2020版高考物理总复习8第2讲电路的基本规律和应用教案新人教版.docx

第2讲电路的基本规律和应用一、电路的连接1串、并联电路的特点电路特点串联电路并联电路电流II1I2InII1I2InI1R1I2R2InRn电压U1U2Un总电阻R总R1R2Rn功率分配P1R1P2R2PnRn2.几个有用的结论(1)串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻，电路中任意一个电阻变大时，总电阻变大。(2)并联电路的总电阻小于电路中任意一个支路电阻，任意一个电阻变大时，总电阻变大。(3)某电路中无论电阻怎样连接，该电路消耗的电功率P总等于各个电阻消耗的电功率之和。二、闭合电路欧姆定律1闭合电路(1)组成(2)内、外电压的关系：EU内U外。2闭合电路欧姆定律(1)内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。(2)公式：I(只适用于纯电阻电路)。3路端电压与外电阻的关系一般情况UIRR当R增大时，U增大特殊情况当外电路断路时，I0，UE当外电路短路时，I短，U04.路端电压跟电流的关系(1)关系式：UEIr。(2)用图象表示如图所示，其中纵轴截距为电动势，横轴截距为短路电流，斜率的绝对值为电源内阻。(判断正误，正确的画“”，错误的画“”。)1电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量。()2无论是串联电路还是并联电路，只要其中某一个电阻的阻值变大，总电阻就变大。()3闭合电路中外电阻越大，路端电压越大，电源输出功率越大。()4电源的输出功率越大，电源的效率越高。()5含电容器的直流电路稳定时，电容器所在的电路为断路状态。()1(电动势)下列关于电源电动势的说法正确的是()A在某电池的电路中，每通过2 C的电荷量，电池提供的电能是4 J，那么这个电池的电动势是0.5 VB电源的路端电压增大时，其电源提供的电能一定也增大C无论内电压和外电压如何变化，其电源的电动势一定不变D电源的电动势越大，电源所能提供的电能就越多解析根据电动势定义，由E得E2 V，A项错误；电源的电动势与外电路无关，只由电源自身的性质决定，B项错误，C项正确；电源的电动势大，所提供的能量不一定大，电源提供的电能等于通过电源的电荷量与电动势之积，D项错误。答案C2(串、并联电路)电阻R1与R2并联在电路中，通过R1与R2的电流之比为12，则当R1与R2串联后接入电路中时，R1与R2两端电压之比U1U2为()A12 B21 C14 D41解析由并联特点可知，又由串联电路特点可得，故B项正确。答案B3(闭合电路欧姆定律) (多选)在如图所示的电路中，当电阻箱R的阻值增加时()AR两端的电压将增大BR两端的电压将减小C通过R的电流将不变D通过R的电流将减小解析R增大后，电路总电阻增大，即电路总电流减小，根据EUIr可知路端电压增大，R1在干路，所以通过R1的电流减小，R1两端的电压减小，由于路端电压是增大的，所以并联电路两端电压增大，即R和R2两端电压增大，通过R2的电流增大，而总电流是减小的，故通过R的电流减小，A、D两项正确。答案AD4. (电源的功率和效率)(多选)在如图所示的电路中，当滑动变阻器R的滑片P向下移动时，以下判断正确的是 ()A电源内部发热功率变小B小电灯L变亮C电流表的示数变小D电源的效率提高解析由题图可知，当滑动变阻器R的滑片P向下移动时，意味着外电路的电阻增大，由闭合电路的欧姆定律I知，干路电流I 减小，由PI2r知，电源内部发热功率变小，故A项正确；由U2EI(rR1)知，并联电路电压变大，电流表的示数增大，故C项错误；由IIAI灯，小电灯L通过的电流变小，小电灯变暗，故B项错误；电动势不变，路端电压变大，电源的效率提高，故D项正确。答案AD考点1电路的动态分析考|点|速|通电路动态分析的三种常用方法1程序法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。3极限法因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端，让电阻最大或电阻为零去讨论。典|例|微|探【例1】 (多选)如图所示电路，电源内阻不能忽略，R1阻值小于变阻器的总电阻，初态滑片P位于变阻器的中点，P由中点向上移动到顶端的过程中()A电源的内功率先减小后增大B电源的效率先减小后增大C电流表的示数先减小后增大D电压表的示数先增大后减小解析因R1阻值小于变阻器的总电阻，则知在滑片P由中点向上移动的过程中，滑动变阻器与R1并联部分的总电阻R并先增大后减小，电路中总电流I总先减小后增大，电源的内功率P内IR内先减小后增大，A项正确；电源的效率先增大后减小，B项错误；在滑片P由中点向上移动到顶端的过程中，因R1与滑动变阻器上部分电阻之和逐渐减小，由“串反并同”可知，电流表的示数一直增大，C项错误；电压表的示数UE先增大后减小，D项正确。