高三物理二轮复习 专题十二直流电路的分析与计算教学案.docx

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高三物理二轮复习专题十二直流电路的分析与计算教学案

专题十二直流电路的分析与计算

【2011考纲解读】从2011高考考纲来看，直流电路、恒定电流依然为高考命题的热点之一。

通过历年高考试题的分析，不难发现：

直流电路的分析与计算是高考的热点，可以结合实验的分析进行考查，重点考查欧姆定律的应用及功率的求解。

恒定电流主要考查以"电路"为核心的三部分内容:

一是以部分电路的欧姆定律为中心,考查直流电路的基本概念、伏安法测电阻、电功和电热等问题;二是以闭合电路的欧姆定律为中心,考查电源的作用、闭合电路的功率分配和能量转化的关系、电路的路端电压与电源电动势和内阴天的关系;三是以电路中的电工仪表的使用为中心,考查电学实验中仪器的选取、电表的读数、实物连接、数据处理和误差分析等问题.尤其是电学知识联系实际的问题和探究实验问题是近几年高考考查的热点.欧姆定律、焦耳定律往往与电磁感应现象相交叉渗透；电功率、焦耳热计算往往与现实生活联系较密切，是应用型、能力型题目的重要内容之一，也是高考命题热点内容之一。

【高考预测】直流电路的分析与计算试题在高考中以电路的动态分析为主，由电路中电路结构的变化或电阻的变化，根据两个欧姆定律确定电路中各部分的电流、电压与功率等电学量的变化．直流电路的计算试题主要是功率的求解，以选择题与计算题为主，计算题多与电容、电场知识结合，解答这类题的关键在于理解电路的连接。

历届高考命题形式一是以选择、填空方式考查知识；二是与静电、磁场和电磁感应结合的综合题，值得说明的是，近年来高考在对本章的考查中，似乎更热衷于电路的故障分析.这类题通常都来自生活实际，是学生应具备的基本技能.尤其引人关注的是电路实验有成为必考题的趋势.

【专题解读】

1．部分电路欧姆定律与全电路欧姆定律

（1）部分电路欧姆定律内容：

导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比．

全电路欧姆定律：

闭合电路的电流，跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比．

（2）表达式：

（3）伏安特性曲线（U--I图象或I—U图象）

①若电阻的电压与电阻成线性比例关系，则伏安特性曲线中为一直线，直线的斜率或斜率的倒数表示电阻的大小．

②若电阻的电压与电流成非线性关系，则伏安特性曲线中为曲线，某个状态下的电阻值该状态下的电压与电流之比，曲线的斜率只能用于定性分析电阻的大小关系．

③两种图象的比较：

A为部分电路的U—I图象，B为全电路的U—I图象．

直线A的斜率表示电阻的大小，B的斜率则表示电源内阻的大小．两直线相交点，则表示把该电阻接入该电源形成闭合电路时对应的U—I图象．

（4）欧姆定律的应用范围：

①纯电阻电路（不包含电动机、电解槽等）

②金属导电或电解液导电（气体导电不适用）

2．电功与电热，电功率与热功率

（1）纯电阻电路：

电功与电热：

电功率与热功率：

．

（2）非纯电阻电路：

电功与电热：

，

电功率与热功率：

，

．

（3）用电器接入电路时的约定

①纯电阻用电器若无特别说明，则认为电阻恒定；

②若用电器的实际功率超过额定功率，则认为用电器将损坏（断路）；

③若用电器没注明额定值，则认为可以安全使用．

3．功率与效率

（1）功率：

①额定功率与实际功率：

②总功率与有用功率：

，

③非纯电阻电路的功率：

（2）效率

①

②P出与外电阻R的图象关系如图．

当R=r时，电源有最大输出功率，但此时电源的效率为50%．

4．直流电路分析的基本处理思想：

（1）电路的简化：

①电路的等效原则：

A．无电流的支路可省去；

B．电势相等的点可合并；

C．理想电压表认为断路，理想电流表则视为短路；

D．恒定电流电路中，电容器可作断路处理；

E．电路中的接地点处理：

若只有一处接地，则该处的电势为零，可能影响其他各地的电势高低，但电路结构不变；若同时有两处接地，则影响电势的同时，对电路结构也将产生影响，此时可视为两接点地为同一点．

