第37课时 闭合电路中的能量转化 含容电路 故障分析(A)
含容电路和电路故障分析
含容电路和电路故障分析一、含电容电器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，在电容器处电路可看作是断路，简化电路时可去掉它.简化后若要求电容器所带电量时，可接在相应的位置上.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，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1】如图所示，电源电动势E ＝12V ，内阻r ＝1Ω，电阻R 1＝3Ω，R 2＝2Ω，R 3＝5Ω，电容器的电容C 1＝4μF ，C 2＝1μF 。
求:(1)当S 闭合时间足够长时，C 1和C 2所带的电量各是多少?(2)然后把S 断开，S 断开后通过R 2的电量是多少?解:(1)当S 闭合时间足够长时，C 1两端的电压等于R 2两端的电压；C 2两端的电压等于路端电压 回路电流122E I A r R R ==++ C 1两端的电压U C1＝U 2＝IR 2＝4VC 1的带电量为：Q 1＝C 1U C1＝4×10－6×4C ＝1.6×10－5CC 2两端的电压U C2＝U ＝I （R 1＋R 2）＝10VC 2的带电量为：Q 2＝C 2U C2＝1×10－6×10C ＝1.0×10－5C（2）断开S 后，电容器C 1通过电阻R 2、R 3放电；电容器C 2通过电阻R 1、R 2、R 3放电，放电电流均流过R 2，且方向相同。
因此，通过R 2的电量为:Q ＝Q 1＋Q 2＝1.6×10－5C ＋1.0×10－5C ＝2.6×10－5C【例2】如图，已知源电动势E ＝12V ，内电阻不计。
人教版高中物理必修第三册《电路中的能量转化》教案及教学反思
人教版高中物理必修第三册《电路中的能量转化》教案及教学反思一、教学目标本节课主要介绍电路中的能量转化问题，通过学习本节课，学生应能：1.掌握电流功率、电压功率的公式及其理解；2.能够计算电路中各元器件的功率损耗及效率；3.知道如何节约用电，减少能源浪费；4.培养学生综合运用所学知识对电路进行分析的能力。
二、教学重点难点本节重点难点为：1.理解电流功率、电压功率的概念及其计算公式；2.学会计算电路中各元器件的功率损耗及效率；3.培养学生爱护用电安全、减少能源浪费的意识。
三、教学内容及进度安排课时教学内容进度安排第一节电流功率及电压功率的概念及计算公式1课时第二节电路中的功率损耗及效率计算1课时第三节节约用电，减少能源浪费1课时四、教学方法本节课采用讲授课程内容及案例分析相结合的方法进行教学。
第一、二节课程先讲授相关概念及公式，然后通过课堂练习和小组讨论让学生熟练掌握其计算方法。
第三节课注重启发式教学，培养学生自主思考问题、勇于提出自己的想法和解决问题的能力。
五、教学过程1. 电流功率及电压功率的概念及计算公式1.讲授电路中的功率转化问题通过实验及图示，介绍电路中的功率转化问题，引出电流功率和电压功率的定义。
2.电流功率和电压功率的定义定义电流功率为电路中单位时间内电流所做的功，电压功率为电路中单位时间内电压所做的功，初步引出计算公式。
3.思考题“一台电瓶车的电池耗电量和行驶距离关系很大，怎样才能减少耗电量并提高电池续航能力？”让学生思考如何应用所学知识解决问题。
4.小组讨论与课堂练习小组讨论各自的思考结果，分享解决方法，老师根据学生的具体情况进行指导和展示，并带领学生进行具体计算练习。
2. 电路中的功率损耗及效率计算1.讲授电路中功率损耗的原因和计算方法通过实验、图示和案例分析，讲解电路中功率损耗的原因及损耗情况，引出电路的效率概念及计算方法。
2.讲解效率的概念和公式定义效率为所得输出功率与输入功率之比，初步引出效率计算公式。
高中物理闭合电路中的能量转化问题
高中物理闭合电路中的能量转化问题一、电路中的功与能能的转化和守恒定律是自然界普遍适用的规律．在电路中能量是怎么转化的？请参照图3-4-1所示电路回答并举例．答：电源是把其它能转化为电能的装置．内阻和用电器是电能转化为热能等其它形式能的装置．如化学电池将化学能转化成电能，而电路中发光灯泡是将电能转化成光、热能．对于一个闭合电路，它的能量应该是守恒的，但又在不同形式间转化，通过什么方式完成呢？（请结合电动势和电压的定义回答）答：做功．在电源部分，非静电力做正功W非=q ，将其它形式的能转化成电能．而内阻上电流做功，将电能转化成内能W内=qU′（U′为内阻上的电势降），在外电路部分，电流做功W外=qU（U为路端电压），电能转化成其它形式的能．这些功与能量间的定量关系如何？总结：可见，整个电路中的能量循环转化，电源产生多少电能，电路就消耗多少，收支平衡．答：W非=W内+W外或q =qU′+qU二、电功与电热如图3-4-2所示，用电器两端电压U，电流I．回答：（1）时间t内，电流对用电器做功；W=UIt（2）该用电器的电功率；P=W/t=UI（3）若用电器电阻为R，时间t内该用电器产生的热量；Q=I2Rt（4）该用电器的热功率；）P热=Q/t=I2R（5）电功与电热是否相等？它们的大小关系如何？为什么？若电路为纯电阻电路，则W=Q=I2Rt,，若电路为非纯电阻电路，则W＞Q（因为W内还包括电能转化成的其它能量，即W=Q+E）[例1]如图3-4-3所示，A、B两灯泡额定电压都为110V，额定功率PA=100W，PB=40W，接在220V电路上．欲使灯泡正常发光，且电路中消耗的功率最少，用以下哪种接法？