2020年高中物理(人教选修3-1)配套学案：第2章--学案15-章末总结.docx

学案15　章末总结

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.
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．在这种状况下，不能用I2Rt或 t来计算电功．
例1　如图1所示，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：

图1
(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＝I r′＝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)依据总电阻的变化，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，最终变化电阻部分的电流、电压就能确定了．
例2　如图2所示，E为内阻不能忽视的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，V与A分别为电压表与电流表．初始时S0与S均闭合，现将S断开，则(　　)

图2
A．V的示数变大，A的示数变小
B．V的示数变大，A的示数变大
C．V的示数变小，A的示数变小
D．V的示数变小，A的示数变大
解析　解法一：当S断开时，外电阻变大，总电流I变小，路端电压U外变大，所以电压表的示数变大；总电流变小，电阻R1上的电压U1减小，而路端电压变大，则电阻R3上的电压变大，所以电流表的示数变大．所以B项正确．
解法二：S断开，相当于电阻变大，电流表A和电压表V都和S所在支路并联，依据“串反并同”，A、V示数都变大，故B正确．
答案　B
三、电路故障的分析方法
1．用电压表检查故障：
(1)断路故障推断：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)短路故障推断：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，确定要留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是某同学连接的试验实物图，合上开关S后，发觉灯A、B都不亮．他接受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，依据测试结果，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
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，电压表的量程必需大于电源的电动势，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．依据测试结果，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依据测试结果，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)如图4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渐渐向右滑动的过程中，下列说法正确的是(　　)

图4
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　滑动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．
2. (电路故障的分析)如图5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5
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，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.
3.(非纯电阻电路的计算)如图6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6
(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
电动机消耗的热功率为：
P热＝I2R0＝22×1 W＝4 W
依据能量守恒得，
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%.