2016-2017学年高中物理 第二章 电路粤教版选修3-1_6

1 第二章章末复习课 【知识体系】 答案填写 I2Rt UIt EI UI I2r lS UR ER r 主题 1 非纯电阻电路的计算 1.电功： W UIt. 2电功率： P 电 UI. 3热量： Q I2Rt. 4热功 率： P 热 I2R. 分析与方法：闭合电路中电功、热量和电功率、热功率的问题本质上都是能量转化和 守恒问题分析这类问题时，要注意区分电功和热量、电功率和热功率，抓住能量守恒这 2 条主线；在纯电阻电路中，电功和热量相等，电功率和热功率相等；在非纯电阻电路中， 电功大于热量，电功率大 于热功率 【典例 1】 一台洗衣机上的电动机的额定电压 U220 V，线圈电阻 R1 ，在额 定电压下正常运转时电流 I2 A，求： (1)电动机消耗的总功率和发热功率； (2)电动机的输出功率 解析：(1)电动机总功率即为电功率 P 总 UI2202 W440 W；发热功率即为线圈 电阻的热功率 P 热 I2R2 21 W4 W. (2)电动机的输出功率即为电动机的机械功率，由能量守恒可得： P 总 P 出 P 热 ，所 以 P 出 P 总 P 热 436 W. 答案：(1)440 W 4 W (2)436 W 针对训练 1一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为 0.3 V，电流为 0.3 A；松开转轴，在线圈两端加电压为 2 V时，电流为 0.8 A，电动机正 常工作求：该电动机正常工作时，输入的电功率是多少？电动机的机械功率是多少？ 解析：电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧 姆定律得电动机线圈内阻： r 1 ，电动机转动时，消耗的电能转化为内能 UI 0.30.3 和机械能，其输入的电功率为 P 入 I1U10.82 W1.6 W，电动机的机械功率 P 机 P 入 I r1.6 W0.8 21 W0.96 W.21 答案：1.6 W 0.96 W 主题 2 含电容器的直流电路 在直流电路中，当电容器充、放电时，电路里有充、放电电流一旦电路达到稳定 状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的不漏电的情况)的 元件，在电容器处电路可看作是断路，简化电路时可去掉它简化后若要求电容器所带电 量时，可接在相应的位置上分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点： (1)电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降， 因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压 (2)当 电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电 压相等 (3)电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放)电如果电容器两端电压升高， 电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电 【典例 2】 如图所示，电源电动势 E12 V，内阻 r1 ，电阻 R13 ， R22 ， R35 ，电容器的电容 C14 F， C21 F.求： 3 (1)当 S闭合时间足够长时， C1和 C2所带的电量各是多少？ (2)把 S断开，S 断开后通过 R2的电量是多少？ 解析：(1)当 S闭合时间足够长时， C1两端的电压等于 R2两端的电压； C2两端的电压 等于路端电压 回路电流 I 2 A， Er R1 R2 C1两端的电压 UC1 U2 IR24 V， C1的带电量为： Q1 C1UC1410 6 4 C1.610 5 C， C2两端的电压 UC2 U I(R1 R2)10 V， C2的带电量为： Q2 C2UC2110 6 10 C1.010 5 C. (2)断开 S后，电容器 C1通过电阻 R2、 R3放电；电容器 C2通过电阻 R1、 R2、 R3放电， 放电电流均流过 R2，且方向相同 因此，通过 R2的电量为： Q Q1 Q21.610 5 C1.010 5 C2.610 5 C. 答案：(1)1.610 5 C 1.010 5 C (2)2.610 5 C 针对训练 2下图电路中，电源电动势 E10 V、内阻忽略不计，定值电阻 R14 ， R26 ，电容 C30 F. (1)闭合开关 S，电路稳定后通过电阻 R1的电流多大？ (2)然后将开关 S断开，求这以后流过电阻 R1的总电量？ (3)开关 S断开以后，电源还输出多少电能？ 解析：(1) 闭合开关 S后，电路达到稳定时，电容器相当于断路，由闭合电路欧姆定 律知，通过 R1的电流为： I 1 A. ER1 R2 (2)断开前，电容器两极上电压等于 R2两端的电压，即： UC IR216 V6 V， 电容器的带电量为： Q CUC3010 6 6 C1.810 4 C. 4 S断开后，电容器两极间电压等于电源电动势 E，其带电量为： Q CE3010 6 10 C310 4 C， 流过 R1的总电量等于电容器带电量的增加量，即： Q Q Q1.210 4 C. (3)开关断开以后，电源又释放的电能为： E 电 QE1.210 4 10 J1.210 3 J. 答案：(1)1 A (2)1.210 4 C (3)1.210 3 J 主题 3 电路故障的分析方法 1故障类型 (1)短路：电路被短路部分有电流通过(电流表有示数)，被短路两点之间没有电压(电 压表无示数) (2)断路：电路断路部分没有电流通过(电流表无示数)，断路两点之间有电压，断路同 侧导线两点无电压 2电路故障分析思路 (1)认真审题，判断电路各元件连接方式，明确电流表、电压表测量的元件，各开关控 制的元件 (2)根据故障现象分析有无电流，得出电路是短路还是断路 (3)根据电表示数变化分析找出故障位置 3利用电流表、电压表判断电路故障 (1)电流表示数正常而电压表无示数 “电流表示数正常”表明电流表所在电路为通路， “电压表无示数”表明无电流通过电 压表 故障原因可能是：电压表损坏；电压表接触不良；与电压表并联的用电器短 路 (2)电压表有示数而电流表无示数 “电压表有示数”表明电路中有电流通过， “电流表无示数”说明没有或几乎没有电流 流过电流表 故障原因可能是：电流表短路；和电压表并联的用电器断路 (3)电流表、电压表均无示数 “两表均无示数”表明无电流通过两表，除了两表同时短路外，可能是干路断路导致 无电流 【典例 3】 在如图所示电路中，电源电压不变，闭合开关 S，电路正常工作一段时间 后，发现其中一个电压表示数变大，则( ) 5 AL 可能变亮 B R可能断路 C灯 L可能断路 D电阻 R可能短路 解析：首先分析电路的连接方式与电表的作用对象灯 L与电阻 R串联，V 测电源电 压，V 1测电阻 R电压其次，从故障现象看，有一个电压表示数变大，而电源电压不变， 则可判断是 V1示数变大根据“故障分析思路”可判断：可能是灯 L短路，或者可能是电 阻 R断路(V 1也测电源电压)所以，此题应选 B. 答案：B 针对训练 3如图所示，开关 S闭合电灯不亮，为了检查图中电路故障，现用一根导线进行判断， 当导线连接 BC时，灯不亮；当导线连接 CD时，灯也不亮；当导线连接 DE时，灯亮了则 电路故障原因是( ) A电阻 R断路 B电灯 L断路 C R、L 同时断路 D变阻器断路 解析：在串联电路中，灯不亮，有两种可能，第一，灯短路；第二，电路中有断路 处根据导线的连接现象判断，应该不是第一种故障，所以是电路中有断路处当把断路 处连接好，灯就会亮所以，此题应选 D. 答案：D 主题 4 电学实验 1实验基本原则 (1)安全不损坏实验仪器 (2)精确尽可能减少实验误差 (3)方便便于实验操作、读数和数据处理 2实验仪器的选取 (1)电源允许的最大电流要大于电路中的实际电流 (2)用电器的额定电流大于或等于通过它的实际电流 (3)电压表和电流表的量程不能小于被测电压和电流的最大值，一般两表的指针应该指 到满偏刻度的 的位置为宜 12 23 6 3两种电路的选择 (1)阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若 Rx较小， 宜采用电流表外接法；若 Rx较大，宜采用电流表内接法简单概括为“大内偏大，小外偏 小” (2)临界值计算法 Rx 时，用电流表外接法；RVRA Rx 时，用电流表内接法RVRA (3)实验试探法：按如图所示接好电路，让电压表一根接线柱 P先后与 a、 b处接触一 下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法； 如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法 4滑动变阻器的两种接法的选择 （ 1） 选 择 不 同 接法 的 原 则 安 全 性 原 则 不 超 量 程 在 允 许 通 过 的 最 大 电 流 以 内 电 表 、 电 源 不 接 反 )方 便 性 原 则 便 于 调 节便 于 读 数 )经 济 性 原 则 ： 损 耗 能 量 最 小 ) (2)两种接法的适用条件 