（C）非纯电阻电路中，电流做功也不再只转化为内能，而是根据具体情况转化为其它各种形式的能．如：小电机提升重物和电解槽电解ZnSO4溶液的例子，电能分别转化成何种能量？（转化成机械能和内能．转化为化学能和内能．）[例2]如图3-4-4所示的电路中，电源电动势=6V，内电阻r=1Ω，M为一小电动机，其内部线圈的导线电阻R M=2Ω．R为一只保护电阻，R=3Ω．电动机正常运转时，电压表的示数为0.3V，求电动机得到的电功率和它转动的机械功率（请学生回答解此题的关键点是什么？如何突破？）答：本题的关键是电路中有电动机，不是纯电阻电路，因而欧姆定律不再适用．突破点是利用电压表与R的阻值，求出电路中的电流，再求出各部分的电压和功率．I=U bc/R U ab= -Ir-U bc P电=U ab I P机=P电-I2R M解答完毕后，可再让学生求一下电动机的效率η以加深非电阻电路P电≠P热的印象．[例3]如图4 -2-1所示为直流电车模型工作示意图，电源电动势E =12V，全电路电阻R=1Ω，电车在水平路面上以v=5m/s行驶，车受阻力f =7.2N，则电路中电流强度为（ B ）A． 12A B．6A C．3A D．1A三、电源的功率与效率1．电路中各功率及其关系电源总功率：指非静电力做功，把其它形式的能转化为电能的功率．P总=W/t=q /t= I内电路消耗功率：指内阻上的电热功率．设内阻为r，则P内=W内/t=qU′/t=IU′=I2r电源输出功率：指电源对外电路做功的功率P 出=W 外/t=Uq/t=UI这三者之间是什么关系？2．电源的最大输出功率设外电路总电阻为R ，内阻为r ，电源电动势为，试推导电源最大输出功率及其产生的条件．思考题：①当R ＞r 或R ＜r 时，P 出怎么变化，对一个相同的P 出会不会有两个外电阻R 都满足，如果存在这样一对R ，它们应满足什么关系②画出P 转、P 内、P 出随电流I 的变化图像，通过图像证明R=r 时，P 出最大。
闭合电路欧姆定律 电路动态分析 含容电路和故障分析 高一下学期物理(解析版)
闭合电路欧姆定律、电路动态分析、含容电路和故障分析特训专题特训内容专题1闭合电路欧姆定律(1T-4T)专题2电路动态分析(5T-8T)专题3含容电路(9T-12T)专题4故障分析(13T-16T)【典例专练】一、闭合电路欧姆定律1在如图所示的U-I图像中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图像，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线。
用该电源与电阻R组成闭合电路。
由图像判断错误的是()A.电源的电动势为3V，内阻为0.5ΩB.电阻R的阻值为1ΩC.电源的效率为40%D.电源的输出功率为4W【答案】C【详解】A．根据闭合电路欧姆定律U=E-rI结合图线Ⅰ可得电源电动势为E=3V电源内阻为r =k =0-36-0Ω=0.5Ω故A正确；B．直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线，则电阻R的阻值为R=ΔUΔI =22Ω=1Ω故B正确；C．两个图像的交点表示电阻R与电源串联成通路，所以路端电压为U=2V电源的效率为η=UIEI ×100%=UE×100%=23×100%≈67%故C错误；D．两个图像的交点表示电阻R与电源串联成通路，所以路端电压为U=2V干路电流为I=2A电源的输出功率为P=UI=4W故D正确。
本题选不正确的，故选C。
2如图所示，E为电源电动势，r为电源内阻，R1为定值电阻(R1>r)，R2为可变电阻，以下说法中正确的是()A.当R 1=R 2+r 时，R 1上获得最大功率B.当R 2+R 1=r 时，R 2上获得最大功率C.当R 2=0时，电源的效率最低D.当R 2=R 1+r 时，电源的输出功率最大【答案】C【详解】A ．要使定值电阻R 1上获得最大功率，需要使R 1上的电流最大，故只有R 2为0才可以实现，A 错误；B ．电源的输出功率为P =I 2R =E 2R (R +r )2=E 2R (R -r )2+4Rr当R =r 时，外电阻有最大功率，最大功率为P m =E 24r即当R 2=R 1+r 时，R 1+r 可以看成电源的内阻，则R 2上获得最大功率，B 错误；C ．电源的效率η=IU IE =R 1+R 2R 1+R 2+r ×10000=11+r R 1+R2×100%则R 2越小，电源的效率越低，当R 2=0时，电源的效率最低，C 正确；D ．因当电源内阻与外电路相等时，电源输出功率最大，因为R 1>r ，则当R 2=0时，外电路电阻与电源内阻最接近，此时电源的输出功率最大，D 错误。
第4章专题：闭合电路的功率问题含容电路的分析与计算故障分析高一物理鲁科版(2019)必修三
总结提升
功率最大值的求解方法
1.对定值电阻来说，其电流最大时功率也最大。
2.电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，则外电阻越
接近内阻，电源的输出功率越大。
3.如图，求解滑动变阻器R2消耗的最大功率时，可把定值电阻R1等效为 电源内阻的一部分，则当R2＝R1＋r时，R2上消耗的功率最大。
(2)当满足什么条件时，电源的输出功率最大？最大 为多少？
答案
电源的输出功率 P 出＝I2R 外＝(R外E＋r)2R 外＝R外－Er22
，其中 R 外
＋4r
R外
＝R＋R0，当 R 外＝r，即 R＝r－R0 时，电源的输出功率最大，其最大输出 功率为 P 出 m＝E4r2。
