2020高中物理 第二章 恒定电流 章末总结学案 新人教版选修3-1

2020高中物理 第二章 恒定电流 章末总结学案 新人教版选修3-1

第二章 恒定电流 章末总结 学案（人教版选修3-1） ‎ 一、电路的分析和计算 ‎1．认清外电路上各元件的串、并联关系，必要时需画出等效电路图帮助分析．要特别注意电流表和电压表所对应的电路．‎ ‎2．闭合电路的动态分析问题 闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化的问题分析的基本步骤是：‎ ‎(1)认清电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象；‎ ‎(2)由局部电阻变化判断总电阻的变化；‎ ‎(3)由I＝判断总电流的变化；‎ ‎(4)据U＝E－Ir判断路端电压的变化；‎ ‎(5)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．‎ ‎3．闭合电路中的功率 ‎(1)各部分功率关系分析 由EIt＝I2Rt＋I2rt知，EI＝I2R＋I2r 其中EI为电源的总功率，I2r为电源内电路消耗功率，I2R为外电路消耗功率，也是电源的输出功率．‎ ‎(2)判断可变电阻的功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻均看做内阻．‎ 例1 电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图1所示的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是( )‎ 图1‎ A．电压表和电流表读数都增大 B．电压表和电流表读数都减小 C．电压表读数增大，电流表读数减小 D．电压表读数减小，电流表读数增大 听课记录：‎ 变式训练1 如图2所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，在平行板电容器C中恰好有一带电粒子处于悬空静止状态，当变阻器R0‎ 的滑动端向左移动时，带电粒子将( )‎ 图2‎ A．向上运动 B．向下运动 C．静止不动 D．不能确定运动状态的变化 例2 电路图如图3甲所示，图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图象，滑动变阻器的最大阻值为15 Ω，定值电阻R0＝3 Ω.‎ 图3‎ ‎(1)当R为何值时，R0消耗的功率最大，最大值为多少？‎ ‎(2)当R为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？‎ 变式训练2 如图4所示，直流电动机和电炉并联后接在直流电路中，电源的内阻r＝1 Ω，电炉的电阻R1＝19 Ω，电动机绕线的电阻R2＝2 Ω，当开关S断开时，电源内电路消耗的热功率P＝25 W；当S闭合时，干路中的电流I＝12.6 A．求：‎ 图4‎ ‎(1)电源的电动势E；‎ ‎(2)S闭合后电动机的机械功率．‎ 二、电路故障的分析方法 电路故障一般是短路或断路，常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不良等现象，检查故障的基本方法有两种．‎ ‎1．仪器检测法 ‎(1)断点故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点．‎ ‎(2)短路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该电路被短路，若电压表示数不为零，则该电路没有被短路或不完全被短路．‎ ‎2．假设法 已知电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后假设某部分电路发生故障，运用欧姆定律进行正向推理，推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路．用此方法，直到找出全部可能发生的故障为止．‎ 例3 ‎ 某同学按图5所示电路连接实物，闭合开关后，发现灯泡不亮．他将高内阻的电压表并联在A、C之间时，电压表的读数为U，当并联在A、B之间时，电压表的读数也为U，当并联在B、C之间时，电压表的读数为0，则故障可能是( )‎ 图5‎ A．AB段断路 B．BC段断路 C．AB段短路 D．无法判定 听课记录：‎ 变式训练3 用电压表检查图6电路中的故障，测得Uad＝5.0 V，Ucd＝0 V，Uab＝5.0 V，则此故障可能是( )‎ 图6‎ A．L断路 B．R断路 C．R′断路 D．S断路 三、实验 ‎1．掌握实验问题的基本方法，如电流表的内、外接法，滑动变阻器的限流、分压接法等．‎ ‎2．电路设计 ‎(1)设计原则：①安全性；②准确性；③方便性；④经济性．