粤教版高中物理选修31第二章章末复习课.docx

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粤教版高中物理选修31第二章章末复习课

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第二章章末复习课

【知识体系】

[答案填写]　①ρ　②　③I2Rt　④UIt　⑤　⑥EI　⑦UI　⑧I2r

主题1　非纯电阻电路的计算

　1.电功：

W＝UIt.

2．电功率：

P电＝UI.

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．

【典例1】　一台小型电动机在3V电压下工作，用此电动机提升重力为4N的物体时，通过电动机的电流是0.2A．在30s内可使该物体被匀速提升3m．若不计电动机线圈生热之外的能量损失，求：

（1）电动机的输入功率；

（2）在提升物体的30s内，电动机线圈所产生的热量；

（3）线圈的电阻．

解析：

（1）电动机的输入功率

P入＝IU＝0.2×3W＝0.6W.

（2）根据能量的转化与守恒，线圈产生的热量

Q＝P入t－G·h＝0.6×30J－4×3J＝6J.

（3）据焦耳定律，线圈的电阻

r＝＝Ω＝5Ω.

答案：

（1）0.6W　

（2）6J　（3）5Ω

针对训练

1．（多选）如图所示，一直流电动机与阻值R＝9Ω的电阻串联在电源上，电源电动势E＝30V，内阻r＝1Ω，用理想电压表测出电动机两端电压U＝10V，已知电动机线圈电阻RM＝1Ω，则下列说法中正确的是（　　）

A．通过电动机的电流为10A

B．电动机的输入功率为20W

C．电动机的热功率为4W

D．电动机的输出功率为20W

解析：

根据闭合电路欧姆定律，有E＝U＋I（r＋R），解得I＝＝2A，故A错误；电动机的输入功率P入＝UI＝10×2＝20W；电动机的热功率P热＝I2RM＝22×1＝4W；电动机的输出功率P出＝P－P热＝UI－I2RM＝10×2－22×1＝16W，故B、C正确，D错误．

答案：

BC

主题2　含电容器的直流电路

　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．

【典例2】　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）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）2.6×10－5C

针对训练

2．下图电路中，电源电动势E＝10V、内阻忽略不计，定值电阻R1＝4Ω，R2＝6Ω，电容C＝30μF.

（1）闭合开关S，电路稳定后通过电阻R1的电流多大？

（2）然后将开关S断开，求这以后流过电阻R1的总电量？

（3）开关S断开以后，电源还输出多少电能？

解析：

（1）闭合开关S后，电路达到稳定时，电容器相当于断路，由闭合电路欧姆定律知，通过R1的电流为：

I＝＝1A.

（2）断开前，电容器两极上电压等于R2两端的电压，即：

UC＝IR2＝1×6V＝6V，

电容器的带电量为：

Q＝CUC＝30×10－6×6C＝1.8×10－4C.

S断开后，电容器两极间电压等于电源电动势E，其带电量为：

Q′＝CE＝30×10－6×10C＝3×10－4C，

流过R1的总电量等于电容器带电量的增加量，即：

ΔQ＝Q′－Q＝1.2×10－4C.

（3）开关断开以后，电源又释放的电能为：

E电＝ΔQE＝1.2×10－4×10J＝1.2×10－3J.

答案：

（1）1A　

（2）1.2×10－4C　（3）1.2×10－3J

主题3　电路故障的分析方法

1．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．

2．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．

3．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、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．

【典例3】　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“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B.

答案：

B

针对训练

3．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D.

