高中物理专题(八) 电磁学中的“路”

常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 专题 八 专题 八 电磁学中的电磁学中的 路路 一 大纲解读一 大纲解读 本专题包含的内容有直流电路 交流电路的分析以及电磁感应现象与电路的综合应用 等 涉及的考点较多 考纲对这一部分的要求 除了电阻率与温度的关系和电阻 半导体 及其应用 超导及其应用 电感和电容对交变电流的作用 电能的输送 这几部分知识点 为 I 级要求 大纲 中定为 级要求的知识点有 电流 欧姆定律 电阻和电阻定律 电 阻的串联 并联 串联电路的分压作用 并联电路的分流作用 电功和电功率 串联 并 联电路的功率分配 交流发电机及其产生正弦式电流的原理 正弦式电流的图象和三角函 数表达式 最大值与有效值 周期与频率 变压器的原理 电压比和电流比 直流电路的分析与计算是高考的热点 可以结合实验的分析进行考查 重点考查欧姆 定律的应用及功率的求解 交流电路部分由于与工农业生产和日常生活紧密结合 在近几 年的高考中考查的频度较高 重点考查交流电有效值 变压器的有关知识 电磁感应中的 电路问题是综合性较强的高考热点之一 该内容一般综合法拉第电磁感应定律 楞次定律 直流电路知识 磁场知识等多个知识点 还可以结合图象进行考查 解答过程中对考生的 综合应用能力要求较高 二 重点剖析二 重点剖析 电路这一部分以部分电路欧姆定律为中心 包括六个基本物理量 电压 电流 电阻 电功 电功率 电热 三条定律 部分电路欧姆定律 电阻定律和焦耳定律 以及若干 基本规律 串 并联电路特点等 其二是以闭合电路欧姆定律为中心 讨论电动势的概念 闭合电路中的电流 路端电压以及闭合电路中能量的转化 其三 对高中物理所涉及的三 种不同类别的电路进行比较 即恒定电流电路 变压器电路 远距离输电电路 比较这些 电路哪些是基本不变量 哪些是变化量 变化的量是如何受到不变量的制约的 其能量是如 何变化的 本题专题的重点内容有 1 动态直流电路的分析 电路中某些元件 如滑线变阻器的阻值 的变化 会引起电流 电压 电阻 电功率等相关物理量的变化 解决这类问题涉及到的知识点多 同时还要掌 握一定的思维方法 2 非纯电阻电路的分析与计算 非纯电阻电路是指电路含有电动机 电解槽等装置 这 些装置的共同特点是可以将电能转化为机械能 化学能等其他形式的能量 3 稳态 动态阻容电路的分析与计算 此类问题往往较难 但却是高考考查的重点 由 于此类问题能够考查考生理论联系实际的能力 对灵活运用知识的能力要求较高 所以可 能成为近几年考查重点 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 4 非线性电路的分析与求解 非线性电路包括含二极管电路和白炽电灯电路 由于 这类元件的伏安特性不再是线性的 所以求解这类问题难度更大 5 交流电的产生 变压器的原理 电压比电流比公式的简单应用 远距离输电中的 电能损失等在高考中时常出现 三 考点透视三 考点透视 考点一 直流考点一 直流电电路的分析和路的分析和计计算算 例题例题 1 一个 T 型电路如图所示 电路中的电 1 10R 23 120 40RR 另有一测试电源 电动势为 100V 内阻忽略不计 则 A 当 cd 端短路时 ab 之间的等效电阻是 40 B 当 ab 端短路时 cd 之间的等效电阻是 40 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 解析 解析 本题考查电路的串并联知识 当 cd 端短路时 R2与 R3并联电阻为 30 后与 R1 串联 ab 间等效电阻为 40 A 对 若 ab 端短路时 R1与 R2并联电阻为 8 后与 R3串联 cd 间等效电阻为 128 B 错 但 ab 两端接通测试电源时 电阻 R2未接入电路 cd 两端 的电压即为 R3的电压 为 Ucd 100V 80V C 对 但 cd 两端接通测试电源时 电阻 40 50 R1未接入电路 ab 两端电压即为 R3的电压 为 Uab 100V 25V D 错 本题正确答 40 160 案 AC 点拨点拨 恒定电流常见一些比较复杂的电路 分析时需要画出等效电路图 注意电流表 的分析认为是短路 电压表认为是断路 若问某两点间的电压 千万别给该两点间臆想上 一段之路 