2019-2020年高中物理 第二章 電路章末知識整合 粵教版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 第二章 電路章末知識整合 粵教版選修3-1 (1)電功：W＝U-It. (2)電功率：P電＝U-I. (3)熱量：Q＝I2Rt. (4)熱功率：P熱＝I2R. 分析與方法：閉合電路中電功、熱量和電功率、熱功率的問題本質(zhì)上都是能量轉(zhuǎn)化和守恒問題．分析這類問題時，要注意區(qū)分電功和熱量、電功率和熱功率，抓住能量守恒這條主線；在純電阻電路中，電功和熱量相等，電功率和熱功率相等；在非純電阻電路中，電功大于熱量，電功率大于熱功率． 例1　一臺洗衣機上的電動機的額定電壓U＝220 V，線圈電阻R＝1 Ω，在額定電壓下正常運轉(zhuǎn)時電流I＝2 A，求： (1)電動機消耗的總功率和發(fā)熱功率． (2)電動機的輸出功率． 解析：(1)電動機總功率即為電功率P總＝U-I＝2202 W＝440 W；發(fā)熱功率即為線圈電阻的熱功率P熱＝I2R＝221 W＝4 W. (2)電動機的輸出功率即為電動機的機械功率，由能量守恒可得：P總＝P出＋P熱，所以P出＝P總－P熱＝436 W. 答案：(1)P總＝440 W　P熱＝4 W　(2)P出＝436 W 點評：電動機是非純電阻元件，解答時要注意從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度理解其消耗功率、發(fā)熱功率和輸出功率之間的關系． ?練習 1．一直流電動機線圈內(nèi)阻一定，用手握住轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動，在線圈兩端加電壓為0.3 V，電流為0.3 A；松開轉(zhuǎn)軸，在線圈兩端加電壓為2 V時，電流為0.8 A，電動機正常工作．求：該電動機正常工作時，輸入的電功率是多少？電動機的機械功率是多少？ 解析：電動機不轉(zhuǎn)動時，其消耗的電功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故可視為純電阻電路，由歐姆定律得電動機線圈內(nèi)阻：r＝＝ Ω＝1 Ω，電動機轉(zhuǎn)動時，消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機械能，其輸入的電功率為P入＝I1U1＝0.82 W＝1.6 W，電動機的機械功率P機＝P入－Ir＝1.6 W－0.821 W＝0.96 W. 答案：1.6 W　0.96 W 在恒定電路中，常會由于某個因素的變化而引起整個電路中一系列電學量的變化，出現(xiàn)牽一發(fā)而動全身的情況，此類問題即為動態(tài)電路問題． 方法一：“程序法” 分析這類問題的常用方法是“程序法”，即從阻值變化的部分入手，由串、并聯(lián)規(guī)律判斷R總的變化情況，再由歐姆定律判斷I總和U外的變化情況，最后由部分電路歐姆定律判定各部分的變化情況． 　例2 電動勢為E，內(nèi)阻為r的電源與定值電阻R1、R2及滑動變阻器R連接成的電路，當滑動變阻器的觸頭由中點滑向b端時，下列說法正確的是(　　) A．電壓表和電流表的讀數(shù)都增大 B．電壓表和電流表的讀數(shù)都減小 C．電壓表的讀數(shù)增大，電流表的讀數(shù)減小 D．電壓表的讀數(shù)減小，電流表的讀數(shù)增大 解析：當滑動變阻器觸點向b端移動時，滑動變阻器的電阻R增大，則R和R2的并聯(lián)電阻增大，回路外電阻R外增大，由閉合電路歐姆定律I總＝可知，干路電流減?。蒛＝E－I總r可知，路端電壓增大，故電壓表讀數(shù)增大；R1兩端的電壓U1＝I總R1，R2兩端的電壓U2＝U－U1，所以加在R2兩端電壓U2增大，流過R2的電流增大，流過電流表的電流 I3＝I總－I2，故電流表的讀數(shù)變小．綜上所述可知，選項C正確． 答案：C 點評：分析動態(tài)電路問題時，關鍵是明確分析物理量的順序，先部分再整體再部分；分析部分電路時，要先分析不變部分，再分析變化的部分；要注意思維的變換，分析電壓不行時再分析電流． 