1、1拓展课电能能量守恒定律综合问题拓展课电能能量守恒定律综合问题2一、纯电阻电路与非纯电阻电路的综合分析一、纯电阻电路与非纯电阻电路的综合分析1.两种电路的比较两种电路的比较32.电功与电热电功与电热4例例1 如图所示，电源电动势如图所示，电源电动势E10 V，内阻，内阻r0.5，“8 V16 W”的灯泡的灯泡L恰好恰好能正常发光，电动机能正常发光，电动机M绕线的电阻绕线的电阻R01，求：，求：(1)路端电压；路端电压；(2)电源的总功率；电源的总功率；(3)电动机的输出功率。电动机的输出功率。解析解析(1)灯泡正常发光，所以路端电压为灯泡正常发光，所以路端电压为8 V。(2)设干路总电流为设干
2、路总电流为I，则，则UEIr，得得I4 A，故，故P总总EI40 W。5答案答案(1)8 V(2)40 W(3)12 W故故IMIIL2 APM总总UIM82 W16 W67针对训练针对训练1 如图所示电路中，电源的电动势如图所示电路中，电源的电动势E110 V，电阻，电阻R121，电动机的内阻，电动机的内阻R00.5，开关，开关S1始终闭合，当开关始终闭合，当开关S2断开断开时，电阻时，电阻R1消耗的电功率消耗的电功率P1525 W；当开关；当开关S2闭合时，电阻闭合时，电阻R1消耗的电功率消耗的电功率P2336 W，求：，求：(1)电源的内阻电源的内阻r；(2)当开关当开关S2闭合时，电动
3、机输出的机械功率闭合时，电动机输出的机械功率P出出。电阻电阻R1消耗的功率消耗的功率P1I2R1，解得，解得r1。8设此时电源中通过的电流为设此时电源中通过的电流为I，由闭合电路的欧姆定律有，由闭合电路的欧姆定律有EIrU(2)当开关当开关S2闭合时，设闭合时，设R1两端的电压为两端的电压为U，解得解得P出出1 606 W。答案答案(1)1(2)1 606 W9二、闭合电路中的功率问题二、闭合电路中的功率问题1.电源的总功率电源的总功率(1)物理意义：电源将其他形式的能转化为电能的功率。物理意义：电源将其他形式的能转化为电能的功率。(2)表达式：表达式：P总总EI。2.电源内部消耗的功率电源内
4、部消耗的功率(1)物理意义：电源内阻的发热功率。物理意义：电源内阻的发热功率。(2)表达式：表达式：P内内I2r。3.电源的输出功率电源的输出功率(1)物理意义：电源对外供电功率。物理意义：电源对外供电功率。(2)表达式：表达式：P出出UI。1011124.电源的效率电源的效率13例例2(多选多选)如图所示，已知电源内阻为如图所示，已知电源内阻为r，定值电阻，定值电阻R0的阻值也为的阻值也为r，滑动变阻器，滑动变阻器R的的总电阻为总电阻为2r。若滑动变阻器的滑片。若滑动变阻器的滑片P由由A向向B滑动，则滑动，则()A.电源的输出功率由小变大电源的输出功率由小变大B.定值电阻定值电阻R0消耗的功
5、率由小变大消耗的功率由小变大C.电源内部的电势降落由大变小电源内部的电势降落由大变小D.滑动变阻器消耗的功率变小滑动变阻器消耗的功率变小14解析解析由题图可知，当滑动变阻器的滑片由题图可知，当滑动变阻器的滑片P由由A向向B滑动时，滑动变阻器的有滑动时，滑动变阻器的有效电阻在减小，外电路电阻由效电阻在减小，外电路电阻由3r逐渐减小为逐渐减小为r，由电源的输出功率与外电阻的，由电源的输出功率与外电阻的关系可知，电源的输出功率由小变到最大，故选项关系可知，电源的输出功率由小变到最大，故选项A正确；定值电阻正确；定值电阻R0消耗消耗的功率为的功率为PR0I2R0，而电流在不断增大，则，而电流在不断增大
6、，则R0消耗的功率也由小变大，电源消耗的功率也由小变大，电源内部的电压降内部的电压降Ir也由小变大，所以也由小变大，所以B正确，正确，C错误；对于滑动变阻器消耗的功错误；对于滑动变阻器消耗的功率的变化情况，可把率的变化情况，可把R0r2r看作新电源的内阻，可知当看作新电源的内阻，可知当R2r时滑动变阻时滑动变阻器消耗的功率最大，当器消耗的功率最大，当R变小时，其消耗的功率变小，选项变小时，其消耗的功率变小，选项D正确。正确。答案答案ABD15方法总结方法总结(1)定值电阻消耗功率最大时通过的电流最大。定值电阻消耗功率最大时通过的电流最大。(2)求可变电阻消耗的功率时可将其他电阻等效为电源内阻。
7、求可变电阻消耗的功率时可将其他电阻等效为电源内阻。16例例3 电路图如图甲所示，图乙中图线是电路中的路端电压随电流变化的关系图像，电路图如图甲所示，图乙中图线是电路中的路端电压随电流变化的关系图像，滑动变阻器的最大阻值为滑动变阻器的最大阻值为15，定值电阻，定值电阻R03。(1)当当R为何值时，为何值时，R0消耗的功率最大？最大值为多少？消耗的功率最大？最大值为多少？(2)当当R为何值时，电源的输出功率最大？最大值为多少？为何值时，电源的输出功率最大？最大值为多少？17思路点拨思路点拨(1)由图乙可求出电源的电动势和内阻，注意纵轴坐标原点不从由图乙可求出电源的电动势和内阻，注意纵轴坐标原点不从
