学年高中物理粤教版选修3-1:2-3研究闭合电路
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【金版新学案】2014-2015学年高中物理第2章电路章末知识整合课时检测粤教版选修3-1基本计算专题一电路中能量转化的分析(1)电功:W=UIt.(2)电功率:P电=UI.(3)热量:Q=2I Rt.(4)热功率:P热=2I R.分析与方法:闭合电路中电功、热量和电功率、热功率的问题本质上都是能量转化和守恒问题.分析这类问题时,要注意区分电功和热量、电功率和热功率,抓住能量守恒这条主线;在纯电阻电路中,电功和热量相等,电功率和热功率相等;在非纯电阻电路中,电功大于热量,电功率大于热功率.一台洗衣机上的电动机的额定电压U=220 V,线圈电阻R=1 Ω,在额定电压下正常运转时电流I=2 A,求:(1)电动机消耗的总功率和发热功率.(2)电动机的输出功率.解析:(1)电动机总功率即为电功率P总=UI=220×2 W=440 W;发热功率即为线圈电阻的热功率P热=I R2=22×1 W=4 W.(2)电动机的输出功率即为电动机的机械功率,由能量守恒可得:P总=P出+P热,所以P出=P总-P热=436 W.答案:(1) P总=440 W P热=4 W (2)P出=436 W点评:电动机是非纯电阻元件,解答时要注意从能量转化和守恒的角度理解其消耗功率、发热功率和输出功率之间的关系.练习1.一直流电动机线圈内阻一定,用手握住转轴使其不能转动,在线圈两端加电压为0.3 V,电流为0.3 A;松开转轴,在线圈两端加电压为2 V时,电流为0.8 A,电动机正常工作.求:该电动机正常工作时,输入的电功率是多少?电动机的机械功率是多少?解析:电动机不转动时,其消耗的电功全部转化为内能,故可视为纯电阻电路,由欧姆定律得电动机线圈内阻:r =U/I =0.30.3Ω=1 Ω,电动机转动时,消耗的电能转化为内能和机械能,其输入的电功率为P 入=I 1·U 1=0.8×2 W=1.6 W ,电动机的机械功率P 机=P 入-I 21·r =1.6 W -0.82×1 W=0.96 W. 答案:1.6 W 0.96 W专题二 动态电路的分析在恒定电路中,常会由于某个因素的变化而引起整个电路中一系列电学量的变化,出现牵一发而动全身的情况,此类问题即为动态电路问题. 方法一:“程序法”分析这类问题的常用方法是“程序法”,即从阻值变化的部分入手,由串、并联规律判断R 总的变化情况,再由欧姆定律判断I 总和U 外的变化情况,最后由部分电路欧姆定律判定各部分的变化情况.电动势为E ,内阻为r 的电源与定值电阻R 1、R 2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,下列说法正确的是( ) A .电压表和电流表的读数都增大 B .电压表和电流表的读数都减小 C .电压表的读数增大,电流表的读数减小 D .电压表的读数减小,电流表的读数增大解析:当滑动变阻器触点向b 端移动时,滑动变阻器的电阻R 增大,则R和R 2的并联电阻增大,回路外电阻R 外增大,由闭合电路欧姆定律I 总=E R r 外可知,干路电流减小.由U=E-I总r可知,路端电压增大,故电压表读数增大;R1两端的电压U1=I 总R1,R2两端的电压U2=U-U1,所以加在R2两端电压U2增大,流过R2的电流增大,流过电流表的电流I3=I总-I2,故电流表的读数变小.综上所述可知,选项C正确.答案:C点评:分析动态电路问题时,关键是明确分析物理量的顺序,先部分再整体再部分;分析部分电路时,要先分析不变部分,再分析变化的部分;要注意思维的变换,分析电压不行时再分析电流.方法二:“并同串反”①“并同”:是指某一电阻增大时,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;某一电阻减小时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小.②“串反”:是指某一电阻增大时,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;某一电阻减小时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率将增大.如图所示的电路中,R1、R2、R3、和R4皆为定值电阻,R5为可变电阻,电源的电动势为E,内阻为r,设电流表A的读数为I,电压表V的读数为U,当R5的滑动角点向图中a端移动时( )A.I变大,U变小 B.I变大,U变大C.I变小,U变大 D.I变小,U变小解析:本题中变量是R5,由题意知,R5的等效电阻变小.