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
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