高考专题十直流电路Word文档格式.docx
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I3=。
〖命题意图〗
考查串、并联电路特点、部分电路欧姆定律,考查分析电路及应用知识能力。
〖解题思路〗
根据电流表视为短路,被短路的两点等电势。
可知三电阻并联。
原电路的等效电路如图所示。
因并联的三电阻相等,故各电阻中流过的电流都相同并都令为I。
由图知I2=2I1,I3=2I,I1=3I,I1:
I3=3I:
2I:
2I=3:
2:
2。
〖探讨评价〗
如果安培表A和伏特表V内阻的影响不能忽略时,以其内阻RA、RV分别代替之,每表既是一个测量工具,又是一个电阻,通过RA的电流即是A读数,RV两端的电压即是V表的读数。
㈡含容电路类
〖例2〗如图所示的电路图中。
C2=2C1,R2=2R1,下列说法正确的是:
①开关处于断开状态,电容C2的电量大于C1的电量
②开关处于断开状态,电容C1的电量大于C2的电量
③开关处于接通状态,电容C2的电量大于C1的电量
④开关处于接通状态,电容C1的电量大于C2的电量
A.①B.④C.①③D.②④
考查电容的概念、串并联电路中电阻两端的电压,考查理解、分析、运用能力。
电容是电容器所带电量与两极间电势差之比,电容器所带电量等于电容器的电容和电容器两端电压的乘积:
Q=CU;
在开关处于断开状态时。
两电容器两端的电压相等(并联电路),因C2=2C1,故Q2=2Q1,①正确;
当开关处于接通状态时,结合题目信息可以知道:
C1两端的电压是C2两端电压两倍(串联电路),即U1=2U2,由Q=CU,知Q1=Q2,故③④错,正确选项为A。
解答“含容电路”问题的关键在于:
⑴知道电容的“隔直通交”作用——电压一定时,电容器中无充放电电流;
电压变化时,电容器将充放电。
⑵)分清楚电容器两端的电压。
电容器上的电压等于与它并联的元件上的电压。
如本题在断开开关时,每个电容器的电压等于电源电动势;
在开关闭合时,C1的电压U1=UR2,C2电压U2=UR1。
⑶电容器上电量增大时,将有充电电流;
电容器上电量藏小时,将有放电电流。
㈢电表读数变化类
〖例3〗(1992年高考)如图,电源电动势为E。
内阻为r。
R1和R2是两个阻值固定的电阻。
当可变电阻R的滑片向a点移动时,通过R1的电流I1和通过R2的电流I2将发生如下的变化:
A.I1变大,I2变小
B.I1变大,I2变大
C.I1变小,I2变大
D.I1变小,I2变小
滑片向a点移动时,R变小,总电阻变小,根据闭合电路的欧姆定律可知,总电流I变大。
电源路端电压减小。
再由部分电路欧姆定律可知,R1上的电流I1变小,流过R2的电流增加。
正确答案为C。
⑴本题运用了整体法和隔离体法。
整体法和隔离体法的联合应用,是处理电表示数变化、灯泡亮暗变化题目的常用方法。
⑵在处理电表示数变化或灯亮暗问题中,常要改变外电路的电阻,外电阻增减依据有:
a.串联电阻越多电阻越大;
b.并联电路支路增多。
电阻变小,支路减少,电阻增大;
当支路数不变。
一支路或几个支路的电阻都变大时,总电阻变大,反之减少。
〖例4〗(1994年高考)如图所示,电源电动势为E,内阻为r。
当可变电阻的滑片P向b点移动时,两电压表的读数U1、U2的变化情况是:
A.U1变大,U2变小
B.U1变大,U2变大
C.U1变小,U2变小
D.U1变小,U2变大
滑片向b点移动时,电阻变大,假设滑到b点时电阻变为无限大,则总电流变为零,相当于电源断路,此时U1值等于电源电动势E,U1为最大;
U2值等于零,U2为最小。
正确答案为A。
本题运用了极端假设分析法。
㈣电路故障检测类
〖例5〗(2000年全国高考)图为一电路板的示意图,a、b、c、d为接线柱,a、d与220V的交流电源连接,ab间、bc间、cd间分别连接一个电阻。
现发现电路中没有电流,为检查电路故障,用一交流电压表分别测得b、d两点间以及a、c两点间的电压均为220V。
由此可知:
A.ab间电路通,cd间电路不通
B.ab间电路不通,bc间电路通
C.ab间电路通,bc间电路不通
D.bc间电路不通,cd间电路通
