3电路图像应用与动态分析.docx

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3电路图像应用与动态分析

精锐教育学科教师辅导讲义

年级：

高三辅导科目：

物理课时数：

3

课题

闭合电路欧姆定律与图像及其应用、动态分析

教学目的

1、掌握闭合电路欧姆定律及其表达式和应用

2、理解并区分电路中各种图像及其综合应用、解决实际问题，掌握电路动态分析方法

教学内容

闭合电路的欧姆定律与图像

①主要物理量有E、r、R、I、U，前两个是常量，后三个是变量。

②表达形式：

③讨论：

1、外电路断开时（I=0）,路端电压等于电源的电动势（即U=E）;而这时用电压表测量时,其读数略小于电动势（有微弱电流）

2、外电路短路时（R=0,U=0）电流最大为（一般不允许这种情况,会把电源烧坏）

电源的外特性曲线——路端电压Ｕ随电流Ｉ变化的图象：

（U一I关系图线）

图象的函数表达：

U＝E－Ir

当外电路断路时（即R→∞,I＝0），纵轴上的截距表示电源的电动势Ｅ（Ｅ＝Ｕ端）；

当外电路短路时（R＝0,U＝0），横坐标的截距表示电源的短路电流I短=E/r；

图线的斜率的绝对值为电源的内电阻．

某点纵坐标和横坐标值的乘积为电源的输出功率，在图中的那块矩形的“面积”表示电源的输出功率，

该直线上任意一点与原点连线的斜率表示该状态时外电阻的大小；

（当Ｕ＝E/2（即R=r）时，Ｐ出最大。

η＝5

闭合电路的功率

①电源的总功率：

P总=IE=IU外十IU内=IU＋I2r，

②电源的输出功率：

当

时,电源的输出功率最大，

③电源的输出功率与外电路电阻的关系

输出功率随外电阻Ｒ变化的图线（如图所示

④电源内阻上的热功率：

Ｐ内＝Ｕ内Ｉ＝I2ｒ。

⑤电源的供电效率

当电源的输出功率达最大时，η＝50％。

电源的外特性曲线和导体的伏安特性曲线

导体的伏安特性曲线-------导体中的电流随随导体两端电压变化图线

区分三种图线：

电源的外特性曲线——路端电压Ｕ随电流Ｉ变化的图象：

（U一I关系图线）

输出功率随外电阻Ｒ变化的图线

例题与训练：

1、如图所示，直线A为电源的U—I图线，直线B为电阻R的U—I图线，用该

电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率分别是

A.4W、8WB.2W、4WC.4W、6WD.2W、3W

2、如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I变化的图线.抛物线OBC为同一直流电源内部热功率Pr随电流I变化的图线.若A、B的横坐标为1A，那么AB线段表示的功率等于

A.1WB.3WC.2WD.2.5W

3、某闭合电路的路端电压U随外电阻R变化的图线如图所示，则电源的电动

势为_______，内电阻为_______，当U=2V时，电源的输出功率为_______.

4、如图所示，U—I图线上，a、b、c各点均表示该电路中有一个确定的工作状态，b点α=β，则下列说

法中正确的是

（A）在b点时，电源有最大输出功率

（B）在b点时，电源的总功率最大

（C）从a→b时，β角越大，电源的总功率和输出功率都将增大

（D）从b→c时，β角越大，电源的总功率和输出功率都将增大

5、在如图所示电路中，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，保护电阻R0＝3Ω，滑动变阻器总电阻R＝20Ω，闭合电键S，在滑片P从a滑到b的过程中，正确的是（）

A．滑动变阻器消耗的功率先减小后增大

B．滑动变阻器消耗的功率先增大后减小

C．滑动变阻器消耗的功率先减小后增大，再减小后增大

D．滑动变阻器消耗的功率先增大后减小，再增大后减小

6、如图所示的电路，a、b、c为三个相同的灯泡，每个灯泡的电阻大于电源内阻，当变

阻器R的滑臂P向上移动时，下列判断中正确的是（）

（A）b灯中电流变化值小于c灯中电流变化值（B）a、b两灯变亮，c灯变暗

（C）电源输出功率增大（D）电源的供电效率增大

P/W

I/A

0

4

C1

C2

2

4

课后训练：

1．（2011虹口）．如图所示，抛物线C1、C2分别是纯电阻直流电路中内、外电路消耗

的电功率随电流变化的图线（电源电动势和内阻一定）。

由该图可知：

电源的最大输

出功率为______________W，电源的内电阻为______________Ω。

L

R1

R2

ε

r=0

A

2．（2011松江）在如图所示电路中，电源电动势为ε=6V，内阻不计，小灯L上标有“6V，0.3A”字样，滑动变阻器R1的阻值范围是0—20Ω，电阻R2上标有“15Ω，4A”字样，电流表的量程为0—0.6A。