例题例题 2 2008 年广东 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 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 答案 答案 A 解析解析触头由中点滑向 b 端时 外电路总电阻 R总增大 干路电流 I 减小 故电源内部 压降 Ur 定值电阻 R1上压降 UR1减小 路端电压 U 并联电路电压 U 增大 即电压表 电流表示数均增大 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 点拨点拨 电路中某些元件的变化 会引起电流 电压 电阻 电功率等相关物理量的变 化 解决这类问题涉及到的知识点多 同时还要掌握一定的思维方法 能很好的考查考生 的综合应用能力 在近几年高考中已多次出现 考点二 交流考点二 交流电电路的分析与路的分析与计计算算 例例 2 某理想变压器原 副线圈的匝数比如图 8 2 所示 负载中每个电阻均为 110 若输入电压为 220V 则输入电流和功率分别是 A 5A 1100W B 5A 880W C 4A 1100W D 4A 880W 解析 解析 当两电阻串联时 总电阻为 2R 此时两端的电压为 440V 所以880 220 4402 1 PW 而220 55 1102 2 PW 所以 1100 21 PPPW 5 U P IA 考点三 考点三 电电磁感磁感应应中的中的电电路路综综合合计计算算 例题例题 3 如图所示 水平放置的金属细圆环半径为 0 1m 竖直放置的金属细圆柱 其 半径比 0 1m 小得多 的端面与金属圆环的上表面在同一平面内 圆柱的细轴通过圆环的 中心 O 将一质量和电阻均不计的导体棒一端固定一个质量为 10g 的金属小球 被圆环和 细圆柱端面支撑 棒的一端有一小孔套在细轴 O 上 固定小球的一端可绕轴线沿圆环作圆 周运动 小球与圆环的摩擦因素为 0 1 圆环处于磁感应强度大小为 4T 方向竖直向上的 恒定磁场中 金属细圆柱与圆环之间连接如图电学元件 不计棒与轴及与细圆柱端面的摩 擦 也不计细圆柱 圆环及感应电流产生的磁场 开始时 S1断 开 S2拔在 1 位置 R1 R3 4 R2 R4 6 C 30uF 求 1 S1闭合 问沿垂直于棒的方向以多大的水平外力作用 于棒的 A 端 才能使棒稳定后以角速度 10rad s 匀速转动 2 S1闭合稳定后 S2由 1 拔到 2 位置 作用在棒上的外 力不变 则至棒又稳定匀速转动的过程中 流经 R3的电量是多 少 解析 解析 1 金属细圆柱产生的电动势为2 2 1 2 LBE V 对整个系统由功能关系得 21 2 RR E LfF 代入数据解得 F 0 41N 2 S1闭合 S2拔到 2 位置 稳定后的金属细柱的解速度为 由对整个系统由功 能关系得 21 22 2 1 RR LB LfF 代入数据解得 10rad s S2拔 1 稳定后电容器两端 的电压为2 1 12 2 1 RR ER UV 且上板带正电 S2拔 2 稳定后电容器两端的电压为 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 8 0 12 1 2 RR ER UV 且上板带负电 电容器上的电量变化为 5 21 106 CUUQC 所以流过 R3的电量为 5 3 106 3 5 3 QQC 答案 答案 1 0 41N 2 5 106 3 C 点拨点拨 本题解答关键在于正确确定各电键在断开与闭合时对应的电路结构图 四 热点分析四 热点分析 热热点三 交流点三 交流电电的四的四值值 例例 4 2007 宁夏 一正弦交流电的电压随时间变 化的规律如图 8 3 所示 由图可知 A 该交流电的电压瞬时值的表达式为 u 100sin 25t V B 该交流电的频率为 25 Hz C 该交流电的电压的有效值为 1002 V D 若将该交流电压加在阻值 R 100 的电阻两端 则电阻消耗的功率时 50 W 本题简介本题简介 本题考查交流电的瞬时值 有效值 最大值的理解 正确理解有效值的热 效应定义 解析解析 从图象上可得交流电的电压的最大值为 100V 周期为 2 4 10 s 得频率为 25 Hz 所以得电压瞬时值的表达式为 u 100sin 50 t V 交流电的电压的有效值为 