答案AD1当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时，电路的总电阻一定增大(或减小)。2若开关的通、断使串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；若开关的通、断使并联的用电器增多时，电路的总电阻减小。 题|组|冲|关1.如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为R。L1和L2为相同的灯泡，每个灯泡的电阻和定值电阻阻值均为R。电压表为理想电表。S为单刀双掷开关，当开关由1位置掷到2位置时，下列说法中正确的()AL1亮度不变，L2将变暗BL1将变亮，L2将变暗C电源内阻的发热功率将变小D电压表示数将变小解析开关掷到位置1时，灯泡L1和L2并联，并联电阻R并，电路总电阻R总RR，干路电流I，根据并联电路电流与电阻成反比可得流过灯泡L1和L2的电流相等，即I1I2。开关掷到2位置，灯泡L1与定值电阻R串联，然后与灯泡L2并联，并联电阻为R并，电路总电阻R总R，干路电流I，根据并联电路电流与电阻成反比可得流过灯泡L1的电流I1I，流过灯泡L2的电流I2I。据此判断，开关由1位置掷到2位置，流过灯泡L1的电流大小不变，灯泡亮度不变，流过灯泡L2的电流变大，灯泡变亮，所以A、B两项错误；总电流变大，电源内阻的发热功率(PI2R)变大，C项错误；总电流变大，内电压变大，路端电压变小，电压表示数变小，D项正确。答案D2(多选)如图所示，E为电源，其内阻不可忽略，RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，L为指示灯泡，C为平行板电容器，G为灵敏电流计。闭合开关S，当环境温度明显升高时，下列说法正确的是()AL变亮BRT两端电压变大CC所带的电荷量保持不变DG中电流方向由a到b解析环境温度明显升高时，RT的阻值减小，电路电流增大，灯泡L变亮，所以A项正确；RT的阻值减小，根据串联电路的分压规律，RT的电压减小，所以B项错误；外电路的电阻减小，故路端电压减小，电容器的电压减小，电量减少，所以C项错误；电容器的电量减少，发生放电现象，故G中电流方向由a到b，所以D项正确。答案AD考点2闭合电路的功率和效率问题考|点|速|通1电源的输出功率P出I2RR如图所示。(1)当Rr时，有最大输出功率Pmax。(2)当P出Pmax时，每个输出功率值对应两个可能的外电阻阻值R1和R2，且r。(3)由图象还可以看出：当Rr时，若R增大，则P出增大；当Rr时，若R增大，则P出减小。应注意：对于内外电路上的固定电阻，其消耗的功率取决于电路中电流的大小。2电源的效率任意电路：100%100%100%纯电阻电路：100%100%100%对于给定的电源，内阻一定，效率随外电阻的增大而单调增加。当Rr时，50%；当R0时，0；当R时， 100%。典|例|微|探【例2】如图所示，电路中E3 V，r0.5 ，R01.5 ，变阻器的最大阻值R10 。(1)在变阻器的阻值R为多大时，变阻器上消耗的功率最大？最大功率为多少？(2)在变阻器的阻值R为多大时，定值电阻R0上消耗的功率最大？最大功率为多少？解析(1)此种情况可以把R0归入电源内电阻，这样变阻器上消耗的功率，也就是电源的输出功率，即当RrR02 时，R消耗功率最大为Pm W W。(2)定值电阻R0上消耗的功率可以表达为PI2R0，因为R0不变，当电流最大时功率最大，此时应使电路中电阻最小，即当R0时R0上消耗的功率最大：PmR01.5 W W。答案(1)2 W(2)0 W闭合电路欧姆定律中的功率的最值问题1定值电阻的功率：P定I2RR为定值电阻，P定只与电流有关系，当R外最大时，I最小，P定最小，当R外最小时，I最大，P定最大。2电源的输出功率：当R外r时，P出功率最大，且Pm。3变化电阻的功率的最大值利用等效思想，把除变化电阻之外的其他的定值电阻等效成电源的内阻r，则变化电阻的功率即为等效以后的电源的输出功率，即当R变r时，P变有最大值。 题|组|冲|关1有一个电动势为3 V、内阻为1 的电源。下列电阻与其连接后，使电阻的功率大于2 W，且使该电源的效率大于50%的是()A0.5 B1 C1.5 D2 解析由闭合电路欧姆定律得I，电源效率100%，电阻的功率PI2R。