8、0开始。开始。(2)R0为定值电阻，其电流越大，消耗功率越大。为定值电阻，其电流越大，消耗功率越大。(3)对电源来说，对电源来说，RR0为电源外阻，当为电源外阻，当rR0R时，电源输出功率最大。时，电源输出功率最大。18解析解析(1)由题图乙知电源的电动势和内阻为由题图乙知电源的电动势和内阻为由题图甲分析知道，当由题图甲分析知道，当R0时，时，R0消耗的功率最大，消耗的功率最大，19答案答案(1)010.9 W(2)4.5 13.3 W20方法总结功率最大值的求解方法方法总结功率最大值的求解方法(1)流过电源的电流最大时，电源的功率、内损耗功率均最大。流过电源的电流最大时，电源的功率、内损耗功
9、率均最大。(2)对某定值电阻来说，其电流最大时功率也最大。对某定值电阻来说，其电流最大时功率也最大。(3)电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻，电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻，电源的输出功率越大。电源的输出功率越大。(4)对于外电路中部分可变电阻来说，可以写出其功率表达式，利用数学知识求其对于外电路中部分可变电阻来说，可以写出其功率表达式，利用数学知识求其极值。极值。21针对训练针对训练2(多选多选)直流电路如图所示，在滑动变阻器的滑片直流电路如图所示，在滑动变阻器的滑片P向右移动时，电源的向右移动时，电源的()A.总功率一定减
10、小总功率一定减小B.效率一定增大效率一定增大C.内部损耗功率一定减小内部损耗功率一定减小D.输出功率一定先增大后减小输出功率一定先增大后减小22答案答案ABC23针对训练针对训练3 在如图所示的电路中，已知电源电动势在如图所示的电路中，已知电源电动势E3 V，内电阻，内电阻r1，电阻，电阻R12，滑动变阻器，滑动变阻器R的阻值可连续增大，问：的阻值可连续增大，问：(1)当当R多大时，多大时，R消耗的功率最大？最大功率为多少？消耗的功率最大？最大功率为多少？(2)当当R多大时，多大时，R1消耗的功率最大？最大功率为多少？消耗的功率最大？最大功率为多少？24答案答案(1)3 0.75 W(2)02
11、 W解析解析(1)把把R1视为内电路的一部分，则当视为内电路的一部分，则当RR1r3 时，时，R消耗的功率最大，消耗的功率最大，其最大值为其最大值为25三、含容电路的分析与计算三、含容电路的分析与计算1.电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，此支路相当于断路，因此电容器电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，此支路相当于断路，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。两极板间的电压就等于该支路两端的电压。2.电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放放)电。如果电容器两端电压升电。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
12、器将通过与它连接的电路放电。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。3.根据公式根据公式QCU或或QCU，求电荷量及其变化量。，求电荷量及其变化量。264.分析和计算含有电容器的直流电路时，注意把握以下几个方面分析和计算含有电容器的直流电路时，注意把握以下几个方面(1)电路稳定时电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，在电容器处电路电路稳定时电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，在电容器处电路看成是断路，画等效电路时，可以先把它去掉。看成是断路，画等效电路时，可以先把它去掉。(2)若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上，求出电容器两端的电压，若要求电容器
13、所带电荷量时，可在相应的位置补上，求出电容器两端的电压，根据根据QCU计算。计算。(3)电路稳定时电容器所在支路断路，与电容器串联的电阻两端无电压，该电阻相电路稳定时电容器所在支路断路，与电容器串联的电阻两端无电压，该电阻相当于导线。当于导线。(4)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。相等。(5)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充、放电，有电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充、放电，有QCU。27例例4 如图所示的电路中，已知电容如图所示的电路中，已知电容C1C2，电阻，
