新课标物理高考专题复习直流电路的分析与计算

新课标物理高考专题复习直流电路的分析与计算

专题六 电路与电磁感应 ‎【备考策略】‎ 根据近三年高考命题特点和命题规律，复习专题时，要注意以下几个方面：‎ 1. 直流电路的动态分析、故障分析、含容电路的分析、电功率的计算是复习本专题的重点，在近几年的高考中时常出现，因此要充分掌握该类问题的分析思路。‎ 2. 整合电磁感应基本知识，掌握楞次定律和右手定律的应用，加强电磁感应知识和电路、动力学、能量转化问题的综合分析，深刻理解知识的内涵。‎ 3. 电磁感应电路问题、动力学问题、能量转化问题、图像问题都是高考的热点，备考中不容忽视，要掌握解答这类问题的思路方法、解题步骤、提高自己的综合解题能力 4. 正弦交流电的产生、变化规律、图像、有效值、周期等问题，变压器及高压输电问题也是新课标地区的高考热点，备考复习中要将知识归纳、整合，凡涉及该部分知识的高考题 ，一般难度较小，是学生的得分点，要多加关注。‎ ‎【考纲点击】‎ 重要考纲 要求 欧姆定律 Ⅱ 电源的电动势和内阻 Ⅱ 闭合电路的欧姆定律 Ⅱ 法拉第电磁感应定律 Ⅱ 楞次定律 Ⅱ ‎【网络互联】‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 第1讲直流电路的分析与计算 ‎【核心要点突破】‎ 知识链接 一、电阻 ‎1、定义式：‎ ‎2、决定式：R=（电阻定律）‎ 二、欧姆定律 ‎1.部分电路欧姆定律：‎ ‎2. 闭合电路的欧姆定律：I=或 三、电功、电功率、电热 ‎1.电功 ：W=Uq=Uit ‎2.电功率：P=W/t=UI ‎3.电热：Q=I2Rt（焦耳定律）‎ 深化整合 一、 动态电路的分析方法：‎ ‎1、程序法：‎ 闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。讨论依据是：闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串联电路的电压关系、并联电路的电流关系。‎ ‎（1）对于电路的动态变化问题，按局部→全局→局部的逻辑思维进行分析推理．一般步骤：‎ ‎①确定电路的外电阻，外电阻如何变化；‎ ‎②根据闭合电路欧姆定律，确定电路的总电流如何变化；‎ ‎③由，确定电源的内电压如何变化；‎ ‎④由，确定电源的外电压（路端电压）如何变化；‎ ‎⑤由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化；‎ ‎⑥确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化 以右图电路为例：‎ 设R1增大，总电阻一定增大；由，I一定减小；由U=E-Ir，U一定增大；因此U4、I4一定增大；由I3= I-I4，I3、U3一定减小；由U2=‎ U-U3，U2、I2一定增大；由I1=I3 -I2，I1一定减小。‎ ‎2、 直观法：直接运用总结规律 ‎①总电路上R增大时总电流I减小，路端电压U增大；‎ ‎②任一个R增必引起通过该电阻的电流减小，其两端电压UR增加；‎ ‎③任一个R增必引起与之并联支路电流I增加；与之串联支路电压U减小（称串反并同法）‎ ‎3、极端法：即因变阻器滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个端点去讨论.‎ ‎【典例训练1】(2009·天津高考)为探究小灯泡L的伏安特性，连好图‎6-1-8‎所示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表 得到的多组读数描绘出的U-I图象应是（ ）‎ ‎【解析】选C.灯丝电阻随电压的增大而增大，在图象上某点到原点连线的斜率应越来越大.C正确.‎ ‎【典例训练2】如图3所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线；直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线；直线C为一个电阻R两端电压与电流的关系图线.