将四个选项代入分析得，只有C项符合题目要求，故C项正确。答案C2. (多选)在如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，灯泡L的电阻大于电源的内阻r。闭合开关S，在滑动变阻器的滑片P由a向b移动的过程中，下列各物理量的变化情况正确的是()A电流表的读数一直减小B灯泡L变亮C电源输出功率先增大后减小D电压表的读数先增大后减小解析滑动变阻器的右半部分与电流表A串联，再与左半部分并联，并联部分与灯泡串联后再与电压表并联，电压表测路端电压。滑片P向左滑动，当两支路电阻相等时RARaRb时，并联路段电阻最大，因此并联路段的电阻先增大后减小，外电路总电阻先增大后减小，由串联分压可知路端电压先增大后减小，D项正确；电流表刚开始测干路电流，随着P由a向b移动，电流表示数逐渐变小，P滑到b端，电阻R和电流表被短路，电流表示数为零，A项正确；外电路电阻增大时，流过灯泡的电流减小，灯泡分压减小，灯泡变暗，B项错误；外电路电阻越接近电源内阻，电源输出功率越大，由于灯泡电阻大于电源内阻，因此外电路电阻总大于电源内阻，外电阻先增大后减小，所以电源的输出功率先减小后增大，C项错误。答案AD考点3含电容器电路的分析和计算考|点|速|通1电路简化把电容器所处的支路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上。2电容器的电压(1)电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。(2)电容器所在的支路中没有电流，与之串联的电阻无电压，相当于导线。3电容器的电量及变化(1)利用QUC计算电容器初、末状态所带的电量Q1和Q2。(2)如果变化前后极板带电的电性相同，通过所连导线的电量为Q1Q2。(3)如果变化前后极板带电的电性相反，通过所连导线的电量为Q1Q2。典|例|微|探【例3】如图所示，R1R2R3R4R，开关S闭合时，间距为d的平行板电容器C的正中间有一质量为m、电荷量为q的小球恰好处于静止状态，则开关S断开时，小球的运动情况为()A不动 B向上运动C向下运动 D不能确定解析开关S断开，电路的总电阻变大，干路电流减小，R4两端电压减小，则电容器两端的电压也减小，匀强电场的场强减小，小球受到的电场力减小，所以小球所受合力向下，C项正确。答案C题|组|冲|关1.在如图所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为E、内阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，C为电容器，A、V为理想电流表和电压表。在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中，下列说法正确的是()A电压表示数变小B电流表示数变小C电容器C所带电荷量增多Da点的电势降低解析在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中，电阻R3变小，并联电阻R23变小，总电阻R总rR1R23变小，总电流I变大，电压表测量R1电压U1IR1变大，A项错误；并联电路电压U23EI(R1r)减小，电容器电压等于并联电压，所以电容器电荷量QCU23减少，C项错误；通过R2的电流I2变小，根据干路电流等于各支路电流之和得通过R3的电流即电流表示数I3II2变大，B项错误；由于电源负极接地即电势为0，那么并联电压U23a0，电压减小，所以a点的电势降低，D项正确。答案D2如图所示，R3是光敏电阻，a、b两点间接一电容，当开关S闭合后，在没有光照射时，电容上、下极板上电量为零，当用光线照射电阻R3时，下列说法正确的是()AR3的电阻变小，电容器上极板带正电，电流表示数变大BR3的电阻变小，电容器上极板带负电，电流表示数变大CR3的电阻变大，电容器上极板带正电，电流表示数变小DR3的电阻变大，电容器上极板带负电，电流表示数变小解析光敏电阻在光的照射下阻值迅速变小，a的电势降低，电容器上极板带负电，电路中总电阻变小，总电流变大，B项正确。答案B考点4电源的UI图象和电阻的UI图象对比考|点|速|通两种图象的比较典|例|微|探【例4】如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图象；直线B为电源b的路端电压与电流的关系图象；直线C为一个电阻R两端的电压与电流的关系图象。