人教版 (2019)必修 第三册2 闭合电路的欧姆定律课文课件ppt
展开1.会用闭合电路的欧姆定律分析动态电路.2.会分析含容电路问题.
我们常会遇到这样的问题,在闭合电路中,断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小,会导致电路电压、电流、功率等的变化,分析这类变化的问题我们常叫作电路的动态分析.要强调的是,弄清电路结构是进行电路动态分析的基础,其中电源电动势和内阻一般认为是定值.
活动一:理解分析闭合电路动态变化的方法
1.用程序法解决电路的动态分析电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路.当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时:(1) 滑动变阻器的阻值如何变化?电路的总电阻如何变化?【答案】由电路图可知,滑动变阻器的触头由中点滑向b端时,滑动变阻器连入电路中的阻值增大,则外电路的总阻值R总增大.
(2) 电路中电流表A1、A2、电压表V的示数如何变化?
总结:程序法分析闭合电路动态分析问题的基本思路通常电路动态分析的基本思路是局部→整体→局部,如图所示.无论电路是串联还是并联,电路中任意一个电阻变大或变小时,电路的总电阻变大或变小.
(1) 局部电阻R→R总→I总→U外是必须分析的,具体过程如下:
(2) 对于固定不变的部分,一般按照欧姆定律直接判断.对于变化的部分,一般应根据分压或分流间接判断.
2.在如图所示的电路中,电源内阻不可忽略,开关S闭合前灯泡LA、LB、LC均已发光.当开关S闭合时,请判断LA、LB、LC三个灯泡的亮度变化情况.(根据上面的总结,仿写出判断的思维过程)
【答案】 当开关S闭合时,LC、LD并联,并联电阻减小→外电路总电阻R总减小.根据闭合电路欧姆定律可知,总电流I总增大→ 路端电压即LA的电压UA=(E-I总r)减小→电流IA减小,LA变暗.LB的电流IB=(I总-IA)增大→电压UB增大,LB变亮.LC的电压UC=UA-UB,又因为UA减小,UB增大→UC减小,LC变暗.
3.用结论法分析电路的动态分析如图所示,甲、乙为两个简单的串联电路和并联电路,甲电路加以恒定的电压U,乙电路通以恒定的电流I,回答下列问题:
甲 乙
(1) 在甲电路中所加电压一定,若电阻R1增大,串联电阻R2两端的电压、通过的电流、功率如何变化?若电阻R1减小又如何?【答案】 若电阻R1增大,串联电阻R2两端的电压、通过的电流、功率均减小;若电阻R1减小,则串联电阻R2两端的电压、通过的电流、功率均增大.
(2) 在乙电路中通过R1的电流一定,若电阻R1增大,并联电阻R2两端的电压、通过的电流、功率如何变化?若电阻R1减小又如何?【答案】 若电阻R1增大,并联电阻R2两端的电压、通过的电流、功率均增大;若电阻R1减小,则并联电阻R2两端的电压、通过的电流、功率均减小.
总结:与变化电阻串联的电阻中电流、电压及功率与阻值变化情况相反,与变化电阻并联的电阻中电流、电压及功率与阻值变化情况相同,我们可以总结为“串反、并同”.试根据这一规律判断第1题中各电表示数变化情况,看看与前面分析的结果是否相同.
1.分析电学量的变化趋势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的滑动触点在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的滑动触点向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
活动二:体会分析闭合电路动态变化的三个层次
2.分析电学量的变化量由于电源电动势一般是不变的,所以内外电路各部分的电压之和一定,从而它们的变化量也就存在一定的关系,不过这种关系是建立在对电路进行了动态分析的基础之上的,所以是电路分析的较高层次要求.