(3)当电源的输出功率最大时，电源的效率也是最大 吗？为什么？
由电源的总功率、输出功率和电源内部的发热功率表达式PE＝EI、PR ＝EI－I2r、Pr＝I2r可知，a表示的是电源的总功率随电流I的变化关系； b表示的是电源内部的发热功率随电流I的变化关系；c表示的是输出功 率PR随电流I的变化关系，A正确； 当R＝r时，输出功率最大，M点是输出功率最大的位置，B正确； A、B、C为在a、b、c三条图线上横坐标相同的三 点，因为直流电源的总功率等于输出功率和电源 内部的发热功率之和，所以这三点的纵坐标一定 满足关系PA＝PB＋PC，故C错误；
导练
3.(2023·福建莆田市高二期中)如图所示的电路中，电源电动势恒为E＝ 10 V，内阻忽略不计，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，电容C＝30 μF。求： (1)闭合开关S，稳定后通过电阻R1的电流； 答案 1 A
由题图可知闭合开关 S，稳定后 R1 和 R2 串联，由闭合电路欧姆定律得通
过
电路中的能量转化课件-高一下学期物理人教版(2019)必修第三册
（1）通过电动机的电流；
（2）输入到电动机的功率P入；
（3）电动机的发热功率P热，电动机输出的机械功率。
作者编号：43999
课堂练习
【解析】（1）电动机和电阻串联，所以电流相等，电阻R两端电压为：
U1＝160V﹣110V＝50V，
得电流为：I=5A；
（2）电动机的电功率为：P＝UI＝110×5W＝550W
欧姆定律
作者编号：43999
纯电阻电路
非纯电阻电路
电路中只要电阻元件
除电阻外还包括能把电能转
化为其他形式能的用电器
服从欧姆定律
I=
能量转化
电流做功全部转化为电热即
电能全部转化为导体的内能
元件举例
电阻、电炉丝、白炽灯等
不服从欧姆定律
U＞IR或I＜
电流做功除转化为内能外
还要转化为其他形式的能
电动机、电解槽等
新知学习
电功与电热的计算公式比较:
纯电阻电路
作者编号：43999
电功
W=IUt=I2Rt=
电热
Q=IUt=I2Rt=
电功率
P=IU=I2R=
热功率
P=IU=I2R=
2
2
非纯电阻电路
W=IUt
Q=I2Rt
2
P=UI
2
P=I2R
课堂练习
1.一根电阻丝在t时间内通过2C的电量时，消耗电
电池，那么电能除了转化为内能之外，还
转化为机械能和化学能。
思考讨论：
如图，当电动机接上电源后，会带动
闭合电路的动态变化分析、电容分析及故障分析
命题点2 闭合电路的动态变化分析、电容分析及故障分析本类考题解答锦囊解答“闭合电路的动态变化分析电容分析及故障分析”一类试题，应掌握以下内容：用控制变量的思路(电源、电动势、内阻不变)，按部分一整体一部分顺序分析；直流电不通过电容器，故接电容器处相当于断开；电路故障无非两种：断路和短路．I 高考最新热门题1 (典型例题)在如图20-2-1所示电路中，当变阻器R 3的滑动头p 向b 端移动时命题目的与解题技巧：此题考查考生分析电路结构，对各部分电流电压变化的分析推理水平．[解析] 当R 3的滑动头P 向b 端移动时，R2接入电路的电阻将减小，整个电路的外电阻R 将减小．根据闭合电路的欧姆定律I=r R E + 知，电路中的总电流I 将增大，因为内电阻r 不变，则内电压U ，增大，外电压U 将减小，所以电压表的示数变小．又因为流过R1电阻的电流I 增大，则U 1增大，而电阻R 2两端的电压为U 2=U-U 1，则U 2将减小．由I 2= 22R U 知，流过R 2电阻的电流I 2将减小．再根据分流关系I 3=I-I 2可知，流过R 3的电流I 3将增大，所以电流表示数变大．故B 项对．[答案] B2 (典型例题)在如图20-2-2所示的电路中．R 1、R 2、R3 和R 4皆为定值电阻，R 5为可变电阻电源的电动势为E ，内阻为r.设电流表A 的读数为I ，电压表V 的读数为U.当Rs 的滑动触点向图中a 端移动时A.I 变大，U 变小 B ．I 变大，U 变大C.I 变小，U 变大 D ．I 变小，U 变小答案: D 指导：根据电路分析，当只，的滑动触点向图中。
端移动对，只：接人电路的电阻减小，则整个电路的总电阻R 减小，由闭合电路的欧姆定律I=rR E +知，电路的总电流I 增大，内电压U ′=IR ，U ′将增大，外电压U=E-U ′，U 将减小，则电压表V 的读数将减小：又U=U1+U 3+U 并，而U1、U 3随总电流的增大而增大，则U 并将减小，由I 2=42U U U +并知将减小，则电流表A 的读数将减小，故D 项对．3 (典型例题)在图20-2-3所示的电路中，电源的电动势ε=3.0V ，内阻r=1.0Ω；电阻R 1=10Ω，R 2=10Ω，R 3=30Ω，R 4=35Ω；电容器的电容C=100μF ，电容器原来不带电，求接通电键S 后流过R 4的总电量．答案:2．0×10-4C 指导：分析电路图可知，外电路的直流通路由三个电阻组成，R 2：与R 3串联再与R 1并联，当S 接通后，电容器两端的电压从始逐渐增大直至最终稳定，在这个过程中电容器充电，电量逐渐增大，这些电量必然流过电阻R 4，电容器最终的电压U ′等于电阻R 3两端的电压U 3最终的电量也是流过电阻R 4的总电量为Q=CU ′，所以求出电阻R3两端的电压U 3是解决此题的关键．由电阻的串并联公式，得闭合电路的总电阻为321321)(R R R R R R R +++=+R ，由欧姆定律得，通过电I=R r ε电源端电压U=ε-IR 电阻R 3两端的电压U ′=U R R R 323+ 通过R 3的总电量就是电容器的电量Q=CU ′，由以上各式并代入数据解得Q=2．