2019_2020学年高中物理第二章直流电路习题课(二)闭合电路的分析与计算课件教科版

含电动机的电路部分必须利用能量守恒求解，对于电动机必须注意公式要运用正 确．纯电阻电路部分一些公式的变形不能使用，所以需要计算输入功率时，必须求 出电动机两端电压和工作电流；需要计算电动机消耗的电热功率时，必须求出电动 机的工作电流和内阻．
解析：由图知电压表测量路端电压，电流表A1测量流过R1的电流，电流表A2测量流 过R2的电流．R2的滑动触点向b端移动时，R2接入电路的电阻减小，整个电路的总电 阻减小，总电流增大，电源的内电压增大，则路端电压减小，即电压表示数U减 小，R3两端电压增大，R1、R2并联电压减小，通过R1的电流I1减小，而总电流I增 大，则流过R2的电流I2增大，故A、C、D错误，B正确． 答案：B
类型二 含容电路的分析与计算
1．电容器在电路中的特点 (1)电路稳定时：电容器所在支路相当于断路．因此，该支路上的电阻两端无电压， 该电阻相当于导线． (2)当电容器与电阻并联后接入电路时：电容器两端的电压与并联电阻两端的电压相 等． (3)电路中的电流、电压变化时：将会引起电容器的充放电，如果电容器两端的电压 升高，电容器将充电，反之电容器放电，通过与电容器串联的电阻的电荷量等于电 容器带电荷量的变化．
(4)根据U内＝Ir，判断电源的内电压如何变化． (5)根据U外＝E－Ir，判断电源的外电压(路端电压)如何变化． (6)根据串、并联电路的特点，判断各部分电路的电流、电压、电功率、电功如何变 化．
[例1] 在如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r. 开关S闭合后，灯泡L1、L2均能发光．现将滑动变阻器R的 滑片P稍向上移动，下列说法正确的是( ) A．灯泡L1、L2均变亮 B．灯泡L1变亮、L2变暗 C．电流表的示数变小 D．电源的总功率变小
[答案] B
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．解答这类问题的基本思路是 “由部分电路的电阻变化→判断整体电阻的变化→判断干路中的电流变化→由串并 联特点分析部分电路中电压、电流变化”．
1.在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内
2．(多选)在如图所示电路中，三个灯泡原来都正常发 光，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，下列说法正确的 是( ) A．L1和L3变暗，L2变亮 B．L1变暗，L2变亮，L3亮度不变 C．L1中电流变化值大于L3中电流变化值 D．L1上电压变化值小于L2上的电压变化值
解析：当滑片右移时，电路中总电阻增大，由闭合电路欧姆定律可知电路中总电流 减小，故L1变暗；内阻、R0及L1两端的电压减小，而电源电动势不变，故并联部分 的电压增大，所以L2变亮．因L2中电流增大，干路电流减小，故流过L3的电流减 小，所以L3变暗，故A正确，B错误．因L1中电流减小，L3中电流减小，而L2中电流 增大，且有I1＝I2＋I3，故L1中电流的变化值一定小于L3中电流的变化值，故C错 误；因并联部分的电压与L1、R0及内阻上的总电压等于电源的电动势，L2两端的电 压增大，L1、R0及内阻r两端的电压减小，而电动势不变，故L2两端电压增大值应等 于其他三个电阻的减小值，故L1上电压变化值小于L2上的电压变化值，故D正确． 答案：AD
闭合电路动态问题的分析方法 (1)程序法 基本思路：电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U内的变化→U外的变 化→固定支路并串联联分分流压IU→变化支路． (2)结论法——“并同串反” “并同”：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． “串反”：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、电功率都将增大．
阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器．当R2的滑 动触点在a端时闭合开关S，此时三个电表A1、A2和V的 示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑动触点向b端移动，则 三个电表示数的变化情况是( )
A．I1增大，I2不变，U增大 增大，U减小
B．I1减小，I2
C．I1增大，I2减小，U增大
D．I1减小，I2不变，U减小
在计算电容器的带电荷量变化时，如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过所 连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量之差；如果变化前后极板带电的 电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量之和．
1．(多选)在如图所示的电路中，已知C1＝C2，电阻R1>R2，电源电动势为E，内阻不 计．当开关S由断开到接通后，下列说法正确的是( ) A．C1所带的电荷量变多，C2所带的电荷量变少 B．电路稳定后C1所带的电荷量小于C2所带的电荷量 C．C1和C2的电荷量都变多 D．C1和C2的电荷量都变少
[解析] 电动机工作时，其电路为非纯电阻电路，它从电源获取的功率一部分转化 为线圈的热功率，另一部分转化为电动机的机械功率． (1)电动机线圈上消耗的热功率为 P热＝I2r＝1 W. (2)电动机的输入功率就是电流通过电动机做功的功率，即 P入＝UI＝5×1 W＝5 W， 电动机的输出功率就是电动机对外做机械功的功率，根据P入＝P出＋P热得P出＝P入－P 热＝5 W－1 W＝4 W.