14、电阻R1R2，电源，电源电动势为电动势为E，内阻为，内阻为r，当开关，当开关S由闭合状态断开时，下列说法由闭合状态断开时，下列说法中正确的是中正确的是()A.电容器电容器C1的电荷量增多，电容器的电荷量增多，电容器C2的电荷量减少的电荷量减少B.电容器电容器C1的电荷量减少，电容器的电荷量减少，电容器C2的电荷量增多的电荷量增多C.电容器电容器C1、C2的电荷量都增多的电荷量都增多D.电容器电容器C1、C2的电荷量都减少的电荷量都减少28解析解析开关开关S闭合时，电容器闭合时，电容器C1两端电压与两端电压与R2两端电压相等，两端电压相等，C2两端电压与两端电压与R1两两端电压相等；开关端电压相
15、等；开关S断开时，电路断路，电容器断开时，电路断路，电容器C1、C2两端电压均等于电源电动两端电压均等于电源电动势势E，由，由QCU知，电容器知，电容器C1、C2的电荷量均增多，的电荷量均增多，C正确，正确，A、B、D错误。错误。答案答案C29例例5 如图所示，如图所示，E10 V，r1，R1R35，R24，C100 F。当。当S断开断开时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态。求：时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态。求：(1)S闭合后，带电粒子加速度的大小和方向；闭合后，带电粒子加速度的大小和方向；(2)S闭合后流过闭合后流过R3的总电荷量。的总电荷量。3031设带电粒子加速度为设带电粒子加速
16、度为a，32(2)S闭合后，流过闭合后，流过R3的总电荷量等于电容器上电荷的增加量，所以的总电荷量等于电容器上电荷的增加量，所以QC(UCUC)4104 C。答案答案(1)g方向竖直向上方向竖直向上(2)4104 C33针对训练针对训练4 在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片向下移动时，关于电灯在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片向下移动时，关于电灯L的的亮度及电容器亮度及电容器C所带电荷量所带电荷量Q的变化判断正确的是的变化判断正确的是()A.L变暗，变暗，Q增大增大 B.L变暗，变暗，Q减小减小C.L变亮，变亮，Q增大增大 D.L变亮，变亮，Q减小减小34解析解析当滑动变阻器的滑片向下
17、移动时，变阻器接入电路的电阻减小，外电路当滑动变阻器的滑片向下移动时，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律知，干路电流增大，电源的内电压增大，总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律知，干路电流增大，电源的内电压增大，则路端电压减小，灯则路端电压减小，灯L变暗。电容器极板间电压等于变阻器两端的电压。由上得变暗。电容器极板间电压等于变阻器两端的电压。由上得知，路端电压减小，则通过知，路端电压减小，则通过L灯的电流减小，而干路电流增大，则通过灯的电流减小，而干路电流增大，则通过R1的电流的电流增大，增大，R1两端电压也增大，则滑动变阻器两端的电压减小，电容器所带电荷量两端电压也
18、增大，则滑动变阻器两端的电压减小，电容器所带电荷量Q减小，故减小，故B正确，正确，A、C、D错误。错误。答案答案B35针对训练针对训练5 如图所示，电源电动势如图所示，电源电动势E10 V，内阻可忽略，内阻可忽略，R14，R26，C30 F，求：，求：(1)S闭合后，稳定时通过闭合后，稳定时通过R1的电流；的电流；(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的总电荷量。的总电荷量。36解析解析(1)S闭合后，电路稳定时，闭合后，电路稳定时，R1、R2串联，串联，(2)S闭合时，电容器两端电压闭合时，电容器两端电压UCU2IR26 V，储存的电荷量，储存的电荷量QCUC。S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时断开至达到稳定后电路中电流为零，此时UCE，储存的电荷量，储存的电荷量QCUC。电容器上的电荷量增加了电容器上的电荷量增加了QQQCUCCUC1.2104 C。电容器上电荷量的增加是在电容器上电荷量的增加是在S断开以后才发生的，这只有通过断开以后才发生的，这只有通过R1这条电路实现，这条电路实现，所以流过所以流过R1的电荷量就是电容器带电荷量的增加量。的电荷量就是电容器带电荷量的增加量。答案答案(1)1 A(2)1.2104 C