考查电路的故障分析,考查学生的应用能力。
由“ab间、bc间、cd间分别连接一个电阻,现发现电路中无电流”可知:
原电路中必有一处断开;
又由“用一交流电压表测得a、d两点间以及a、c两点间电压均为220V”可知,在这两种情况下均把电压表串联接入电路,即b、d两点间和a、c两点间的公共部分断开,所以b、c间电路不通,其余部分都通。
对这样的故障分析选择题也可将选项逐一分析,看能否满足题设要求。
对A选项。
“cd间电路不通”情况下,“用电压表测a、c两点间电压”时,电压表示数为零,故A选项不对;
对B选项,“ab间电路不通”的情况下,“用电压表测bd间电压”时,电压表示数也为零,故B选项也不对。
对CD两选项,均满足题设要求,所以该题正确答案应为CD。
⑴本题加的是交流电压,故测电压时要用交流电压表,测的渎数为有效值。
若加的电压为直流电压,测电压要用直流电压表。
⑵电路检测方法:
a.断路故障的判断:
用伏特表逐段与电路并联。
若伏特表指针偏转,则该段电路有断点。
b.短路故障的判断:
用伏特表与电源并联,若有示数,说明外路未全部发生短路,再逐段与电路并联,若伏特表示数为零,则该电路被短路。
若伏特表示数不为零,则该电路不被短路或不完全被短路。
〖例6〗(2000年北京、安徽春季高考)AB两地间铺有通讯电缆,长为L,它是由两条并在一起彼此绝缘的均匀导线组成的,通常称为双线电缆。
在一次事故中经检查断定是电缆上某处的绝缘保护层损坏,导致两导线之间漏电,相当于该处电缆的两导线之间接了一个电阻。
检查人员经过下面的测量可以确定损坏处的位置:
⑴令B端的双线断开,在A处测出双线两端间的电阻RA;
⑵令A端的双线断开,在B处测出双线两端的电阻RB;
⑶在A端的双线间加一已知电压UA。
在B端用内阻很大的电压表测出两线间的电压UB。
试由以上测量结果确定损坏处的位置。
考查欧姆定律和电阻定律。
考查考生灵活运用所学物理知识解决实际问题的能力。
设双线电缆每单位长度的电阻为r,漏电处电阻为R。
漏电处距A为x,题设测量过程可用如图电路表示,则AA’间电阻
;
BB’间电阻
。
当AA’间加电压UA时,在BB’间用内阻很大的电压表测出的电压UB等于R两端电压(电缆上近似看作无电流无电势降落)。
根据欧姆定律
联立解得:
㈤求最大值类
〖例7〗如图所示的电路中,电池的电动势E=5V,内电阻r=10Ω,固定电阻R=90Ω,R0是可变电阻,在R0由零增加到400Ω的过程中,求:
⑴可变电阻R0上消耗热功率最大的条件和最大的热功率。
⑵电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和。
〖解法1〗
⑴电路中的电流强度:
,可变电阻R0上消耗的热功率为:
当
=0,即R0=100n时,P1最大,
⑵r和R消耗的热功率:
〖解法2〗
若根据电源输出功率最大的条件,用“等效电源”法求解将更简捷,即将固定电阻R与电源合起来看作电动势为E、内阻为(R+r)的等效电源,R0为外电路负载,则当R0=R+r=100Ω时,电源对外电路R0输出功率最大。
功率的最大及最小求解方法:
①电路消耗的最大功率
先找电路允许通过的最大电流Im,(方法参见例8的〖探讨评价〗),然后利用
总计算。
②某元件功率的最大值
由P=I2R知,流过某元件的电流最大时,它的功率就最大。
③电路消耗的最小功率
当电路两端的电压恒定时,由P=IU知,P最小的条件是I最小。
④电源输出的最大功率
如图,电源电动势为E,内阻为r。
外电阻为R。
则:
电源输出功率
…………①
或
………②
讨论:
⑴当E、R一定时,由①式知,电源输出功率最大的条件是:
让电源内阻r最小。
(属选电源类型)
⑵当R、r一定时,由①式知,电源输出功率最大的条件是:
让电源电动势E最大。
⑶当E、r一定时,由②式知,电源输出功率最大的条件是:
通过改变外电路的阻值R,让R=r。
(属选外电阻类型)
由以上讨论可知,只有属选外电阻类型电源输出功率最大的条件。
才是“R=r”。
〖例8〗四个同样的电阻R1、R2、R3、R4,额定电压都为9V,把它们连成如图所示的电路。
则这个电路允许加的最大电压为多少?