方法二：“并同串反” 1．“并同”：是指某一電阻增大時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大；某一電阻減小時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小． 2．“串反”：是指某一電阻增大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減?。荒骋浑娮铚p小時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率將增大． 　例3 如圖所示的電路中，R1、R2、R3、和R4皆為定值電阻，R5為可變電阻，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，設電流表A的讀數(shù)為I，電壓表V的讀數(shù)為U，當R5的滑動點向圖中a端移動時(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．I變大，U變小 B．I變大，U變大 C．I變小，U變大 D．I變小，U變小 解析：本題中變量是R5，由題意知，R5的等效電阻變?。喕娐方Y(jié)構(gòu)可知，電壓表V，電流表A均與R5間接并聯(lián)，根據(jù)“串反并同”的原則，電壓表V，電流表A的讀數(shù)均與R5的變化趨勢相同，即兩表示數(shù)均減?。? 答案：D 點評：(1)近幾年高考對電路的分析和計算，考查的重點一般不放在基本概念的理解和辨析方面，而是重在知識的應用方面．本題通過5個電阻與電表的串、并聯(lián)構(gòu)成較復雜的電路，關鍵考查考生簡化電路結(jié)構(gòu)、繪制等效電路圖的能力．然后應用“串反并同”法則，可快捷得到結(jié)果． (2)注意“串反并同”法則的應用條件：單變量電路． 對于多變量引起的電路變化，若各變量對同一對象分別引起的效果相同，則該原則的結(jié)果成立；若各變量對同一對象分別引起的效果相反，則“串反并同”法則不適用． ?練習 2．(多選)如圖所示，圖中的四個表均為理想表，當滑動變阻器的滑動觸點向右端滑動時，下列說法正確的是(AD) A．電壓表V1的讀數(shù)減小，電流表A1的讀數(shù)增大 B．電壓表V1的讀數(shù)增大，電流表A1的讀數(shù)減小 C．電壓表V2的讀數(shù)減小，電流表A2的讀數(shù)增大 D．電壓表V2的讀數(shù)增大，電流表A2的讀數(shù)減小 解析：當滑動變阻器的滑動觸點向右端滑動時，R的阻值減小，電路中的總電阻減小，根據(jù)歐姆定律，電路中的總電流增大，即電流表A1的讀數(shù)增大；電壓表V1的讀數(shù)為電路的路端電壓，其讀數(shù)減小，故A正確．路端電壓減小則電流表A2的讀數(shù)減?。豢傠娏髟龃?，A2電流減小，則流過R2的電流增大，故電壓表V2的讀數(shù)增大，D正確． 一、故障類型 1．短路：電路被短路部分有電流通過(電流表有示數(shù))被短路兩點之間沒有電壓．(電壓表無示數(shù)) 2．斷路：電路斷路部分沒有電流通過(電流表無示數(shù))斷路兩點之間有電壓，斷路同側(cè)導線兩點無電壓． 二、電路故障分析思路 1．認真審題，判斷電路各元件連接方式，明確電流表、電壓表測量的元件，各開關控制的元件． 2．根據(jù)故障現(xiàn)象分析有無電流，得出電路是短路還是斷路． 3．根據(jù)電表示數(shù)變化分析找出故障位置． 三、利用電流表、電壓表判斷電路故障 1．電流表示數(shù)正常而電壓表無示數(shù)． “電流表示數(shù)正?！北砻麟娏鞅硭陔娐窞橥?，“電壓表無示數(shù)”表明無電流通過電壓表． 故障原因可能是：(1)電壓表損壞；(2)電壓表接觸不良；(3)與電壓表并聯(lián)的用電器短路． 2．電壓表有示數(shù)而電流表無示數(shù)． “電壓表有示數(shù)”表明電路中有電流通過，“電流表無示數(shù)”說明沒有或幾乎沒有電流流過電流表． 