《电能 能量守恒定律》教案.docxVIP

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《电能能量守恒定律》教案

主干知识成体系

迁移交汇破疑难

一、直流电路的故障分析与判断

1．电路常见故障

(1)断路；(2)短路。

2．电路故障特点

(1)断路特点：电路中发生断路时，电源电压不为零，而电流为零；如果断路出现在干路中，则发生断路的地方其两端电压等于电源电压。

(2)短路特点：电路中的某部分发生短路时，表现为有电流通过电路而该部分电路两端电压为零。

3．电路故障部位的检测和判断

(1)断路故障的检测和判断(假设只有一个断点)：用电压表与电源并联检测电路中是否有电压，若有电压时，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)短路故障的检测和判断：用电压表与电源并联，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该段电路被短路；若电压表示数不为零，则该段电路没被短路。

【针对训练】

1.(2021·衡水中学检测)如图12-1所示的电路，闭合开关，灯L1、L2正常发光。由于电路出现故障，突然发现L1变亮，L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是()

图12-1

A．R1断路 B.R2断路

C．R3短路 D．R4短路

解析：选A等效电路如图所示，若R1断路，总外电阻变大，总电流减小，路端电压变大，L1两端电压变大，L1变亮；ab部分电路结构没变，电流仍按原比例分配，总电流减小，通过L2、R4的电流都减小，故A符合题意；若R2断路，总电阻变大，总电流减小，ac部分电路结构没变，电流仍按原比例分配，R1、L1中电流都减小，与题意相矛盾，故B不符合题意；若R3短路或R4短路，总电阻减小，总电流增大，电流表读数变大，与题意相矛盾，故C、D不符合题意。

2．在如图12-2所示的电路中，闭合开关时，灯泡不亮，已经确定是由灯泡断路或短路引起的，在不能拆开电路的情况下(开关可闭合，可断开)，现用一个多用电表的直流电压挡、直流电流挡和欧姆挡分别对故障电路进行如下检查并做出判断(如表所示)

图12-2

次序

操作步骤

现象和结论

1

闭合开关，选直流电压挡，红、黑表笔分别接a、b

指针偏转，灯泡断路；指针不偏转，灯泡短路

2

闭合开关，选直流电流挡，红、黑表笔分别接a、b

指针偏转，灯泡断路；指针不偏转，灯泡短路

3

闭合开关，选欧姆挡，红、黑表笔分别接a、b

指针不动，灯泡断路；指针偏转，灯泡短路

4

断开开关，选欧姆挡，红、黑表笔分别接a、b

指针不动，灯泡断路；指针偏转最大，灯泡短路

以上操作和判断错误的是()

A．1 B．2

C．3 D．4

解析：选C用直流电压挡接a、b时，若电压表有示数，说明其他位置都是通路，故灯泡断路；若电压表无示数，说明灯泡短路，故A正确；用直流电流挡接a、b时，若电流表有示数，说明其他位置都是通路，故灯泡断路；若电流表无示数，则说明灯泡短路，故B正确；用欧姆挡接a、b时，必须先断开电源的开关，故C错误；若断开开关，用欧姆挡接a、b时，有示数且指针偏转非常大，说明a、b间电阻接近为0，故灯泡应该是短路；若无指针偏转，则说明a、b间电阻为无穷大，灯泡断路，故D正确。

二、闭合电路中的图像问题分析与应用

图像既能反映物理量之间的规律关系，又是分析和解决物理问题的一种工具，因此我们把各物理量间的关系或物理过程绘制成图像，既可以帮助分析推理，又可根据图像直接求解。

闭合电路中各物理量间的变化关系大都可以用有关图像表示。只要明确各种图像中点、线、面积、斜率及截距等各物理量的含义并正确使用图像，闭合电路问题的求解就会既快捷准确又方便灵活。

闭合电路中常见的图像有：

类型

表达式

图像

物理意义

I-R图像

I＝eq\f(E,R＋r)

纵截距为短路电流，I随R增大而减小

U-R图像

U＝eq\f(ER,R＋r)＝eq\f(E,1＋\f(r,R))

U随R的增大而增大，但为非线性关系

U-I图像

U＝E－Ir

纵截距为E，横截距为I短，斜率的绝对值等于r

P出-R图像

P出＝eq\f(E2,?R＋r?2)R

当R＝r时，电源的输出功率最大，Pmax＝eq\f(E2,4R)＝eq\f(E2,4r)；当R＞r时，电源的输出功率随R的增大而减小；当R＜r时，电源的输出功率随R的增大而增大

P出-I图像

P出＝EI－I2r

当I＝eq\f(E,2r)时，电源的输出功率的最大值为eq\f(E2,4r)；当I＜eq\f(E,2r)时，电源的输出功率随I的增大而增大；当I＞eq\f(E,2r)时，电源的输出功率随I的增大而减小

η-R图像

η＝eq\f(R,R＋r)＝eq\f(1,1＋\f(r,R))

电源的效率随外电路电阻的增大而增大

eq\f(1,I)-R图像

eq\f(1,I)＝