0×10-4C4 (典型例题)如图20-2-4所示的电路中，闭合电键，灯L 1、L 2，正常发光，因为电路出现故障，突然发现灯L 1变亮，灯L 2变暗,电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是A.R 1断路B.R 2断路C.R 3短路D.R 4短路答案: A 指导：此题考查学生查找电路故障过程中分析推理的水平．画出等效电路如D 20-3所示，当R 1断路时，ab 两点间的电阻将增大，由串联分压可知，ab 两点间的电压将增大， L1灯变亮，bc 两点间的电压将减小，L 2，灯变暗；电阻R 2、R 3、 R 4没有变化，则通过电流表的电流随bc 间电压的减小而减小，故A 项对，当R 2断路时，bc 间的电阻将增大，bc 间的电压将增大，L 2灯变亮，bc 间的电阻将增大，bc 间的电压将增大，L 2灯变亮，故B 项错，当R 3短路时，bc 间的电阻将减小， bc 间的电压将减小，L 2灯变暗；ab 两点间的电压将增大，L1灯变亮，但是通过电流表的电流不减小反而增大，因为R 3短路时，整个电路的电阻减小，干路电流增大，而在bc 间的两条支路上，流过L 2灯的电流减小，于是流过电流表支路的电流增大的更多，R 4短路时的变化与R 3短路时情形完全相同，故C 、D 项都错．Ⅱ 题点经典类型题1 (典型例题)调整如图20-2-5所示电路的可变电阻R 的阻值，使电压表■的示数增大△U ，在这个过程中A.通过R1的电流增加，增加量一定等于△U ／R 1B ．R2两端电压减小，减少量一定等于△UC ．通过R2的电流减小，但减小量一定小于△U ／R 2 D.路端电压增加，增加量一定等于△U命题目的与解题技巧：此题考查对电路动态变化的灵活掌握及电路串并联中的电流、电压关系．[解析] 电压表的示数就是R 、R 1并联部分的两端电压．由I 1=可得△I 1=1R U ，所以A 项是对的．要完成这个变化，须使R 变大，由闭合电路欧姆定律得U 2=E-U 内-U 并——①，R 变大后，R 2的电压和电池内阻r 的内压分别减小了△U 2和△U 内，这样上式就可变为：U 2-△U 2 =E-(U 内-△U 内)-(U 并+△U)————②，把①式代入②式得△U=△U 2+△U 内——③由③式能够看出：B 错C 项对．路端电压增加应等于内电压的减小量△U ，所以D 项错．[答案] AC2 (典型例题)如图20-2-6所示的电路中，电源电动势为E ，内阻为r ，R 1，和R 2是两个定值电阻．当滑动变 阻器的触头向a 滑动时,流过R 1的电流I 1和流过R 2的电流I 2的变化情况为A.I 1增大，I 2减小 B ．I 1减小，I 2增大C ．I 1增大,I 2增大D ．I 1减小，I 2减小答案: B 指导：以R ，E 不变为基础，按照部分一整体一部分的思路分析动态电路．R ↓→R 外↓→I 1↑→U 内↑→U 外↓→I 1↓→I 2↑3 (典型例题)如图20-2-7在电路中，闭合电键，灯L 1、L 2正常发光，因为电路出现故障，突然发现灯L 1变亮，灯L 2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是A.R 1断路 B ．R 2断路C.R 3短路D.R 4短路答案: A 指导：电路中L 1与R 1并联，R 4与电流表串联．分析时能够把选项中的情况一一放入电路中试错．若R 1断，则与之并联的L 1分压变大，功率增大；但并联部分电阻变大，干路上总电流变小，所以电流表读数变小，L 2变暗，A 项对．若R 2断，则外电路电阻变大，总电流变小，L 1、L 2都将变暗，电流表读数也变小，B 项错．若R 3短路，则R 2也随之短路，于是整个电路电阻减小，流过 L 1、L2和电流表的电流都得变大，故c 项错．若凡短路，则电流表示数变大，故D 项错．4 (典型例题)如图20-2-8电路中，电源的内电阻r 不能忽略，其电动势E 小于电容器C 的耐压值．先闭合开关S ，待电路稳定后，再断开开关S ，则在电路再次达到稳定的过程中，以下说法中准确 的是A.电阻R 1两端的电压增大B ．电容器C 两端的电压减小 C.电源两端的电压减小．D.电容器C 上所带的电量增加答案: D 指导：电容C 没有电流通过，因而它这个支路一直是断开的，当S 闭合时，C 与R 2并联． S 闭合时，RH1、R 2串联接入电路，R 1、R 2各分得电压的一部分，电容C 与R 2电压相等，S 断开之后，整个电路不通，所以 R 1中无电流，因而R 1两端的电压为零，A 项错；S 断开后，C 相当于直接接在电源两端，电压变大，所以电量也变大，因而B 项错D 项准确；S 断开后，电源端电压等于电源电势，其值变大．Ⅲ 新高考命题方向预测1 如图20-2-9．所示电路中R 3是光敏电阻，当开关S 闭合后，在没有光照射时，a 、b 两点等电势，当用光照射电阻R 3，时，则A.R 3的电阻变小，a 点电势高于b 点电势B.R 3的电阻变小，a 点电势低于b 点电势C.R 3的电阻变大，a 点电势高于b 电势D.R 3的电阻变大，a 点电势低于b 电势答案:A 指导：根据光敏电阻的特性光照射电阻R 3时，R 3的电阻小，闭合电路的外电阻减小，总电流增大而路端电压变小，故通过R 1、R 2，的电流减小，R 2两端的电压变小，b 点电势降低，通过R 3、R 1的电流增大，R 4两端的电压变大，a 点电势升高，所以a 点电势高于b 点电势，A 选项准确．