简化电路结构可各知,电压表V,电流表A 均与R 5间接并联,根据“串反并同”的原则,电压表V ,电流表A 的读数均与R 5的变化趋势相同,即两表示数均减小. 答案:D点评:(1)近几年高考对电路的分析和计算,考查的重点一般不放在基本概念的理解和辨析方面,而是重在知识的应用方面.本题通过5个电阻与电表的串、并联构成较复杂的电路,关键考查考生简化电路结构、绘制等效电路图的能力.然后应用“串反并同”法则,可快捷得到结果.(2)注意“串反并同”法则的应用条件:单变量电路.对于多变量引起的电路变化,若各变量对同一对象分别引起的效果相同,则该原则的结果成立;若各变量对同一对象分别引起的效果相反,则“串反并同”法则不适用. 练习2.(双选)如图所示,图中的四个表均为理想表,当滑动变阻器的滑动触点向右端滑动时,下列说法正确的是( )A .电压表1V 的读数减小,电流表1A 的读数增大B .电压表1V 的读数增大,电流表1A 的读数减小C .电压表2V 的读数减小,电流表2A 的读数增大D .电压表2V 的读数增大,电流表2A 的读数减小解析:当滑动变阻器的滑动触点向右端滑动时,R 的阻值减小,电路中的总电阻减小,根据欧姆定律,电路中的总电流增大,即电流表A 1的读数增大;电压表V 1的读数为电路的路端电压,其读数减小,故A 正确.路端电压减小则电流表A 2的读数减小;总电流增大,A 2电流减小,则流过R 2的电流增大,故电压表V 2的读数增大,D 正确.答案:AD专题三电路故障分析方法故障类型①短路:电路被短路部分有电流通过(电流表有示数)被短路两点之间没有电压(电压表无示数)②断路:电路断路部分没有电流通过(电流表无示数)断路两点之间有电压,断路同侧导线两点无电压电路故障分析思路①认真审题,判断电路各元件连接方式,明确电流表、电压表测量的元件,各开关控制的元件.②根据故障现象分析有无电流,得出电路是短路还是断路.③根据电表示数变化分析找出故障位置.★利用电流表、电压表判断电路故障★(1)电流表示数正常而电压表无示数“电流表示数正常”表明电流表所在电路为通路,“电压表无示数”表明无电流通过电压表.故障原因可能是:①电压表损坏;②电压表接触不良;③与电压表并联的用电器短路.(2)电压表有示数而电流表无示数“电压表有示数”表明电路中有电流通过,“电流表无示数”说明没有或几乎没有电流流过电流表.故障原因可能是:①电流表短路;②和电压表并联的用电器断路(3)电流表电压表均无示数“两表均无示数”表明无电流通过两表,除了两表同时短路外,可能是干路断路导致无电流.★利用电导线判断电路故障★(主要判断断路故障)电路中无电流或灯泡不发光:将导线接在两点间,如果电路中有电流(或电路中灯泡发光了),说明此两点间有断路.在如图所示电路中,电源电压不变,闭合开关S,电路正常工作一段时间后,发现其中一个电压表示数变大,则( )A.L可能变亮 B.R可能断路C.灯L可能断路 D.电阻R可能短路V 解析:首先分析电路的连接方式与电表的作用对象.灯L与电阻R串联,V测电源电压,1V 测电阻R电压.其次,从故障现象看,有一个电压表示数变大,而电源电压不变则可判断是1示数变大.根据上面的“故障分析思路”可判断:可能是灯L短路,或者可能是电阻R断路V也测电源电压).所以,此题应选答案B.(1答案:B如图所示,开关S闭合电灯不亮,为了检查图中电路故障,现用一根导线进行判断,当导线连接BC时,灯不亮;当导线连接CD时,灯也不亮;当导线连接DE时,灯亮了.则电路故障原因是( )A.电阻R断路B.电灯L断路C.R、L同时断路D.变阻器R断路解析:在串联电路中,灯不亮,有两种可能,第一:灯短路;第二:电路中有断路处.根据导线的连接现象判断,应该不是第一种故障,所以是电路中有断路处.当把断路处连接好,灯就会亮.所以,此题应选答案D.答案:D专题四含容电路含电容电器的分析与计算方法在直流电路中,当电容器充、放电时,电路里有充、放电电流.一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的不漏电的情况)的元件,在电容器处电路可看作是断路,简化电路时可去掉它.简化后若要求电容器所带电量时,可接在相应的位置上.分析和计算含有电容器的直流电路时,需注意以下几点:(1)电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过,所以在此支路中的电阻上无电压降,因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压.