②电路的简化方法：

A．电流分支法

先将各节点标上字母，判定各支路元件的电流方向，按电流方向，自左向右将各元件、节点、分支逐一画出，再加式整理即可．

B．等势点排列法

标出节点字母，判断出各节眯电势的高低，将各节点按电势高低自左向右排列，再判断各节点间的支路，然后加工整理即可．

（2）直流电路的动态分析

①引起电路特性发生变化主要有三种情况：

A．滑动变阻器滑动片位置的改变，使电路的电阻发生变化；

B．电键的闭合、断开或换向（双掷电键）使电路结构发生变化；

C．非理想电表的接入使电路的结构发生变化．

②进行动态分析的常见思路是：

由部分电阻变化推断外电路总电阻（

）的变化，再由全电路欧姆定律

讨论干路电流

的变化，最后再根据具体情况分别确定各元件上其他量的变化情况．

③分析方法

A．程序法

基本思路是“部分→整体→部分”．即从阻值变化的的入手，由串并联规律判知R总的变化情况再由欧姆定律判知I总和U端的变化情况最后由部分电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判知各部分的变化情况．

B．结论法----“并同串反”

“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．

“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．

C．特殊值法与极限法

即因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论．一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论．

（3）非线性电路的分析与求解、非理想电表的处理．

①非线性电路的分析与求解

A．非线性电路包括含二极管电路和白炽电灯电路，由于这类元件的伏安特性不再是线性的，所以求解这类问题难度更大．近几年已成为高考的热点．

B．基本处理方法：

应用伏安特性曲线中各点对应的电压值与电流值求解电阻的电阻值，同时注意图线交点及截距等对应的物理含义．

②非理想电表的处理．

A．非理想电压表．由于电压表内阻不可能无限大，因此测得的电压总比被测电路两端的实际电压小，表的内阻越大，表的示数越接近于实际电压值．可把电压表视为一电阻，电压表测得的电压实际上是被测电路与电压表并联后两端的电压，利用上述特点列式分析求解．

B．非理想电流表．因为用电流表测得的电流，实质上是被测量的支路（或干路）串联一个电阻（即电流表内阻）后的电流，所以电流表内阻越小，表的示数越接近于真实值．同理可把非理想电流表视为一电阻进行分析求解．

（4）故障电路的分析与判断．

①故障现象及现象：

A．电路故障一般有两种情况：

即短路和断路．

B．当电路出现短路时，主要有以下的现象：

a．电路中仍有电流；

b．被短路的电器不工作；

c．与之串联的电器工作电流增大；

d．被短路部分电压为零．

   当电路出现断路时，主要有以下的现象：

a．被断路部分无电流；

b．被断路部分有电压（如果电路较简单一般此电压会等于电源的输出电压）．

②电路故障测试方法

A．测试故障类型——电流表法

若电路断路，电流表串接在该支路中时表现为：

示数为“0”或几乎为“0”．若电路短路，电流表串接在电路中表现为示数较大或超出量程．

B．测试故障所在——电压表法

若电路断路，由于电流I=0，所以当电阻R为有限值时（即不是断开处），根据欧姆定律U=IR得U=0，所以根据串联电路的特点，得到断开处的电压U≠0，即当电压表并联在断开处时电表有示数．被短路处．由于R→0，则有U=IR得U→0，即当电压表并联在被短接的两端时电表无示数．

C．在日常生活中还有一种常用的测电压的方法：

用测电笔测试一导线，若氖管发光则有电压（火线），若氖管不发光则无电压．

（5）稳态、动态阻容电路的分析与计算．

①分析计算含有电容器的直流电路时应注意：

A．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，在此支路的电阻没有电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压；

