教科版高中物理必修第三册第2章素养培优课3闭合电路欧姆定律的综合应用学案

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素养培优课(三)　闭合电路欧姆定律的综合应用 考点1　电源的有关功率及效率问题1．电源的功率P：电源将其他形式的能转化为电能的功率，也称为电源的总功率，计算式为：P＝IE(普遍适用)，P＝eq \f(E2,R＋r)＝I2(R＋r)(只适用于外电路为纯电阻的电路)。2．电源内阻消耗功率P内：电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率，计算公式为P内＝I2r。3．电源的输出功率P出：外电路上消耗的功率，计算式为：P出＝IU外(普遍适用)，P出＝I2R＝eq \f(E2R,(R＋r)2)(只适用于外电路为纯电阻的电路)。4．输出功率随外电阻R的变化关系：电源的输出功率：P出＝U外I＝eq \f(RE2,(R＋r)2)＝eq \f(E2,\f((R－r)2,R)＋4r)。由上式可以看出：(1) 当R＝r时，电源的输出功率最大，P出＝eq \f(E2,4r)，此时电源效率η＝50%。(2)当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小。(3)当Rη2 D．η1E2，它们分别向同一电阻R供电，电阻R消耗的电功率相同。比较供电时电池1和2内部消耗的电功率P1和P2及电池的效率η1和η2的大小，则有(　　)A．P1＞P2，η1＞η2　　　　 B．P1＞P2，η1＜η2C．P1＜P2，η1＞η2 D．P1＜P2，η1＜η2B　[因为PR相等，则电流I相等。由I＝eq \f(E1,R＋r1)＝eq \f(E2,R＋r2)；因E1＞E2，则r1＞r2，所以P1＞P2，而η＝eq \f(P出,P总)＝eq \f(I2R,EI)，所以η与E成反比，故η1＜η2，故B正确。]2．如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部。闭合开关S，小球静止时受到悬线的拉力为F。调节R1、R2，关于F的大小判断正确的是(　　)A．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大B．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小C．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大D．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小B　[当电路接通后，对小球受力分析：小球受重力、电场力和悬线的拉力F三个力的作用，其中重力为恒力。当电路稳定后，R1中没有电流，两端等电势，因此电容器两极板电压等于R0两端电压。当R2不变，R1变化时，电容器两极板电压不变，板间电场强度不变，小球所受电场力不变，F不变，C、D错误；若保持R1不变，缓慢增大R2，R0两端电压减小，电容器两端电压减小，内部电场强度减弱，小球受到的电场力减小，F变小，故A项错误，B项正确。]3．(多选)在如图所示的U­I图像中，线段Ⅰ为某电源路端电压与电流的关系图线，线段Ⅱ为某一电阻R的U­I图线。用该电源与电阻R连接成闭合电路，由图像可知(　　)A．R的阻值为1.5 ΩB．电源电动势为3.0 V，内阻为1.5 ΩC．电源的输出功率为3.0 WD．电阻R消耗的功率为1.5 WABD　[由题图两图线的交点知，R＝eq \f(U,I)＝eq \f(1.5 V,1.0 A)＝1.5 Ω，故A正确；线段Ⅰ在纵轴上的截距为电源电动势，即E＝3.0 V，斜率的绝对值为内阻，即r＝eq \f(E,I)＝eq \f(3.0 V,2.0 A)＝1.5 Ω，故B正确；电源的输出功率P出＝UI＝1.5 W，也等于电阻R消耗的功率，故C错误，D正确。]4．如图所示的电路中，电源的电动势E＝12 V，内阻未知，R1＝8 Ω，R2＝1.5 Ω，L为规格为“3 V 3 W”的灯泡，开关S断开时，灯泡恰好正常发光。不考虑温度对灯丝电阻的影响。求：(1)灯泡的额定电流和灯丝电阻；(2)电源的内阻；(3)开关S闭合时，灯泡实际消耗的功率。[解析]　(1)I＝eq \f(P,U)＝eq \f(3 W,3 V)＝1 ARL＝eq \f(U,I)＝eq \f(3 V,1 A)＝3 Ω。(2)S闭合前，E＝Ir＋IR1＋IRL将E＝12 V，I＝1 A，R1＝8 Ω，RL＝3 Ω代入求解得r＝1 Ω。(3)开关S闭合后，E＝I′r＋I′R1＋U2I′＝eq \f(U2,R2)＋eq \f(U2,RL)代入数据联立求解得U2＝1.2 V灯泡实际消耗的功率P′＝eq \f(U\o\al( 2,2),RL)＝0.48 W。[答案]　(1)1 A　3 Ω　(2)1 Ω　(3)0.48 W培优目标1．理解闭合电路中的功率及效率问题。2．会用闭合电路欧姆定律及电路串、并联知识分析动态问题。3．理解欧姆表的测量原理。电阻电源U­I图像研究对象定值电阻电源图像的物理意义　表示导体的性质R＝eq \f(U,I)，R不随U与I的变化而变化表示电源的性质，图线与纵轴的交点表示电源电动势，图线斜率的绝对值表示电源的内阻联系电源的电动势和内阻是不变的，正是由于外电阻R的变化才会引起外电压U外和总电流I的变化