电压表读数变小，故C错误；若R3短路，外电路总电阻减小，总电流增大，内电压增大，路端电压减小，则电压表读数变小，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$