如图所示的电路中,在滑动变阻器滑动片P由a滑到b的过程中,三只理想电压表示数变化的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3,则下列各组数据中可能出现的是 ( )A.ΔU1=0、ΔU2=2 V、ΔU3=2 VB.ΔU1=1 V、ΔU2=0、ΔU3=1 VC.ΔU1=3 V、ΔU2=1 V、ΔU3=2 VD.ΔU1=1 V、ΔU2=1 V、ΔU3=2 V
【解析】 滑动变阻器滑动片P由a滑到b的过程中,滑动变阻器的有效阻值减小,回路总阻值减小,回路总电流增大,内电压增大,路端电压减小,所以U1减小;与电压表U2所并联的电阻R1阻值未变,但流过的电流增大,所以U2增大;由于 U1=U2+U3,所以U3减小.根据以上分析有ΔU1(负值)=ΔU2(正值)+ΔU3(负值),并且ΔU1、ΔU2、ΔU3均不等于0,A、B错误.将另两个中的数据加上相应的正负号后代入,可得D正确,C错误.
3.分析电学量的变化率在对电路进行动态分析的基础上分析电学量的变化率是电路分析的最高层次要求,它还涉及对研究支路的选择问题.
在闭合电路中常会有电容器接入电路,这类电路称为含容电路.电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充放电.电路稳定后,要注意:①由于电容器所在支路无电流通过,此支路相当于断路.②与电容器串联的电阻无电压,相当于导体.③电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压.根据欧姆定律求并联部分的电压即为电容器两极板间的电压.
活动三:分析含容电路问题
(2) S原来闭合,然后断开,这个过程中流过R1的总电荷量.【答案】 S断开前,电容器两极板间的电压等于R2两端的电压,即有UC=U2=IR2=6 V,电容器所带电荷量为Q1=CUC=1.8×10-4 C.S断开且电路稳定时,电容器两极板间的电压等于路端电压,即有U′C=E,电容器所带电荷量为Q2=CU′C=3.0×10-4 C.流过R1的电荷量等于电容器所带电荷量的增加量,即ΔQ=Q2-Q1=1.2×10-4 C.
总结:含容电路分析和计算的一般思路(1) 确定电路的连接方式及电容器和哪部分电路并联.(2) 根据欧姆定律求并联部分的电压即为电容器两极板间的电压.(3) 根据公式Q=CU或ΔQ=CΔU,求电荷量及其变化量.①利用Q=CU计算电容器初、末状态所带的电量Q1和Q2;②如果变化前后极板带电的电性相同,通过所连导线的电量为|Q1-Q2|;③如果变化前后极板带电的电性相反,通过所连导线的电量为Q1+Q2.
拓展:根据电路稳定前后电容器带电量的情况可以确定电流流向.请写出1.(2)的情境中,流过R1的电流方向.【答案】 由于电容器上极板一直带正电,且电荷量增加,所以电源对电容器充电,流过电阻R1的电流方向向右.
2.如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻忽略不计.R1、R2、R3、R4均为定值电阻,C是电容器,开关S是断开的.现将开关S闭合,则在闭合S后的较长时间内( )A.始终没有电流通过R4B.电容器所带的电量先逐渐增加,后保持不变C.电容器所带的电量先逐渐减少,后保持不变D.电容器所带的电量先减少再增加,后保持不变
【解析】 开关S断开时,R3、R4相当于导线,此时电容器和R2并联,上极板带正电荷,下极板带负电荷.开关S闭合后,电路稳定时,R4相当于导线,此时电容器将和R1并联,且下极板的电势高于上极板的电势,电容器将先放电再反向充电,所以电容器所带的电量先减少再增加,后保持不变.D正确.
3.如图所示,电容器C1=6 μF,C2=3 μF,电阻R1=6 Ω,R2=3 Ω,C、D为两端点,所加电压U=18 V.问:(1) 当开关S断开时,A、B两点间的电压UAB为多大?【答案】在电路中电容器C1、C2的作用是断路,当开关S断开时,电路中无电流,B、C等电势,A、D等电势.因此UAB=UAC=UDC=18 V.