令每个电阻的阻值都为R,额定电压为U。
因R2、R3、R4都相同。
故并联部分允许加的最大电压U并’=U,并联部分允许通过的最大电流
电阻R1的额定电流
,因I1<
I并,故这段混联电路允许通过的最大电流Im=I1,允许加的最大电压Um=ImR总=12V。
本例属求最大电流或电压类问题,该类问题的求解方法如下:
①串联电路的最大电流
串联电路允许通过的最大电流,等于串联各元件额定电流中最小的那个电流值。
②并联电路的最大电压
并联电路两端允许加的最大电压,等于并联各元件额定电压中最小的那个电压值。
③混联电路的最大电压及最大电流
并联部分的最大允许电压U并’等于并联各元件额定电压中最小的那个电压值,并联部分允许通过的最大电流I’并=
混联电路的最大电流Im等于各串联部分允许通过电流中的最小那个电流值,混联电路允许加的最大电压Um=ImR总。
第二节电路设计与创新专题
2000年的高考电学实验题是开放型试题,它不仅要求考生会自行设计合理电路。
而且由于电路的设计不同还会得出不同的答案,这与一题多解、答案归一的问题是绝对不同的,开放型试题能充分展现考生的创新思维,是近年高考的新题型,是素质教育的产物。
开放型电路考题离不开元件的选取和电路选择,要用到部分或全电路欧姆定律。
在电路的选择上,是选用分压电路还是限流电路,是历年考生棘手的问题。
得分率极低,究其原因,就是还未弄清这两种电路选取的原则。
对限流电路和分压电路的选择,一定要把握以下原则:
⑴电路确保安全;
⑵电流或电压调节范围大;
⑶电路要节能。
从节能看,限流电路要比分压电路消耗的电能少:
但从电流电压的调节范围看,分压电路要比限流电路的电流、电压的调节范围都大。
因此,选择电路一定要综合考虑。
一定选用分压电路的情况有三种:
⑴用电器电阻远大于滑动变阻器的全值电阻时,要选用分压电路;
⑵用电器的电压要求从零开始连续调节时,要选分压电路;
⑶采用限流电路时,电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时,要选择分压电路。
当分压和限流都满足时,优先选择限流电路。
下面就结合历年高考题谈谈两种电路的选择。
典型例题透析
〖例1〗(1997年全国高考)某电压表的内阻在20kΩ—50kΩ之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可选用的器材:
待测电压表V(量程3V)、电流表A1(量程200μA)、电流表A2(量程5mA)、电流表A3(量程0.6A),滑动变阻器R(最大阻值1kΩ)、电源E(电动势4V),电键K。
⑴所提供的电流表中,应选用(填写字母代号)。
⑵为了尽量减小误差,要求测多组数据,试在方框中画出符合要求的实验电路图(其中电源电键及其连接已画出)。
考查定值电阻的伏安法测定。
要求考生理解伏安法测电阻的原理,会正确选择电路,合理选择仪表。
由于电压表内阻是滑动变阻器全值电阻的几十倍,如用限流电路,不仅电压调节范围小,而且超过了电压表的量程,故选择分压电路。
用电压表最大量程3V除以电压表最小电阻20kΩ,
估算得到最大电流为150μA,故应选择电流表量程200μA的A1表,电路图如图所示。
该题在1997年全国高考试题中属于难题,设置的物理情境新颖,许多考生感到束手无策。
解此题,要突破常规思维,将待测电压表看作一个能读出其两端电压的待测电阻。
与电流表串联后,测出通过电压表的电流。
这样就利用了伏安法测电阻。
滑动变阻器有两种接法:
⑴是限流式;
⑵是分压式。
若用限流式接法,由于变阻器的阻值在0~1kΩ之间变化,与电压表内阻相比,这种变化很小,电路中电流变化不大,不利于多次测量从而达到减少偶然误差的目的,也由于电源电动势4V大于待测电压表的额定电压,故滑动变阻器要采用分压电路。