故障原因可能是：(1)電流表短路；(2)和電壓表并聯(lián)的用電器斷路． 3．電流表和電壓表均無示數(shù)． “兩表均無示數(shù)”表明無電流通過兩表，除了兩表同時短路外，可能是干路斷路導致無電流． 四、利用電導線判斷電路故障(主要判斷斷路故障) 電路中無電流或燈泡不發(fā)光：將導線接在兩點間，如果電路中有電流(或電路中燈泡發(fā)光了)，說明此兩點間有斷路． 　例4 在如圖所示電路中，電源電壓不變，閉合開關S，電路正常工作一段時間后，發(fā)現(xiàn)其中一個電壓表示數(shù)變大，則(　　) A．L可能變亮　　 B．R可能斷路 C．燈L可能斷路 D．電阻R可能短路 解析：首先分析電路的連接方式與電表的作用對象．燈L與電阻R串聯(lián)，V測電源電壓，V1測電阻R電壓．其次，從故障現(xiàn)象看，有一個電壓表示數(shù)變大，而電源電壓不變則可判斷是V1示數(shù)變大．根據(jù)上面的“故障分析思路”可判斷：可能是燈L短路，或者可能是電阻R斷路(V1也測電源電壓)．所以，此題應選答案B. 答案：B 　例5 如圖所示，開關S閉合電燈不亮，為了檢查圖中電路故障，現(xiàn)用一根導線進行判斷，當導線連接BC時，燈不亮；當導線連接CD時，燈也不亮；當導線連接DE時，燈亮了．則電路故障原因是(　　) A．電阻R斷路　　　　　B．電燈L斷路 C．R、L同時斷路 D．變阻器R斷路 解析：在串聯(lián)電路中，燈不亮，有兩種可能，第一：燈短路；第二：電路中有斷路處．根據(jù)導線的連接現(xiàn)象判斷，應該不是第一種故障，所以是電路中有斷路處．當把斷路處連接好，燈就會亮．所以，此題應選答案D. 答案：D 含電容電器的分析與計算方法 在直流電路中，當電容器充、放電時，電路里有充、放電電流．一旦電路達到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當于一個阻值無限大(只考慮電容器是理想的不漏電的情況)的元件，在電容器處電路可看作是斷路，簡化電路時可去掉它．簡化后若要求電容器所帶電量時，可接在相應的位置上．分析和計算含有電容器的直流電路時，需注意以下幾點： (1)電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，所以在此支路中的電阻上無電壓降，因此電容器兩極間的電壓就等于該支路兩端的電壓． (2)當電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時，電容器兩極間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端的電壓相等． (3)電路的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充(放)電．如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電；如果電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電． 　例6 如圖所示，電源電動勢E＝12 V，內(nèi)阻r＝1 Ω，電阻R1＝3 Ω，R2＝2 Ω，R3＝5 Ω，電容器的電容C1＝4 μF，C2＝1 μF.求： (1)當S閉合時間足夠長時，C1和C2所帶的電量各是多少？ (2)然后把S斷開，S斷開后通過R2的電量是多少？ 解析：(1)當S閉合時間足夠長時，C1兩端的電壓等于R2兩端的電壓；C2兩端的電壓等于路端電壓． 回路電流I＝＝2 A. C1兩端的電壓：UC1＝U2＝IR2＝4 V， C1的帶電量為：Q1＝C1UC1＝410－64 C＝1.610－5 C. C2兩端的電壓：UC2＝U＝I(R1＋R2)＝10 V， C2的帶電量為：Q2＝C2UC2＝110－610 C＝1.010－5 C. (2)斷開S后，電容器C1通過電阻R2、R3放電；電容器C2通過電阻R1、R2、R3放電，放電電流均流過R2，且方向相同． 