答案：

D

主题4　电学实验

1．实验基本原则．

（1）安全——不损坏实验仪器．

（2）精确——尽可能减少实验误差．

（3）方便——便于实验操作、读数和数据处理．

2．实验仪器的选取．

（1）电源允许的最大电流要大于电路中的实际电流．

（2）用电器的额定电流大于或等于通过它的实际电流．

（3）电压表和电流表的量程不能小于被测电压和电流的最大值，一般两表的指针应该指到满偏刻度的～的位置为宜．

3．两种电路的选择．

（1）阻值比较法：

先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法．简单概括为“大内偏大，小外偏小”．

（2）临界值计算法．

Rx＜时，用电流表外接法；

Rx＞时，用电流表内接法．

（3）实验试探法：

按如图所示接好电路，让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法．

4．滑动变阻器的两种接法的选择．

（2）两种接法的适用条件．

限流式接法适合测量阻值小的电阻（跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小）．

分压式接法适合测量阻值较大的电阻（一般比滑动变阻器的总电阻要大）．

如果Rx很小，限流式接法中滑动变阻器分得电压较大，调节范围也比较大．Rx很大时，分压式接法中Rx几乎不影响电压的分配，滑片移动时，电压变化接近线性关系，便于调节．

①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流（或电压）仍超过电流表（或电压表）的量程，或超过待测电阻的额定电流（或电压），则必须选用分压式接法．

②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路．

③若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路．

④两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低．

5．电路的实物连接的方法．

（1）先图后连，先串后并．

（2）看准极性，接线到柱．

（3）明确量程，检查定位．

【典例4】　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“×1K”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：

（1）S　（3）T　0刻线　（4）ADC

针对训练

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）．请你帮助小明完成下列问题：

（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）滑动变阻器应选择能使电路电流适中且移动滑片时电流表示数较明显，所以选D.（4）E＝3V，r＝0.75Ω.

答案：

见解析

统揽考情

本章的内容较多，理论基础是闭合电路的欧姆定律，通常以电路分析、计算和实验题的形式考查，近几年来，实验题的考查是重中之重．从近几年的高考来看，各省市的高考题基本都涉及本章的实验，考查范围较广，有实验仪器的选择与使用、实验过程与结果的分析以及实验设计，涉及的实验有多用电表的使用、伏安法测电阻，电流表（电压表）的改装和测电源电动势和内阻．这要求我们在深刻理解闭合电路的欧姆定律、熟练掌握电路分析方法的基础上，对有关的几个实验在原理、实质上有明确的认识．

真题例析

（2013·广东卷）下图a是测量电阻Rx的原理图，学生电源输出电压可调，电流表量程选0.6A（内阻不计），标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30.0cm.

图a

图b

图c

（1）根据原理图连接图b的实物图．

（2）断开S2，合上S1；调节电源输出电压为3.0V时，单位长度电阻丝的电压u＝________V/cm.记录此时电流表A1的示数．

（3）保持S1闭合，合上S2；滑动c点改变ac的长度l，同时调节电源输出电压，使电流表A1的示数与步骤②记录的值相同，记录长度l和A2的示数I.测量6组l和I值，测量数据已在图c中标出．写出Rx与l、I、u的关系式Rx＝______；根据图c用作图法算出Rx＝________Ω.

解析：

（2）3V电压分布在长为30cm的电阻丝上，故有单位长度的电压u＝V/cm＝0.1V/cm.

（3）设电阻丝每1cm长的电阻为R，当合上S1,断开S2时，设此时电阻丝电流为I′，有：

I′·30R＝30u,当合上S1、S2时，I′·lR＝IRx，由上两式得：

Rx与l、I、u的关系式Rx＝.在图c中过尽可能多的点作直线如图所示，对照图可得l＝I，由L－I图线的斜率k＝60.016cm/A＝，可得Rx＝ku＝60.016×0.1Ω≈6.0Ω.

答案：

（1）见下图　

（2）0.1　（3）　6.0

针对训练

（1）在测定一根粗细均匀的合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示，校零时的读数为________mm，合金丝的直径为________mm.

（2）为了精确测量合金丝的电阻Rx，设计出如图1所示的实验电路图，按照该电路图完成图2中的实物电路连接．

图1

图2

解析：

校零时螺旋测微器读数：

0mm＋0.01mm×0.7＝0.007mm；测量时螺旋测微器读数：

0.5mm＋0.01mm×14.5＝0.645mm；合金丝的直径d＝0.645mm－0.007mm＝0.638mm.

