高三物理复习专题四.docx

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高三物理复习专题四

专题四电路与电磁感应

第1讲　直流电路

重点知识归纳

一、电路基本概念的理解

1．对电流的三种表达式的理解

　　公式

区别　　

I＝

I＝nqSv

I＝

含义

电流的定义式

电流的决定式

反映了导体中的电流与导体两端的电压和电阻的关系

理解

I与q、t无关

由I＝

可导出

I由U、R共同决定

2.正确理解R＝ρ

和R＝

的区别

　　公式

区别　　

R＝ρ

R＝

含义

电阻的决定式

电阻的定义式

理解

R由ρ、l、S共同决定

R与U、I均无关

适用条件

任何导体

金属和电解液

3.纯电阻电路和非纯电阻电路

纯电阻电路

非纯电阻电路

元件特点

电路中只有电阻元件

除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器

欧姆定律

服从欧姆定律I＝

不服从欧姆定律：

U＞IR或I＜

能量转化

电流做功全部转化为电热

电流做功除一部分转化为内能外还有一部分转化为其他形式的能

电功与电热的关系

W＝Q即UIt＝I2Rt＝

t

W＞Q即UIt＞I2Rt

元件举例

电阻、电炉丝、白炽灯

电动机、电解槽、日光灯

二、直流电路中常见的几个图象

1．U端－R图象

U端＝

·R＝

，可见U端随外电阻R的增大而增大，如图4－1－1所示．

2．U－I图象

（1）对电源有：

U＝E－Ir，如图4－1－2中a线．

（2）对定值电阻有：

U＝IR，如图4－1－2中b线．

说明：

①图中a线常用来分析电源电动势和内电阻的测量实验．

②图中矩形OABD、OCPD和ABPC的“面积”分别表示电源的总功率、输出功率和内电阻消耗的功率．

3．P出－R图象

P出＝

R＝

，可见，当R＝r时，电源的输出功率最大，且为P出max＝

，如图4－1－3所示．但效率不是最大，只有50%.

热点题型示例

热点一直流电路的动态分析

1．明确引发变化的原因

（1）滑动变阻器滑片的位置改变；

（2）电路中开关的闭合、断开，甚至换向；（3）非理想电表对电路的测试；（4）电容器结构的改变；（5）电路故障（断路、短路）；（6）电路中有传感器的敏感元件

2．闭合电路动态分析的两种方法

（1）程序分析法：

流程如下

（2）利用结论法：

即“串反并同法

所谓“串反”，即某一电阻增大（减小）时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压都减小（增大）；所谓“并同”，即某一电阻增大（减小）时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压都增大（减小）．

例1、如图4－1－4所示，当滑动变阻器的滑片向下滑动时，电流表和电压表示数和电阻R3上消耗功率的变化情况是（　　）

A．电流表示数增大，电压表示数减小，R3消耗的功率减小

B．电流表示数减小，电压表示数增大，R3消耗的功率增大

C．电流表和电压表示数都增大，R3消耗的功率减小

D．电流表和电压表示数都减小，R3消耗的功率增大

【自主解答】　法一：

程序法：

当图中滑动变阻器的滑片向下滑动时→电阻R4↓→闭合电路的总电阻R总↓→总电流I总↑→内电压U内↑→路端电压U外↓→电压表示数减小，电流

→I3↑→R3消耗的功率增大．

法二：

“串反并同”法：

当R4减小时，与R4串联的R3上的电流就增大，R3消耗的功率增大；与它并联或间接并联的R1、R2支路及电压表两端电压减小，电流表示数减小．

强化训练1　（2011年高考海南卷）如图4－1－5所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，V与A分别为电压表和电流表．初始时S0与S均闭合，现将S断开，则（　　）

A．V的读数变大，A的读数变小

B．V的读数变大，A的读数变大

C．V的读数变小，A的读数变小

D．V的读数变小，A的读数变大

热点二直流电路的图象

1．在恒定电流单元中要注意以下几个重要图象：

电源输出功率P－R图象、P－I图象、U－R图象、U－I图象等，这些都是高考命题的热点之一．

2．应用图象信息解题时应注意：

（1）搞清图象研究的是什么，并根据题目所反映的物理规律确定物理量之间的函数关系．

（2）明确图象的物理意义：

识别横坐标、纵坐标所代表的物理量及其物理意义，明确物理图象的中点、线段、截距、峰值、斜率、“面积”等的物理意义．（3）对图象进行分析、比较、判断，找出规律得出结论．

