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- 2021-05-24 发布
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第二章 恒定电流 章末总结 学案(人教版选修3-1)
一、电路的分析和计算
1.认清外电路上各元件的串、并联关系,必要时需画出等效电路图帮助分析.要特别注意电流表和电压表所对应的电路.
2.闭合电路的动态分析问题
闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化的问题分析的基本步骤是:
(1)认清电路,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电路电压及电流的变化.
3.闭合电路中的功率
(1)各部分功率关系分析
由EIt=I2Rt+I2rt知,EI=I2R+I2r
其中EI为电源的总功率,I2r为电源内电路消耗功率,I2R为外电路消耗功率,也是电源的输出功率.
(2)判断可变电阻的功率变化时,可将可变电阻以外的其他电阻均看做内阻.
例1 电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图1所示的电路,当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时,下列说法正确的是( )
图1
A.电压表和电流表读数都增大
B.电压表和电流表读数都减小
C.电压表读数增大,电流表读数减小
D.电压表读数减小,电流表读数增大
听课记录:
变式训练1 如图2所示电路中,电源电动势为E,内阻为r,在平行板电容器C中恰好有一带电粒子处于悬空静止状态,当变阻器R0
的滑动端向左移动时,带电粒子将( )
图2
A.向上运动
B.向下运动
C.静止不动
D.不能确定运动状态的变化
例2 电路图如图3甲所示,图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图象,滑动变阻器的最大阻值为15 Ω,定值电阻R0=3 Ω.
图3
(1)当R为何值时,R0消耗的功率最大,最大值为多少?
(2)当R为何值时,电源的输出功率最大,最大值为多少?
变式训练2 如图4所示,直流电动机和电炉并联后接在直流电路中,电源的内阻r=1 Ω,电炉的电阻R1=19 Ω,电动机绕线的电阻R2=2 Ω,当开关S断开时,电源内电路消耗的热功率P=25 W;当S闭合时,干路中的电流I=12.6 A.求:
图4
(1)电源的电动势E;
(2)S闭合后电动机的机械功率.
二、电路故障的分析方法
电路故障一般是短路或断路,常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不良等现象,检查故障的基本方法有两种.
1.仪器检测法
(1)断点故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联,若电压表指针偏转,则该段电路中有断点.
(2)短路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联,若电压表示数为零,则该电路被短路,若电压表示数不为零,则该电路没有被短路或不完全被短路.
2.假设法
已知电路发生某种故障,寻求故障发生在何处时,可将整个电路划分为若干部分,然后假设某部分电路发生故障,运用欧姆定律进行正向推理,推理结果若与题述物理现象不符合,则故障不是发生在这部分电路;若推理结果与题述物理现象符合,则故障可能发生在这部分电路.用此方法,直到找出全部可能发生的故障为止.
例3
某同学按图5所示电路连接实物,闭合开关后,发现灯泡不亮.他将高内阻的电压表并联在A、C之间时,电压表的读数为U,当并联在A、B之间时,电压表的读数也为U,当并联在B、C之间时,电压表的读数为0,则故障可能是( )
图5
A.AB段断路 B.BC段断路
C.AB段短路 D.无法判定
听课记录:
变式训练3 用电压表检查图6电路中的故障,测得Uad=5.0 V,Ucd=0 V,Uab=5.0 V,则此故障可能是( )
图6
A.L断路
B.R断路
C.R′断路
D.S断路
三、实验
1.掌握实验问题的基本方法,如电流表的内、外接法,滑动变阻器的限流、分压接法等.
2.电路设计
(1)设计原则:①安全性;②准确性;③方便性;④经济性.
(2)设计思路
―→―→―→
例4 在“测定金属导体的电阻率”的实验中,待测金属导线的电阻Rx约为5 Ω.实验室备有下列实验器材:
A.电压表(量程3 V,内阻约为15 kΩ)
B.电压表(量程15 V,内阻约为75 kΩ)
C.电流表(量程3 A,内阻约为0.2 Ω)
D.电流表(量程600 mA,内阻约为1 Ω)
E.滑动变阻器R1(0~10 Ω,0.6 A)
F.滑动变阻器R2(0~2 000 Ω,0.1 A)
G.电池E(电动势为3 V,内阻约为0.3 Ω)
H.开关S,导线若干
(1)为了提高实验精确度,减小实验误差,应选用的实验器材有__________.(填题干中相应英文字母符号)
(2)为了减小实验误差,应选用图7中________(填“(a)”、“(b)”或““(c)”)为该实验的电路图,并按所选择的电路图把实物图8用导线连接起来.