甲、乙两同学在讨论滑动变阻器功率的取值范围时，甲同学认为：

由于电流表允许通过的最大电流为0.6A，

所以通过R1的最大电流为I1m=IAm–IL=0.6A–0.3A=0.3A，

这时滑动变阻器R1两端的电压为U1m=ε–I1mR2=6V–0.3×15V=1.5V

因此， 滑动变阻器的最大功率为P1m=I1mU1m=0.3×1.5W=0.45W。

20Ω

R

0

U1

I1

P1

U1,I,1,P1

乙同学不同意甲同学的看法，他认为滑动变阻器的功率决定于通过它的电流和它

两端电压的乘积，即P1=I1U1，电流最大时功率未必最大，只有电流、电压的

乘积最大时，功率才最大，如右图所示。

你认为甲、乙两位同学中，哪位同学的看法正确，如果你认为甲同学正确，请简

述他正确的理由；如果你认为乙同学正确，请求出滑动变阻器R1的最大功率P1m。

5．如图电路所示,电源由n个电动势均为1.5V,且内阻相同的电池串联组成,合上开关S,滑动变阻器的滑动触头C从A端滑至B端的过程中,电路中的一些物理量的变化如图甲、乙、丙所示,电表、导线对电路的影响不计.求:

（1）组成电源的串联电池的个数.

（2）滑动变阻器总阻值.

（3）将甲、乙、丙三个图上的a、b、c各点的坐标补齐.（甲图为输出功率与路端电压关系曲线;乙图为路端电压与总电流关系曲线;丙图为电源效率与外电路电阻关系曲线）

外电路的U-I图线与电阻的U-I图像的交点表示工作状态及其应用

（1）、基本交点

（2）、串联一定值电阻的交点

（3）、串联一相同用电器的交点（4）、并联一相同用电器的交点

A

B

C

R

R1

R2

U／V

I／mA

0

1

2

3

4

1

2

3

4

1、（2011浦东）．如图所示，电阻R两端的电压U随通过该电阻的电流

I的变化曲线如图所示，电源电动势为7.0V（内阻不计），R1=1000Ω

（不随温度变化）。

现调节可变电阻R2的阻值，使电阻R与R1消耗的

功率相等，此时通过R的电流为________mA；继续调节R2，使AB与

BC间的电压相等，这时通过R的电流变为________mA。

2.（2011虹口）.（14分）如图

（1）所示的电路中，电源电动势E=10V，内电阻r=1Ω，两个相同的定值电阻R0=9Ω，R1=18Ω，且不随温度而变化。

（1）求通过电阻R1中的电流；

（2）若在电路中将两个并联电阻R1、R0换成一个灯泡L（7.2W，0.9A），如图

（2）所示，该灯泡的伏安特性曲线如图（3）中实线所示。

则接入电路后，灯泡的实际功率为多少？

某学生的解法如下：

RL=

I=

，代入P=I2RL即可求出灯泡的实际功率。

请你判断该同学的解法是否正确？

若正确，请解出最终结果；若不正确，请用正确方法求出灯泡的实际功率。

图（3）

U/V

I/A

1.0

0.5

0

2

10

4

6

8

（3）若在图

（2）电路中再并联一个同样的灯泡，如图（4）所示，则每个灯泡的实际功率是多少？

R0

S

图

（1）

R0

R1

E,r

R0

S

图

（2）

E,r

L

R0

S

图（4）

E,r

L

L

3、影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，半导体材料的电阻率则随温度的升高而减小，PTC元件由于材料的原因有特殊的导电特性。

（1）如图（甲）是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，若用该电阻与电池（电动势E=1.5V，内阻不计）、电流表（量程为5mA、内阻不计）、电阻箱R′

串联起来，连接成如图（乙）所示的电路，用该电

阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温

度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”。

①电流刻度较大处对应的温度刻度_____________。

（填“较大”或“较小”）

②若电阻箱阻值R′=150Ω,在丙图中标出空格处对应的温度数值为0C。

（2）一由PTC元件做成的加热器，其

的

关系如图（丁）所示。

已知它向四周散热的功率

为PQ=0.1（t-t0）瓦，其中t（单位为oC）为加热

器的温度，t0为室温（本题取20oC）。

当加热器产

生的热功率PR和向四周散热的功率PQ相等时加

热器温度保持稳定。

现将此加热器接到200V的

电源上（内阻不计），则加热器工作的稳定温度

为________oC。

训练：

1、在如图（a）所示的电路中，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器。

闭合电键s，将滑动变阻器的滑动触头P从最右端滑到最左端，两个电压表的示数随电路中电流变化的完整过程图线如图（b）所示．则

（b）

U/v

0

0.2

0.4

0.6

2

6

4

I/A

甲

乙

（a）

V2

V1

P

R1

R2

A

S

（A）图线甲是电压表V2示数随电流变化的图线

（B）电源内电阻的阻值为10

（C）电源的最大输出功率为1.8W

（D）滑动变阻器R2的最大功率为0.9W

1

2

3

4

5

0

0.2

0.4

0.6

U/V

I/A

6

0.8

1.0

1.2

A

B

2．有两个电源甲和乙，甲的电动势为6V，内阻为4Ω，乙的电动势为4.5V，内阻为

1Ω，另有两个小灯A和B，它们的U-I图像如图所示，若要求用其中的一个电源和

一个小灯泡串联成回路后小灯泡的功率最大，则应该选择__________（选填“甲与A”

