2020新教材高中物理习题课二闭合电路的分析练习含解析 人教版必修第三册

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闭合电路的分析 一　闭合电路的动态分析 ‎1.程序判断法:遵循“局部→整体→部分”的思路,按以下步骤分析:‎ ‎2.“串反并同”结论法:‎ ‎(1)所谓“串反”,即某一电阻增大时,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,反之则增大。‎ ‎(2)所谓“并同”,即某一电阻增大时,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,反之则减小。‎ 即:←R↑→‎ ‎【典例示范】‎ 在如图所示的电路中,电源电动势为E、内电阻为r,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,电压表V和电流表A为理想电表。在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑动的过程中,下列说法中正确的是 (　　) ‎ A.电压表示数减小 B.电流表示数减小 C.R2两端的电压减少 D.R3两端的电压增加 ‎【解题探究】‎ ‎(1)电路总电阻怎样变化?‎ - 11 -‎ 提示:当滑片P自a端向b端滑动时,滑动变阻器的电阻R减少,R3与R2并联后的总电阻R23==,由于R3减少,则R23电阻减少;R23与电阻R1串联后的总电阻R总=R23+R1,R23电阻减少,则R总减少。综上所述,电路中总电阻减少。‎ ‎(2)电路中的总电流怎样变化?‎ 提示:由闭合电路的欧姆定律I=可知外电阻R减少,则干路的总电流增加。‎ ‎(3)电路的路端电压怎样变化?‎ 提示:根据E=U外+Ir得U外=E-Ir,当电流增加时,路端电压变小。‎ ‎(4)R2两端的电压怎样变化?‎ 提示:电阻R1在干路上,干路电流增加了,由U1=IR1可知U1增加,电压表的示数增加;U外=U2+U1,得U2=U外-U1,U1增加了,U外减少了,所以R2两端的电压U2减少了。‎ ‎【解析】选C。滑片P自a端向b端滑动的过程中,滑动变阻器的电阻减小,电路总电阻减小,由闭合电路的欧姆定律可得,干路电流增大,由UR1=IR1可知R1两端电压即电压表的示数变大,选项A错误;由U=E-Ir可知路端电压U减小;由UR2=U-UR1可得R2两端的电压减小,由图可知R2和R3并联,R3两端的电压也减少,C正确,D错误;又由I2=可得流过R2的电流变小,在干路电流增大的情况下,电流表的示数将变大,选项B错误。故选C。‎ ‎【规律方法】电路动态问题分析的程序 ‎(1)明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化。‎ ‎(2)由局部R的变化确定R总的变化 ‎(3)由I总=确定I总的变化 ‎(4)由U内=I总r确定U内的变化 ‎(5)由U外=E-U内确定U外的变化 ‎(6)由U=IR确定干路上定值电阻两端的电压变化再确定各支路电压、电流的变化情况。‎ - 11 -‎ ‎【素养训练】‎ ‎1.如图所示电路,闭合开关S,在滑片由a端滑向b端的过程中,下列表述正确的是 (　　) ‎ A.路端电压变小 B.电流表的示数变大 C.电源内阻消耗的功率变小 D.电路的总电阻变大 ‎【解析】选A。在滑片由a端向b端滑动的过程中,滑动变阻器接入电路中的电阻减小,使得总电阻减小,D错误;根据I=,可知总电流增加,根据闭合电路的欧姆定律有E=Ir+U外,可知路端电压减小,A正确;电流表的示数为IA=,可知电流表示数减小,B错误;根据P=I2r,可知内阻消耗的功率增大,C错误。‎ ‎2.(多选)在如图所示电路中,闭合电键S,当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时,四个理想电表的示数都发生变化,电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示,电表示数变化量的大小分别用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示,下列比值正确的是(　　)‎ A.不变,不变　　　　　 B.变大,变大 C.变大,不变 D.变大,不变 ‎【解析】选A、C、D。当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时,电路的电阻变大,总电流减少,路端电压变大,==R1,=R2,==R1+r。=R2+R1,‎ - 11 -‎ ‎==r,故A、C、D正确。‎ ‎【补偿训练】‎ ‎1.如图所示的电路中,电源内阻不可忽略,开关S闭合前灯泡A、B、C均已发光。那么,当开关S闭合时,A、B、C三个灯泡的亮度变化情况是 (　　) ‎ A.A亮度不变,B变亮,C变暗 B.A变暗,B变亮,C变暗 C.A变亮,B变暗,C变亮 D.A变暗,B变亮,C亮度不变 ‎【解析】选B。当开关S闭合时,C、D并联,电阻减小,外电路总电阻R减小,根据闭合电路欧姆定律可知,总电流I增大,A的电压UA=E-Ir减小,电流IA减小,A变暗。B的电流IB=I-IA,增大,电压UB增大,B变亮。