(2)当电容器和电阻并联后接入电路时,电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等. (3)电路的电流、电压变化时,将会引起电容器的充(放)电.如果电容器两端电压升高,电容器将充电;如果电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电.如图所示,电源电动势E =12 V ,内阻r =1 Ω,电阻R 1=3 Ω,R 2=2 Ω,R 3=5 Ω,电容器的电容C 1=4μF ,C 2=1μF.求:(1)当S 闭合时间足够长时,C 1和C 2所带的电量各是多少?(2)然后把S 断开,S 断开后通过R 2的电量是多少?解析:(1)当S 闭合时间足够长时,C 1两端的电压等于R 2两端的电压;C 2两端的电压等于路端电压回路电流I =12++E r R R =2 A.C 1两端的电压U C1=U 2=IR 2=4 VC 1的带电量为:Q 1=C C U 11=4×106-×4 C=1.6×105- C C 2两端的电压C U 2=U =I(R 1+R 2)=10 VC2的带电量为:Q2=CC U22=1×106-×10 C=1.0×105- C(2)断开S后,电容器C1通过电阻R2、R3放电;电容器C2通过电阻R1、R2、R3放电,放电电流均流过R2,且方向相同.因此,通过R2的电量为:Q=Q1+Q2=1.6×105- C+1.0×105- C=2.6×105-C.答案:(1)1.6×510- C 1.0×510- C(2)Q=2.6×510- C实验部分专题一万用表及其应用用如图所示的多用电表测量电阻,要用到选择开关K和两个部件S、T.请根据下列步骤完成电阻测量:①旋动部件________,使指针对准电流的“0”刻度线.②将K旋转到电阻挡“×100”位置.③将插入“+”、“-”插孔的表笔短接,旋动部件______,使指针对准电阻的________(填“0 刻线”或“∞刻线”).④将两表笔分别与待测电阻相接,发现指针偏转角度过小.为了得到比较准确的测量结果,请从下列选项中挑出合理的步骤,并按________的顺序进行操作,再完成读数测量.A.将K旋转到电阻挡“×1”的位置B.将K旋转到电阻挡“×10”的位置C.将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接D.将两表笔短接,旋动合适部件,对电表进行校准解析:(1)首先要对表盘机械校零,所以旋动部件是S.接着是欧姆调零,将“+”、“-”插孔的表笔短接,旋动部件T,让表盘指针指在最右端零刻度处.当两表笔分别与待测电阻相接,发现指针偏转角度过小,为了得到比较准确的测量结果,必须将指针指在中间刻度附近,所以要将倍率调大.原因是指针偏转小,则说明刻度盘值大,现在要指针偏大即刻度盘值要小,则只有调大倍率才会实现.所以正确顺序ADC.答案:①S;③T;0刻线;④ADC练习3.如图是某同学连接的实验实物图,使用四节电动势为1.5 V的干电池做电源,合上开关S 后发现A、B灯都不亮,他采用下列两种方法检查故障:(1)用多用电表的直流电压挡进行检查:①那么选择开关应置于下列量程的几挡;A.2.5 V B.10 V C.50 V D.250 V②在测试a、b间直流电压时,红表笔应接触________点(填“a”或“b”)(2)用欧姆挡的×1挡检查c、f段电路情况①测试前,应将开关S________;(填“断开”或“闭合”)②测试结果如表格所示,由此可以断定这段电路的故障是A.灯A 断路 B .灯B 断路C .灯A 、B 都断路 D .de 间导线断路答案:(1)B ;a (2)断开;D专题二 测定电源的电动势和内阻为了测定某一电源的电动势E 和内阻r(E 约为4.5 V ,r 约为1.5 Ω),实验室提供的实验器材有:量程为3 V 的理想电压表V ;量程为0.5 A 的电流表A(具有一定内阻);固定电阻R =4 Ω;滑动变阻器R′;电键K ;导线若干.(1)画出实验原理图.(2)实验中,当电流表的读数为I 1时,电压表的读数为U 1;当电流表的读数为I 2时,电压表的读数为U 2.则可以求出E =________,r =________.解析:(1)电路中的短路电流I 0≈Er =3 A ,大于电流表量程,所以必须使用固定电阻保护电路,兼顾干路中电流测量的准确性,采用如图所示的电路.