高中物理选修3-4知识点总结

高中物理选修3-4知识点总结

1高中物理选修3-4知识点总结总结

探究闭合电路欧姆定律

闭合电路闭合电路欧姆定律I＝ER＋r适用于纯电阻电路

E＝IR＋Ir适用于任何闭合电路

路端电压与外电阻的关系U＝IR＝ERR＋r，U随R的增大而增大

当R→∞时，U＝E；当R＝0时，U＝0

测量电源的电动势和内阻方法：伏安法、安阻法、伏阻法原理：闭合电路欧姆定律数据处理：计算法、图像法

多用电表测电阻的原理闭合电路欧姆定律I＝ER内＋Rx中值电阻R中＝EIg＝R内

电功和电功率电功：W＝UIt，电功率P＝UI电热：Q＝I2Rt，热功率P＝I2R

电功与电热的关系纯电阻电路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2Rt非纯电阻电路：W＝UIt＞Q＝I2Rt闭合电路的功率：P总＝IE，P外＝IU，P内＝I2r.

一、纯电阻电路和非纯电阻电路

1.对于纯电阻电路(如白炽灯、电炉丝等构成的电路)，电流做功将电能全部转化为内能，此

时有W＝Q，即UIt＝I2Rt.计算电功或电热时，可采用公式W＝Q＝UIt＝U2Rt＝Pt中的任一形

式进行计算.

2.对于非纯电阻电路(如含有电动机、电解槽等的电路)，电功大于电热.在这种情况下，不能

用I2Rt或U2Rt来计算电功.根据能量守恒定律可知，在非纯电阻电路中，电能的转化为：电功

＝电热＋其他形式的能，即UIt＝I2Rt＋E(其他形式的能). 例1如图1所示，电解槽A和电炉B并联后接到电源上，电源内阻r＝1 Ω，电炉电阻R

＝19 Ω，电解槽电阻r′＝0.5 Ω．当S1闭合、S2断开时，电炉消耗功率为684 W；S1、S2都

闭合时电炉消耗功率为475 W(电炉电阻可看做不变).试求：

图1

(1)电源的电动势；(2)S1、S2都闭合时，流过电解槽的电流大小；

(3)S1、S2都闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率.

解析(1)设S1闭合、S2断开时电炉功率为P1，电炉中电流I＝P1R＝68419A＝6 A

电源电动势E＝I(R＋r)＝120 V.

(2)设S1、S2都闭合时电炉功率为P2，电炉中电流为

I′＝P2R＝47519A＝5 A

电源路端电压为U＝I′R＝5×19 V＝95 V，流过电源的电流为I＝E－Ur＝120－951A＝25 A

流过电解槽的电流为IA＝I－I′＝20 A.

(3)电解槽消耗的电功率PA＝IAU＝20×95 W＝1 900 W 电解槽中热损耗功率P热＝I2Ar′＝202×0.5 W＝200 W

电解槽中电能转化成化学能的功率为

P化＝PA－P热＝1 700 W.

答案(1)120 V(2)20 A(3)1 700 W

二、闭合电路的动态分析

动态电路问题的分析思路

(1)电路中不论是串联部分还是并联部分，只要有一个电阻的阻值变大时，整个电路的总电阻必变大.只要有一个电阻的阻值变小时，整个电路的总电阻必变小；

(2)根据总电阻的变化，由闭合电路欧姆定律可判定总电流、路端电压的变化；

(3)判定固定支路电流、电压的变化；

(4)判定变化部分的电流、电压变化，如变化部分是并联回路，那么仍应先判定固定电阻部分的电流、电压的变化，然后变化电阻部分的电流、电压就能确定了.

例2在如图2所示的电路中，E为电源电动势，r为其内阻，L为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变)，R1、R2为定值电阻，R3为光敏电阻，其阻值大小随所受照射光强度的增大而减小，

V为理想电压表.若将照射R3的光的强度减弱，则()

图2

A.电压表的示数变大

B.小灯泡消耗的功率变小

C.通过R2的电流变小

D.电源内阻的电压变大解析若将照射R3的光的强度减弱，则R3的电阻将增大，电路中的总电阻将增大，总电流

减小，故电压表的示数变小，电源内电压也减小，A、D错误；而电阻R2两端的电压将变大，通过R2的电流变大，而总电流减小，所以通过小灯泡的电流减小，小灯泡消耗的功率

变小，B正确，C错误.

答案B 三、含电容器电路的分析与计算方法

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，电容器处电路可看做是断路，简化电路时可去掉它.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低，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.

例3如图3所示，电源电动势E＝10 V，内阻可忽略，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μＦ，求：

图3

(1)S闭合后，稳定时通过R1的电流；

(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的总电荷量.

解析(1)电路稳定时，R1、R2串联，易求I＝ER1＋R2＝1 A.

(2)S闭合时，电容器两端电压UC＝U2＝I·R2＝6 V，储存的电荷量Q＝C·UC.S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时UC′＝E，储存的电荷量Q′＝C·UC′.很显然电容器上的电荷

量增加了ΔQ＝Q′－Q＝CUC′－CUC＝1.2×10－4C.电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的，这只有通过R1这条电路实现，所以流过R1的电荷量就是电容器带电荷量的增

加量.