502 V 计 算电阻消耗的功率用有效值 由 2 50W U P R 答案 答案 BD 反思 反思 正确理解交流电的瞬时值 有效值 最大值是解题的关键 在复习时 特别注 意对交流电有效值的理解和计算 热热点四 点四 变压变压器的器的动态动态分析分析 例例 5 如图 8 4 所示 电路中的变压器为理想变压器 S 为单刀双掷开关 P 是滑动变 阻器 R 的滑动触头 U1 为加在原线圈两端的交变电压 I1 I2 分别为原线圈和副线圈中 的电流 下列说法正确的是 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 A 保持 P 的位置及 U1不变 S 由 b 切换到 a 则 R 上消耗的功率减小 B 保持 P 的位置及 U1不变 S 由 a 切换到 b 则 I2 减小 C 保持 P 的位置及 U1不变 S 由 b 切换到 a 则 I1增大 D 保持 U1不变 S 接在 b 端 将 P 向上滑动 则 I1减小 本题简介本题简介 本题考查理想变压器的工作原理 变压器电路的原 副线圈的功率 电流 电压的关系 对于变压器的动态分析问题要弄清那些是不变量 解析解析 当 S 由 b 切换 a 时 副线圈匝数增多 即 n2增大 根据 11 22 Un Un 可知 输出电 压 U2增大 R1消耗的功率 R U P 2 2 也增大 所以 A 错 由变压器功率关系可知 其输入 功率也增大 故 I1增大 所以 C 对 S 由 a 切换 b 时 副线圈匝数 n2减少 则输出电压 U2也减小 由 R U I 2 2 得 I2 减小 所以 B 对 P 向上滑动时 R 减小 由 R U I 2 2 得 I2 增大 由电流与匝数的关系 12 21 In In 可知 I1增大 故 D 错 所以选 BC 答案 答案 BC 反思 反思 如果对变压器工作原理理解不透彻 对原副线圈中哪些是变量 哪些是不变量 分不清楚 或不能清楚的知道各量间 谁决定谁 的关系 就不能正确解题 4 电电路功率的分析与路功率的分析与计计算算 例例 4 2008 年重庆 某同学设计了一个转向灯电路 如图所示 其中 L 为指示灯 L1 L2分别为左 右转向灯 S 为单刀双掷开关 E 为电源 当 S 置于位置 1 时 以下判断 正确的是 A L 的功率小于额定功率 B L1亮 其功率等于额定功率 C L2亮 其功率等于额定功率 D 含 L 支路的总功率较另一支路的大 解析解析 当 S 置于位置 1 时 由电路图知 L 与 L2串 联再与 L1并联 由于含 L 支路的电阻较大 由 R U p 2 知 消耗的功率较另一支路的小 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 故 D 错 因为电源的电动势为 6V 且内阻为 1 所以三盏灯两端的电压均小于 6V 额定电 压 消耗的功率均小于额定功率 故 A 选项正确 答案 答案 A 反思 反思 本题考查的是闭合电路欧姆定律 电功率 其误区在于 B C 选项的判断 正 正确电源电动势 闭合电路欧姆定律 电功率 是解决本题的关键 5 闭闭合合电电路欧姆定律路欧姆定律 例例 5 5 2007 重庆 汽车电动机启动时车灯会瞬时 变暗 如图 8 5 所示 在打开车灯的情况下 电动机 未启动时电流表读数为 10A 电动机启动时电流表读 数为 58A 若电源电动势为 12 5 V 内阻为 0 05 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 8W B 43 2W C 48 2 W D 76 8 W 解析解析 电动机未启动时 U灯 E I1r 12 5 10 0 05V 12V 电灯功率 P灯 U灯I 120W 电动机启动时 U灯 E I2r 12 5 58 0 05V 9 6V 设电灯阻值不变 由 R U P 2 可得120 12 6 9 22 灯 灯 灯 P U U PW 76 8 W 电功率的减少量 PPP 120 76 8 W 43 2W 答案答案 B 反思 反思 本题考查了应用闭合电路欧姆定律求解路端电压及功率问题 要求学生处理问 题时 能自主探究 排除次要因数影响 灯丝电阻不变 为考查学生的审题能力 本题设 置了 陷阱 选项 D 题中求电功率 降低了 而 D 项为 降低到 物理课程新标准 在课程性质中指出 