‎ ‎(2)设计思路 ―→―→―→ 例4 在“测定金属导体的电阻率”的实验中，待测金属导线的电阻Rx约为5 Ω.实验室备有下列实验器材：‎ A．电压表(量程3 V，内阻约为15 kΩ)‎ B．电压表(量程15 V，内阻约为75 kΩ)‎ C．电流表(量程3 A，内阻约为0.2 Ω)‎ D．电流表(量程600 mA，内阻约为1 Ω)‎ E．滑动变阻器R1(0～10 Ω，0.6 A)‎ F．滑动变阻器R2(0～2 000 Ω，0.1 A)‎ G．电池E(电动势为3 V，内阻约为0.3 Ω)‎ H．开关S，导线若干 ‎(1)为了提高实验精确度，减小实验误差，应选用的实验器材有__________．(填题干中相应英文字母符号)‎ ‎(2)为了减小实验误差，应选用图7中________(填“(a)”、“(b)”或““(c)”)为该实验的电路图，并按所选择的电路图把实物图8用导线连接起来．‎ 图7‎ 图8‎ 变式训练4 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，通过实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压)：‎ I(A)‎ ‎0.12‎ ‎0.21‎ ‎0.29‎ ‎0.34‎ ‎0.38‎ ‎0.42‎ ‎0.45‎ ‎0.47‎ ‎0.49‎ ‎0.50‎ U(V)‎ ‎0.20‎ ‎0.40‎ ‎0.60‎ ‎0.80‎ ‎1.00‎ ‎1.20‎ ‎1.40‎ ‎1.60‎ ‎1.80‎ ‎2.00‎ ‎(1)画出实验电路图，可用的器材有：电压表、电流表、滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω)、电源、小灯泡、电键、导线若干．‎ ‎(2)在图9中画出小灯泡的U－I图象．‎ 图9‎ ‎(3)若一电池的电动势是1.5 V，内阻是2.0 Ω.问：将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率是多少？(简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第(2)问的图中)‎ ‎【即学即练】‎ ‎1．电源电动势和内阻都保持一定，在外电路的电阻逐渐减小的过程中，下列说法正确的是( )‎ A．电源的路端电压一定逐渐减小 B．电源的路端电压一定逐渐增大 C．电路中的电流一定逐渐减小 D．电路中的电流可能逐渐减小 ‎2. 如图10所示电路中，电压保持不变，当电键S断开时，电流表A的示数为0.6 A，当电键S闭合时，电流表的示数为0.9 A，则两电阻阻值之比R1∶R2为( )‎ 图10‎ A．1∶2 B．2∶1 C．2∶3 D．3∶2‎ ‎3．如图11所示是实物连接图和电路图．当酒精灯点燃后你将看到的现象是( )‎ 图11‎ A．电流表读数增大 B．电流表读数减小 C．灯泡变暗 D．灯泡变亮 ‎4．一根粗细均匀的导线，当其两端电压为U时，通过的电流是I，若将此导线均匀拉长到原来的2倍时，电流仍为I，导线两端所加的电压变为( )‎ A. B．U C．2U D．4U ‎5. 如图12所示的电路中，电源电动势为E、内阻为r，C为电容器，R0为定值电阻，R为滑动变阻器，开关闭合后，灯泡L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( )‎ 图12‎ A．灯泡L将变暗 B．灯泡L将变亮 C．电容器C的电荷量将减小 D．电容器C的电荷量将增大 ‎6．如图13所示，R1为定值电阻，R2为可变电阻，E为电源电动势，r为电源内阻，以下说法中正确的是( )‎ 图13‎ A．当R2＝R1＋r时，R2获得最大功率 B．当R1＝R2＋r时，R1获得最大功率 C．当R2＝0时，R1上获得最大功率 D．当R2＝0时，电源的输出功率最大 ‎7．有一只电熨斗，内部电路如图14甲所示，其中M为旋钮的内部接线端子，旋钮有“高”、“中”、“低”、“关”四个挡，每个挡内部接线有如图乙中所示的四种方式，下列判断正确的是( )‎ 图14‎ A．a方式为“高”挡 B．b方式为“低”挡 C．c方式为“关”挡 D．d方式为“中”挡 题号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ 答案 ‎8.在“测定金属的电阻率”的实验中，需要用刻度尺测出被测金属丝的长度l.用螺旋测微器测出金属丝的直径d，用电流表和电压表测出金属丝的电阻Rx.‎ ‎(1)请写出测金属丝电阻率的表达式：ρ＝______(用上述测量量的字母表示)．‎ ‎(2)若实验中测量金属丝的长度和直径时，刻度尺和螺旋测微器的示数分别如图15所示，则金属丝长度的测量值为l＝________ cm，金属丝直径的测量值为d＝________ mm.