〖例2〗(2000年全国高考)从下表中选出适当的实验器材,设计一电路来测量电流表小的内阻r1,要求方法简捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据。
器材(代号)
规格
电流表(A1)
量程10mA,内阻r1,待测(约40Ω)
电流表(A2)
量程500μA,内阻r2=750Ω
电压表(V)
量程10V,内阻r3=10kΩ
电阻(R1)
阻值约100Ω,作保护电阻用
滑动变阻器(R2)
总阻值约50Ω
电池(E)
电动势1.5V,内阻很小
电键(K)
导线若干
⑴在虚线方框中画出电路图,标明所用器材的代号。
⑵测量数据中的一组来计算r1,则所用的表达式为r1=。
考查伏安法测定值电阻,考查选用器材和设计电路的能力。
⑴设计电路的基本方法首先是选择元件,然后再考虑电路的连接问题。
在本题中,电阻(R1)、滑动变阻器(R:
)、电池(E)、电键(K)、导线若干必须要选。
问题出在是选用电流表A1,还是选用电压表V。
本题中电池电动势E=1.5V,而电压表量程为10V,如用电压表,则电压表上最大读数约为
,该数仅是电压表量程的4.3%,这样,读数误差太大,所以不选电压表V,而选电流表A2。
在本题中由于测A1内阻,选用A2,只有两表并联,对限流、分压均可。
答案见下图。
(最好选甲图,对丙图,调R2时,要注意不要超出两表量程)
⑵由上图可看出,A1、A2两端电压相等,
,
其中I1、I2分别为电流表A1、A2的读数,r1、r2分别为电流表A1、A2的内阻。
⑴学生对测定值电阻的电路比较熟悉,但像例1和本题测电表内阻的情况还比较陌生,尽管还是采用伏安法,但像例1减少了再用伏特表去测待测伏特表两端的电压,本例减少了用另一安培表测流过待测安培表电流了,待测电表自身的读数就告诉了自己消耗的电压或流过自身的电流。
⑵本例用到的原理仍是测电阻阻值的伏安法,但把电阻改成了电表,与平时的题设情境发生了改变,这就看考生的理解和应变能力如何了。
因此。
平时要注意自身发散思维的锻炼,训练用学过的实验原理或方法正确处理一些新题目的能力。
〖例3〗(2000年浙江综合卷)电阻R1、R2、R3连结成如图所示的电路,放在一个箱中(虚框所示),箱面上有三个接线柱A、B、C。
请用多用表和导线设计一个实验,通过在A、B、C的测量,确定各个电阻的阻值,要求写出实验步骤并用所测值表示电阻R1、R2、R3。
考查串并联电路分析,串并联电路中电阻的计算,考查分析、运用能力。
解题的关键是要搞清在不同连接情况下,电阻的串并联情况。
用导线连接AB,电流通过R2、R3,两者并联;
用导线连接AC,电流通过R1、R2,两者并联;
用导线连接BC,电流通过R1、R3,两者并联;
不用导线连接直接测AB之间的电阻时,R2、R3串联和R1并联;
不用导线连接直接测AC之间的电阻时,R1、R2串联和R3并联;
不用导线连接直接测BC之间的电阻时,R1、R3串联和R2并联。
比较灵活地用导线短接电路进行测量,实验步骤如下:
①用导线连接BC,测出A、B两点间的电阻值x;
②用导线连接AB,测出B、C两点间的电阻值y;
③用导线连接AC,测出B、C两点间的电阻值z;
则有:
…………②
…………③
联立①、②两式得:
…………④
联立③、④两式得:
同理可得:
不用导线短接,直接测量。
实验步骤如下:
①测出A、B两点间的电阻值x;
②测出B、C两点间的电阻值y
③测出A、C两点间的电阻值z;
解得:
⑴本题很好地体现了物理学科的特点,既考查了学生对串并联电路中电阻值的计算,又考查了实验的技能、技巧,能够真正反映学生能力。
⑵本例题为开放题,方法不同,答案不同。
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- 高考 专题 直流 电路
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