图7
图8
变式训练4 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象,通过实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压):
I(A)
0.12
0.21
0.29
0.34
0.38
0.42
0.45
0.47
0.49
0.50
U(V)
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
(1)画出实验电路图,可用的器材有:电压表、电流表、滑动变阻器(阻值范围0~10 Ω)、电源、小灯泡、电键、导线若干.
(2)在图9中画出小灯泡的U-I图象.
图9
(3)若一电池的电动势是1.5 V,内阻是2.0 Ω.问:将本题中的灯泡接在该电池两端,小灯泡的实际功率是多少?(简要写出求解过程;若需作图,可直接画在第(2)问的图中)
【即学即练】
1.电源电动势和内阻都保持一定,在外电路的电阻逐渐减小的过程中,下列说法正确的是( )
A.电源的路端电压一定逐渐减小
B.电源的路端电压一定逐渐增大
C.电路中的电流一定逐渐减小
D.电路中的电流可能逐渐减小
2. 如图10所示电路中,电压保持不变,当电键S断开时,电流表A的示数为0.6 A,当电键S闭合时,电流表的示数为0.9 A,则两电阻阻值之比R1∶R2为( )
图10
A.1∶2 B.2∶1 C.2∶3 D.3∶2
3.如图11所示是实物连接图和电路图.当酒精灯点燃后你将看到的现象是( )
图11
A.电流表读数增大 B.电流表读数减小
C.灯泡变暗 D.灯泡变亮
4.一根粗细均匀的导线,当其两端电压为U时,通过的电流是I,若将此导线均匀拉长到原来的2倍时,电流仍为I,导线两端所加的电压变为( )
A. B.U C.2U D.4U
5. 如图12所示的电路中,电源电动势为E、内阻为r,C为电容器,R0为定值电阻,R为滑动变阻器,开关闭合后,灯泡L能正常发光.当滑动变阻器的滑片向右移动时,下列判断正确的是( )
图12
A.灯泡L将变暗
B.灯泡L将变亮
C.电容器C的电荷量将减小
D.电容器C的电荷量将增大
6.如图13所示,R1为定值电阻,R2为可变电阻,E为电源电动势,r为电源内阻,以下说法中正确的是( )
图13
A.当R2=R1+r时,R2获得最大功率
B.当R1=R2+r时,R1获得最大功率
C.当R2=0时,R1上获得最大功率
D.当R2=0时,电源的输出功率最大
7.有一只电熨斗,内部电路如图14甲所示,其中M为旋钮的内部接线端子,旋钮有“高”、“中”、“低”、“关”四个挡,每个挡内部接线有如图乙中所示的四种方式,下列判断正确的是( )
图14
A.a方式为“高”挡 B.b方式为“低”挡
C.c方式为“关”挡 D.d方式为“中”挡
题号
1
2
3
4
5
6
7
答案
8.在“测定金属的电阻率”的实验中,需要用刻度尺测出被测金属丝的长度l.用螺旋测微器测出金属丝的直径d,用电流表和电压表测出金属丝的电阻Rx.
(1)请写出测金属丝电阻率的表达式:ρ=______(用上述测量量的字母表示).
(2)若实验中测量金属丝的长度和直径时,刻度尺和螺旋测微器的示数分别如图15所示,则金属丝长度的测量值为l=________ cm,金属丝直径的测量值为d=________ mm.
图15
(3)如图16甲、乙所示,要用伏安法测量Rx的电阻,已知电压表内阻约几kΩ,电流表内阻约1 Ω,若用图甲电路,Rx的测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”),若Rx的阻值约为10 Ω,应采用________(填“甲”或“乙”)图的电路,误差会较小.
图16
参考答案
知识体系构建
ρ I= UIt I2Rt 与 或 非
解题方法探究
例1 A [由电路图可知,滑动变阻器的触头向b端滑动时,其连入电路的阻值变大,导致整个电路的外电阻R外增大,由U=·R外=知路端电压即电压表的读数变大,而R1的分压UR1=·R1减小,故R2两端的电压UR2=U-UR1增大,再据I=可得通过R2的电流即电流表的读数增大,所以A项正确.]