限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不 多或比滑动变 阻器的总电阻还小) 分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总 电阻要大) 如果 Rx很小，限流式接法中滑动变阻器分得电压较大，调节范围也比较大 Rx很大时， 分压式接法中 Rx几乎不影响电压的分配，滑片移动时，电压变化接近线性关系，便于调 节 若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时， 待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流 (或电压)，则必须选用分压式接法 若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的 滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压 电路 若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路 两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、 7 耗能低 5电路的实物连接的方法 (1)先图后连，先串后并 (2)看准极性，接线到柱 (3)明确量程，检查定位 【典例 4】 用如图所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关 K和两个部件 S、T.请 根据下列步骤完成电阻测量： (1)旋动部件_，使指针对准电流的“0”刻度线. (2)将 K旋转到电阻挡“100”位置. (3)将插入“” “”插孔的表笔短接，旋动部件_，使指针对准电阻的 _(填“0 刻线”或“刻线”). (4)将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小为了得到比较准确的测量 结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按_的顺序进行操作，再完成读数测 量 A将 K旋转到电阻挡“1 K”的位置 B将 K旋转到电阻挡“10”的位置 C将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接 D将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准 解析：首先要对表盘机械校零，所以旋动部件是 S.接着是欧姆调零，将“” “” 插孔的表笔短接，旋动部件 T，让表盘指针指在最右端零刻度处当两表笔分别与待测电 阻相接，发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，必须将指针指在中间刻 度附近，所以要将倍率调大原因是指针偏转小，则说明刻度盘值大，现在要指针偏大即 刻度盘值要小，则只有调大倍率才会实现所以正确顺序 ADC. 答案：(1)S (3)T 0 刻线 (4)ADC 针对训练 4小明的实验桌上有：A.待测电源一个(电动势约 3 V，内阻小于 1 )；B.直流电流 表(量程 00.63 A，0.6 A挡的内阻约 0.22 ，3 A 挡的内阻约 0.1 )；C.直流电压 8 表(量程 0315 V，3 V挡内阻为 15 k，15 V挡内阻为 25 k)；D.滑动变阻器(阻值 范围为 015 ，允许最大电流为 1 A)；E.滑动变阻器(阻值范围为 01 000 ，允许 最大电流为 0.2 A)；F.开关；G.导线若干；H.小灯泡(电阻小于 1 )请你帮助小明完成 下列问题： (1)利用给出的器材测电源的电动势和内阻，有如图甲、乙两种电路，为了减小测量误 差，应选择图_所示电路 (2)根据你选择的电路将图丙中的实物连接好 (3)你选择的滑动变阻器是_(填代号)，理由是 _. (4)小明根据测出的数据，作出 U I图线如图丁 a线所示，实验所测电源的电动势为 E_V，内电阻为 r_. 解析：(1)伏特表测量的是路端电压，所以使用图乙电路(2)图略(3)滑动变阻器应 选择能使电路电流适中且移动滑片时电流表示数较明显，所以选 D.(4)E3 V， r0.75 . 答案：见解析 9 统揽考情 本章的内容较多，理论基础是闭合电路的欧姆定律，通常以电路分析、计算和实验题 的形式考查，近几年来，实验题的考查是重中之重从近几年的高考来看，各省市的高考 题基本都涉及本章的实验，考查范围较广，有实验仪器的选择与使用、实验过程与结果的 分析以及实验设计，涉及的实验有多用电表的使用、伏安法测电阻，电流表(电压表)的改 装和测电源电动势和内阻这要求我们在深刻理解闭合电路的欧姆定律、熟练掌握电路分 析方法的基础上，对有关的几个实验在原理、实质上有明确的认识 真题例析 (2013广东卷)下图 a是测量电阻 Rx的原理图，学生电源输出电压可调，电流表量程 选 0.6 A(内阻不计)，标有长度刻度的均匀电阻丝 ab的总长为 30.0 cm. 