(2)由闭合电路欧姆定律有: U 1=E -I 1 (R +r),U 2=E -I 2 (R +r),联立两式解得E =222112I U I U I I --,r =2112U U I I ---R.答案:见解析练习4.小明的实验桌上有:A.待测电源一个(电动势约3 V,内阻小于1 Ω);B.直流电流表(量程0~0.6~3 A,0.6 A挡的内阻约0.22 Ω,3 A挡的内阻约0.1 Ω);C.直流电压表(量程0~3~15 V,3 V挡内阻为15 kΩ,15 V挡内阻为25 kΩ);D.滑动变阻器(阻值范围为0~15 Ω,允许最大电流为1 A);E.滑动变阻器(阻值范围为0~1 000 Ω,允许最大电流为0.2 A);F.开关;G.导线若干;H.小灯泡(电阻小于1 Ω).假如你是小明,请你完成:(1)利用给出的器材测电源的电动势和内阻,有如图甲、乙两种电路,为了减小测量误差,应选择图______所示电路.(2)根据你选择的电路将图丙中的实物连接好.(3)你选择的滑动变阻器是________(填代号),理由是________________________________________________________________________.(4)小明根据测出的数据,作出U-I图线如图丁a线所示,实验所测电源的电动势为E=__________V,内电阻为r=________Ω.解析:(1)伏特表测量的是路端电压,所以使用图乙电路.(2)图略.(3)D,电流适中且移动滑片时电流表示数较明显.(4)3,0.75.答案:见解析专题三测定小灯泡的U-I关系曲线线性元件的伏安特性曲线是过原点的直线,而非线性元件的伏安特性曲线则是过原点的曲线.因此,在分析非线性元件的伏安特性时,要充分认识到这一点,避免受线性元件伏安特性曲线的影响而形成思维定式.小灯泡通电后其电流随所加电压变化的图线如图所示,P为图线上一点,PN为过P 点的切线.则下列说法正确的是( )A.对应P点,小灯泡的电阻为0.1 ΩB.对应P点,小灯泡的电阻为0.05 ΩC.对应P点,小灯泡的电阻为10 ΩD.对应P点,小灯泡的电阻为20 Ω解析:该图线是小灯泡的伏安特性曲线,值得注意的是,流过小灯泡的电流和小灯泡两端的电压并不是正比关系.对应P点,小灯泡的电阻R=UI=40.4Ω=10 Ω.故选项C正确.答案:C点评:分析该题常见的错误有两种:一种是没有看清纵坐标和横坐标所代表的物理量,受思维定式的影响,认为小灯泡的电阻R =0.44Ω=0.1 Ω,误选了A ;一种是误认为切线斜率的倒数就表示小灯泡的电阻,而误选了D.练习5.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,利用实验得到了8组数据,在图(a)所示的I -U 坐标系中,通过描点连线得到了小灯泡的伏安特性曲线.(1)根据图线的坐标数值,请在图(b)中用笔画线代替导线,把实验仪器连接成完整的实验电路.(2)根据图(a),可判断出图(c)中正确的关系图是________(图中P 为小灯泡功率).(3)将同种规格的两个这样的小灯泡并联后再与10 Ω的定值电阻串联,接在电压恒为8 V 的电源上,如图(d)所示,则电流表的示数为__________A ,每个小灯泡的功率为__________W.解析:(1)因描绘小灯泡的伏安特性曲线实验中,电流从零调到最大值,滑动变阻器应用分压式,故电路图如图所示.(2)由图(a)所示图象可知,随电流增大,灯泡电阻R增大,由P=I2R可知,在P-I2图象中图象上某点与原点连线的斜率为电阻R,而电阻R又随I的增大而增大,则P-I2图象的斜率随I2的增大而增大,由图象可知,ABC错误,D正确.(3)由图(d)所示电路图可知,两灯泡并联,可以把电源与定值电阻等效为电源,设每只电灯加上的实际电压和实际电流分别为U和I. 在这个闭合电路中,E=U+2IR0,代入数据并整理得,U=8-20I,在图(a)所示坐标系中作出U=8-20I的图象如图所示,由图象可知,两图象交点坐标值为:U=2 V、I=0.3 A,此时通过电流表的电流值I A=2I=0.6 A,每只灯泡的实际功率P=UI=2×0.3=0.6 W.答案:(1)电路图如图所示(2)D (3)0.6 0.6。
2020-2021学年高二物理粤教版选修3-1教师用书:第2章第3节研究闭合电路含解析第三节研究闭合电路[学习目标]1。
[物理观念]理解电动势的概念.(难点)2.[物理观念]理解闭合电路的欧姆定律,掌握其内容及公式.(重点)3.[科学思维]掌握路端电压与负载的关系.(重点)4。