高中物理课程有助于学生继续学习基本的物理知识与 技能 增强创新意识和实践能力 发展探索自然 理解 自然的兴趣与热情 近年高考中出现了许多考查自主 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 学习能力的探究性试题 这类习题的解题关键是准确地提取有效信息 多角度分析 全方 位联想 注意物理知识的综合应用 6 电电路故障的判断路故障的判断问题问题 例例 6 6 如图所示的电路中 电源的电动势为 6V 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Uab 6V Uad 0V Ucd 6V 由此可断定 A L1和 L2的灯丝都烧短了 B L1灯丝烧短了 C L2的灯丝烧断了 D 变阻器R断路 解析 解析 由Uab 6V 可知 电源完好 灯泡都不亮 说明电路当中出现断路故障 且在 a b 之间 由Ucd 6V 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 所以选 C 正确 反思 反思 1 断路故障的判断 用电压表与电源并联 若有电压时 说明电源正常 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 电流 表有示数而用电器不工作则该支路短路 用电压表与该部分并联 若有电压时 未短路 若电压则该两点间可能短路 或被短路 热热点六 用点六 用电电路知路知识识探究探究实际问题实际问题 例例 7 7 2007 年北京 环保汽车将为 2008 年奥运会场馆服务 某辆以蓄电池为驱动能源 的环保汽车 总质量 m 3 103 kg 当它在水平路面上以 v 36 km h 的速度匀速行驶时 驱动电机的输入电流 I 50A 电压 U 300V 在此行驶状态下 1 求驱动电机的输入功率 P电 2 若驱动电机能够将输入功率的 90 转化为用于牵引汽车前进的机械功率 P机 求汽 车所受阻力与车重的比值 g 取 10m s2 3 设想改用太阳能电池给该车供电 其他条件不变 求所需太阳能电池板的最小面积 结合计算结果 简述你对该设想的思考 已知太阳辐射的总功率 P0 4 1026 W 太阳到地球的距离 r 1 5 1011m 太阳光传播 到达地面的过程中大约有 30 的能量损耗 该车所用太阳能电池的能量转化效率约为 l5 解析解析 1 驱动电机的输入功率 P电 U I 1 5 104 W 2 在匀速行驶时 P机 0 9P电 P机 F v f v 得 f 0 9P电 v 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 汽车所受阻力与车重之比 f mg 0 9P电 mgv 0 045 3 当阳光垂直P电 入射时 所需板面积最小 设其为S 距太阳中心为r的球 面面积 2 0 4 rS 若没有能量损耗 太阳能电池板接收到的太阳能功率为P 则 00 S S P P 设太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为为P P 1 30 P 00 30 0 1 S S P P 由于P电 15 P 所以电池板的最小面积 0 2 0 0 7 015 0 4 7 0P Pr P PS S 灯 101m2 分析可行性并提出合理的改进建议如下 由于所需太阳能电池板面积过大 远超过 一般汽车的面积 因此只有大幅度提高电池板的效率 才可以投入实际应用 答案答案 1 1 5 104W 2 f mg 0 045 3 电池板的最小面积 101m2 分析可行性并 提出合理的改进建议见解析 反思 反思 本题涉及电机的功率 能量守恒 效率概念 平衡条件等知识 考查考生运用 电路知识解决联系实际问题的能力 第 3 问 结合计算结果 简述你对该设想的思考 考查了考生 分析与论证 和 自主探究 的能力 科学 技术和社会 STS 教育是 世界各国教育改革中形成的一股潮流 它主张教育中应该强调科学技术在社会生产 生活 中的应用 新课程改革体现了这一理念 考试大纲 明确提出 要求考生 了解自然科学 发展的最新成就和成果及其对社会发展的影响 并能与已学的知识结合起来解决问题 近年高考试卷上出现了许多结合社会实际和科技前沿的好题 这些试题比较真实和全面地 模拟现实 复习中要关注这些社会热点 