沪科版物理选修31 第4章 章末分层突破.docx
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沪科版物理选修31第4章章末分层突破
章末分层突破
[自我校对]
①
②
③U+Ir
④E-Ir
⑤=
⑥UIt
⑦I2Rt
⑧内电阻
关于闭合电路的动态分析问题
电路中局部的变化会引起整个电路电流、电压、电功率的变化,“牵一发而动全局”是电路问题的一个特点.电路动态分析的基本方法:
1.分析电路的连接关系,各电表所测的对象,明确变阻器阻值的变化情况.
2.先整体,后局部,注意内、外电路的联系.首先判断外电阻R的变化情况,再根据闭合电路欧姆定律I=
判断干路电流的变化,进而明确路端电压的变化情况.
3.由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分电路电压及电流的变化,并且遵循“先分析串联电路后分析并联电路,先分析定值电阻后(间接)分析可变电阻”的原则.
如图41所示,电路中R1、R2均为可变电阻,电源内阻不能忽略,平行板电容器C的极板水平放置.闭合电键S,电路达到稳定时,带电油滴悬浮在两板之间静止不动.如果仅改变下列某一个条件,油滴仍能静止不动的是( )
图41
A.增大R1的阻值
B.增大R2的阻值
C.增大两板间的距离
D.断开电键S
【解析】 为了保证带电油滴悬浮在两板之间静止不动,就要使电容器两板之间的场强E不变,电路稳定后,和电容器相串联的电阻对电容器两端的电压不产生影响,而增大R1的阻值将使电容器两端的电压增大,根据E=
可知,E增大,故A错误;增大R2的阻值,电容器两端的电压不变,E不变,故B正确;增大两板间的距离,E减小,故C错误;断开电键S,电容器两端的电压发生改变,D错误.
【答案】 B
在如图42所示的电路中,两个灯泡均发光,当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时,则( )
图42
A.A灯变亮,B灯变暗
B.A灯和B灯都变亮
C.电源的输出功率减小
D.电源的工作效率降低
【解析】 当滑动触头向下滑动时,R总变大,由I总=
,UA=E-I总R1知UA增大,故A灯变亮,I总=IA+IB+IR2,I总减小,而IA、IR2均增加,故IB减小,B灯变暗,A正确,B错误.P输=(
)2R总=
,当R总增加时,因R总与r大小关系未知,不能判断P输具体如何变化,故C错误,η=
×100%=
×100%,当R总增加时,η增加,故D错误.
【答案】 A
纯电阻电路和非纯电阻电路
1.对于纯电阻电路(如白炽灯、电炉丝等构成的电路),电流做功将电能全部转化为内能,W=Q=UIt=
t=Pt.
2.对于非纯电阻电路(如含有电动机、电解槽等的电路),电功大于电热.在这种情况下,不能用I2Rt或
t来计算电功,电功用W=UIt来计算,电热用Q=I2Rt计算.
如图43所示,电解槽A和电炉B并联后接到电源上,电源内阻r=1Ω,电炉电阻R=19Ω,电解槽电阻r′=0.5Ω.当S1闭合、S2断开时,电炉消耗功率为684W;S1、S2都闭合时电炉消耗功率为475W(电炉电阻可看作不变).试求:
【导学号:
29682026】
图43
(1)电源的电动势;
(2)S1、S2都闭合时,流过电解槽的电流大小;
(3)S1、S2都闭合时,电解槽中电能转化成化学能的功率.
【解析】
(1)设S1闭合、S2断开时电炉功率为P1,电炉中电流I=
=
A=6A,
电源电动势E=I(R+r)=120V.
(2)设S1、S2都闭合时电炉功率为P2,电炉中电流为
I′=
=
A=5A,
电源路端电压为U=I′R=5×19V=95V,流经电源的电流为I1=
=
A=25A,
流过电解槽的电流为IA=I1-I′=20A.
(3)电解槽消耗的电功率
PA=IAU=20×95W=1900W,
电解槽内热损耗功率
P热=I
r′=202×0.5W=200W,
电解槽中电能转化成化学能的功率为
P化=PA-P热=1700W.
【答案】
(1)120V
(2)20A (3)1700W
1.电炉为纯电阻用电器,其消耗的电能全部转化为电热.
2.电解槽为非纯电阻用电器,其消耗的电能转化为电热和化学能两部分.
含电容器电路的分析与计算
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荷量时,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低,因此电容器两极板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,电容器两极板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.
如图44所示,E=10V,r=1Ω,R1=R3=5Ω,R2=4Ω,C=100μF.当S断开时,电容器中带电粒子恰好处于静止状态.求:
图44
(1)S闭合后,带电粒子加速度的大小和方向;
(2)S闭合后流过R3的总电荷量.
【导学号:
29682027】
【解析】 开始带电粒子恰好处于静止状态,必有qE=mg且qE竖直向上.S闭合后,qE=mg的平衡关系被打破.S断开,带电粒子恰好处于静止状态,设电容器两极板间距离为d,有UC=
E=4V,
=mg.
S闭合后,UC′=
E=8V
设带电粒子加速度为a,
则
-mg=ma,解得a=g,方向竖直向上.
(2)S闭合后,流过R3的总电荷量等于电容器上电荷的增加量,所以ΔQ=C(UC′-UC)=4×10-4C.