2 在图20-2-10所示电路中，E 为电源电动势，r 为电源内阻，R 1为可变电阻，当R 1调大时A.R 2上的功率增大 B ．R 3上的功率增大C ．R o 上的功率增大 D.R 上的功率增大答案: AD 指导：当R 1增大时，整个电路的电阻增大，通过电源电路的电流减小，由P=I 2R 可知R 0，上的功率必减小，选项C 错误，既然总电流减小，所以R 与R 0上的电压降减小，但电源电动势不变，可知R 两端的电压变大，只上的电功率增大，D 选项准确只两端电压增大，电流也增大，但流过R 0的电流减小，所以流过R 3的电流必减小，故R 3上功率减小，B 选项错误．R 3上电流减小，其两端电压减小，而及两端电压增大，所以R 2两端电压必增大，即R 2，上功率必增大，故A 选项准确．3 如图20-2-11所示的电路中，闭合电键S 后，灯a 和灯b 都正常发光，后来因为某种故障使灯b 突然变亮，电压表读数增加，由此推断，这故障可能是A.a 灯灯丝烧断B.电阻R 2断路C.电阻R 2短路D ．电容器被击穿短路答案:指导：由电压表读数增加，说明路端电压增大，外电阻增大，短路不可能，故C 、D 错误，若a 灯丝烧断，总电阻增大，总电流减小，b 灯两端电压减小，b 灯变暗，A 选项错误，若R 1断路，总电阻增大，电压表读数增大，总电流减小，而a 灯与R 1并联部分两端电压减小，则b 灯两端电压增大，b 灯变亮，B 选项准确．4 如图20-2-12所示，电容器C 1=6μF ，C 2=3μF ，电阻R 1=6Ω，R 2=3Ω，当开关S 断开时，A 、B 两点间的电压U AB 多大?当S 闭合时，电容器C 1的电量改变了多少?(设电压U=18V)答案:电量减少3．6×105C 指导：当S 断开时，电路中无电流，B 、 C 等势，A 、D 等势，所以，U AB =U AC =U DB =18V 电容器C 1电量为Q 1=C 1U AC =6 ×10°×18C=1．08 ×10+C当S 闭合时，电阻R 1 和R 2串联，R 1两端的电压即，两端电压，由串联电路的电压分配关系得U AC 211R R R +U=366+×18 V=12V ，此时电容器C 1的带电量为Q 1V=C 1U ′AC = 6×10-6×12C=0．72×10-4C ，电容器C ，带电量的变化量为△Q=Q ′1，=Q 1=-3．6×10-3C 负号表示电荷量减少，即C1的带电量减少3．6×10-3C考场热身探究性命题综合测试1 一太阳能电池板，测得它的开路电压为800mV ，短路电流为40mA ，若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是A.0.10VB.0.20 VC.0.30V D ．0.40V答案: D 指导：令太阳能电池板的电动势为E ，内阻为r ，开路电压即为电动势的数值，短路电流I 短=r E 所以r=mV mV I E 40800=短=20ll 当外接20ll 的电阻器时，因为内外电阻相等，则路端电压U 端=.40.040028002mV mV mV E === 2 如图Z20-1所示，当滑动变阻器的滑动片P 向上端移 动时，则各电表示数的变化情况是A.V 1减小，V 2增大，A 增大B.V 1增大，V 2减小，A 增大C.V 1增大，V 2增大，A 减小D.V 1减小,V 2减小，A 减小答案:C 指导：首先弄清V 2表测量的是R 2和R 3并联支路上的电压，V 1，表测量的是路端电压，再利用闭合电路欧姆定律判断主干电路上的物理量变化；P 向上滑，置3的有效电阻增大，外电阻R 外增大，干路电流I 减小，路端电压增大，从而判定V1表示数增大，再实行支路上的物理量的变化情况分析：因为／减小，引起内电压U 内及电阻R 外上电压U RI 减小，而U 并=E(U 内+U RI )，由此可知，并联电阻R 2和R 3上的电压 U2增加，判定V 2表示数增大；因为U2增大，R 2所在支路的电流I2增大，通过R3的电流I 3=I-I 2，因I 减小，I 2增大，故 I 3减小，判定电流表A 示数减小，所以此题应选C3 图Z20-2为一电路板的示意图，a 、b 、c 、d 为接线柱，a 、d 与220V 的交流电源连接，ab 间、bc 间、cd 间分别连接一个电阻．现发现电路中没有电流，为检查电路故障，用一交流电压表分别测得b 、d 两点间以及a 、c 两点间的电压均为，220V ，由此可知A.ab 间电路通，cd 间电路不通B ．ab 间电路不通，bc 间电路通C.ab 间电路通，bc 间电路不通D ．bc 间电路不通，cd 间电路通答案: CD 指导：b ，d 间电压为220 V ，说明ab 间电路通，Ac 或cd 间有不通之外；ac 间电压为220 V ，说明cd 间电路通，而ab 或bc 有不通之处，综上所述，bc 间电路不通其他皆通．4 图Z20-3所示电路中，已知电容C=2μF ，电源电动势E=12V ，内电阻不计，R 1：R 2：R 3：R 4=1：2：6：3，则电容器极板a 所带的电荷量为A ．-8× 12010CB ．4×12010CC ． -4×12010CD ．8×12010C答案: D 指导：电容器对直流电是断路的，所以电流稳定后，APB 支路中电流A RR R R R E I 4212211=+=+= AQB 支路中电流A RR R R R E I 34361212432=+=+= 令U A =0,则V R R R I U V R R R I U Q p 8634443311-=⨯-=-=-=⨯-=-= 可见U PQ =U P -U Q =4V故电容器极板a 带正电荷，电荷量为Q=CU PQ =2×10-6×4 =8×10-6(C) 综上所述，此题准确选项D 准确． 