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2015-2016高中物理 第二章 电路章末知识整合 粤教版选修3-1


2015-2016 高中物理 第二章 电路章末知识整合 粤教版选修 3-1

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专题一 电路中能量转化的分析 (1)电功:W=U-It. (2)电功率:P 电=U-I. (3)热量:Q=I Rt. (4)热功率:P 热=I R. 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 U=220 V,线圈电阻 R=1 Ω ,在额定电压下 正常运转时电流 I=2 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-I=220×2 W=440 W;发热功率即为线圈电 阻的热功率 P 热=I R=2 ×1 W=4 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
2 2 2 2

P 出=P 总-P 热=436 W.
答案:(1)P 总=440 W P 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

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U 0.3 定律得电动机线圈内阻:r= = Ω =1 Ω ,电动机转动时,消耗的电能转化为内能和机 I 0.3
械能,其输入的电功率为 P 入=I1·U1=0.8×2 W=1.6 W,电动机的机械功率 P 机=P 入-I1·r =1.6 W-0.8 ×1 W=0.96 W. 答案:1.6 W 0.96 W
2 2

专题二 动态电路的分析 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=

E 可知,干路电流减小.由 R外+r

U=E-I 总 r 可知,路端电压增大,故电压表读数增大;R1 两端的电压 U1=I 总 R1,R2 两端的
电压 U2=U-U1,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 I3 =I 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
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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( )

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 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.
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(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. 专题三 电路故障分析方法 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.
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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( A.L 可能变亮 C.灯 L 可能断路 )

B.R 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( )
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A.电阻 R 断路 C.R、L 同时断路

B.电灯 L 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 专题四 含容电路 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 E=12 V,内阻 r=1 Ω ,电阻 R1=3 Ω ,R2=2 Ω ,R3 =5 Ω ,电容器的电容 C1=4 μ F,C2=1 μ F.求:

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(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 I=

E =2 A. r+R1+R2

C1 两端的电压:UC1=U2=IR2=4 V, C1 的带电量为:Q1=C1UC1=4×10-6×4 C=1.6×10-5 C. C2 两端的电压:UC2=U=I(R1+R2)=10 V, C2 的带电量为:Q2=C2UC2=1×10-6×10 C=1.0×10-5 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:Q=Q1+Q2=1.6×10 答案:(1)1.6×10 (2)Q=2.6×10
-5 -5 -5

C+1.0×10

-5

C=2.6×10

-5

C.

C

1.0×10

-5

C

C

专题一 万用表及其应用 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:

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①旋动部件________,使指针对准电流的“0”刻度线. ②将 K 旋转到电阻挡“×100”位置. ③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”). ④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:①S ③T 0 刻线 ④ADC ?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:
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(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几挡( 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______(填“a”或“b”)点. (2)用欧姆挡的“×1”挡检查 c、f 段电路情况. ①测试前,应将开关 S______(填“断开”或“闭合”); ②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、d d、e e、f
A.灯 A 断路 B.灯 B 断路 C.灯 A、B 都断路 D.de 间导线断路

28 Ω ∞ 28 Ω

答案:(1)B a (2)断开 D 专题二 测定电源的电动势和内阻 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 Ω ),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 R=4 Ω ;滑动变阻器 R′;电键 K;导线若干. (1)画出实验原理图.

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(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 I0≈ =3 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.

E r

(2)由闭合电路欧姆定律有:

U1=E-I1(R+r),U2=E-I2(R+r),
联立两式解得:E= 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 Ω );B.直流电流 表(量程 0~0.6~3 A,0.6 A 挡的内阻约 0.22 Ω ,3 A 挡的内阻约 0.1 Ω );C.直流电压 表(量程 0~3~15 V,3 V 挡内阻为 15 kΩ ,15 V 挡内阻为 25 kΩ );D.滑动变阻器(阻值 范围为 0~15 Ω ,允许最大电流为 1 A);E.滑动变阻器(阻值范围为 0~1 000 Ω ,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 Ω ).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 U-I 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=________Ω .

I1U2-I2U1 U2-U1 ,r= -R. I1-I2 I1-I2

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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

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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 Ω B.对应 P 点,小灯泡的电阻为 0.05 Ω C.对应 P 点,小灯泡的电阻为 10 Ω D.对应 P 点,小灯泡的电阻为 20 Ω 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

U 4 端的电压并不是正比关系.对应 P 点,小灯泡的电阻 R= = Ω =10 Ω .故选项 C 正确. I 0.4
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, 0.4 受思维定势的影响,认为小灯泡的电阻 R= Ω =0.1 Ω ,误选了 A;一种是误认为切线 4 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 I-U 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.

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(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 Ω 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 P=I R 可知,在 P-I
2

2

2

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 P-I 图
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象的斜率随 I 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,E=U+2IR0,代入数据 并整理得, U=8-20I, 在图(a)所示坐标系中作出 U=8-20I 的图象如图所示, 由图象可知, 两图象交点坐标值为:U=2 V、I=0.3 A,此时通过电流表的电流值 IA=2I=0.6 A,每只 灯泡的实际功率 P=U-I=2×0.3 W=0.6 W.

2

答案:(1)电路图如图所示 (2)D (3)0.6 0.6

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