1．在如图所示的电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V 12 W”字样， 电动机线圈的电阻RM＝0.5 Ω.若灯泡恰能正常发光，以下说法中正确的是( ) A．电动机的输入功率为24 W B．电动机的输出功率为12 W C．电动机的热功率为2 W D．整个电路消耗的电功率为22 W
解析：电动机为非纯电阻电路，欧姆定律对电动机不再适用．灯泡L正常发光，则 IL＝UP＝2 A，所以电路中的电流I＝2 A，故整个电路消耗的总功率P总＝UI＝24 W， 选项D错误．电动机的输入功率P入＝P总－P灯＝12 W，选项A错误．电动机的热功率 P热＝I2RM＝2 W，选项C正确．电动机的输出功率为P出＝P入－P热＝10 W，选项B错 误．
解析：开关S断开时，C1和C2两端的电压均等于电源电动势E.当开关S接通稳定后， 电源给串联的电阻R1和R2供电，C1和C2两端的电压U1和U2分别等于电阻R2和R1两端 的电压，因R1>R2，所以U1<U2<E，由Q＝CU得，开关S由断开到接通时，C1和C2的 电荷量都变少，且C1所带的电荷量小于C2所带的电荷量，选项B、D正确．
3．输出功率：电动机做有用功的功率，如图所示，P机＝ mgv(设重物匀速上升)． 4．热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热， 热功率P热＝I2r. 5．功率关系：P总＝P机＋P热． 6．电动机的效率：η＝PP机总.
[例3] 如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1 Ω，电动机两 端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N．忽略一切摩擦，求： (1)电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？ (2)电动机输入功率和输出功率各是多少？ (3)10 s内电动机可以把重物匀速提升多高？ (4)这台电动机的机械效率是多少？ [思路点拨] 解此题的关键是正确理解电机输入功率、输出功率、热功率的概念及 相互关系．
第二章 直流电路 习题课(二) 闭合电路的分析与计算
01 课堂 合作探究 02 课后 巩固提升
课时作业
类型一 闭合电路的动态分析问题
动态电路分析的基本步骤 (1)明确各部分电路的串、并联关系，特别要注意电流表或电压表测量的是哪部分电 路的电流或电压． (2)由局部电路电阻的变化确定外电路总电阻的变化． (3)根据闭合电路欧姆定律I＝R＋E r判断电路中总电流如何变化．
答案：C
2.如图所示，电源的电动势E＝24 V，内阻r＝1 Ω，电阻R＝2 Ω，M为直流电动机，其电阻r′＝1 Ω，电动机正常工作时，其 两端所接电压表读数为UV＝21 V，求电动机转变为机械能的功 率是多大？ 解析：由闭合电路欧姆定律可得
E＝UV＋I(R＋r)， 则I＝ER－＋UrV＝242－ ＋211 A＝1 A. 由能量守恒可知电动机输出的机械功率为 P机＝IUV－I2r′＝(1×21－12×1)W＝20 W. 答案：20 W
(3)设物体A的重力为G，t＝10 Gh， h＝PG出t＝4×2010 m＝2 m. (4)这台电动机的机械效率为
s内物体上升的高度为h，根据能量守恒定律得P出t＝
η＝PP出入×100 %＝45×100%＝80%. [答案] (1)1 W (2)5 W 4 W (3)2 m (4)80%
(1)电动机是非纯电阻用电器，要注意区分电功率和热功率，电功率用P总＝UI计算， 热功率P热＝I2R，机械功率P机＝P总－P热． (2)明确电动机电路中的能量转化关系，利用能量守恒定律分析问题．
2．解答含电容器电路问题的步骤 (1)应用电路的有关规律分析出电容器两极板间的电压及其变化情况． (2)根据平行板电容器的相关知识进行分析求解．
[例2] 在如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻忽 略不计．R1、R2、R3、R4均为定值电阻，C是电容器，开 关S是断开的．现将开关S闭合，则在闭合S后的较长时间 内，通过R4的电荷量是多少？ [思路点拨] 解答此题应注意以下三点： (1)S断开时电容器上电压与R2上电压相等； (2)S闭合时电容器上电压与R1上电压相等； (3)两种情况下电容器极性不同．
[思路点拨] 解此题的关键有两步： (1)分析电路的连接方式及各电表的测量部分． (2)正确分析因滑片P移动造成的电阻、电流的变化．
[解析] 滑片P稍向上移动时，滑动变阻器接入电路的阻值变小，外电路的总电阻变 小，干路电路I变大，灯泡L1变亮；干路电路I变大时，电源的总功率P＝EI变大，并 联部分的电压U并＝E－I(r＋RL1)变小，灯泡L2变暗，选项B正确，A、D错误；干路 电流I变大，流过灯泡L2的电流变小，所以电流表的示数变大，选项C错误．
[解析] S断开时，电源与R1、R2串联，R3、R4和电容器串联后与R2并联，由于电容 器可看做断路，故R3、R4上电压为零，电容器上电压等于R2的电压，且上板电势 高，带正电，Q1＝RC1＋R2ER2. S闭合时，R1、R2串联后与R3并联，R4和电容器串联后并联在R1两端，电容器上的 电压等于R1两端的电压，且上板电势低，带负电，Q2＝RC1＋R1ER2. 闭合S后的较长时间内，通过R4的电荷量为 ΔQ＝Q1＋Q2＝RC1＋R2ER2＋RC1R＋1ER2＝CE. [答案] CE