例2、（2011年高三押题卷）如图4－1－6甲所示电路，在滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙中AC、BC两直线所示，不考虑电表对电路的影响，则：

（1）电压表V1、V2的示数随电流表示数的变化图象分别为U－I图象中的哪一条直线？

（2）定值电阻R0、滑动变阻器的总电阻分别是多少？

（3）试求出电源的电动势和内阻．

（4）滑动变阻器滑片从一端滑到另一端的过程中，滑动变阻器消耗的最大电功率为多大？

【自主解答】　

（1）I变大时，U2＝IR0相应变大，而U1＝E－Ir则变小，故V1表的示数随电流表示数的变化图线对应BC直线，V2表的示数随电流表示数的变化图线对应AC直线．

（2）R0＝

＝

Ω＝3Ω，在R取最大值时，Imin＝0.5A，此时U1＝7.5V，故Rmax＋R0＝

Ω，即Rmax＝12Ω.

（3）由题意知：

7.5＝E－0.5r和6＝E－2r，得r＝1Ω，E＝8V.

（4）当滑动变阻器阻值R＝R0＋r＝4Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，Pmax＝

＝4W.

强化训练2　（2010年高考新课标全国卷）电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比．在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图4－1－7所示，图中U为路端电压，I为干路电流，a、b为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为ηa、ηb.由图可知ηa、ηb的值分别为（　　）

A.

、

　　　　　　　B.

、

C.

、

D.

、

热点三含容电路的分析

1．分析含容电路的基本思路

（1）明确电路的连接方式，必要时画出等效电路图．电容器充、放电结束后，没有电流通过电容器，因此相当于断路，可先将其去掉，以便于分析．

（2）确定电容器两端的电压与哪部分电路（或电阻）两端的电压相同．

（3）明确电容器所处的状态，是充电还是放电过程，还是处于充电完毕的状态．

（4）电容器是以电场的形式储存电能，其宏观表现是电容器带电，两极板间存在电势差．

2．含容电路的基本类型

（1）和电容器相关的物理量的分析与计算．

（2）电容器内带电粒子的动力学问题及功能关系．

例3、（2011年大连市高三质检）如图4－1－8所示，两个相同的平行板电容器C1、C2用导线相连，开始都不带电．现将电键S闭合给两个电容器充电，待充电平衡后，电容器C1两板间有一带电微粒恰好处于平衡状态．再将电键S断开，把电容器C2两板稍错开一些（两板间距离保持不变），重新平衡后，下列判断正确的是（　　）

A．电容器C1两板间电压减小

B．电容器C2两板间电压增大

C．带电微粒将加速上升

D．电容器C1所带电荷量增大

【自主解答】　充电完毕后电容器C1、C2并联，且电压相等，都等于电源电压，断开S后，电容器C2两板稍错开一些，即两板正对面积S减小，则电容减小，根据C＝

＝

，可知两板间电压增大，此时U2>U1，则电容器C2又开始给C1充电，

直到两电容器电压再次相等，此时两者的电压比原来电压都增大，故A错误，B正确；电容器C1所带电荷量增大，故D正确；电容器C1电压增大，根据E＝U/d可知：

C1两板间电场强度增大，则带电微粒受到的电场力增大，将加速向上运动，故C正确．

强化训练3　（2011年南昌高三调研）在如图4－1－9所示的电路中，R1、R2、R3均为可变电阻．当开关S闭合后，两平行金属板M、N中有一带电液滴正好处于静止状态．为使带电液滴向上加速运动，可采取的措施是（　　）

A．增大R1的阻值

B．减小R2的阻值

C．减小R3的阻值

D．增大M、N间距

第一讲直流电路习题课

1．（2011年高考重庆理综卷）在测量电珠伏安特性实验中，同学们连接的电路中有四个错误电路，如图4－1－10所示．电源内阻不计，导线连接良好．若将滑动变阻器的触头置于左端，闭合S，在向右端滑动触头过程中，会分别出现如下四种现象：

a．电珠L不亮；电流表示数几乎为零

b．电珠L亮度增加；电流表示数增大

c．电珠L开始不亮，后来忽然发光；电流表从示数不为零到线圈烧断

d．电珠L不亮；电流表从示数增大到线圈烧断

图4－1－10

与上述a、b、c、d四种现象对应的电路序号为（　　）

A．③①②④　　　　　　　　　B．③④②①

C．③①④②D．②①④③

2．（2011西安五校高三联考）酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测．它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，酒精气体传感器的电阻Rx随酒精气体浓度的变化而变化，在如图4－1－11所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻值．这样，电压表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系．如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是（　　）