、“甲与B”、“乙与A”或“乙与B”）；若将小灯A、B串联后接在另一个内阻为

2Ω的电源丙两端，发现A、B的功率之比为2:

1，则电源丙的电动势为__________V。

图丙

3.有一个特殊结构的元件（如图甲所示），由A、B两部分组成，被封闭在透明的玻璃壳内，a、b为两个接线柱。

某学生为了研究A、B两部分电学特性，通过查阅资料，得知A是一个定值电阻，其U-I值如下表所示；B是一种由特殊金属丝制成的导体，该元件的额定电压是7伏，为了既不破坏元件的结构，但又能测定B的额定功率，他使用（如图乙所示）的器材，测得一组该元件的I-U值（如图丙所示）后，利用这些数据测出了B的额定功率。

请你回答以下问题：

图甲

（1）用笔线代替导线，将如图乙所示的器材连成一个测量该元件的I-U值的电路。

要求当滑动片向右移动时元件两端的电压从零开始增大。

（2）当滑动片向右移动时，B的电阻逐渐（填“增大”、“减小”或“不变”）

（3）求得B在正常工作时的额定功率P=w

U/V

0.5

2.5

4.5

6.5

8.5

10.5

I/×10-3A

5.0

24.8

45.

0

65.2

85.0

104.8

动态电路的分析与训练：

电路动态变化分析（高考的热点）各灯、表的变化情况

动态电路变化的分析是根据欧姆定律及串、并联电路的性质，来分析电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况，

常见方法为：

程序法:

基本思路是“部分→整体→部分”部分电路欧姆定律各部分量的变化情况

局部变化

R总

I总

先讨论电路中不变部分（如:

r）

最后讨论变化部分

1.（2011杨浦）．如图所示电路中，电源的电动势为E，内电阻为r，当滑动变阻

a

A

V

b

P

E

r

R0

器的滑片P由a向b滑动的过程中，电流表、电压表的示数变化情况是（　　）

A．电流表示数一直增大，电压表示数一直减小

B．电流表示数一直减小，电压表示数先增大后减小

C．电流表示数先减小后增大，电压表示数先减小后增大

D．电流表示数先增大后减小，电压表示数一直增大

2．（2011长宁）如图所示电路，电源内阻为r，定值电阻R1的阻值小于变阻器R的总阻值，闭合K，当滑片P在变阻

A

V

R1

R2

P

R

K

r

器的中点时，电压表的示数为U，电流表的示数为I，则当滑片P从变阻器中点向上滑动的过程中

（A）U一直减小，I一直增大

（B）U先增大后减小，I先减小后增大

（C）流过r的电流先减小后增大，I一直增大

（D）U与I的乘积一直增大

4．在图示电路中，电源电动势为，内阻为r，闭合电键后，当滑动变阻器的滑片P处于图中R的中点位置时，小灯泡L1、L2、L3的亮度相同，若将滑片P向左滑动，小灯泡的亮度变化情况是

（A）L1变亮，L2变暗，L3变亮，（B）L1变暗，L2变亮，L3变暗，

（C）L1、L2变亮，L3变暗，（D）L1、L2变暗，L3变亮。

5．如图所示，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向b移动的过

Er

程中，电流表、电压表的示数变化情况为…………（）

（A）电流表的读数一直减小

（B）电流表的读数先减小后增大

（C）电压表的读数先增大后减小

（D）电压表的读数先减小后增大

6．如图所示，电源电动势为E，内阻为r．当开关S闭合，滑动变阻器的滑片P位于中点位置时，三个小灯泡L1、L2、L3都正常发光，且亮度相同，则（）

（A）三个灯泡的额定功率相同

（B）三个灯泡的额定电压相同

（C）三个灯泡的电阻按从大到小排列是L1、L3、L2

（D）当滑片P稍微向左滑动，灯L1和L3变亮，灯L2变暗

7．如图所示电路中，电源的内电阻为r，R1、R3、R4均为定值电阻，电表均为理想电表．闭合电键S，滑动变阻器R2的滑片向右滑动，电流表和电压表示数变化量的大小分别为I、U，下列结论正确的是

A．电压表示数

变大

B．电流表示数变大

C．＜r

D．＞r

8．某同学设计了如图甲所示电路研究电源输出功率随外电阻变化的规律。

电源电动势E恒定，内电阻r＝6，R1为滑动变阻器，R2、R3为定值电阻，A、V为理想电表。

当滑动变阻器滑臂从a到b移动的过程中，输出功率随滑臂移动距离x的变化情况如乙图所示，则R1的最大阻值及R2、R3的阻值可能为下列哪组（）

（A）12、6、6

（B）6、12、4

（C）12、6、2

（D）6、12、8