5 如图Z20-4所示电路中，灯泡A 和B 都是正常发光的，突然B 比原来变暗了一些，而灯泡A 比原来亮了一些．试判断电路中什么地方出现了断路故障．答案: R 2所在支路断路 指导：假设R 1所在支路断路，则外电路总电阻增大，A 、B两灯的电压均增大，两灯消耗的电功率也增大，两灯都应变亮，这与题设现象不符，可见R 1支路完好．再假设R 2所在支路断路，则A 所在并联支路的电阻增大，导致外电路总电阻增大，干路中电流减小，电源的路端电压U 增大，流过R 1的电流I1，增大流过电灯所在并联支路的电流I 2(I 2=I 总-I 1)减小，B 灯的电压U B =I 2R B 并减小，B 灯的电功率也变小，B 灯变暗；A 灯的电压U A (U A =U-U B )增大，因为上述结论与题设现象相符，故R 2所在支路断路．用假设法同样能够判断除R 2支路外，其余支路的完好．6 在图Z20-5所示的电路中，电源的电动势E=3.0V ，内阻r=10Ω，电阻R 1=10Ω，R 2=10Ω，R 3=30Ω，R 4=35Ω，电容器的电容C=100μF ．电容器原来不带电．求接通开关S 后流过R 4的总电荷量．答案:2．01×0-4C 指导：电流稳定后，电容器相当于断路，解题的突破点是求出其两端电压由电阻的串并联公式，得闭合电路的总电阻为r R R R R R R R ++++=321321)( 由欧姆定律得，通过电源的电流I=RE 电源的路端电压U=E-Ir电阻R 3两端的电压U ′=U R R R 323+ 通过R 4的总电荷量就是电容器的电荷量Q=CU ′由以上各式并代入数据解得Q=2．0×10-4C7 如图Z20-6甲所示电路中，R 1=R 2=R 3=10Ω，S 断开时，电压表示数为16 V ，S 闭合时，示数为10 V ，若电压表可视为理想的，求：(1)电源电动势和内阻各为多大?(2)闭合S 前后只，消耗的功率分别多大?(3)若将原电路改为以下图Z20-6乙所示电路，其他条件不变，则S 断开和闭合时电压表的示数分别为多大?答案:(1)20V ，5ll (2)6．4W ，2．5W (3)8V ，5 V 指导：(1)在图甲中，当断开S 时，R 3中电流可视为零(因理想电压表内阻可视为无限大)．R 3两端电压也可视为零，故电压表指示的是电源的路端电压，又此时外电路是R 1、R 2，串联，所以，电路中总电流I=A A R R U 8.010101621=+=+ 由闭合电路欧姆定律得E=U+Ir 代入数值E=16+0．8r ①当闭合S 时，电压表指示的是R 2两端电压，外电路结构是： R 1与R 3并联，再跟R 2串联，此时电路中总电流 A A R U I 110102==='外电路总电阻为 Ω=++=1523131R R R R R R 由E=I ′(R +r)得E =I ′(15+r) ②由式①，式②得E=20V ，r=5 ll(2)闭合S 前后，R 1消耗的功率分别为P 1=I 2R 1=0．8×10W=6．4 W0．5×10W=2．5W(3)若将原电路改为乙，则断开S 时，外电路由R 1，R 3串联组成，电压表指示的是R 1，两端电压，此时总电流 A A r R R E I 8.0510102031=++=++=电压表示数 U1=IR 1=0．8×10V=8 V闭合S 时，外电路结构是R 1，R 2并联再与R 3串联，电压表示数是R 1，R 2组成的并联电路两端的电压， 此时情况下，外电路总电阻为 Ω=+++=1532121R R R R R R 总电流I=A A r R E 151520=+=+ 伏特表示数为U2=V V R 5105.0212=⨯= 8 如图Z20-7(a)所示电路中，Ro 为一定值电阻，不计电表内阻的影响，改变滑动变阻器的滑片位置，测得电压表V 1和V 2随电流表A 的示数变化的两条实验图线如图Z20-7(b)所示，关于这两条实验图线，以下说法不准确的是A ．线b 的延长线不一定过坐标的原点OB ．线a 的延长线与纵轴交点的坐标值等于电源的电动势C.图线a 、b 交点的横坐标和纵坐标值的乘积等于电源瞬时输出功率D ．图线a 、b 交点的横坐标和纵坐标值的乘积等于电阻R o 瞬时消耗的电功率答案: A 指导：据电流表A 和电压表V 1，的读数可画出图线a ，据电流表A 和电压表V 2的读数可画出图线b ，二 线交点意味着R=R 0(U1=U2)图线a 表示路端电压与电流强度的关系，图线b 则表示电阻R 0的伏安特性曲线，可得出B 、C 、I 准确，A 错．9 下面是测量一节干电池的电动势E 和内电阻r 的实验．(1)用一个多用电表先粗测该电池的电动势，选择开关和表针指示如图Z20-8，则该电池电动势的值为________.(2)再提供电流表A(内阻约1Ω)，滑动变阻器R 1(0～1700n)，滑动变阻器R 2(0～20Ω)，开关S 及导线若干．某同学准确选择器材和电路，用伏安法按准确的操作步骤测得6组电流I 、电压U 的值，如图Z20-9中6个点所示．写出根据该图求E 、r 的步骤：①____________.②从图中求得电动势E=______________③内电阻r=____________(答案保留3位有效数字)④在下面的方框中画出该同学实验电路图．(多用电表的电压档可视为一个电压表)(3)另一位同学也用上述器材测定同一电池电动势和内电阻，他连接的实物电路图如图Z20-10所示．指出该同学在连接的实物电路图中有哪些错误之处_______.答案:(1)1．45 V(1．