C的电压UC=UA-UB,UA减小,UB增大,则UC减小,C变暗。故B正确。‎ ‎2.如图所示,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 ‎ ‎【解析】选B。当S断开时,R2所在支路断路,总电阻R变大,由I=知,干路电流I变小,根据U=E-Ir知,路端电压变大,即V读数变大;根据U=IR知,R1两端电压U1=IR1变小,而U=U1+U3,所以R3两端的电压U3=U-U1要变大,通过R3的电流I3=变大,即A的读数变大,故B正确。‎ - 11 -‎ 二　含容电路的分析 ‎1.电容器充放电过程中:电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。若电容器两端电压升高,电容器将充电;若电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电。‎ ‎2.电容器接入电路中,电流稳定后:‎ ‎(1)把电容器处的电路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上。‎ ‎(2)与电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,即电阻不起降压的作用,但电容器两端可能出现电势差。‎ ‎(3)如果电容器与电源并联,且电路中有电流通过,则电容器两端的电压不是电源电动势E,而是路端电压U。‎ ‎3.电路连接方式改变时:如果变化前后极板带电的电性相同,那么通过每根引线的电荷量等于始、末状态电容器带电荷量之差;如果变化前后极板带电的电性改变,那么通过每根引线的电荷量等于始、末状态电容器带电荷量之和。‎ ‎【典例示范】‎ 在如图所示的电路中,电源电动势为E、内电阻为r,C为电容器,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。开关闭合后,灯能正常发光,当滑动变阻器的滑片向右移动时,下列判断正确的是 (　　) ‎ A.路端电压变小　　　　　　 B.灯泡L将变亮 C.电容器C的电量将减小 D.电容器C的电量将增大 ‎【解析】选D。当滑动变阻器的滑片向右移动时,变阻器电阻增大,外电阻增大,电路中电流减小,路端电压增大,故A错误;电路中电流减小,灯L变暗,故B错误;电容器的电压等于路端电压,可见其电压是增大的,则由Q=CU知,电容器C的电荷量将增大,故C错误,D正确,故选D。‎ ‎【素养训练】‎ ‎1.如图所示的电路中,E为电池,R1、R2为可变电阻,R为定值电阻,C为平行板电容器。闭合开关S后,能使电容器带电荷量增加的方法是 (　　)‎ A.增大R1的阻值 B.增大电容器两极板间的距离 - 11 -‎ C.减小R2的阻值 D.将电容器的两极板错开些 ‎【解析】选C。电容器与R1串联,改变R1的阻值对电容器两端电压无影响,A项错误;增大电容器两极板的距离和将电容器的两极板错开些,电容C减小,电压不变,带电荷量减小,B、D选项错误;减小R2可以增大R两端电压,C项正确。‎ ‎2.在如图所示的电路中,当滑动变阻器的滑片向下移动时,关于电灯L的亮度及电容器C所带电荷量Q的变化判断正确的是 (　　)‎ A.L变暗,Q增大　　　　　 B.L变暗,Q减小 C.L变亮,Q增大 D.L变亮,Q减小 ‎【解析】选B。当滑动变阻器的滑片向下移动时,变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,由闭合电路欧姆定律得知,干路电流增大,电源的内电压增大,则路端电压减小,灯L变暗。电容器板间电压等于变阻器两端的电压,由上得知,路端电压减小,则通过L灯的电流减小,L灯变暗,而干路电流增大,则通过R1的电流增大,R1的电压也增大,则变阻器两端的电压减小,电容器所带电量Q减小,故B正确。‎ ‎3.在如图所示的电路中,电源电动势E=3.0 V,内电阻r=1.0 Ω;电阻R1=10 Ω,‎ R2=10 Ω,R3=30 Ω,R4=35 Ω;电容器的电容C=100 μF,电容器原来不带电。求接通开关S后流过R4的总电荷量。‎ ‎【解析】由电阻的串并联公式得闭合电路的总电阻 R总=+r,‎ 由欧姆定律得通过电源的电流I=,‎ 电源的路端电压U=E-Ir,‎ - 11 -‎ R3两端的电压U′=U。‎ 通过R4的总电荷量就是电容器的电荷量Q=CU′‎ 由以上各式并代入数据解得Q=2.0×10-4 C。‎ 答案:2.0×10-4 C 三　电表内阻的测量 ‎1.半偏法测电流表电阻的电路及其工作原理:‎ ‎(1)按图接线,图中R1 、R2 为电阻箱,电源为蓄电池,内阻可以不计。‎ ‎(2)闭合S1 ,调节R1使电流表指针满偏。‎ ‎(3)闭合S2,保持电阻R1不变,调节R2使电流表指针半偏,记下R2的值。‎ ‎(4)RG测=R2。‎ ‎2.半偏法测电压表电阻的电路及其工作原理:‎ ‎(1)按图接线,图中R0 为电阻箱;‎ ‎(2)闭合S,调节R0=0,再调节R使电压表指针满偏;‎ ‎(3)保持变阻器电阻R不变,调节R0使电压表指针半偏,记下R0的值;‎ ‎(4)=R0。‎ ‎【典例示范】‎ 某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ),直流电源E(电动势3 V)。