[科学探究]会使用电压表和电流表测电源的电动势和内阻.(重点)一、闭合电路及电动势1.闭合电路的组成(1)电路错误!(2)电阻错误!2.电动势:数值上等于不接用电器时电源正、负两极间的电压,它反映了电源本身的一种性质.二、闭合电路的欧姆定律1.电压错误!2.电势错误!3.闭合电路欧姆定律(1)内容:闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比.(2)公式:I=错误!.(3)电动势与内、外电压的关系:E=U外+U内.三、路端电压跟负载的关系1.路端电压与电流的关系(1)公式:U=E-Ir.(2)图象(U-I图象如图所示)2.路端电压随外电阻的变化规律(1)外电阻R增大时,电流I减小,外电压U增大,当R增大到无穷大(断路)时,I=0,U=E.(2)外电阻R减小时,电流I增大,外电压U减小,当R减小到零(短路)时,I=错误!,U=0.1.正误判断(1)根据I=错误!得E=I(R+r),由此可知,电动势与电流成正比.(×)(2)闭合电路欧姆定律I=错误!适用于纯电阻电路,而E=U外+U内适用于任何电路.(√)(3)闭合电路中U。
I图象与纵轴的交点的值就是电动势的值,图象斜率的绝对值就是电源内阻.(√) (4)闭合电路中U.I图象与横轴的交点为短路电流,此时路端电压为电源的电动势.(×)(5)外电路电阻增大时,电流减小,但路端电压增大.(√)2.(多选)若用E表示电源电动势,U表示外电压,U′表示内电压,R表示外电路的总电阻,r表示内电阻,I表示电流,则下列各式中正确的是()A.U=2U′B.U′=E-UC.U=E+Ir D.U=错误!·EBD[由闭合电路欧姆定律可知,E=U+U′=Ir+IR.U=IR,可推得:U′=E-U,U=错误!·R.故B、D正确,A、C错误.] 3.有两个相同的电阻R,串联起来接在电动势为E的电源上,通过每个电阻的电流为I,若将这两个电阻并联起来,仍接在该电源上,此时通过一个电阻R的电流为错误!,则该电源的内阻是()A.R B.错误!C.4R D.错误!C[由闭合电路欧姆定律得,两电阻串联时I=错误!,两电阻并联时错误!I=错误!·错误!,解得r=4R,故选C.]对电动势的理解1.对电动势的理解电动势的大小由电源自身的特性决定,与电源的体积无关,与外电路无关.不同电源的电动势一般不同.2.电源电动势与电势差的区别和联系电势差电动势n个完全相同的电池串联时,总电动势:E=nE,总内阻:r总=总nr。
高二物理选修3《闭合电路欧姆定律》教学设计一、教材分析1、本节内容在教材中的地位和作用《闭合电路欧姆定律》是普通高中课程标准实验教科书《物理》(选修3—1)中是第二章第七节的内容,电动势作为单独的一节在前面已经介绍,所以本节主要从能量角度得出闭合电路欧姆定律,然后研究路端电压跟负载的关系。
《闭合电路欧姆定律》是高中物理电学部分最基础、也是最重要的知识之一,它与我们的生活、生产和科学技术息息相关,只有掌握了这部分内容,才能有效的应用它解决实际问题。
2、教学目标结合教材内容和学生的特点,本节课的教学目标定位如下:知识与技能①能够从能量的角度分析出电源的电动势等于内、外电压之和;②理解闭合电路欧姆定律及其公式,并能熟练地用来解决电路有关的问题;③理解路端电压与负载(或干路电流)的关系,知道这种关系的公式表达和图线表达,并能用来分析、计算有关问题。
过程与方法①通过学生实验:探索闭合电路中路端电压与负载的关系,培养学生利用“实验研究,得出结论”的探究物理规律的科学思路和方法;②通过利用闭合电路欧姆定律解决一些问题,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
情感与价值观通过本节课教学,加强对学生科学素质的培养,探究物理规律培养学生创新精神和实践能力。
3、教学中的重点和难点重点:1、闭合电路欧姆定律;2、路端电压U与负载R(或干路电流I)的关系。
难点:路端电压U与负载R(或干路电流I)的关系及U—I图线的物理意义的理解。
二、教学设计思想在这节课的设计过程中,首先设置一个与学生现有知识相矛盾的实验引入课题,这样能激发学生的求知欲望,并能很快切入主题;然后利用能量转化守恒定律,分析得出闭合电路中电源电动势与内、外电压的关系和闭合电路欧姆定律,并用滑滑梯动画类比帮助学生理解;关于路端电压U和负载R的关系的探索,教师介绍实验原理电路图,采用学生分组实验,引导学生用导学卡,在实验中发现规律,交流讨论并用所学闭合电路欧姆定律知识解释实验现象,再鼓励学生代表将自己的探究成果与大家共享。