答案：

（1）0.007mm　0.638mm　

（2）实物电路连接如图

1．（2016·全国Ⅱ卷）阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E（内阻可忽略）连接成如图所示电路．开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为（　　）

A.　　　　B.　　　　C.　　　　D.

解析：

当开关S断开时等效电路如图1所示，电容器C两端的电压U＝E，所带的电荷量Q1＝CU＝CE；当开关S闭合时等效电路如图2所示，电容器C两端的电压U′＝E，所带的电荷量Q2＝CE.所以＝，C项正确．

图1　　　　　　　　　　图2

答案：

C

2．（2014·全国Ⅱ卷）在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200Ω，电压表的内阻约为2kΩ，电流表的内阻约为10Ω，测量电路中电流表的连接方式如图（a）或图（b）所示，

图（a）

图（b）

结果由公式Rx＝计算得出．式中U与I分别为电压表和电流表的示数．若将图（a）和图（b）中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则__________（填“Rx1”或“Rx2”）更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1________（填“大于”“等于”或“小于”）真实值，测量值Rx2________（填“大于”“等于”或“小于”）真实值．

解析：

＝20，＝10，因此Rx属于大电阻，用电流表内接法时测量值更接近真实值，即Rx1更接近真实值；因Rx1＝＝Rx＋RA，故Rx1＞Rx，Rx2＝＝R并（即Rx与RV的并联值），故Rx2＜Rx.

答案：

Rx1　大于　小于

3．某同学用量程为1mA、内阻为120Ω的表头按图（a）所示电路改装成量程分别为1V和1A的多用电表．图中R1和R2为定值电阻，S为开关．回答下列问题：

（1）根据图（a）所示的电路，在图（b）所示的实物图上连线．

（2）开关S闭合时，多用电表用于测量________（填“电流”“电压”或“电阻”）；开关S断开时，多用电表用于测量________（填“电流”“电压”或“电阻”）．

（3）表笔A应为________色（填“红”或“黑”）．

（4）定值电阻的阻值R1＝________Ω，R2＝________Ω（结果取3位有效数字）．

图（a）　　　　　　　　图（b）　

解析：

（1）见答案．

（2）开关S闭合时，表头和R2串联后与R1并联，为电流表，因此用于测量电流；当开关S断开时，R2与表头串联，为电压表，因此用于测电压．

（3）电流应从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表，因此表笔A应为黑色．

（4）开关S断开时为电压表，U＝Ig（Rg＋R2），解得R2＝880Ω；

开关S闭合时为电流表，R1＝＝1.00Ω.

答案：

（1）连线如图所示

（2）电流　电压　（3）黑　（4）1.00　880

4．某同学设计的可调电源电路如图（a）所示，R0为保护电阻，P为滑动变阻器的滑片，闭合电键S.

（1）用电压表测量A、B两端的电压；将电压表调零，选择0～3V挡，示数如图（b），电压值为________V.

（2）在接通外电路之前，为了保证外电路的安全，滑片P应先置于________端．

（3）要使输出电压U变大，滑片P应向________端移动．

（4）若电源电路中不接入R0，则在使用过程中，存在______（填“断路”或“短路”）的风险．

解析：

（1）电压表选择0～3V量程，最小刻度为0.1V，读数时应估读到下一位，因此电压表的读数为1.30V．

（2）接通电路前应使滑片置于A端，使用电器两端电压为0，这样才能保护外电路的安全．（3）要增大输出电压，应使滑片P向B端移动．（4）如果电路不接入R0，则电路电流过大会烧坏电路，出现短路风险．

答案：

（1）1.30　

（2）A　（3）B　（4）短路

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）由题图（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，A、B、C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，在下图坐标系中作出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＝UI＝2×0.3W＝0.6W.

答案：

（1）见解析图所示　

（2）D　（3）0.6　0.6