【答案】
(1)g 方向竖直向上
(2)4×10-4C
1.用如图45所示电路测量电源的电动势和内阻.实验器材:
待测电源(电动势约3V,内阻约2Ω),保护电阻R1(阻值10Ω)和R2(阻值5Ω),滑动变阻器R,电流表A,电压表V,开关S,导线若干.
图45
实验主要步骤:
(ⅰ)将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大,闭合开关;
(ⅱ)逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值,记下电压表的示数U和相应电流表的示数I;
(ⅲ)以U为纵坐标,I为横坐标,作UI图线(U、I都用国际单位);
(ⅳ)求出UI图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.
回答下列问题:
(1)电压表最好选用________;电流表最好选用________.
A.电压表(0~3V,内阻约15kΩ)
B.电压表(0~3V,内阻约3kΩ)
C.电流表(0~200mA,内阻约2Ω)
D.电流表(0~30mA,内阻约2Ω)
(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压表示数增大.两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________.
A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱
B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱
C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱,另一条导线接在电阻丝左端接线柱
D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱,另一条导线接在电阻丝右端接线柱
(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式,E=________,r=________,代入数值可得E和r的测量值.
【解析】
(1)由于待测电源的电动势为3V,故电压表应选0~3V量程,而该电路中电压表分流越小,实验误差越小,故选大内阻的电压表,故电压表选A.回路中电流的最大值Imax=
≈158mA,故电流表选C.
(2)当电压表示数变大时,说明外电路电阻变大,即滑片从左向右滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻变大,对于A、B两选项,在滑片移动的过程中回路电阻不变,选项C中滑片向右移动时回路电阻变大,选项D中,滑片向右移动时回路电阻变小,故选项C正确.
(3)根据闭合电路欧姆定律,得E=U+I(R2+r),即U=E-I(R2+r),所以k=R2+r,所以r=k-R2,横截距为U=0时,I=a,即0=E-ak,所以E=ak.
【答案】
(1)A C
(2)C (3)ak k-R2
2.下列说法正确的是( )
A.电流通过导体的热功率与电流大小成正比
B.力对物体所做的功与力的作用时间成正比
C.电容器所带电荷量与两极间的电势差成正比
D.弹性限度内,弹簧的劲度系数与弹簧伸长量成正比
【解析】 在导体电阻一定的条件下,由P=I2R知热功率与电流的二次方成正比,选项A错误.根据功的公式可知其大小与力的作用时间无关,选项B错误.由电容的定义式可得Q=CU,即电荷量与两极间的电势差成正比,选项C正确.弹簧的劲度系数只跟弹簧本身有关,与弹簧伸长量无关,选项D错误.
【答案】 C
3.如图46甲所示的电路中,恒流源可为电路提供恒定电流I0,R为定值电阻,电流表、电压表均可视为理想电表.某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗的电功率.改变RL的阻值,记录多组电流、电压的数值,得到如图乙所示的UI关系图线.
甲乙
图46
回答下列问题:
(1)滑动触头向下移动时,电压表示数________(填“增大”或“减小”).
(2)I0=______________A.
(3)RL消耗的最大功率为________W(保留一位有效数字).
【解析】
(1)滑动触头向下移动,RL变小,RL与R并联后的总电阻R总变小,由于电路连接恒流源,根据U=IR总可得电压表示数减小.
(2)若滑动触头滑至最下端,RL=0,定值电阻R被短路,电流表示数即为干路电流,由UI图像,当U=0时,I0=I=1.0A.
(3)由UI图像得解析式U=-20I+20,根据P=UI得:
P=-20I2+20I,则当I=0.5A时,P有最大值,Pmax=5W.
【答案】
(1)减小
(2)1.00(0.98、0.99、1.01均正确) (3)5
4.用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5V,内电阻约1Ω)的电动势和内电阻,除待测电池组、电键、导线外,还有下列器材供选用:
A.电流表:
量程0.6A,内电阻约1Ω
B.电流表:
量程3A,内电阻约0.2Ω
C.电压表:
量程3V,内电阻约30kΩ
D.电压表:
量程6V,内电阻约60kΩ
E.滑动变阻器:
0~1000Ω,额定电流0.5A
F.滑动变阻器:
0~20Ω,额定电流2A
(1)为了使测量结果尽量准确,电流表应选用________,电压表应选用________,滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号).
(2)图47为正确选择仪器后,连好的部分电路.为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将________和________相连、________和________相连、________和________相连.(均填仪器上接线柱的字母代号).
图47
(3)实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器,重新连接电路,仍能完成实验.实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U.用图像法处理采集到的数据,为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线,则可以________为纵坐标,以________为横坐标.
【解析】
(1)为了使测量更准确,电流表选量程为0.6A的电流表A,电池组的电动势约4.5V,故电压表选D,为了便于调节滑动变阻器应选F.
(2)为了使测量误差尽可能小,测量电源电动势和内电阻的原理图如图
(1)所示,因此将a、d相连,c、g相连,f、h相连.
图
(1) 图
(2)
(3)用电阻箱和电压表测量电源电动势和内电阻的实验原理图如图
(2)所示,根据闭合电路欧姆定律,得E=U+
r,所以
=
+
·
,因此可作出
图像处理数据.
【答案】
(1)A D F
(2)a d c g f h
(3)
(或U
或
R)(横纵坐标互换亦可)
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