‎ 图15‎ ‎(3)如图16甲、乙所示，要用伏安法测量Rx的电阻，已知电压表内阻约几kΩ，电流表内阻约1 Ω，若用图甲电路，Rx的测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”)，若Rx的阻值约为10 Ω，应采用________(填“甲”或“乙”)图的电路，误差会较小．‎ 图16‎ 参考答案 知识体系构建 ρ I＝ UIt I2Rt 与 或 非 解题方法探究 例1 A [由电路图可知，滑动变阻器的触头向b端滑动时，其连入电路的阻值变大，导致整个电路的外电阻R外增大，由U＝·R外＝知路端电压即电压表的读数变大，而R1的分压UR1＝·R1减小，故R2两端的电压UR2＝U－UR1增大，再据I＝可得通过R2的电流即电流表的读数增大，所以A项正确．]‎ 变式训练1 B 例2 (1)电源的电动势和内阻为：E＝20 V，r＝7.5 Ω 由题图甲分析知道，当R＝0时，R0消耗的功率最大，最大为P＝()2R0＝()2×3 W≈10.9 W ‎(2)当r＝R＋R0时，即R＝4.5 Ω时，电源的输出功率最大，最大值为 P＝()2(R0＋R)＝()2×(3＋4.5) W≈13.3 W.‎ 变式训练2 (1)100 V (2)571.2 W 解析 (1)S断开时，由P＝Ir得：I0＝ ＝ A＝5 A.‎ 由闭合电路欧姆定律得：‎ E＝I0(R1＋r)＝5×(19＋1) V＝100 V.‎ ‎(2)S闭合后，内电压U1＝Ir＝12.6×1 V＝12.6 V 故电路的路端电压：U2＝E－U1＝(100－12.6) V＝87.4 V.‎ 通过电炉的电流：I1＝＝ A＝4.6 A 通过电动机的电流：I2＝I－I1＝(12.6－4.6) A＝8.0 A.‎ 电动机消耗的热功率：P1＝IR2＝8.02×2 W＝128 W.‎ 输送给电动机的电功率：P2＝U2I2＝87.4×8.0 W＝699.2 W.‎ 故电动机输出的机械功率：P3＝P2－P1＝(699.2－128) W＝571.2 W.‎ 例3 A [可采用“验证法”分析．若A对，即AB段断路，符合题目所述的故障现象；若B对，即BC段断路，电路中无电流，不可能有UAB＝U；若C对，即AB段短路，则UAB＝0，不合题意．]‎ 变式训练3 B [用“验证法”分析，若A对，即L断路，则Uad＝0，不合题意；若C对，即R′断路，则Uad＝0，不合题意；若D对，即S断路，则Uad＝0，也不合题意．]‎ 例4 (1)ADEGH (2)(b) 实物连接如下图所示 解析 (1)E＝3 V，电压表选A；Im＝＝0.6 A，电流表选D；因Im＝0.6 A，而IR2＝0.1 A，所以滑动变阻器选E.故应选用的实验器材为ADEGH.‎ ‎(2)R1＝2Rx，故为限流式接法；Rx＜，故采用电流表外接法．‎ 变式训练4 (1)、(2)见解析中甲、乙图 (3)作出U＝E－Ir图线，可得小灯泡工作电流为0.35 A，工作电压为0.8 V，因此小灯泡实际功率为0.28 W.‎ 解析 ‎ ‎(1)采用分压式电路有利于增大数据范围．(2)根据数据用描点法作图．(3)两个U－I图线(伏安特性曲线与U＝E－Ir图线)的交点即为小灯泡的实际工作点．‎ 即学即练 ‎1．A [由闭合电路欧姆定律知，电流增大，路端电压减小．]‎ ‎2．A [S断开时，0.6 R1＝U，当S闭合时，R1与R2并联，0.9 R并＝U，故A对．]‎ ‎3．AD [热敏电阻随温度的升高阻值减小，由闭合电路欧姆定律可知电流变大，灯泡变亮．]‎ ‎4．D [由电阻定律知，导线的电阻变为原来的4倍，又因为电流不变，故导线两端所加的电压变为原来的4倍．]‎ ‎5．AD [当滑片向右移动时，滑动变阻器的阻值增大，总电流减小，外电压增大．]‎ ‎6．AC [R2为可变电阻，若把R1看成是电源内阻的一部分，则当R2＝R1＋r时，R2获得最大功率，A对；R1为定值电阻，当R2＝0时，R1的电流最大，功率也最大，C对，B错；当r＝R1＋R2时，电源的输出功率最大，D错．]‎ ‎7．B [a中回路未闭合，故a方式为“关”挡，b中总电阻Rb＝R1＋R2，c中总电阻为Rc＝R1，d中总电阻为Rd＝，由公式P＝知，d方式为“高”挡，c方式为“中”挡，b方式为“低”挡，所以B对，A、C、D错．]‎ ‎8．(1) (2)36.50(36.48～36.52) 0．797(0.796～0.799) (3)偏小 甲 解析 (1)由Rx＝ρ与S＝πd2得ρ＝.‎ ‎(1)由刻度尺读得，l＝36.50 ‎ cm(36.48～36.52都正确)，螺旋测微器读得d＝0.797 mm(0.796～0.799都正确)．‎ ‎(3)图甲电路中电流表的读数是流过Rx与电压表的电流之和，即测得的电流值偏大，由欧姆定律R＝知，测得的电阻偏小，由于Rx＝10 Ω，远小于电压表内阻，故应用电流表外接法，因此用甲图．‎