42～1．47 V 均能够)(2)①a.作U-I 直线，舍去左起第5点，其余5个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧， b ．延长U-I 直线，则直线在 U 轴上的截距为电源电动势E ，求该直线的斜率 k ，则r=k ．②E=1．48 V(1．45～1．49V 均可)③R=0．873ll(0．800～0．910ll 均可)④电路图如D 20-4(电路图有任何错误都不能得分)(3)滑动变阻器接线错误；多用电表(选电压档，接入电路日拉线错误)指导：(1)多用电表的选择开关指向2．5 V ，这是测量量程再在表盘上面第二条标度(标有V 表示直流电压)读数:1．45 V(2)题见答案10 用电流表和电压表测定电池的电动势E 和内电阻r ，所用的电路如图Z20-14所示，一位同学测得的6组数据如下表中所示．组别I/（A ） U/（V ） 10.12 1.37 20.20 1.32 30.31 1.24 40.32 1.18 50.50 1.10 6 0.57 1.05 (1)试根据这些数据在图Z20-12中作出U-I 图线．(2)根据图线得出电池的电动势E=_______V ，根据图线得出的电池内阻r=__________ Ω.(3)若不作出图线，只选用其中两组U 和I 的数据，可利用公式E=U 1+I 1r 和E=U 2+I 2r ，算出E 和r ，这样做可能得出误差很大的结果，选用第______组和第 _______组的数据，求出E 和r 误差最大．(1)图线如图D 20-5所示．(3)第3组和第4组数据．作图线时应把个别不合理的数据排除，由直线与纵轴的交点可读出电动势E=1．45 V ，再读出直线与横轴的交点的坐标(U 、I)，连同得出的E 值代入E=U+Ir ，得r=Ω=Ω-=-70.050.00.145.1I U E 选用第3组和第4组数据求得的E 和r 误差最大，不需要利用所给的6组数据分别实行计算，利用作图就可看出这个点，选用这两组数据求E 和r ，相当于过图中3和4两点作一直线，利用此直线求出E 和r ，而此直线与所画的直线偏离最大，实际上，第4组数据不合理，已经排除．指导：用图象法处理数据是该实验的一个重点，在高考中经常出现，需要注意两点．(1)作图时，应使尽量多的点分布在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，个别离直线较远的点可忽略．(2)假如U-I 图象坐标原点是U 轴、I 轴的零点，那么图线与u 轴交点表示电动势E ，与I 轴交点坐标表示电源短路电流，内阻r=短I E ；当然，电源内阻也能够用R ．。
电路动态分析和电路故障分析和含容电路分析专题
所谓“串反”，即某一电阻的变化规律与跟它串联的电阻中的 电流、电压、电功率的变化规律都相反。
R1
A
R2
R3
R4
方法三（极端法）：
将滑动变阻器的滑片分别滑到两个端点去分析。
如图所示的电路中，电源内阻不能忽略，电流表、 电压表都可视为理想电表.在滑动变阻器R的滑片P从a端移到b端 的过程中( B ). (A)V表的示数先增大后减小，A表的示数增大 (B)V表的示数先增大后减小，A表的示数减小 (C)V表的示数先减小后增大，A表的示数增大 (D)V表的示数先减小后增大，A表的示数减小
内电路消 耗的电能
P总＝P外＋P内
EI U外I U内I
5.电源的工作效率
P出
P总
U外 E
对纯电阻电路,电源的效率为:
I 2R I 2(R
r)
R Rr
1
1
r
R
结论：电源的效率随外电阻的增大而增大
6.电源最大输出功率
P
IU
I 2R
E2R (R r)2
P PM
E2
(R r)2 4r
动变阻器的总电阻为R，灯泡的电阻为R灯，与灯泡并
联的那一段电阻为R并，则分压器的总电阻为：
R总
R R并
R并 R灯 R并 R灯
R
1 R并
1
R灯 R并2
由上式可以看出，当R并减小时，R总增大；
当R并增大时，R总减小。
由此可以得出结论：分压器总电阻的变化与并联段电
阻的变化情况相反，与串联段电阻的变化相同。
2．并联电路中滑动变阻器的滑片P的位置的 变化引起的变化
[例4]如图，当滑片P向右移动时，A1 表、 A2 表和 V 表将如何变化？
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第37课时 闭合电路中的能量转化 含容电路 故障分析（A 卷）
考测点导航
1、电源的功率和效率。
⑴功率：①电源的功率（电源的总功率）P E =EI
②电源的输出功率P 出=UI ③电源内部消耗的功率P r =I 2
r ⑵电源的效率：%100⨯=
ε
η··I U
I 2、根据能量的转化和守恒定律，在闭合电路中应有
，即内出总P P P +=
2I I U I r ε=+···
3、电源的输出功率（在纯电阻电路中）
电源输出功率随外电阻变化的图线如图37—A--1所示，而当外电路电阻等于内电阻时，电源的输 出功率最大。
即r
P r R m 42
ε=
=时当
4、恒定电流中有关电容器问题，在中学阶段一般只研究稳态情况，电容器的“隔直”性质决定了恒定电流电路中含有电容器的支路具有断路的特点。
5、关于电路的故障的分析与排除
电路出现的故障有两个原因：（1）短路；（2）断路（包括接线断或接触不良、电器损坏等情况）。
一般检测故障用电压表．
如果电压表示数为0,说明电压表上无电流通过，可能在并联路段之外有断路，或并联段内有短路．如果电压表有示数，说明电压表上有电流通过，则在并联段之外无断路，或并联段内无短路.