图 a 图 b 图 c 10 (1)根据原理图连接 图 b的实物图 (2)断开 S2，合上 S1；调节电源输出电压为 3.0 V时，单位长度电阻丝的电压 u_V/cm.记录此时电流表 A1的示数 (3)保持 S1闭合，合上 S2；滑动 c点改变 ac的长度 l，同时调节电源输出电压，使电 流表 A1的示数与步骤记录的值相同，记录长度 l和 A2的示数 I.测量 6组 l和 I值，测 量数据已在图 c中标出写出 Rx与 l、 I、 u的关系式 Rx_；根据图 c用作图法算出 Rx_. 解析：(2)3 V电压分布在长为 30 cm的电阻丝 上，故有单位长度的电压 u 330 V/cm0.1 V/cm. (3)设电阻丝每 1 cm长的电阻为 R，当合上 S1, 断开 S2时，设此时电阻丝电流为 I， 有： I30 R30 u, 当合上 S1 、S 2时， I lR IRx，由上两式得： Rx与 l、 I、 u的关 系式 Rx .在图 c中过尽可能多的点作直线如图所示，对照图可得 l I，由 L I图线 luI Rxu 的斜率 k60.016 cm/A ，可得 Rx ku60.0160.1 6.0 . Rxu 答案：(1)见下图 (2)0.1 (3) 6.0 LuI 针对训练 (1)在测定一根粗细均匀的合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的 11 过程如图所示，校零时的读数为_mm，合金丝的直径为_mm. (2)为了精确测量合金丝的电阻 Rx，设计出如图 1所示的实验电路图，按照该电路图 完成图 2中的实物电路连接 图 1 图 2 解析：校零时螺旋测微器读数：0 mm0.01 mm0.70.007 mm；测量时螺旋测微器 读数：0.5 mm0.01 mm14.50.645 mm；合金丝的直径 d0.645 mm0.007 mm0.638 mm. 答案：(1)0.007 mm 0.638 mm (2)实物电路连接如图 1(多选)如图所示的电路中， R1、 R2是两个定值电阻， R是滑动变阻器， R3为小灯 泡，电源内阻为 r.开关闭合后，当滑动变阻器触头 P向上移动时( ) 12 A电压表示数变大 B小灯泡亮度变亮 C电容器充电 D电源的总功率变大 解析：滑动变阻器的滑动触头向上滑动时，滑动变阻器接入电 路的电阻变大，根据 “串反并同” ，通过与其串联的小灯泡和电源的电流变小，故小灯泡变暗，电源的总功率减 小，B、D 错误；与其并联的电容器、电压表两端的电压变大，故电容器充电，A、C 正确 答案：AC 2用图示的电路可以测量电阻的阻值图中 Rx是待测电阻， R0是定值电阻，是灵 敏度很高的电流表， MN是一段均匀的电阻丝闭合开关，改变滑动触头 P的位置，当通过 电流表的电流为零时，测得 MP l1， PN l2，则 Rx的阻值为( ) A. R0 B. R0 l1l2 l1l1 l2 C. R0 D. R0 l2l1 l2l1 l2 解析：根据电阻 定律有 ，当电表无读数时， RMRN l1l2 有 ，解得 Rx ，选项 C正确 RMRN R0Rx l2R0l1 答案：C 3在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电 路如图所示. M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻 RM发生变化，导致 S两端电 压 U增大，装置发出警报，此时( ) A RM变大，且 R越大， U增大越明显 B RM变大，且 R越小， U增大越明显 C RM变小，且 R越大， U增大越明显 D RM变小，且 R越小， U增大越明显 解析：根据题述接触到药液时其电阻 RM发生变化，导致 S两端电压 U增大，可知 RM变 小，且 R越大， U增大越明显，选项 C正确 13 答案：C 4某同学设计的可调电源电路如图(a)所示， R0为保护电阻， P为滑动变阻器的滑片， 闭合电键 S. (1)用电压表测量 A、 B两端的电压； 将电压表调零，选择 03 V挡，示数如图(b)， 电压值为_V. (2)在接通外电路之前，为了保证外电路的安全，滑片 P应先置于_端 (3)要使输出电压 U变大，滑片 P应向_端移动 (4)若电源电路中不接入 R0，则在使用过程中，存在_(填“断路”或“短路”) 的风险 解析：(1)电压表选择 03 V量程，最小刻度为 0.1 V，读数时