将这个电阻分别接到a、b两电源上，那么（ ）‎ A.R接到b电源上时电源的效率高 B.R接到b电源上时电源的输出功率较大 C.R接到a电源上时电源的输出功率较大，但电源效率较低 D.R接到a电源上时电阻的发热功率较大，电源效率也较高 ‎【解析】选A、C.直线A、B斜率的绝对值表示电源的内电阻，可知电源b的内电阻比电源a的内电阻小，电源的效率η=×100%，可知R接在b电源上时电源效率高.电源的输出功率P=UI，由图线可知直线A和C的交点对应的输出功率大.所以选项A、C正确.‎ ‎【高考真题探究】‎ ‎1.（2010·新课标全国卷·T19）电源的效率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、。由图可知、的值分别为 ‎ ‎ A.、 B.、 C.、 D.、‎ ‎【命题立意】本题以测电源电动势和内电阻实验的伏安特性曲线为基础命题，考查纯电阻电路中电源的效率随电阻的变化并要求计算各状态下的效率。‎ ‎【思路点拨】由电源效率定义，对照U－I图像找出a、b状态的路端电压和干路电流，即可计算a、b状态的效率和输出功率。‎ ‎【规范解答】选D，电源效率，E为电源的总电压（即电动势），根据图象可知Ua=，Ub=，所以选项D正确。‎ ‎2.（2010.上海物理卷T5）. 在右图的闭合电路中，当滑片 向右移动时，两电表读数的变化是 ‎（A）变大， 变大 （B）变小，变大 ‎（C）变大， 变小 （D）变小，变小 ‎【命题立意】考查闭合电路的欧姆定律。‎ ‎【思路点拨】部分电路的变化会影响整体，整体的变化又会影响局部。‎ ‎【规范解答】选B，当滑片向右移动时，滑动变阻器电阻变大，导致干路电流变小，内阻压降减小，路端电压变大。‎ ‎3.(2009·江苏高考)在如图‎6-1-9‎所示的闪光灯电路中，电源的电动势为E，电容器的电容为C.当闪光灯两端电压达到击穿电压U时，闪光灯才有电流通过并发光.正常工作时，闪光灯周期性短暂闪光，则可以判定（ ）‎ A.电源的电动势E一定小于击穿电压U B.电容器所带的最大电荷量一定为CE C.闪光灯闪光时，电容器所带的电荷量一定增大 D.在一个闪光周期内，通过电阻R的电荷量与通过闪光灯的电荷量一定相等 ‎【解析】选D.电容器两端的电压与闪光灯两端的电压相等，当电源给电容器充电，达到闪光灯击穿电压U时，闪光灯被击穿，电容器放电，放电后闪光灯两端电压小于U，断路，电源再次给电容器充电，达到电压U时，闪光灯又被击穿，电容器放电，如此周期性充放电，使得闪光灯周期性短暂闪光.要使得充电后达到电压U，则电源电动势一定大于等于U，A项错误；电容器两端的最大电压为U，故电容器所带的最大电荷量为CU，B项错误；闪光灯闪光时电容器放电，所带电荷量减少，C项错误；充电时电荷通过R，通过闪光灯放电，故充放电过程中通过电阻R的电荷量与通过闪光灯的电荷量一定相等，D项正确.‎ ‎【专题模拟演练】‎ 一、选择题 ‎1.（2010·徐州市三模）如图所示,闭合开关S后,A灯与B灯均发光,当滑动变阻器的滑片P向左滑动时,以下说法中正确的是 A.A灯变亮 B.B灯变亮 C.电源的输出功率可能减小 D.电源的总功率可能增大 ‎2.两个较大的平行金属板A、B相距为d,分别接在电压为U的电源正、负极上，这时质量为m，带电荷量为-q的油滴恰好静止在两板之间，如图1所示，在其他条件不变的情况下，如果将两板非常缓慢地水平错开一些，那么在错开的过程中（ ）‎ A.油滴将向上加速运动，电流计中的电流从b流向a B.油滴将向下加速运动，电流计中的电流从a流向b C.油滴静止不动，电流计中的电流从b流向a D.油滴静止不动，电流计中的电流从a流向b ‎3.