变式训练1 B
例2 (1)电源的电动势和内阻为:E=20 V,r=7.5 Ω
由题图甲分析知道,当R=0时,R0消耗的功率最大,最大为P=()2R0=()2×3 W≈10.9 W
(2)当r=R+R0时,即R=4.5 Ω时,电源的输出功率最大,最大值为
P=()2(R0+R)=()2×(3+4.5) W≈13.3 W.
变式训练2 (1)100 V (2)571.2 W
解析 (1)S断开时,由P=Ir得:I0= = A=5 A.
由闭合电路欧姆定律得:
E=I0(R1+r)=5×(19+1) V=100 V.
(2)S闭合后,内电压U1=Ir=12.6×1 V=12.6 V
故电路的路端电压:U2=E-U1=(100-12.6) V=87.4 V.
通过电炉的电流:I1== A=4.6 A
通过电动机的电流:I2=I-I1=(12.6-4.6) A=8.0 A.
电动机消耗的热功率:P1=IR2=8.02×2 W=128 W.
输送给电动机的电功率:P2=U2I2=87.4×8.0 W=699.2 W.
故电动机输出的机械功率:P3=P2-P1=(699.2-128) W=571.2 W.
例3 A [可采用“验证法”分析.若A对,即AB段断路,符合题目所述的故障现象;若B对,即BC段断路,电路中无电流,不可能有UAB=U;若C对,即AB段短路,则UAB=0,不合题意.]
变式训练3 B [用“验证法”分析,若A对,即L断路,则Uad=0,不合题意;若C对,即R′断路,则Uad=0,不合题意;若D对,即S断路,则Uad=0,也不合题意.]
例4 (1)ADEGH (2)(b) 实物连接如下图所示
解析 (1)E=3 V,电压表选A;Im==0.6 A,电流表选D;因Im=0.6 A,而IR2=0.1 A,所以滑动变阻器选E.故应选用的实验器材为ADEGH.
(2)R1=2Rx,故为限流式接法;Rx<,故采用电流表外接法.
变式训练4 (1)、(2)见解析中甲、乙图 (3)作出U=E-Ir图线,可得小灯泡工作电流为0.35 A,工作电压为0.8 V,因此小灯泡实际功率为0.28 W.
解析 (1)采用分压式电路有利于增大数据范围.(2)根据数据用描点法作图.(3)两个U-I图线(伏安特性曲线与U=E-Ir图线)的交点即为小灯泡的实际工作点.
即学即练
1.A [由闭合电路欧姆定律知,电流增大,路端电压减小.]
2.A [S断开时,0.6 R1=U,当S闭合时,R1与R2并联,0.9 R并=U,故A对.]
3.AD [热敏电阻随温度的升高阻值减小,由闭合电路欧姆定律可知电流变大,灯泡变亮.]
4.D [由电阻定律知,导线的电阻变为原来的4倍,又因为电流不变,故导线两端所加的电压变为原来的4倍.]
5.AD [当滑片向右移动时,滑动变阻器的阻值增大,总电流减小,外电压增大.]
6.AC [R2为可变电阻,若把R1看成是电源内阻的一部分,则当R2=R1+r时,R2获得最大功率,A对;R1为定值电阻,当R2=0时,R1的电流最大,功率也最大,C对,B错;当r=R1+R2时,电源的输出功率最大,D错.]
7.B [a中回路未闭合,故a方式为“关”挡,b中总电阻Rb=R1+R2,c中总电阻为Rc=R1,d中总电阻为Rd=,由公式P=知,d方式为“高”挡,c方式为“中”挡,b方式为“低”挡,所以B对,A、C、D错.]
8.(1) (2)36.50(36.48~36.52) 0.797(0.796~0.799) (3)偏小 甲
解析 (1)由Rx=ρ与S=πd2得ρ=.
(1)由刻度尺读得,l=36.50 cm(36.48~36.52都正确),螺旋测微器读得d=
0.797 mm(0.796~0.799都正确).
(3)图甲电路中电流表的读数是流过Rx与电压表的电流之和,即测得的电流值偏大,由欧姆定律R=知,测得的电阻偏小,由于Rx=10 Ω,远小于电压表内阻,故应用电流表外接法,因此用甲图.
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