典型题点击
1、（2003江苏）在如图37—A--2所示的电路中，电源的电
动势ε＝3.0V ，内阻r ＝1.0Ω， 电阻R 1＝10Ω，R 2＝10Ω，R 3＝30Ω，R 4＝35Ω；电容器的电容C ＝uF ，电容器原来不带电.求接通电键K 后流过R 4的总电量。
（本题主要考查闭合电路中的电容问题）
2、如图37—A--3所示理想伏特表和安培表与电阻R 1、R 2、R 3连接的电路中，已知：R 3=4Ω，安
培表读数为0.75A ，伏特表读数为2V ，由于某一电阻断路，使安培表读数为0.8A ，而伏特表读数为3.2V 。
(1)哪一只电阻发生断路。
(2)电源电动势和内阻各为多大？
（本题主要考查闭合电路的欧姆定律和故障问题的处理）
3、如图37—A--4，电源电动势=9.0V 内阻r=1.0Ω R 1=0.5Ω，求R 2
阻值多大时，
(1) 电源输出的电功率 最大?最大输出功率是多少? 此时效率?
(2)电阻R 1的电功率最大?最大电功率是多少? (3)滑动变阻器R 2的电功率最大? 最大电功率是多少?（本题主要考查纯电阻电路的电功率的计算，注意考虑等效电源的处理）
4、在图37—A--5所示电路中，ε为电源电动势，r 为电源内阻，R 1为可变电阻，R 0、R 2、R 3、R 皆为固定电阻，当调大R 1时，试定
性推论R 2、R 3、R 0及R 上的功率将如何变化？(本题主要考查电压、电流、电阻和欧姆定律，考查推理能力) 新活题网站
一、选择题
1、将两个阻值不同的电阻R 1、R 2分别单独与同一电源连接，如果在相同的时间内，R 1、R 2发出的热量相同，则电源内阻为[ ] （A ）
12
2
R R + （B ）1212R R R R +
（C （D ）
12
12
R R R R + （本题主要考查闭合电路的欧姆定律中的电热问题，本题还可以从U —I 图象上来理解）
2、电源的电动势和内阻都保持一定，在外电路的电阻逐渐减小的过程中，下面说法中正确的是 [ ] (A)电源的路端电压一定逐渐变小 (B)电源的输出功率一定逐渐变小 (C)电源内部消耗的功率一定逐渐变大 (D)电源的供电效率一定逐渐变小
（本题主要考查闭合电路的欧姆定律中的动态变化分析问题及有关基本概念）
3、如图37—A--6所示，A 、B 两盏电灯完全相同，当滑动变阻器的滑头向左移动时，则[ ] （A ）A 灯变亮，B 灯变亮 （B ）A 灯变暗，B 灯变亮 （C ）A 灯变亮，B 灯变暗 （D ）A 灯变暗，B 灯变暗
（本题主要考查闭合电路的欧姆定律中的动态变化分
析中的功率问题）
图37—A--4
图37—A--1
图37—A--5
图37—A--2 图37—A--3
图37—A--6
4、如图37—A--7所示的电路中，C 1=3C 2，R 1=R 2/3，当电路中的电流达到稳定状态后，下列判断哪些正确： [ ]
(A)C 1所带电量是C 2所带电量的3倍；
(B)C 1和C 2所带电量相等；
(C)C 1两端的电压是C 2两端电压的1/3；
(D)C 1和C 2两端电压相等。
（本题主要考虑电容器的概念及在电路中的作用） 5、四个阻值都为R 的电阻，按图37—A--8中四种方式连接后，接在电动势为ε，内电阻也为R 的电源上，则
(1)要求输出电流最大时，应按图______接法； (2)要求输出电压最大时，应按图______接法； (3)要求输出功率最大时，应按图______接法．
（本题主要考查闭合电路的欧姆定律中的各个物理量的极值问题）
6、如图37—A--9所示电路中灯泡L 1发光，灯泡L 2、L 3均不亮，A 1有读数，A 2没有读数，则产生故障应是(设只有一处有故障)：[ ] (A)灯泡L 1断路； (B)灯泡L 2断路； (C)灯泡L 2短路；
(D)灯泡L 3短路。
（本题主要考查电路故障的分析 ）
二、填空题
7、在右图37—A--10所示电路中，电源内 电阻为2欧，外电阻
421==R R 欧，23=R 欧，则电键K
断开与闭合时电源输出功率之比为 。
（本题主要考查闭合电路的欧姆定律中的功率问
题）
8、如图37—A--11所示，U=12伏，C=50微法，电容C 的上板带_______电，电容器C 两板的电压是____伏，所带电量是______库仑。
（本题主
要考虑电容器的概念及在电路中的作用）
三、计算题
9、如图所示，R 3=6Ω，电源内阻r 为1Ω，当K 合上且R 2为2Ω时，电源的总功率为16W ，
而电源的输出功率为12W ，灯泡正常发光，求：
（1）电灯的电阻及功率。
（2）K 断开时，为使灯泡正常发光，R 2的阻值应调到多少欧？
10、图37—A--13所示的电路中，电池的电动势ε=5伏，内电阻r=10欧，固
定电阻R=90欧，R 0是可变电阻，在 R 0由零增加到400欧的过程中，求：
(1)可变电阻R 0消耗功率最大的条件和最大热功率。
(2)电池的内电阻r 和固定电阻R 上消耗的最小热功率之和。
图37—A--10
图37—A--11
图37—A--12
图37—A--7
图37—A--13 A--8
图37—A--9
图37—A--8。