因此，通過R2的電量為：Q＝Q1＋Q2＝1.610－5 C＋1.010－5 C＝2.610－5 C. 答案：(1)1.610－5 C　1.010－5 C (2)Q＝2.610－5 C 　例7 用如圖所示的多用電表測量電阻，要用到選擇開關K和兩個部件S、T.請根據(jù)下列步驟完成電阻測量： ①旋動部件________，使指針對準電流的“0”刻度線. ②將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“100”位置. ③將插入“＋”、“－”插孔的表筆短接，旋動部件______，使指針對準電阻的________(填“0 刻線”或“∞刻線”). ④將兩表筆分別與待測電阻相接，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過?。疄榱说玫奖容^準確的測量結(jié)果，請從下列選項中挑出合理的步驟，并按________的順序進行操作，再完成讀數(shù)測量． A．將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“1”的位置 B．將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“10”的位置 C．將兩表筆的金屬部分分別與被測電阻的兩根引線相接 D．將兩表筆短接，旋動合適部件，對電表進行校準 解析：首先要對表盤機械校零，所以旋動部件是S.接著是歐姆調(diào)零，將“＋”、“－”插孔的表筆短接，旋動部件T，讓表盤指針指在最右端零刻度處．當兩表筆分別與待測電阻相接，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過小，為了得到比較準確的測量結(jié)果，必須將指針指在中間刻度附近，所以要將倍率調(diào)大．原因是指針偏轉(zhuǎn)小，則說明刻度盤值大，現(xiàn)在要指針偏大即刻度盤值要小，則只有調(diào)大倍率才會實現(xiàn)．所以正確順序ADC. 答案：①S?、跿　0刻線?、蹵DC ?練習 3．如圖是某同學連接的實驗實物圖，使用四節(jié)電動勢為1.5 V的干電池做電源，合上開關S后發(fā)現(xiàn)A、B燈都不亮，他采用下列兩種方法檢查故障： (1)用多用電表的直流電壓擋進行檢查： ①那么選擇開關應置于下列量程的幾擋(　　) A．2.5 V　　　B．10 V　　　 C．50 V　　　D．250 V ②在測試a、b間直流電壓時，紅表筆應接觸______(填“a”或“b”)點． (2)用歐姆擋的“1”擋檢查c、f段電路情況． ①測試前，應將開關S______(填“斷開”或“閉合”)； ②測試結(jié)果如表格所示，由此可以斷定這段電路的故障是(　　) 測試點 表針讀數(shù)情況 c、d 28 Ω d、e ∞ e、f 28 Ω A.燈A斷路 B．燈B斷路 C．燈A、B都斷路 D．de間導線斷路 答案：(1)B　a　(2)斷開　D 　例8 為了測定某一電源的電動勢E和內(nèi)阻r(E約為4.5 V，r約為1.5 Ω)，實驗室提供的實驗器材有：量程為3 V的理想電壓表V；量程為0.5 A的電流表A(具有一定內(nèi)阻)；固定電阻R＝4 Ω；滑動變阻器R′；電鍵K；導線若干． (1)畫出實驗原理圖． (2)實驗中，當電流表的讀數(shù)為I1時，電壓表的讀數(shù)為U1；當電流表的讀數(shù)為I2時，電壓表的讀數(shù)為U2.則可以求出E＝________，r＝________． 解析：(1)電路中的短路電流I0≈＝3 A，大于電流表量程，所以必須使用固定電阻保護電路，兼顧干路中電流測量的準確性，采用如圖所示的電路． (2)由閉合電路歐姆定律有： U1＝E－I1(R＋r)，U2＝E－I2(R＋r)， 聯(lián)立兩式解得：E＝，r＝－R. 答案：見解析 ?練習 4．小明的實驗桌上有：A.待測電源一個(電動勢約3 V，內(nèi)阻小于1 Ω)；B.直流電流表(量程0～0.6～3 A，0.6 A 擋的內(nèi)阻約0.22 Ω，3 A擋的內(nèi)阻約0.1 Ω)；C.