1.如图所示,电源的内阻不可忽略,在滑片从最右端向最左端滑动的过程中,下列说法正确的是( )A.电源的内耗功率减小B.电源消耗的总功率增大C.电阻R1的功率增大D.电源的输出功率减小
【解析】 滑片向左移动,R3减小,电路总电阻减小,总电流I增大,由Pr=I2r,P=IE,可知电源的内耗功率和电源消耗的总功率均增大,故A错误,B正确;由于总电流增大,因此内电压变大,路端电压减小,则电阻R1的功率将减小,故C错误;当外电路的电阻与电源的内阻相等时,电源的输出功率最大,由于电阻的阻值情况未知,因此输出功率的变化无法确定,故D错误.
2.汽车蓄电池供电简化电路图如图所示.当汽车启动时,启动开关S闭合,电动机工作,则S闭合后 ( )A.车灯会变亮B.蓄电池输出功率减小C.蓄电池总功率增大D.电动机对外做功的功率等于其消耗的功率【答案】 C
3.在如图甲所示电路中,D为二极管,其伏安特性曲线如图乙所示,在图甲电路中,闭合开关S,滑动变阻器R的滑片P从左端向右移动过程中 ( )A.通过二极管D的电流减小B.二极管D的电阻变大C.二极管D消耗的功率变大D.电源的功率减小
【解析】 滑动变阻器R的滑片P从左端向右移动过程中,滑动变阻器接入电路的电阻减小,电路电流增大,由题图乙可知二极管的电阻减小,其两端电压增大,消耗的功率也增大,故C正确,A、B错误;电源的功率为P=EI,因为电流增大,所以电源的功率增大,故D错误.
4.在如图所示的电路中,当滑动变阻器的滑动片向下移动时,关于电灯L的亮度及电容器C所带电荷量Q的变化判断正确的是 ( )A.L变暗,Q增大B.L变暗,Q减小C.L变亮,Q增大D.L变亮,Q减小
【解析】 滑动片向下移动→R2减小→R总减小→I总增大→U外减小→灯L变暗.电路稳定时,电容器所在支路上的电阻R3上无电流,两端无电压,R3相当于导线→电容器板间电压等于变阻器两端的电压;路端电压U外减小→通过灯L的电流减小,而干路电流I总增大→通过R1的电流增大→R1的电压也增大,而U外减小→变阻器两端的电压减小→电容器所带电荷量Q减小.B正确.
5.在如图所示的电路中,灯泡L的电阻大于电源的内阻r,闭合开关S,将滑动变阻器滑片P向左移动一段距离后,(电压表和电流表均视为理想电表)下列结论正确的是( )A.灯泡L变亮B.电压表读数变大C.电流表读数变大D.电容器C上电荷量减小
【解析】 当滑动变阻器滑片P向左移动,其接入电路的电阻增大,电路的总电阻R总增大,总电流I减小,即电流表读数变小,根据P=I2RL可知灯泡的功率减小,灯泡变暗,故A、C错误;因总电流减小,则由U=E-Ir可知路端电压增大,电压表读数增大,根据闭合电路欧姆定律可知灯泡两端电压及内电压减小,故滑动变阻器两端电压增大,电容器与滑动变阻器并联,电容器上电压也增大,则其电荷量增大,故B正确,D错误.
6.如图所示电路,三只灯泡原来都是正常发光,当滑动变阻器的滑动触头P向左移动时,下列说法正确的是( )A.L1变亮,L2和L3变暗B.L1变暗,L2变亮,L3亮度不变C.通过L1的电流变化值小于通过L3的电流变化值D.通过L1的电流变化值等于通过L3的电流变化值
【解析】 当滑动触头P左移时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,则电路中总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知电路中总电流增大,故L1变亮;电路中总电流增大,故内电压及R0、L1两端的电压增大,而电动势不变,故并联部分的电压减小,故L2变暗;因L2中电流减小,干路电流增大,故流过L3的电流增大,故L3变亮.A、B错误.L1中电流增大,L3中电流增大,而L2中电流减小,I1=I2+I3,故L3上的电流变化量大于L1上的电流变化量,C正确,D错误.
8.在如图所示的电路中,电源电动势E=12 V,内阻r=1.0 Ω,电阻R1=R4=8.0 Ω,R2=R3=2.0 Ω,电容器的电容C=100 μF.闭合开关S,电路达到稳定状态后,求:
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