如果将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么有()AR接到a电源上，电源的效率较高BR接到b电源上，电源的输出功率较大CR接到a电源上，电源的输出功率较大，但电源效率较低DR接到b电源上，电阻的发热功率和电源的效率都较高解析由题图判断电源a的内阻大，在纯电阻电路中电源效率100%，内阻越大，效率越低；电源的输出功率PUI对应图线交点坐标的乘积，只有C项正确。答案C题|组|冲|关1. (多选)在如图所示的图象中，直线为某一电源的路端电压与电流的关系图象，直线为某一电阻R的伏安特性曲线。用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路。由图象可知()A电源的电动势为3 V，内阻为0.5 B电阻R的阻值为1 C电源的输出功率为2 WD电源的效率为66.7%解析图线与纵轴的交点表示电源电动势E为3 V，图线的斜率的绝对值表示电源内阻r为0.5 ，A项正确；图线的斜率表示电阻R的阻值为1 ，B项正确；由、图线的交点坐标可知电流I2 A，路端电压U2 V，电源输出功率PUI4 W，C项错误；电源效率100%100%66.7%，D项正确。答案ABD2两位同学在实验室利用如图甲所示的电路测定定值电阻R0、电源的电动势E和内电阻r，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，一个同学记录了电流表A和电压表V1的测量数据，另一同学记录的是电流表A和电压表V2的测量数据。根据数据描绘了如图乙所示的两条UI直线。则图象中两直线的交点表示的物理意义是()A滑动变阻器的滑动头P滑到了最右端B电源的输出功率最大C定值电阻R0上消耗的功率为1.0 WD电源的效率达到最大值解析由图乙可得，电源的电动势E1.5 V，r1 ，交点位置：RR02 ，R02 ，R0，滑动变阻器的滑动头P滑到了最左端，A项错误；当电路中外电阻等于内电阻时，电源输出功率最大，但本题R0r，改变滑动变阻器时无法达到电路中内、外电阻相等，此时当外电阻越接近内电阻时，电源输出功率最大，B项正确；R0消耗的功率PIU20.5 W，C项错误；电源的效率，电流越小效率越大，可见滑动变阻器的滑动头P滑到最右端时效率最大，D项错误。答案B电路故障问题1故障特点(1)断路特点：路端电压不为零而电流为零。(2)短路特点：用电器或电阻发生短路，表现为有电流通过电路但用电器或电阻两端电压为零。2检查方法(1)电压表检测：如果电压表示数为零，则说明可能在并联路段之外有断路，或并联路段短路。(2)电流表检测：当电路中接有电源时，可用电流表测量各部分电路上的电流，通过对电流值的分析，可以确定故障的位置。在运用电流表检测时，一定要注意电流表的极性和量程。(3)欧姆表检测：当测量值很大时，表示该处断路；当测量值很小或为零时，表示该处短路。在运用欧姆表检测时，被检测元件应从电路中拆下来。(4)假设法：将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生某种故障，运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理。【经典考题】如图所示的电路中，电源的电动势为6 V，当开关S接通后，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分的电压是Uab6 V，Uad0 V，Ucd6 V，由此可断定()AL1和L2的灯丝都烧断了BL1的灯丝烧断了CL2的灯丝烧断了D变阻器R断路解析由Uab6 V可知，电源完好，灯泡都不亮，说明电路中出现断路故障，且在a、b之间。由Ucd6 V可知，灯泡L1与变阻器R是通的，断路故障出现在c、d之间，故灯L2断路，C项正确。答案C必|刷|好|题1在如图所示的电路中，由于某一电阻发生短路或断路，A灯变暗，B灯变亮，则故障可能是()AR1短路BR2断路 CR3短路DR4断路解析R1短路，外电路总电阻减小，并联部分电压增大，A、B灯变亮，A项错误；R2断路，A灯不亮，B项错误；R3短路，外电路总电阻减小，总电流变大，则并联部分电压减小，所以A灯变暗，通过A灯电流减小，通过B灯电流增大，所以B灯变亮，C项正确；R4断路，外电路总电阻变大，并联部分电压增大，A灯变亮，D项错误。答案C2如图所示的电路中，闭合开关后元件处于正常工作状态，当某灯泡突然出现故障时，电流表读数变小，电压表读数变大。下列关于故障原因或故障后其他物理量的变化情况的说法正确的是()AL1灯丝突然短路BL2灯丝突然烧断C电源的输出功率一定变小D电容器C上电荷量减小解析当L1灯丝突然短路时，电路的外电阻减小，根据I得，电流表读数增大，A项错误；当L2灯丝突然烧断时，电路的外电阻增大，电流表读数变小，由UEIr得电压表读数增大，B项正确