A．U越大，表示c越大，c与U成正比

B．U越大，表示c越大，但是c与U不成正比

C．U越大，表示c越小，c与U成反比

D．U越大，表示c越小，但是c与U不成反比

3．（2011年济南高三质量检测）如图4－1－12所示的电路中，电源内阻不可忽略，若调整可变电阻R的阻值，可使电压表V的示数减小ΔU（电压表为理想电表），在这个过程中（　　）

A．通过R1的电流减小，减小量一定等于ΔU/R1

B．R2两端的电压增加，增加量一定等于ΔU

C．路端电压减小，减小量一定等于ΔU

D．通过R2的电流增加，但增加量一定小于ΔU/R2

4．（2011年高三预测卷）如图4－1－13所示，电源电动势为E，内电阻不为零，且始终小于外电路的总电阻，当滑动变阻器R的滑片P位于中点时，A、B、C三个小灯泡亮度相同，则（　　）

A．当滑片P向下移动时，A、C灯变亮，B灯变暗

B．当滑片P向下移动时，B、C灯变亮，A灯变暗

C．当滑片P向下移动时，电源的效率减小

D．当滑片P向下移动时，电源的输出功率减小

5．（2011年广东中山市高三质检）如图4－1－14甲所示，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器.3个电阻采用图甲所示方式接在电源上，已知R1＝3Ω、R2＝12Ω.现利用电压传感器（相当于电压表）和电流传感器（相当于电流表）研究R3上的电压与电流变化关系，任意滑动R3上的滑动触头，通过数据采集器将电压与电流信号输入计算机后，在屏幕上得到的U—I图象为如图乙所示的一条直线（实线部分）．试求：

图4－1－14

（1）电源的电动势和内电阻；

（2）R3的最大阻值；

（3）R3消耗的最大功率．

第1讲　直流电路

一、选择题

1．（2011年试题调研）如图所示的电路中，灯泡A和B都是正常发光的，忽然灯泡B比原来变暗一些，而灯泡A比原来亮了一些，则可能是哪处出现了断路故障（　　）

A．R1　　　　　　B．R2

C．R3D．灯泡B

2．在如图所示的电路中，S闭合，电容器已经充电．现将S断开，以下判断正确的是（　　）

A．电容器将放电

B．电容器将继续充电

C．有瞬时电流通过R3

D．电容器上的带电荷量将增大

3．（2011年高考北京理综卷）如图所示电路，电源内阻不可忽略．开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中（　　）

A．电压表与电流表的示数都减小

B．电压表与电流表的示数都增大

C．电压表的示数增大，电流表的示数减小

D．电压表的示数减小，电流表的示数增大

4.（2011年试题调研）如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，R1、R2、R3和R4为四个可变电阻．要使电容器C1和C2所带的电荷量都减少，则下列可行的是（　　）

A．增大R1　　　

B．增大R4

C．减小R2

D．减小R3

5．（2010年高考安徽理综卷）如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部．闭合开关S，小球静止时受到悬线的拉力为F.调节R1、R2，下列关于F的大小判断正确的是（　　）

A．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大

B．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小

C．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大

D．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小

6．（2011年合肥市高三质检）如图所示电路中，电源电动势为E、内阻为r，电阻R3为定值电阻，R1、R2为滑动变阻器，A、B为电容器两个水平放置的极板．当滑动变阻器R1、R2的滑动触头处于图示位置时，A、B两板间的带电油滴静止不动．则下列说法中正确的是（　　）

A．把R2的触头向右缓慢移动时，油滴向下运动

B．把R1的触头向右缓慢移动时，油滴向上运动

C．缓慢增大极板A、B间的距离，油滴静止不动

D．缓慢减小极板A、B的正对面积，油滴向上运动

7．（2011年北京海淀区期末）在如图所示的电路中．电源电动势为E，电源内阻为r，闭合开关S，待电流达到稳定后将滑动变阻器的滑动触头P从图示位置向a端移动一些，则待电流再次达到稳定后，与P移动前相比（　　）

A．电流表示数变小，电压表示数变大

B．小灯泡L变亮

C．电容器C的电荷量减小

D．电源的总功率变大

8．电源的电动势为E＝30V，内阻为r＝1Ω，将它与一只“6V,12W”的灯泡和一台电阻为2Ω的小电动机串联组成闭合电路．当灯泡正常发光时，若不计摩擦，电动机输出机械功率与输入电功率之比为（　　）

