1、【金版学案】2015-2016 高中物理 第二章 电路章末知识整合 粤教版选修 3-1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 I2Rt.(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
2、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 I2R2 21 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 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
3、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UI 0.30.3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 I r1.6 W0.8 21 W0.96 W.21答案：1.6 W 0.96 W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
4、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
5、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ER外 r小由 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
6、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
7、， 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(2)注意“串反并同”法则的应用条件：单变量
8、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 V
9、1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
10、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
11、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 B R 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，V 1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(V 1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，
12、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C R、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
13、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 ， R2
14、2 ， 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 I 2 A.Er R1 R2C1两端的电压： UC1 U2 IR24 V，C1的带电量为： Q1 C1UC1410 6 4 C1.610 5 C.C2两端的电压： UC2 U I(R1 R2)10 V，C2的带电量为： Q2 C2UC2110 6 10 C1.010 5 C.(2)断开 S 后，电
15、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 Q21.610 5 C1.010 5 C2.610 5 C.答案：(1)1.610 5 C 1.010 5 C(2)Q2.610 5 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：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”
16、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
17、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：S T 0 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 V B10 V C50 V D250 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
18、断定这段电路的故障是( )测试点 表针读数情况c、 d 28 d、 e e、 f 28 A.灯 A 断路 B灯 B 断路C灯 A、B 都断路 D de 间导线断路答案：(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 )，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
19、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Er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：U1 E I1(R r)， U2 E I2(R r)，联立两式解得： E ， r R.I1U2 I2U1I1 I2 U2 U1I1 I2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
20、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 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_.解析：(1)伏特表测量的是路
21、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
22、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UI 40.4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0.44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
23、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 P I2R 可知，在 P I2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 I2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， E U2 IR0，代入数据并整理得， U820 I，在图(a)所示坐标系中作出 U820 I 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IA2 I0.6 A，每只灯泡的实际功率 P U-I20.3 W0.6 W.答案：(1)电路图如图所示 (2)D (3)0.6 0.6
