2019-2020年高中物理 第二章 电路章末知识整合 粤教版选修3-1.doc

2019-2020年高中物理 第二章 电路章末知识整合 粤教版选修3-1(1)电功：WU-It.(2)电功率：P电U-I.(3)热量：QI2Rt.(4)热功率：P热I2R.分析与方法：闭合电路中电功、热量和电功率、热功率的问题本质上都是能量转化和守恒问题分析这类问题时，要注意区分电功和热量、电功率和热功率，抓住能量守恒这条主线；在纯电阻电路中，电功和热量相等，电功率和热功率相等；在非纯电阻电路中，电功大于热量，电功率大于热功率例1一台洗衣机上的电动机的额定电压U220 V，线圈电阻R1 ，在额定电压下正常运转时电流I2 A，求：(1)电动机消耗的总功率和发热功率(2)电动机的输出功率解析：(1)电动机总功率即为电功率P总U-I2202 W440 W；发热功率即为线圈电阻的热功率P热I2R221 W4 W.(2)电动机的输出功率即为电动机的机械功率，由能量守恒可得：P总P出P热，所以P出P总P热436 W.答案：(1)P总440 WP热4 W(2)P出436 W点评：电动机是非纯电阻元件，解答时要注意从能量转化和守恒的角度理解其消耗功率、发热功率和输出功率之间的关系练习1一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3 V，电流为0.3 A；松开转轴，在线圈两端加电压为2 V时，电流为0.8 A，电动机正常工作求：该电动机正常工作时，输入的电功率是多少？电动机的机械功率是多少？解析：电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：r 1 ，电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为P入I1U10.82 W1.6 W，电动机的机械功率P机P入Ir1.6 W0.821 W0.96 W.答案：1.6 W0.96 W在恒定电路中，常会由于某个因素的变化而引起整个电路中一系列电学量的变化，出现牵一发而动全身的情况，此类问题即为动态电路问题方法一：“程序法”分析这类问题的常用方法是“程序法”，即从阻值变化的部分入手，由串、并联规律判断R总的变化情况，再由欧姆定律判断I总和U外的变化情况，最后由部分电路欧姆定律判定各部分的变化情况例2 电动势为E，内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是()A电压表和电流表的读数都增大B电压表和电流表的读数都减小C电压表的读数增大，电流表的读数减小D电压表的读数减小，电流表的读数增大解析：当滑动变阻器触点向b端移动时，滑动变阻器的电阻R增大，则R和R2的并联电阻增大，回路外电阻R外增大，由闭合电路欧姆定律I总可知，干路电流减小由UEI总r可知，路端电压增大，故电压表读数增大；R1两端的电压U1I总R1，R2两端的电压U2UU1，所以加在R2两端电压U2增大，流过R2的电流增大，流过电流表的电流 I3I总I2，故电流表的读数变小综上所述可知，选项C正确答案：C点评：分析动态电路问题时，关键是明确分析物理量的顺序，先部分再整体再部分；分析部分电路时，要先分析不变部分，再分析变化的部分；要注意思维的变换，分析电压不行时再分析电流方法二：“并同串反”1“并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小2“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率将增大例3 如图所示的电路中，R1、R2、R3、和R4皆为定值电阻，R5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R5的滑动点向图中a端移动时()AI变大，U变小 BI变大，U变大CI变小，U变大 DI变小，U变小解析：本题中变量是R5，由题意知，R5的等效电阻变小简化电路结构可知，电压表V，电流表A均与R5间接并联，根据“串反并同”的原则，电压表V，电流表A的读数均与R5的变化趋势相同，即两表示数均减小答案：D点评：(1)近几年高考对电路的分析和计算，考查的重点一般不放在基本概念的理解和辨析方面，而是重在知识的应用方面本题通过5个电阻与电表的串、并联构成较复杂的电路，关键考查考生简化电路结构、绘制等效电路图的能力然后应用“串反并同”法则，可快捷得到结果(2)注意“串反并同”法则的应用条件：单变量电路对于多变量引起的电路变化，若各变量对同一对象分别引起的效果相同，则该原则的结果成立；若各变量对同一对象分别引起的效果相反，则“串反并同”法则不适用练习2(多选)如图所示，图中的四个表均为理想表，当滑动变阻器的滑动触点向右端滑动时，下列说法正确的是(AD)A电压表V1的读数减小，电流表A1的读数增大B电压表V1的读数增大，电流表A1的读数减小C电压表V2的读数减小，电流表A2的读数增大D电压表V2的读数增大，电流表A2的读数减小解析：当滑动变阻器的滑动触点向右端滑动时，R的阻值