直流電壓表(量程0～3～15 V，3 V擋內(nèi)阻為15 kΩ，15 V擋內(nèi)阻為25 kΩ)；D.滑動變阻器(阻值范圍為0～15 Ω，允許最大電流為1 A)；E.滑動變阻器(阻值范圍為0～1 000 Ω，允許最大電流為0.2 A)；F.開關；G.導線若干；H.小燈泡(電阻小于1 Ω)．假如你是小明，請你完成： (1)利用給出的器材測電源的電動勢和內(nèi)阻，有如圖甲、乙兩種電路，為了減小測量誤差，應選擇圖______所示電路． (2)根據(jù)你選擇的電路將圖丙中的實物連接好． (3)你選擇的滑動變阻器是____________(填代號)，理由是________________________________________________________________________． (4)小明根據(jù)測出的數(shù)據(jù)，作出U－I圖線如圖丁a線所示，實驗所測電源的電動勢為E＝__________V，內(nèi)電阻為r＝________Ω. 　　　 解析：(1)伏特表測量的是路端電壓，所以使用圖乙電路．(2)圖略．(3)D，電流適中且移動滑片時電流表示數(shù)較明顯．(4)3，0.75. 答案：見解析 專題三　測定小燈泡的U-I關系曲線 線性元件的伏安特性曲線是過原點的直線，而非線性元件的伏安特性曲線則是過原點的曲線．因此，在分析非線性元件的伏安特性時，要充分認識到這一點，避免受線性元件伏安特性曲線的影響而形成思維定勢． 　例9 小燈泡通電后其電流隨所加電壓變化的圖線如圖所示，P為圖線上一點，PN為過P點的切線．則下列說法正確的是(　　) A．對應P點，小燈泡的電阻為0.1 Ω B．對應P點，小燈泡的電阻為0.05 Ω C．對應P點，小燈泡的電阻為10 Ω D．對應P點，小燈泡的電阻為20 Ω 解析：該圖線是小燈泡的伏安特性曲線，值得注意的是，流過小燈泡的電流和小燈泡兩端的電壓并不是正比關系．對應P點，小燈泡的電阻R＝＝ Ω＝10 Ω.故選項C正確． 答案：C 點評：分析該題常見的錯誤有兩種：一種是沒有看清縱坐標和橫坐標所代表的物理量，受思維定勢的影響，認為小燈泡的電阻R＝ Ω＝0.1 Ω，誤選了A；一種是誤認為切線斜率的倒數(shù)就表示小燈泡的電阻，而誤選了D. ?練習 5．在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，利用實驗得到了8組數(shù)據(jù)，在圖(a)所示的I－U坐標系中，通過描點連線得到了小燈泡的伏安特性曲線． (1)根據(jù)圖線的坐標數(shù)值，請在圖(b)中用筆畫線代替導線，把實驗儀器連接成完整的實驗電路． (2)根據(jù)圖(a)，可判斷出圖(c)中正確的關系圖是________(圖中P為小燈泡功率)． (3)將同種規(guī)格的兩個這樣的小燈泡并聯(lián)后再與10 Ω的定值電阻串聯(lián)，接在電壓恒為8 V的電源上，如圖(d)所示，則電流表的示數(shù)為________A，每個小燈泡的功率為________W. 解析：(1)因描繪小燈泡的伏安特性曲線實驗中，電流從零調(diào)到最大值，滑動變阻器應用分壓式，故電路圖如圖所示． (2)由圖(a)所示圖象可知，隨電流增大，燈泡電阻R增大，由P＝I2R可知，在P－I2圖象中圖象上某點與原點連線的斜率為電阻R，而電阻R又隨I的增大而增大，則P－I2圖象的斜率隨I2的增大而增大，由圖象可知，ABC錯誤，D正確． (3)由圖(d)所示電路圖可知，兩燈泡并聯(lián)，可以把電源與定值電阻等效為電源，設每只電燈加上的實際電壓和實際電流分別為U和I. 在這個閉合電路中，E＝U＋2IR0，代入數(shù)據(jù)并整理得，U＝8－20I，在圖(a)所示坐標系中作出U＝8－20I的圖象如圖所示，由圖象可知，兩圖象交點坐標值為：U＝2 V、I＝0.3 A，此時通過電流表的電流值IA＝2I＝0.6 A，每只燈泡的實際功率P＝U-I＝20.3 W＝0.6 W. 答案：(1)電路圖如圖所示　(2)D　(3)0.6　0.6