（2010·泰安市二模）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随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，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 ‎4.（2010·安徽质量检测）如图，电路中，电源电动势为E、内阻为，闭合开关S，增大可变电阻R的阻值后，电压表示数的变化量为U。在这个过程中，下列判断正确的是 （ ）‎ ‎ A．电阻R1两端的电压减小，减小量等于△U ‎ ‎ B．电容器的带电量减小，减小量等于C△U ‎ C．电压表的示数U和电流表的示数I的比值变大 ‎ D．电压表示数变化量△U和电流表示数变化量△I的比值增大 ‎5.在如图2所示的电路中，电源内阻不为零，开关S1、S2闭合时电路正常工作.只断开S2后，电压表示数U和电流表示数I的变化为（ ）‎ A.U和I都变大 B.U和I都变小 C.U变大，I变小 D.U变小，I变大 ‎6.如图4所示的电路中，电源电动势E恒定，内阻r=1 Ω,定值电阻R3=5 Ω.当电键K断开与闭合时，ab段电路消耗的电功率相等.则以下说法中正确的有（ ）‎ A.电阻R1、R2可能分别为4 Ω、5 Ω B.电阻R1、R2可能分别为3 Ω、6 Ω C.电键K断开与闭合时，电压表的示数大小与电流表的示数大小之比都等于6 Ω D.电键K断开时电压表的示数一定大于K闭合时的示数 ‎7.在如图7所示的电路中，由于某一电阻发生短路或断路，使A灯变暗，B灯变亮，则故障可能是（ ）‎ ‎①R1短路 ②R2断路 ‎③R3断路 ④R4短路 A.①② B.②③‎ C.③④ D.①④‎ ‎8.如图8所示电路中电表都是理想电表.某同学按此电路进行实验，将变阻器的滑片P移到不同位置，观察各电表的示数，记录下多组数据.关于该实验的下列说法中正确的是（ ）‎ A.通过实验，能够测定R2和R3的阻值，不能测定R1的阻值 B.通过实验，能够测定电源电动势E的大小，但不能测定电源内阻r的值 C.若调节滑动变阻器RP时，电压表V2示数始终为零，其他三个电表读数有变化，可能原因是R1发生断路故障 D.若调节滑动变阻器时各电表示数均不变，可能原因是R2发生断路故障 二、计算题 ‎9.（18分）如图9所示电路中，已知电阻R1=2 Ω,R2=5 Ω,灯泡L标有“3 V 1.5 W”字样，电源内阻r=1 Ω,滑动变阻器的最大阻值为Rx.当滑片P滑至a端时，电流表的示数为‎1 A，此时灯泡L恰好正常发光.求：‎ ‎（1）当滑片P滑至b端时，电流表的示数；‎ ‎（2）当滑动变阻器Pb段的电阻为0.5Rx时变阻器上消耗的功率.‎ 某同学的部分解答如下：‎ ‎10.（18分）如图10所示电路中，电源电动势E=9 V，内电阻r=2 Ω,定值电阻R1=6 Ω,R2=10 Ω,R3=6 Ω,电容器的电容C=10 μF.‎ ‎（1）保持开关S1、S2闭合，求电容器C的带电荷量；‎ ‎（2）保持开关S1闭合，将开关S2断开，求断开开关S2后流过电阻R2的电荷量.‎ 答案及解析 一、选择题 ‎1．AC ‎2．【解析】选D.将两板非常缓慢地水平错开，d不变，正对面积减小，两板间场强为E=，则E不变，油滴受力情况不变，保持静止.电容器电容减小，电荷量减小，电容器放电，电流计中电流从a流向b.所以选项D正确.‎ ‎3．B ‎4．C ‎5．【解析】选C.断开S2，电路中的总电阻变大,则干路电流减小，路端电压变大，故选C.‎ ‎6．‎ ‎【解析】选A、D.根据当电键K断开与闭合时,ab段电路消耗的电功率相等列方程,得出电阻R1、R2之间的关系为R1（R1+R2）=（r+R3）2=36,利用代入法可判断A正确，B错误.当电键K断开与闭合时电压表的示数大小与电流表的示数大小之比分别为（R1+R2）和R1，C错.根据闭合电路欧姆定律，电键K断开时电压表的示数一定大于K闭合时的示数，D正确.‎ ‎7．【解析】选B.由于A串联于干路中，且故障发生后，A灯变暗，故知电路中总电流变小，即电路总电阻变大，由此推知，故障应为某一电阻断路，排除选①、④.