减小，电路中的总电阻减小，根据欧姆定律，电路中的总电流增大，即电流表A1的读数增大；电压表V1的读数为电路的路端电压，其读数减小，故A正确路端电压减小则电流表A2的读数减小；总电流增大，A2电流减小，则流过R2的电流增大，故电压表V2的读数增大，D正确一、故障类型1短路：电路被短路部分有电流通过(电流表有示数)被短路两点之间没有电压(电压表无示数)2断路：电路断路部分没有电流通过(电流表无示数)断路两点之间有电压，断路同侧导线两点无电压二、电路故障分析思路1认真审题，判断电路各元件连接方式，明确电流表、电压表测量的元件，各开关控制的元件2根据故障现象分析有无电流，得出电路是短路还是断路3根据电表示数变化分析找出故障位置三、利用电流表、电压表判断电路故障1电流表示数正常而电压表无示数“电流表示数正常”表明电流表所在电路为通路，“电压表无示数”表明无电流通过电压表故障原因可能是：(1)电压表损坏；(2)电压表接触不良；(3)与电压表并联的用电器短路2电压表有示数而电流表无示数“电压表有示数”表明电路中有电流通过，“电流表无示数”说明没有或几乎没有电流流过电流表故障原因可能是：(1)电流表短路；(2)和电压表并联的用电器断路3电流表和电压表均无示数“两表均无示数”表明无电流通过两表，除了两表同时短路外，可能是干路断路导致无电流四、利用电导线判断电路故障(主要判断断路故障)电路中无电流或灯泡不发光：将导线接在两点间，如果电路中有电流(或电路中灯泡发光了)，说明此两点间有断路例4 在如图所示电路中，电源电压不变，闭合开关S，电路正常工作一段时间后，发现其中一个电压表示数变大，则()AL可能变亮 BR可能断路C灯L可能断路 D电阻R可能短路解析：首先分析电路的连接方式与电表的作用对象灯L与电阻R串联，V测电源电压，V1测电阻R电压其次，从故障现象看，有一个电压表示数变大，而电源电压不变则可判断是V1示数变大根据上面的“故障分析思路”可判断：可能是灯L短路，或者可能是电阻R断路(V1也测电源电压)所以，此题应选答案B.答案：B例5 如图所示，开关S闭合电灯不亮，为了检查图中电路故障，现用一根导线进行判断，当导线连接BC时，灯不亮；当导线连接CD时，灯也不亮；当导线连接DE时，灯亮了则电路故障原因是()A电阻R断路B电灯L断路CR、L同时断路 D变阻器R断路解析：在串联电路中，灯不亮，有两种可能，第一：灯短路；第二：电路中有断路处根据导线的连接现象判断，应该不是第一种故障，所以是电路中有断路处当把断路处连接好，灯就会亮所以，此题应选答案D.答案：D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6 如图所示，电源电动势E12 V，内阻r1 ，电阻R13 ，R22 ，R35 ，电容器的电容C14 F，C21 F.求：(1)当S闭合时间足够长时，C1和C2所带的电量各是多少？(2)然后把S断开，S断开后通过R2的电量是多少？ 解析：(1)当S闭合时间足够长时，C1两端的电压等于R2两端的电压；C2两端的电压等于路端电压回路电流I2 A.C1两端的电压：UC1U2IR24 V，C1的带电量为：Q1C1UC141064 C1.6105 C.C2两端的电压：UC2UI(R1R2)10 V，C2的带电量为：Q2C2UC2110610 C1.0105 C.(2)断开S后，电容器C1通过电阻R2、R3放电；电容器C2通过电阻R1、R2、R3放电，放电电流均流过R2，且方向相同因此，通过R2的电量为：QQ1Q21.6105 C1.0105 C2.6105 C.答案：(1)1.6105 C1.0105 C(2)Q2.6105 C例7 用如图所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T.请根据下列步骤完成电阻测量：旋动部件_，使指针对准电流的“0”刻度线. 将K旋转到电阻挡“100”位置. 将插入“”、“”插孔的表笔短接，旋动部件_，使指针对准电阻的_(填“0 刻线”或“刻线”). 将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按_的顺序进行操作，再完成读数测量A将K旋转到电阻挡“1”的位置 B将K旋转到电阻挡“10”的位置 C将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接 D将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准解析：首先要对表盘机械校零，所以旋动部件是S.接着是欧姆调零，将“”、“”插孔的表笔短接，旋动部件T，让表盘指针指在最右端零刻度处当两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，必须将指针指在中间刻度附近，所以要将倍率调大原因是指针偏转小，则说明刻度盘值大，现在要指针偏大即刻度盘值要小，则只有调大倍率才会实现所以正确顺序ADC.