B．电路中的电流、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，电容器将通过与它并联的电路放电．

②求解的基本方法：

A．在分析电路的特点时，把电容器支路看成断路．即去掉该支路．

B．凡是与电容器串联的电阻均用导线代替．因为电阻与电容器的阻值比较忽略不计．

C．电容器两端的电势差与并联的电阻两端的电压相等．

D．对带电粒子在复合场中的运动，关键是分析清楚带电粒子的运动情况和受力情况，还要善于挖掘题目中隐含条件，由功能关系求解．

（6）实际生活中的电路问题分析

①题型特点：

以人们日常生活中所用到的电路知识为背景，或以现实生活中使用的家用电器立意命题设置物理问题．

②求解的基本方法：

把生活中的问题转化为常见的物理模型，应用相关的电路知识求解．

【深化整合】

一、动态电路的分析方法：

1、程序法：

闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。

讨论依据是：

闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串联电路的电压关系、并联电路的电流关系。

（1）对于电路的动态变化问题，按局部→全局→局部的逻辑思维进行分析推理．一般步骤：

①确定电路的外电阻，外电阻

如何变化；

②根据闭合电路欧姆定律

，确定电路的总电流如何变化；

③由

，确定电源的内电压如何变化；

④由

，确定电源的外电压（路端电压）如何变化；

⑤由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化；

⑥确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化

以右图电路为例：

设R1增大，总电阻一定增大；由

，I一定减小；由U=E-Ir，U一定增大；因此U4、I4一定增大；由I3=I-I4，I3、U3一定减小；由U2=U-U3，U2、I2一定增大；由I1=I3-I2，I1一定减小。

2、直观法：

直接运用总结规律

①总电路上R增大时总电流I减小，路端电压U增大；

②任一个R增必引起通过该电阻的电流减小，其两端电压UR增加；

③任一个R增必引起与之并联支路电流I增加；与之串联支路电压U减小（称串反并同法）

3、极端法：

即因变阻器滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个端点去讨论.

1.（2010·新课标全国卷）电源的效率

定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。

在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示，图中U为路端电压，I为干路电流，a、b为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为

、

。

由图可知

、

的值分别为

A.

、

B.

、

C.

、

D.

、

【解析】选D，电源效率

，E为电源的总电压（即电动势），根据图象可知Ua=

，Ub=

，所以选项D正确。

2.（2010.上海）.在右图的闭合电路中，当滑片

向右移动时，两电表读数的变化是

（A）

变大，

变大（B）

变小，

变大

（C）

变大，

变小（D）

变小，

变小

【解析】选B，当滑片

向右移动时，滑动变阻器电阻变大，导致干路电流变小，内阻压降减小，路端电压变大。

1、（2009全国2）图为测量某电源电动势和内阻时得到的U-I图线。

用此电源与三个阻值均为3

的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8V。

则该电路可能为

2、（2009天津）为探究小灯泡L的伏安特性，连好图示的电路应闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电源由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光。

由电流表和电压表得到的多组读数描给出的U-I图象应是

【答案】C

【解析】灯泡的电阻随温度的升高而增大，随电流的增大，温度会升高，故电阻随电流而增大，故C项正确。

【考点定位】考查小灯泡的伏安特性曲线

3、（2009重庆）18某实物投影机有10个相同的强光灯L1～L10（24V/200W）和10个相同的指示灯X1～X10（220V/2W）,将其连接在220V交流电源上，电路见题18图，若工作一段时间后，L2灯丝烧断，则，

A.X1的功率减小，L1的功率增大。

B.X1的功率增大，L1的功率增大

C,X2功率增大，其它指示灯的功率减小

D.X2功率减小，其它指示灯的功率增大

【答案】C

【解析】将电路等效为十个阻值相同电阻串联现在

烧断后这部分电阻增大，总电阻也增大电流减小，其他不变部分电压减小功率也就变小，而

两端电压增大功率变大，所以C正确

【考点定位】考查分析电路欧姆定律、电功率等知识等考点

4、（2009海南）5．一平行板电容器两极板间距为d、极板面积为S，电容为

，其中

是常量。

对此电容器充电后断开电源。

当增加两板间距时，电容器极板间

A．电场强度不变，电势差变大　　　　　B．电场强度不变，电势差不变

C．电场强度减小，电势差不变　　　　　D．电场强度减小．电势差减小

5、（2009上海）图示电路中，R1＝12，R2＝6，滑动变阻器R3上标有“20，2A”字样，理想电压表的量程有0-3V和0-15V两档，理想电流表的量程有0-0.6A和0-3A两档。

闭合电键S，将滑片P从最左端向右移动到某位置时，电压表、电流表示数分别为2.5V和0.3A；继续向右移动滑片P到另一位置，电压表指针指在满偏的1/3，电流表指针指在满偏的1/4，则此时电流表示数为__________A，该电源的电动势为__________V。