若假设R2断路，电路总电阻变大，总电流变小，A灯变暗，同时R2断路必引起灯B中电流变大，使B灯变亮，故②对.若假设R3断路，则也引起总电阻变大，总电流变小，使A灯变暗，同时R3断路后也必引起流过R1的电流增大，灯B中分得的电流也变大，B灯变亮，故③对，综上所述，B选项正确.‎ ‎8．【解析】选A、B、D.电压表V1测的是R3两端的电压，电流表A2测的是R3的电流，R3= ，则R3的阻值可测定；电压表V2测的是R2的电压，R2= ，则R2的阻值可测定；将R1看做电源内阻的一部分，则电源内阻变为(r+R1),电压表V1就测路端电压，电流表A1测总电流，作U1-I1图象，图线与纵坐标的交点就是电源电动势的值，从U1-I1图象可求出（r+R1）的值，但无法单独求出r或R1.所以选项A、B都正确.电压表V2示数为零，是因R2短路，选项C错.调节滑动变阻器时，各电表示数不变，说明滑动变阻器无法调节电流，可能是R2发生断路，选项D正确.‎ 二、计算题 ‎9．【解析】灯L的电阻RL=6 Ω正确，错在没有看出P滑至b端时RP和R2串联部分和灯泡L都被短路 当滑片P在a端时,E=I（R1+r）+U0=1×(1+2) V+3 V=6 V (3分)‎ I0=P/U0=‎0.5 A,Ix=I-I0=‎‎0.5 A Rx=U0/Ix=6 Ω (3分)‎ ‎（1）当P在b端时，电流表示数为 I′=E/(R1+r)=‎2 A (3分)‎ ‎（2）当RPb=3 Ω时，R并=2 Ω, (2分)‎ 电流表示数为I″=E/(R1+R并+r)=‎1.2 A (3分)‎ U并=E-I″(R1+r)=2.4 V PR=U并2/RPb=1.92 W (4分)‎ ‎10. 【解析】（1）保持开关S1、S2闭合，则电容器上电压 电容器带电荷量 Q=CUC=10×10-6×‎3 C=3×10‎-5 C (4分)‎ ‎（2）保持开关S1闭合，将开关S2断开后，电路稳定时电容器上电压等于电源电压 Q′=CE=10×10-6×‎9 C=9×10‎-5 C(4分)‎ 流过R2的电荷量等于电容器C上电荷量的增加量 ‎=ΔQ=Q′-Q=9×10‎-5 C-3×10‎-5 C=6×10‎-5 C（5分）‎ 答案：(1)3×10‎-5 C (2)6×10‎‎-5 C ‎【备课资源】‎ ‎1.（2008·宁夏高考）一个T型电路如图‎6-1-11‎所示，电路中的电阻R1=10 Ω，R2=120 Ω，R3=40 Ω.另有一测试电源，电动势为100 V，‎ 内阻忽略不计.则（ ）‎ A.当cd端短路时，ab之间的等效电阻是40 Ω B.当ab端短路时，cd之间的等效电阻是40 Ω C.当ab两端接通测试电源时，cd两端的电压为80 V D.当cd两端接通测试电源时，ab两端的电压为80 V ‎2.(2009·全国高考Ⅱ)图‎6-1-10‎为测量某电源电动势和内阻时得到的U-I图线.用此电源与三个阻值均为3 Ω的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8 V.则该电路可能为（ ）‎ ‎【解析】选B.由测量某电源电动势和内阻时得到的U-I图线可知该电源的电动势为6 V,内阻为0.5 Ω,此电源与三个均为3 Ω的电阻连接成电路时测得的路端电压为4.8 V,A中的路端电压为4 V，B中的路端电压为4.8 V，正确.C中的路端电压约为5.7 V,D中的路端电压为5.4 V.‎ ‎3.如图所示电路中，电源的电动势恒定，要想使灯泡的亮度变暗，可以（ ）‎ A.增大R1 B.减小R1‎ C.增大R2 D.减小R2‎ ‎4.汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗，如图，在打开车灯的情况下，电动机未启动时电流表读数为‎10 A，电动机启动时电流表读数为‎58 A，若电源电动势为12.5 V,内阻为0.05 Ω.