答案(1)1 A(2)1.2×10－4 C

1.(闭合电路的动态分析)如图4所示的电路.三只相同的灯泡L1、L2、L3，当滑动变阻器的滑动触点向b端移动时()

图4

A.L1变亮，L2、L3变暗

B.L1、L2变亮，L3变暗

C.L1、L3变暗，L2变亮

D.L1、L3变亮，L2变暗

答案B

解析无论是计算出灯的电压还是电流，都可判断灯的亮暗变化.而计算电压还是电流的原则一般为：串联部分分析电流，并联部分分析电压.用灯泡来代替普通电阻，此时现象可通

过灯泡的亮暗变化直接表现，电路中就不再需要电表.没有电表的灯泡电路，要计算电压还是电流要靠自已去选择，这就使求解更为灵活.变阻器触点向b端移动，电阻变小，总电阻

变小，I1(I1是通过L1的电流)变大，U3变小，I3变小，I2＝I1－I3(I2、I3分别为过L2、L3的电

流)，可知I2变大，L2变亮.

2.(闭合电路的动态分析)如图5所示，电源电动势为E，内阻为r，不计电压表和电流表内阻对电路的影响，当电键闭合后，两小灯泡均能发光.在将滑动变阻器的触片逐渐向右滑动的

过程中，下列说法正确的是()

图5

A.小灯泡L1、L2均变暗

B.小灯泡L1变亮，小灯泡L2变暗

C.电流表的读数变小，电压表的读数变大

D.电流表的读数变大，电压表的读数变小答案BC

解析滑动触片向右滑动的过程中，滑动变阻器接入电路部分的阻值变大，电路中的总电阻变大，路端电压变大，总电流变小，故电流表的读数变小，电压表的读数变大，小灯泡

L2变暗，小灯泡L2两端的电压减小，小灯泡L1两端电压增大，小灯泡L1变亮，B、C正确.

3.(含电容器电路的分析与计算)如图6所示的电路中，电源电动势E＝6 V，内阻r＝1 Ω，电阻R1＝6 Ω，R2＝5 Ω，R3＝3 Ω，电容器的电容C＝2×10－5 F.若将开关S闭合，电路稳定时通过R2的电流为I；断开开关S后，通过R1的电荷量为q.则()

图6

A.I＝0.75 A B.I＝0.5 A C.q＝2×10－5 C D.q＝1×10－5 C 答案AD

解析开关S闭合时，I＝Er＋R并＋R2＝0.75 A，选项A对，B错；此时UC＝U并＝1.5 V，QC

＝C·UC＝3×10－5C，若将开关断开，则电容器上所带的电荷量通过R1、R3放掉，因I1∶I3

＝R3∶R1＝1∶2，根据q＝It可知，通过R1的电荷量q＝13QC＝1×10－5 C，选项C错，D对.

4.(非纯电阻电路的计算)如图7所示的电路中，电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.5 Ω，电动机的电阻R0＝1.0 Ω，电阻R1＝1.5 Ω．电动机正常工作时，电压表的示数U1＝3.0 V，求：

图7

(1)电源释放的电功率；(2)电动机消耗的电功率和将电能转化为机械能的功率；

(3)电源的输出功率和效率. 答案(1)20 W(2)12 W8 W(3)18 W90%

解析(1)电动机正常工作时，总电流为I＝U1R1＝3.01.5A＝2 A，电源释放的电功率为P释＝EI

＝10×2 W＝20 W.

(2)电动机两端的电压为U＝E－Ir－U1＝(10－2×0.5－3.0) V＝6 V 电动机消耗的电功率为：P电＝UI＝6×2 W＝12 W

电动机消耗的热功率为：P热＝I2R0＝22×1.0 W＝4 W

根据能量守恒定律得，电动机将电能转化为机械能的功率

P机＝P电－P热＝12 W－4 W＝8 W

(3)电源的输出功率为P出＝P释－P内＝P释－I2r＝(20－22×0.5) W＝18 W，η＝P出P释×100%＝1820

×100%＝90%.

2探究闭合电路欧姆定律

[目标定位]1.掌握电动势的概念及表达式.了解电源内部能量的转化过程和生活中的电池.2.理解闭合电路欧姆定律的内容，掌握其表达式.3.会用闭合电路欧姆定律进行简单的计算.

一、闭合电路的路端电压和内电压

实验探究1用多用电表测量路端电压按如图1所示的电路选择器材，连接电路.

图1

按课本要求测量电压Ubc、Ubc′、Uac.分析测得的数据，比较三个电压测量值之间的关系为________. 答案Ubc′＜Ubc＜Uac实验探究2测电源内部的电压

按如图2所示电路连接线路，分别测量电源的内电压和外电压，多次测量，把测量结果记录

在事先准备好的表格中，分析内、外电压的大小，说明它们满足怎样的规律？

图2

答案在误差允许的范围内，内、外电压之和为一定值.

[要点提炼]

1.外电路和内电路：用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路.

2.在外电路中，电流方向由电源正极流向负极；在内电路中电流方向由负极流向正极.