高中物理 第二章 电路章末知识整合 粤教版选修31.docx

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高中物理第二章电路章末知识整合粤教版选修31

2015-2016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：

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U＝220V，线圈电阻R＝1Ω，在额定电压下正常运转时电流I＝2A，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＝220×2W＝440W；发热功率即为线圈电阻的热功率P热＝I2R＝22×1W＝4W.

（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＝436W.

答案：

（1）P总＝440W　P热＝4W　

（2）P出＝436W

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0.3V，电流为0.3A；松开转轴，在线圈两端加电压为2V时，电流为0.8A，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＝

＝

Ω＝1Ω，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＝I1·U1＝0.8×2W＝1.6W，电动机的机械功率P机＝P入－I

·r＝1.6W－0.82×1W＝0.96W.

答案：

1.6W　0.96W

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．

（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（　　）

A．L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，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

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

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＝12V，内阻r＝1Ω，电阻R1＝3Ω，R2＝2Ω，R3＝5Ω，电容器的电容C1＝4μF，C2＝1μF.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＝

＝2A.

C1两端的电压：

UC1＝U2＝IR2＝4V，

C1的带电量为：

Q1＝C1UC1＝4×10－6×4C＝1.6×10－5C.

C2两端的电压：

UC2＝U＝I（R1＋R2）＝10V，

C2的带电量为：

Q2＝C2UC2＝1×10－6×10C＝1.0×10－5C.

（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＝1.6×10－5C＋1.0×10－5C＝2.6×10－5C.

答案：

（1）1.6×10－5C　1.0×10－5C

（2）Q＝2.6×10－5C

　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：

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1.5V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：

①那么选择开关应置于下列量程的几挡（　　）

A．2.5V　　　B．10V　　　C．50V　　　D．250V

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

28Ω

d、e

∞

e、f

28Ω

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

　例8为了测定某一电源的电动势E和内阻r（E约为4.5V，r约为1.5Ω），实验室提供的实验器材有：

量程为3V的理想电压表V；量程为0.5A的电流表A（具有一定内阻）；固定电阻R＝4Ω；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I0≈

＝3A，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：

U1＝E－I1（R＋r），U2＝E－I2（R＋r），

联立两式解得：

E＝

，r＝

－R.

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3V，内阻小于1Ω）；B.直流电流表（量程0～0.6～3A，0.6A挡的内阻约0.22Ω，3A挡的内阻约0.1Ω）；C.直流电压表（量程0～3～15V，3V挡内阻为15kΩ，15V挡内阻为25kΩ）；D.滑动变阻器（阻值范围为0～15Ω，允许最大电流为1A）；E.滑动变阻器（阻值范围为0～1000Ω，允许最大电流为0.2A）；F.开关；G.导线若干；H.小灯泡（电阻小于1Ω）．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.

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0.1Ω

B．对应P点，小灯泡的电阻为0.05Ω

C．对应P点，小灯泡的电阻为10Ω

D．对应P点，小灯泡的电阻为20Ω

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＝

＝

Ω＝10Ω.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＝

Ω＝0.1Ω，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．

（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10Ω的定值电阻串联，接在电压恒为8V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＝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＝2V、I＝0.3A，此时通过电流表的电流值IA＝2I＝0.6A，每只灯泡的实际功率P＝U-I＝2×0.3W＝0.6W.

答案：

（1）电路图如图所示　

（2）D　（3）0.6　0.6