答案：ST0刻线ADC练习3如图是某同学连接的实验实物图，使用四节电动势为1.5 V的干电池做电源，合上开关S后发现A、B灯都不亮，他采用下列两种方法检查故障：(1)用多用电表的直流电压挡进行检查：那么选择开关应置于下列量程的几挡()A2.5 VB10 V C50 VD250 V在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触_(填“a”或“b”)点(2)用欧姆挡的“1”挡检查c、f段电路情况测试前，应将开关S_(填“断开”或“闭合”)；测试结果如表格所示，由此可以断定这段电路的故障是()测试点表针读数情况c、d28 d、ee、f28 A.灯A断路 B灯B断路 C灯A、B都断路 Dde间导线断路答案：(1)Ba(2)断开D例8 为了测定某一电源的电动势E和内阻r(E约为4.5 V，r约为1.5 )，实验室提供的实验器材有：量程为3 V的理想电压表V；量程为0.5 A的电流表A(具有一定内阻)；固定电阻R4 ；滑动变阻器R；电键K；导线若干(1)画出实验原理图(2)实验中，当电流表的读数为I1时，电压表的读数为U1；当电流表的读数为I2时，电压表的读数为U2.则可以求出E_，r_解析：(1)电路中的短路电流I03 A，大于电流表量程，所以必须使用固定电阻保护电路，兼顾干路中电流测量的准确性，采用如图所示的电路(2)由闭合电路欧姆定律有：U1EI1(Rr)，U2EI2(Rr)，联立两式解得：E，rR.答案：见解析练习4小明的实验桌上有：A.待测电源一个(电动势约3 V，内阻小于1 )；B.直流电流表(量程00.63 A，0.6 A 挡的内阻约0.22 ，3 A挡的内阻约0.1 )；C.直流电压表(量程0315 V，3 V挡内阻为15 k，15 V挡内阻为25 k)；D.滑动变阻器(阻值范围为015 ，允许最大电流为1 A)；E.滑动变阻器(阻值范围为01 000 ，允许最大电流为0.2 A)；F.开关；G.导线若干；H.小灯泡(电阻小于1 )假如你是小明，请你完成：(1)利用给出的器材测电源的电动势和内阻，有如图甲、乙两种电路，为了减小测量误差，应选择图_所示电路(2)根据你选择的电路将图丙中的实物连接好(3)你选择的滑动变阻器是_(填代号)，理由是_(4)小明根据测出的数据，作出UI图线如图丁a线所示，实验所测电源的电动势为E_V，内电阻为r_.解析：(1)伏特表测量的是路端电压，所以使用图乙电路(2)图略(3)D，电流适中且移动滑片时电流表示数较明显(4)3，0.75.答案：见解析专题三测定小灯泡的U-I关系曲线线性元件的伏安特性曲线是过原点的直线，而非线性元件的伏安特性曲线则是过原点的曲线因此，在分析非线性元件的伏安特性时，要充分认识到这一点，避免受线性元件伏安特性曲线的影响而形成思维定势例9 小灯泡通电后其电流随所加电压变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为过P点的切线则下列说法正确的是()A对应P点，小灯泡的电阻为0.1 B对应P点，小灯泡的电阻为0.05 C对应P点，小灯泡的电阻为10 D对应P点，小灯泡的电阻为20 解析：该图线是小灯泡的伏安特性曲线，值得注意的是，流过小灯泡的电流和小灯泡两端的电压并不是正比关系对应P点，小灯泡的电阻R 10 .故选项C正确答案：C点评：分析该题常见的错误有两种：一种是没有看清纵坐标和横坐标所代表的物理量，受思维定势的影响，认为小灯泡的电阻R 0.1 ，误选了A；一种是误认为切线斜率的倒数就表示小灯泡的电阻，而误选了D.练习5在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，利用实验得到了8组数据，在图(a)所示的IU坐标系中，通过描点连线得到了小灯泡的伏安特性曲线(1)根据图线的坐标数值，请在图(b)中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路(2)根据图(a)，可判断出图(c)中正确的关系图是_(图中P为小灯泡功率)(3)将同种规格的两个这样的小灯泡并联后再与10 的定值电阻串联，接在电压恒为8 V的电源上，如图(d)所示，则电流表的示数为_A，每个小灯泡的功率为_W.解析：(1)因描绘小灯泡的伏安特性曲线实验中，电流从零调到最大值，滑动变阻器应用分压式，故电路图如图所示(2)由图(a)所示图象可知，随电流增大，灯泡电阻R增大，由PI2R可知，在PI2图象中图象上某点与原点连线的斜率为电阻R，而电阻R又随I的增大而增大，则PI2图象的斜率随I2的增大而增大，由图象可知，ABC错误，D正确(3)由图(d)所示电路图可知，两灯泡并联，可以把电源与定值电阻等效为电源，设每只电灯加上的实际电压和实际电流分别为U和I. 在这个闭合电路中，EU2IR0，代入数据并整理得，U820I，在图(a)所示坐标系中作出U820I的图象如图所示，由图象可知，两图象交点坐标值为：U2 V、I0.3 A，此时通过电流表的电流值IA2I0.6 A，每只灯泡的实际功率PU-I20.3 W0.6 W.答案：(1)电路图如图所示(2)D(3)0.60.6