2014-2015学年高中物理 第二章 电路 电 路学案 粤教版选修3-1.doc

‎【学案导学设计】2014-2015学年高中物理 第二章 电路 电 路学案 粤教版选修3-1‎ 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，W＝Q＝UIt＝t＝Pt.‎ 6‎ ‎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 t来计算电功．‎ 例1　如图1所示，‎ 图1‎ 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：‎ ‎(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I1＝＝A＝‎‎6 A 电源电动势E＝I1(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′＝＝A＝‎‎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＝＝ A＝‎‎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 电解槽内热损耗功率P热＝Ir′＝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、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，最后变化电阻部分的电流、电压就能确定了．‎ 例2　(双选)如图2所示，电源的电动势和内阻分别为E、r，在滑动变阻器的滑片P由a端向b端移动的过程中，下列各物理量变化情况为(　　)‎ 图2‎ A．电流表的读数一直减小 B．R0的功率先减小后增大 C．电源输出功率先增大后减小 6‎ D．电压表的读数先增大后减小 解析　滑动变阻器滑片P由a端向b端移动的过程中，bP部分和aP部分并联，外电路总电阻先变大后变小，根据闭合电路欧姆定律可知，电路总电流(电流表示数)先减小后增大，A项错误；根据电功率P0＝I2R0，可知R0的功率先减小后增大，B项正确；当外电路总电阻与电源内阻相等时，输出功率最大，但R0与电源内阻r大小关系不能确定，故不能确定电源输出功率的变化情况，C项错误；电压表所测为电源的路端电压，路端电压与外电阻变化趋势一致，故D项正确．‎ 答案　BD 三、电路故障的分析方法 ‎1．用电压表检查故障：(1)断路故障判断：用电压表与电源并联，若有示数，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则说明该段电路中有断点．(2)短路故障判断：用电压表与电源并联，若有示数，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则说明该段电路被短路．‎ ‎2．用欧姆表检查故障：用欧姆表检查故障，一定要注意将待测部分与电路断开．若测得某段电路的电阻为零，说明该部分短路；若测得某段电路的电阻无穷大，说明该部分断路．‎ 例3　图3是某同学连接的实验实物图，合上开关S后，发现灯A、B都不亮．他采用下列两种方法检查故障：‎ 图3‎ ‎(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________挡．(用字母序号表示)‎ A．2.5 V　　　B．10 V　　　C．50 V　　　D．250 V ‎②在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触________(选填“a”或“b”)．‎ ‎③该同学测试结果如下表所示，根据测试结果，可以判定故障是__________(假设只有下列中的某一项有故障).‎ 测试点 电压表示数 a、b 有示数 c、b 有示数 c、d 无示数 d、f 有示数 A.灯A断路 B．灯B短路 C．c、d段断路 D．d、f段断路 ‎(2)用欧姆挡检查：‎ ‎①测试前，应将开关S______(选填“断开”或“闭合”)．‎ ‎②(单选)测量结果如下表所示，由此可以断定故障是(　　)‎ 测试点 表头指针示数 c、d 有示数 e、f 有示数 d、e 无穷大 A.灯A断路 B．灯B断路 6‎ C．灯A、B都断路 D．d、e间导线断路 解析　(1)①用多用电表的直流电压挡进行测量时，实质上是用电压表测量，而电压表内阻很大，若并联在断路处(设有一处发生断路)时，电路接通，电压表示数应为电源的电动势，并联在未断路处，示数为零．因此，用多用电表的直流电压挡进行检查电路时，电压表的量程必须大于电源的电动势，为了使示数明显，选择量程不宜过大，而电源的电动势约为6 V，故选10 V量程即可．②测试时红表笔应接电势高的a点．③因合上开关S后，A、B灯都不亮，又只有某一项有故障，所以只发生断路的故障．根据测试结果，a、b间有示数，说明a→电源→b完好；c、b间有示数，说明c→a→电源→b完好；c、d无示数，说明c→灯A→d间完好；d、f有示数，说明d→c→a→电源→b→f完好．综上分析应是d、f段断路．‎ ‎(2)①用欧姆挡检查时，测试前应首先将开关S断开．②根据测试结果，接c、d时有示数，说明不是灯A断路；接e、f时有示数，说明也不是灯B断路；接d、e间时电阻无穷大，可以断定是d、e间导线断路．‎ 答案　(1)①B　②a　③D　(2)①断开　②D ‎1.(闭合电路的动态分析)(单选)如图4所示电路，电源内阻不可忽略．开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中(　　)‎ 图4‎ A．电压表与电流表的示数都减小 B．电压表与电流表的示数都增大 C．电压表的示数增大，电流表的示数减小 D．电压表的示数减小，电流表的示数增大 答案　A 解析　由变阻器R0的滑动端向下滑可知R0连入电路的有效电阻减小，则R总减小，由I＝可知I增大，由U内＝Ir可知U内增大，由E＝U内＋U外可知U外减小，故电压表示数减小．由U1＝IR1可知U1增大，由U外＝U1＋U2可知U2减小，由I2＝可知电流表示数变小，故A正确．‎ ‎2．(闭合电路的动态分析)(双选)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(　　)‎ 6‎ 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　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．(电路故障的分析)(单选)如图6所示的电路中，电源电动势为6 V，当开关S接通后，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分电压是Uab＝6 V，Uad＝0，Ucd＝6 V，由此可判定(　　)‎ 图6‎ A．L1和L2的灯丝都烧断了 B．L1的灯丝烧断了 C．L2的灯丝烧断了 D．变阻器R断路 答案　C 解析　由条件可知，电路中有的地方有电压，说明电源是有电压的．‎ 由Uab＝6 V和Uad＝0可知外电路上bcd段有断点；由Ucd＝6 V可知外电路上cL2d段有断点，即L2的灯丝烧断了，而且除L2外，灯L1和变阻器R都没有断路，否则也不存在Ucd＝6 V.‎ ‎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 W　8 W　(3)18 W　90%‎ 解析　(1)电动机正常工作时，总电流为I＝＝A＝‎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 6‎ 电动机消耗的热功率为：‎ P热＝I2R0＝22×1 W＝4 W 根据能量守恒得，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＝×100%＝×100%＝90%.‎ 6‎