教科版選修3-1：第二章直流電路學(xué)案9(已修改)
2025-12-20 07:20 本頁(yè)面
【正文】 學(xué)案 9 習(xí)題課 ： 閉合電路歐姆定律的應(yīng)用 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 ] . 、 計(jì)算有關(guān)電路問題 ． 1． 閉合電路的歐姆定律有三種表達(dá)形式 ， 其表達(dá)式 ： (1)I＝ ER＋ r(外電路為 純電阻 電路 )． (2)E＝ IR＋ Ir(外電路為 純電阻 電路 )． (3)E＝ U 外 ＋ U 內(nèi) (任何電路 )． 2． 純電阻電路 ： 電流通過純電阻電路做功時(shí) ， 電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的 內(nèi)能 ． W＝ Q＝ UIt＝I2Rt＝ U2R t； P＝ P 熱 ＝ UI＝ I2R＝ U2R . 3． 非純電阻電路 ： 含有 電動(dòng)機(jī) 或電解槽的電路稱為非純電阻電路 ． W＝ UIt＞ Q＝ I2Rt。 P＝UI＞ P 熱 ＝ I2R. 4． 閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系 ： EI＝ U 內(nèi) I＋ U 外 I， 對(duì)于純電阻電路該式可寫為 EI＝ I2r＋ I2R. 一、閉合電路的動(dòng)態(tài)分析 1． 特點(diǎn) ： 斷開或閉合開關(guān) 、 滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng) ， 使閉合電路的總電阻增大或減小 ， 引起閉合電路的電流發(fā)生變化 ， 致使外電壓 、 部分電路的電壓和部分電路的 電流 、 功率等發(fā)生變化 ． 是一系列的 “ 牽一發(fā)而動(dòng)全身 ” 的連鎖反應(yīng) ． 2． 思維流程 ： 例 1 (閉合電路的動(dòng)態(tài)分析 )在如圖 1 所示的電路中 ， R R2和 R3皆為定值電阻 ， R4為可變電阻 ， 電源的電動(dòng)勢(shì)為 E， 內(nèi)阻為 r， 設(shè)電流表的讀數(shù)為 I， 電壓表的讀數(shù)為 U， 當(dāng) R4的滑動(dòng)觸頭向圖中 a 端移動(dòng)時(shí) ( ) 圖 1 A． I 變大 ， U 變小 B． I 變大 ， U 變大 C． I 變小 ， U 變大 D． I 變小 ， U 變小 解析 當(dāng) R4的滑動(dòng)觸頭向圖中 a端移動(dòng)時(shí)， R4接入電路的電阻變小，外電路的總電阻就變小，總電流變大，路端電壓變小，即電壓表 的讀數(shù) U 變小；由于總電流變大，使得 RR3兩端電壓都變大，而路端電壓又變小，因此， R2和 R4并聯(lián)兩端電壓變小，則電流表 的讀數(shù) I變小，故選 D. 答案 D 針對(duì)訓(xùn)練 1 如圖 2 所示的電路 ， 閉合電鍵 S， 待電路中的 電流穩(wěn)定后 ， 減小 R的阻值 ． 則( ) 圖 2 A． 電流表的示數(shù)減小 B． 電壓表的示數(shù)減小 C． 電阻 R2兩端的電壓減小 D． 路端電壓增大 答案 B 解析 題圖中的電路結(jié)構(gòu)是 R1與 R先并聯(lián)，再與 R2串聯(lián)，故 R↓→ R總 ↓→ I干 ↑→ U內(nèi) ↑→ U 外 ↓ .R2兩端電壓 U2＝ I 干 R2， U2增大，所以 R與 R1的并聯(lián)電壓減小， 讀數(shù)減小， A、 C、 D錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確 ． 二、閉合電路的功率 1． 電源的總功率 ： P 總 ＝ EI； 電源內(nèi)電阻 消耗的功率 P 內(nèi) ＝ U 內(nèi) I＝ I2r； 電源輸出功率 P 出 ＝ U外 I. ， 電源的輸出功率 P 出 ＝ I2R＝ [E/(R＋ r)]2R＝ E2?R－ r?2R ＋ 4r， 當(dāng) R＝ r 時(shí) ， 電源的輸出功率最大 ， 其最大輸出功率為 Pm＝ E2 3所示 ． 圖 3 3． 電源的效率 ： 指電源的輸出功率與電源的總功率之比 ， 即 η＝ P 出 /P 總 ＝ IU/IE＝ U/E. 對(duì)于純電阻電路 ， 電源的效率 η＝ I2RI2?R＋ r?＝RR＋ r＝ 1/(1＋rR)， 所以當(dāng) R 增大時(shí) ， 效率 η提高 ． 當(dāng) R＝ r(電源有最大輸出功率 )時(shí) ， 效率僅為 50%， 效率并不高 ． 例 2 如圖 4 所示 ， 電路中 E＝ 3 V， r＝ Ω， R0＝ Ω， 變阻器 R 的最大阻值為 10 Ω. 圖 4 (1)在變阻器的阻值 R 為多大時(shí) ， 變阻器上消耗的功率最 大 ？ 最大為多大 ？ (2)在變阻器的阻值 R 為多大時(shí) ， 定值電阻 R0上消耗的功率最大 ？ 最大為多大 ？ 解析 (1)此種情況可以把 R0歸入電源內(nèi)電阻，這樣變阻器上消耗的功率，也就是電源的輸出功率 ． 即當(dāng) R＝ r＋ R0＝ 2 Ω時(shí)， R消耗功率最大為： Pm＝ E24R＝324 2 W＝98 W. (2)定值電阻 R0上消耗的功率可以表達(dá)為： P＝ I2R0，因?yàn)?R0不變，當(dāng)電流最大時(shí)功率最大，此時(shí)應(yīng)有電路中電阻最小，即當(dāng) R＝ 0時(shí) R0上消耗的功率最大：
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