电流表内阻不计，则因电动机启动，车灯的电功率降低了（ ）‎ A.35.8 W B.43.2 W C.48.2 W D.76.8 W ‎5. 如图所示是一个电热器电路.电源、指示灯、开关、电热丝构成串联电路，接在电源上发现该电路有一个元件断路、有一个元件短路，但不知道是哪个元件上有故障，今用一个校验电灯分别依次接在各处进行检测，得到如表所示的结果，请根据表格回答下列问题：‎ ‎（1）由前两次检测可以知道：___________________.‎ ‎（2） 由第三次检测可以知道：__________________.‎ ‎（3） 由以上检测可以知道：______断路；_____短路.‎ ‎【解析】(1)第1次检测，将电灯接在af点，正常发光，说明电路从电源→a→f→电源是连通的，即电源正常，且灯泡的额定电压等于电源电压.第2次检测，将电灯接在ab点，不发光，说明电路不通，所以从前两次检测可判定：电源正常，开关或电热丝断路.‎ ‎(2)第3次检测，将电灯接在cd点，发光但不正常，说明电路是通的，即指示灯、电热丝没有断路.‎ ‎(3)第4次检测，将电灯接在ef点，不发光，说明电路不通，综上各次检测可判定：开关断路.‎ 第5次检测，将电灯接在ad点，发光但不正常，说明电路是通的，灯泡两端电压小于电源电压，这是由于电热丝有电阻.‎ 第6次检测，将电灯接在cf点，正常发光，说明电路是通的，灯泡两端电压等于电源电压，而ac间电压为零，即指示灯短路.‎ 综上所述，电路故障是：开关断路，指示灯短路.‎ 答案：（1）电源正常，开关或电热丝断路 ‎（2）提示灯、电热丝没有断路 ‎（3）开关断路，指示灯短路 ‎6.在如图6所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器.当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是（ ）‎ A.I1增大，I2不变，U增大 B.I1减小，I2增大，U减小 C.I1增大，I2减小，U增大 D.I1减小，I2不变，U减小 ‎【解析】选B.当滑动变阻器R2的滑片由a端向b端移动时，R2减小，并联电阻减小，外电路总电阻减小，路端电压即V的示数U减小.干路电流变大，R3两端电压变大，并联支路两端的电压减小，通过R1的电流I1减小，由I=I1+I2可知，通过A2的电流增大，B选项正确.‎ ‎7. 一个允许通过最大电流为‎2 A的电源和一个滑动变阻器，接成如图甲所示的电路.变阻器最大阻值为R0=22 Ω.电源路端电压U随外电阻R0变化的规律如图乙所示，图中U=12 V的直线为图线的渐近线，试求：‎ ‎（1）电源电动势E和内电阻r;‎ ‎（2） A、B空载时输出电压的范围；‎ ‎（3）若要保证变阻器和滑片任意滑动时，干路电流不能超过‎2 A，A、B两端所接负载电阻至少多大？‎ ‎8.在如图所示的电路中，R1是电阻箱，其最大阻值为99 Ω；R2和R3是定值电阻，其阻值分别为15 Ω和5 Ω；电源的电动势E=12 V，内阻r=1 Ω；电容C=500 μF，其耐压值为20 V，开始时，先将电阻箱的阻值调到最大值接入电路中，请计算：‎ ‎（1）在K1断开、K2闭合的状态下，电容器C的电量是多大；‎ ‎（2）在K2已经闭合的情况下，再将K1闭合，电路稳定后电容器C的电量将改变多少？‎ ‎【解析】（1）K1断开，K2闭合后，R1、R2、R3串联在电路中，‎ 电路中的电流I1=E/（R1+R2+R3+r）=‎0.1 A.‎ 电容器C与R2和R3的串联电路并联，故电容器的两端电压：‎ UC=I1（R2+R3）=2 V C所带电量Q=C·UC=1×10‎‎-3 C ‎（2）再将K1闭合时，R1和R2被短路，‎ 电路中的电流：I2=E/（R3+r）=‎2 A，‎ 此时电容器C与R3并联，U′C=I2R3=10 V C所带电量Q′=C·U′C=5×10‎‎-3 C 因此，电容器C的电量增加了 ΔQ=Q′-Q=4×10‎-3 C.‎ 答案:(1)1×10‎-3 C (2)4×10‎‎-3 C