A．91%B．82%

C．67%D．60%

9．（2011年高三押题卷）氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电导G（电阻的倒数）与一氧化碳浓度C的关系如图甲所示．如果将氧化锡传感器接到如图乙所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表（电压表）的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察仪表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标．则下图中表示电压表示数U0与一氧化碳浓度C之间的对应关系的图象正确的是（　　）

10．（原创题）如图所示，电池的内阻可以忽略不计，电压表V和可变电阻器R串联，闭合开关S，如果可变电阻器R的阻值减为原来的三分之一时，电压表的读数由U0增加到2U0，则下列说法中正确的是（　　）

A．流过可变电阻器R的电流增大为原来的2倍

B．可变电阻器R消耗的电功率增加为原来的4倍

C．可变电阻器两端的电压减小为原来的三分之二

D．若可变电阻器R的阻值减小到零，那么电压表的示数变为4U0

二、非选择题

11．（2011年试题调研）如图所示，在A、B两点间接一电动势E＝4V，内阻为1Ω的直流电源，电阻R1、R2、R3的阻值均为4Ω，电容器的电容为30μF，电流表的内阻不计，当电键S闭合时，求：

（1）电流表的读数；

（2）电容器所带的电荷量；

（3）断开电键S后，通过R2的电荷量．

12．（2011年高考浙江理综卷）在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”实验中，为了探究3根材料未知，横截面积均为S＝0.20mm2的金属丝a、b、c的电阻率，采用如图所示的实验电路．M为金属丝c的左端点，O为金属丝a的右端点，P是金属丝上可移动的接触点．在实验过程中，电流表读数始终为I＝1.25A，电压表读数U随OP间距离x的变化如下表：

x/mm

600

700

800

900

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2100

2200

2300

2400

U/V

3.95

4.50

5.10

5.90

6.50

6.65

6.82

6.93

7.02

7.15

7.85

8.50

9.05

9.75

（1）绘出电压表读数U随OP间距离x变化的图线；

（2）求出金属丝的电阻率ρ，并进行比较．

第2讲　电磁感应　交流电

重点知识归纳

一、楞次定律的理解及应用

1．区分两个磁场

（1）引起感应电流的磁场——原磁场

（2）感应电流的磁场——感应磁场

2．理解三种阻碍

（1）阻碍原磁通量的变化——增反减同

（2）阻碍导体间的相对运动——来拒去留

（3）阻碍自身电流的变化——增反减同

3．解题四步分析

（1）确定原磁场的方向（分析原磁场）

（2）确定磁通量的变化（增大或减小）

（3）判断感应磁场的方向（增反减同）

（4）判断感应电流的方向（安培定则）

二、交变电流的四值及变压器原理

1．交变电流的四值对比

物理量

物理含义

重要关系

适用情况及说明

瞬时值

交变电流某一时刻的值

e＝Emsinωt

i＝Imsinωt

计算线圈某时刻的受力情况

峰值

电大的瞬时值

Em＝nBSω，Im＝

当考虑某些电学元件（电容器、晶体管等）的击穿电压时，指的是交变电压的最大值

有效值

根据电流的热效应（相同时间内电流通过电阻生热进行定义）

对正弦、余弦交变电流E＝

≈0.707Em，U＝

≈0.707Um，I＝

≈0.707Im

（1）通常所说的交变电流的电压、电流以及交流电表的读数，保险丝的熔断电流值，电器设备“铭牌”上所标的电压、电流值都是指交变电流的有效值；

（2）求解交变电流的电热问题时，必须用有效值来进行计算；（3）计算时的“相同时间”应为一个周期

平均值

交变电流图象中图线与t轴所围成的面积与时间的比值

＝BL

，

＝n

，

＝

计算有关电荷量时只能用平均值

2.变压器和远距离输电

（1）理想变压器原、副线圈基本量的关系

如图4－2－1所示：

基本关系

功率关系

P入＝P出

电压关系

＝

，与负载、副线圈的个数多少无关

电流关系

一个副线圈：

＝

多个副线圈：

I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn

频率关系

f1＝f2

因果关系（n1、n2不变）

U1决定了U2；I2决定了I1；P出决定了P入

（2）远距离输电

①由于输电导线电阻R线的存在，输电过程中不可避免地存在电能损耗，P线＝IR线．减小输电线路中的电流I，是减少输电过程中电能损耗最有效的方法．由P＝UI知．提高输电电压可减小输电电流，所以远距离输电要用高压．