开关1个,导线若干。实验步骤如下: ‎ - 11 -‎ ‎①按电路原理图(a)连接线路;‎ ‎②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置,闭合开关S;‎ ‎③调节滑动变阻器,使电压表满偏;‎ ‎④保持滑动变阻器的滑片位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00 V,记下电阻箱的阻值。‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)实验中应选择滑动变阻器　　　　(选填“R1”或“R2”)。 ‎ ‎(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。‎ ‎(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的内阻为　　　　Ω(结果保留到个位)。 ‎ ‎(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为　　　　(填正确答案标号)。 ‎ A.100 μA　　　　　　　　　　　B.250 μA C.500 μA D.1 mA ‎【解析】(1)由于电压表的总电阻较大,根据并联电路电压分配特点,只有当滑动变阻器电阻较小时,调节变阻箱电阻,才能近似认为接入滑动变阻器的并联支路总电压不变化,即滑动变阻器选最大阻值小的R1。‎ ‎(2)实物图连线如图所示 - 11 -‎ ‎(3)近似认为电压表所在电路的总电压不变,根据串联电路的分压规律:=‎ 则RV=4R=2 520 Ω ‎(4)由欧姆定律可知,I满== A≈1 mA 答案:(1)R1　(2)见解析图 ‎(3)2 520　(4)D ‎【素养训练】‎ ‎1.某同学欲将电流表改装成电压表,需要测量电流表的内阻,可供选择的实验器材有:‎ A.待测电流表G1;‎ B.一个标准电流表G2(G2的量程大于G1的量程);‎ C.电阻箱R′;‎ D.滑动变阻器R;‎ E.电池组、导线、开关。‎ 采用如图甲所示的电路测定电流表内阻时,该同学的实验步骤为:‎ ‎①按电路图接好电路,将滑动变阻器R调至最大;‎ ‎②闭合S1,断开S2,调节滑动变阻器R,使电流表G1表头指针满偏;‎ ‎③再闭合S2,保持滑动变阻器R不变,调节电阻箱R′,使表头指针半偏。读出此时电阻箱R′的示数。‎ ‎(1)用上述方法得到的电流表G1内阻的测量值与真实值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。 ‎ ‎(2)为了使测量更准确,请你利用上述实验器材重新设计实验,从设计原理上看可以消除上述实验中的系统误差,请你在给定图乙中完成实验电路图。‎ ‎(3)使用重新设计的实验电路的测量数据,写出电流表G1内阻表达式Rg=　　　　,说明各测量量的物理意义　 。 ‎ - 11 -‎ ‎【解析】(1)由闭合电路的欧姆定律知,当开关S2闭合,电路的总电阻减小,电路的总电流变大,通过电阻箱的电流大于通过待测电流表的电流,由并联电路规律可知,电阻箱示数(即电表内阻的测量值)小于电流表的内阻。‎ ‎(2)利用提供的另一电流表测量干路总电流,两电流表示数之差即为通过电阻箱的电流。‎ ‎(3)由并联电路电流规律=得 Rg=R′,公式中I2为G2的示数,I1为G1的示数,R′为电阻箱的示数。‎ 答案:(1)偏小 ‎(2)如图所示 ‎(3)　I2为G2的示数,I1为G1的示数,R′为电阻箱的示数 ‎2.实验室备有以下实验器材:‎ 一个已校准的电流表A(量程1 mA,内阻约几百欧)‎ 一个标准电压表V(量程3 V)‎ 一个电源E(电动势约为4 V)‎ 一个电阻箱R1(阻值范围:0～9 999 Ω)‎ 一个滑动变阻器R2(阻值范围:0～20 Ω)‎ 一个单刀单掷开关S、另有导线若干 ‎(Ⅰ)现要先测出电流表A的内阻,然后将其改装成量程也为3 V的电压表,最后利用上述标准电压表对改装成的电压表V进行校对,则标准电压表与改装的电压表　　　　　(选填“串联”或“并联”)。 ‎ ‎(Ⅱ)若要求只设计一个电路,既可以较精确地测量A表的内阻,又能对改装后的电压表进行校对。‎ ‎①请在虚线框中画出你设计的实验电路图。‎ - 11 -‎ ‎②若在测A表内阻的实验中,调节电阻箱R1,使其接入电路中的电阻为R时,读出A表和V表的示数分别为I和U,则电流表内阻的大小表达式为　　　　　　。(用I、U和R表示) ‎ ‎③将A表改装成量程为3 V的电压表后,在进行校对时,发现改装后的电压表的示数总比标准电压表的示数小,这可能是因为电流表A的内阻测量值比实际值 ‎　　　　(选填“大”或“小”),应适当调节电阻箱使其接入的电阻值　　　　(选填“增大”或“减小”)。 ‎ ‎【解析】(Ⅰ)利用标准电压表对改装成的电压表V进行校对时,标准电压表与改装的电压表应该并联;‎ ‎(Ⅱ)①电路图如图:‎ ‎②由欧姆定律可知,电流表内阻的大小为RA=-R;‎ ‎③电压表的示数偏小,则所串联的电阻阻值R=-RA太大,则电流表内阻测量值偏小,要纠正则应减小电阻箱阻值。‎ 答案:(Ⅰ)并联　(Ⅱ)①见解析图　②-R　③小　减小 - 11 -‎