鲁科版物理课件：选修3-1第4章本章优化总结

本章优化总结海口华兴学校任汉鑫专题归纳整合章末综合检测本章优化总结知识网络构建知识网络构建专题归纳整合闭合电路的动态分析电路中局部的变化会引起整个电路中电流、电压、电功率的变化，“牵一发而动全局”是电路问题的一个特点．电路动态分析的基本方法：1．分析电路的连接关系，各电表所测的对象，明确变阻器阻值的变化情况；2．先整体，后局部，注意内外电路的联系．首先判断外电阻R的变化情况，再根据闭合电路欧姆定律I＝ER＋r判断干路电流的变化，进而明确路端电压的变化情况；3．由欧姆定律及串并联电路的规律判断各部分电路电压及电流的变化，并且遵循“先分析串联电路后分析并联电路，先分析定值电阻后(间接)分析可变电阻”的原则．如图4－1所示，当滑动变阻器滑片P向右移动时，试分析L1、L2、L3的亮度变化情况．例1图4－1【精讲精析】当P向右移动时，滑动变阻器连入电路的电阻变大，因此，整个电路的电阻增大，路端电压增大，总电流减小，流过L1的电流变小，L1将变暗．同时L1分得的电压变小，L2两端电压增大，故L2变亮．我们注意到总电流减小，而L2变亮，即L2分得的电流增大，可见L3上的电流比L1上的电流减小得还要多，因此L3也要变暗．【答案】见精讲精析电路故障的分析问题1．故障特点(1)断路特点：电路中发生断路，表现为电源电压不为零而电流强度为零．若外电路中无用电器的任意两点间电压不为零，则这两点间有断点，而这两点与电源连接部分无断点．(2)短路特点：电路中发生短路，表现为有电流通过电路而电压为零．2．故障的分析方法这类题目要从已知条件出发，进行严密推理，找出故障的原因．具体方法如下：(1)仪器检测法①断路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点．②短路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该电路被短路．(2)假设法已知电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后，假设某部分电路发生故障，运用欧姆定律进行正向推理，推理结果若与题述现象相符，则故障发生在该部分电路．否则，没发生在该部分电路．用此方法，直到找到故障为止．例2如图4－2所示电路中，由于某处出现了故障，导致电路中的A、B两灯变亮，C、D两灯变暗，故障的原因可能是()A．R1短路B．R2短路C．R2断路D．R3短路图4－2【精讲精析】A灯在干路上，A灯变亮，说明电路中总电流I变大，由闭合电路欧姆定律可知电路中的外电阻R是减小的，这说明电路中只会出现短路而不会出现断路，因为短路部分的电阻变小，分压作用减小，与其并联的用电设备的电压降低．C、D两灯变暗，A、B两灯变亮，这又说明发生短路的电阻与C、D两灯是并联的而与A、B两灯是串联的．观察电路上电阻的连接形式，只有R3短路符合条件．【答案】D输出功率和外电阻的关系1．在纯电阻电路中，电源的输出功率为P出＝I2R＝E2R＋r2R＝E2R－r2＋4RrR＝E2R－r2R＋4r.(1)当R＝r时，电源输出功率最大，Pmax＝E24r；(2)当R＞r时，随着R增加，P出减小；(3)当R＜r时，随着R增加，P出增加．图4－3电源输出功率随外电阻变化的图线如图4－3所示，当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，此时为Pm＝E24r.2．电源的效率：η＝IUIE＝UE＝RR＋r＝11＋rR.当R增大时，效率提高；当R减小时，效率降低；当R＝r时，电源有最大输出功率，但效率仅有50%.例3如图4－4所示，图4－4电路中电池的电动势E＝5V，内电阻r＝10Ω，固定电阻R＝90Ω，R0是可变电阻，在R0从零增加到400Ω的过程中，求：(1)可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最大热功率；(2)电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和；(3)R0调到多少时R上消耗的功率最大．【精讲精析】(1)可变电阻R0上消耗的热功率：P0＝I2R0＝25R0－1002R0＋400所以R0－100Ω＝0时，P0最大，其最大值：P大＝25400W＝116W.(2)当电流最小时，电阻r和R消耗的热功率最小，此时R0应调到最大400Ω，内阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和为P小＝(ER0＋R＋r)2(R＋r)＝0.01W.(3)R0＝0时，电路中的总电阻最小，因此电路中的电流最大，此时R上有最大功率，即PR＝(ER＋r)2R＝5290＋102×90W＝0.225W.【答案】(1)R0＝100Ω时，功率最大1/16W(2)0.01W(3)R0＝0时，功率最大0.225W含容电路问题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无电压降，因此电容器两极板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，电容器两极板间的电压与其并联在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．如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它并联的电路放电．例4如图4－5所示，电源电动势E＝9V，内电阻r＝0.5Ω，电阻R1＝5.0Ω、R2＝3.5Ω、R3＝6.0Ω、R4＝3.0Ω，电容C＝2.0μF.当电键S从与a接触到与b接触通过R3的电荷量是多少？图4－5【精讲精析】开关S接a时，电容器C并联在R1两端，R3只是起导体的作用，其充电电压为R1上的电压，根据闭合电路欧姆定律：I＝ER1＋R2＋r和U1＝IR1，解得：U1＝5V此时电容器带电荷量Q1＝CU1＝2.0×10－6×5C＝1×10－5CS接b时，R3、R4起导体的作用，电容C并联在R2两端，由于直流电路没有改变，R2两端的电压为：U2＝IR2，解得：U2＝3.5V此时电容器带电荷量Q2＝CU2＝2×10－6×3.5C＝0.7×10－5CQ1是初始状态的带电荷量，下极板带负电，Q2是S接b时的电容器带电荷量，下极板带正电，从接a到接b流过R3的电荷量为ΔQ＝Q1＋Q2＝1.7×10－5C.【答案】1.7×10－5C章末综合检测本部分内容讲解结束点此进入课件目录按ESC键退出全屏播放谢谢使用