②过程归纳：

输电过程示意图

常用关系

功率关系P1＝P2，P3＝P4，P2＝P线＋P3

电压关系U2＝U线＋U3

电流关系I2＝I3＝I线

输电电流I线＝

＝

＝

输电导线上损耗的电功率

P线＝U线I线＝I

R线＝（

）2R线

热点题型示例

热点一电磁感应中的图象问题

1．常见图象

图象问题是一种半定量分析，电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图象即B－t图象、Φ－t图象、E－t图象和I－t图象．此外，还涉及感应电动势E、感应电流I随线圈位移x变化的图象，即E－x图象和I－x图象．

2．解决图象问题的一般步骤

（1）明确图象的种类，即是B－t图还是Φ－t图，或者E－t图、I－t图等；

（2）分析电磁感应的具体过程；

（3）用右手定则或楞次定律确定方向对应关系；

（4）结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式；

（5）根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等；

（6）画图象或判断图象．

3．分析图象问题时应注意的问题

（1）图象中两个坐标轴各代表什么意义；

（2）图象中纵坐标的正、负表示什么意义；

（3）画图象时应注意初始状态如何以及正方向的选取；

（4）注意图象横轴、纵轴截距的物理意义以及图线斜率的物理意义．

例1、（2011年试题调研）如图4－2－2所示，有两个有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直纸面向里和向外，磁场宽度均为L，距磁场区域的左侧L处，有一边长为L的正方形导体线框，总电阻为R，且线框平面与磁场方向垂直，现用外力F使线框以速度v匀速穿过磁场区域，以初始位置为计时起点，规定：

电流沿逆时针方向时的电动势E为正，磁感线垂直纸面向里时磁通量Φ为正，外力F向右为正．则以下关于线框中的磁通量Φ、感应电动势E、外力F和电功率P随时间变化的图象正确的是（　　）

【自主解答】　磁通量在线框向右运动2.5L时为零，选项A错误；线框在向右运动2L后，右边和左边分别切割磁感线，相当于两电源串联，电流变为原来的2倍，且方向未变，选项B、C错误；电流变为原来的2倍，电功率变为原来的4倍，选项D正确．

强化训练1　如图4－2－4所示，在光滑的水平桌面上（xOy平面内）有一长为L、宽为l的矩形金属线框abcd.有一垂直于xOy平面的磁场，磁场的左边界为x＝x0、右边界为x＝L，磁场的磁感应强度的大小只随x值而变化．初始时线框的bc边与y轴重合，现从静止开始用恒定的拉力拉着线框沿x轴正方向运动，如果线框bc边通过磁场区域的这段时间内，线框始终做匀加速直线运动，则下图中在x0≤x≤L范围内磁感应强度大小B随x值变化关系图象最接近实际的是（　　）

热点二变压器动态分析的技巧

1．根据题意弄清变量和不变量．如原线圈电压不变、原副线圈的匝数比不变，其他物理量可能随电路的变化而发生变化．

2．弄清动态变化过程中的决定关系．如U2由U1决定、P1、I1由P2、I2决定．

3．分析流程如下：

⇓

⇓

⇓

例2、（2011年高考山东理综卷）为保证用户电压稳定在220V，变电所需适时进行调压，图4－2－6甲为调压变压器示意图．保持输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压．某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示．以下正确的是（　　）

A．u2＝190

sin（50πt）V

B．u2＝190

sin（100πt）V

C．为使用户电压稳定在220V，应将P适当下移

D．为使用户电压稳定在220V，应将P适当上移

【自主解答】　由u2－t图象知u2m＝190

V，T＝2×10－2s故ω＝

＝100πrad/s，故u2＝190

sin（100πt）V.选项A错误，选项B正确．由变压器电压与匝数关系

＝

得u2＝

，可减小n1以使u2的有效值增大至220V，即将P适当上移，故选项C错误，选项D正确．

强化训练2　（2011年高考福建理综卷）图4－2－7甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝5∶1，电阻R＝20Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示．现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光．下列说法正确的是（　　）

A．输入电压u的表达式u＝20

sin（50πt）V

B．只断开S2后，L1、L2均正常发光

C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大

D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8W

热点三电磁感应中几种综合问题

1．电磁感应中的动力学问题

（3）在力和运动的关系中，