关注科技前沿的发展及其应用 并注意这些命题 背景与 考试大纲 的知识结构 能力要求的联系 五 能力突破五 能力突破 例例 1 1 如图 8 6 所示是一火警报警器的部分电路示意图 其中 R3为用半导体热敏材料 制成的传感器 值班室的显示器为电路中的电流表 a b 之间接报警器 当传感器 R3所在处出现火情时 显示器的电 流 I 报警器两端的电压 U 的变化情况是 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 A I 变大 U 变大 B I 变大 U 变小 C I 变小 U 变小 D I 变小 U 变大 解析解析 当出现火情 温度升高 对于半导体热敏电阻 其电阻减小 所以显示器的电 流 I 报警器两端的电压 U 均减小 答案 答案 C 反思 反思 本题与实际相联系 考查了半导体的电阻随温度变化的规律及电路的动态分析 问题 能很好地考查同学们的分析问题的能力 提高学习物理的兴趣 例例 2 2 高温超导限流器被公认为目前最好的且唯一行之有效的短路故障电流限制装置 中国科学院电工研究所完成了一种具有自主知识产权的高温超导限流器样机的研制工作 超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成 如图 8 7 所示 超导部件有一个超导临界电 流 Ic 当通过限流器的电流 I Ic时 将造成超导体失超 从超导态 本题认为电阻为零 转 变为正常态 本题认为是一个纯电阻 以此来限制电力系统的故障电流 已知超导部件的 正常态电阻为 R1 3 超导临界电流 Ic 1 2A 限流电阻 R2 6 小灯泡 L 上标有 6V6W 电源电动势 E 8V 内阻 r 2 原来电路正常工作 现 L 突然发生短路 则 A 短路前通过 R1的电流为 2 3A B 超导部件将由超导态转为正常态 C 短路后通过 R1的电流为 4 3A D 短路后通过 R1的电流为 2A 解析解析 小灯泡 L 上标有 6V6W 故该灯泡的电阻 RL U2 P 62 6 6 短路前电路的 总电阻为 R R1R2 R1 R2 RL r 2 6 2 10 总电流为 I E R 0 8A 超导部件两端 的电压为 U1 E I RL r 1 6V 所以短路前通过 R1的电流为 I1 1 6V 3 8 15A 所以 A 选 项错误 当 L 突然短路后 则电路中总电阻为 R R 2 2 4 总电流 I E R 8V 4 2A 则超导部件两端的电压为 U E I r 4V 所以短路后通过 R1的电流为 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 I1 4V 3 4 3A 故 C 选项正确 由上述计算可知 L 突然短路后 超导部件的电流为 4 3A 超过了临界电流 1 2A 故短路后超导部件将由超导态转为正常态 B 选项正确 D 错 答案答案 BC 反思 反思 本题以新情景下考查了闭合电路的欧姆定律及部分电路的欧姆定律的知识 同 学们要能从长篇的背景介绍中提取有用的解题信息 例例 3 如图 8 8 所示是实验时用的原 副线圈都有中间抽头的理想变压器 在原线圈上 通过一个单刀双掷开关 1 S与一 只安培表连接 在副线圈上 通过另一个单刀双掷开关与一 个定值电阻 0 R相连接 通过 1 S 2 S可以改变原 副线圈的匝数 在原线圈上加一电压为 U 的交 流电后 当 1 S接 a 2 S接 c 时 安培表的示数为 1 I 当 1 S接 a 2 S接 d 时 安培表的示数为 2 I 当 1 S接 b 2 S接 c 时 安培表的示数为 3 I 当 1 S接 b 2 S接 d 时 安培表的示数为 4 I 则 A 1 I 2 I B 1 I 4 I C 2 I 3 I D 2 I 4 I 解析 解析 设变压器原 副线圈的匝数分别为 1 n 2 n 所接交流电的电压 1 U 理想变压 器在原线圈上的输入功率与在副线圈的输出功率相同 即 出入 PP 当 1 S接 a 2 S接 c 时 在定值电阻上消耗的功率 0 2 2 R U P 出 而在原线圈的输入功率 11U IP 入 01 2 2 1 RU U I 又 2 1 2 1 n n U U 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 2 1 2 0 1 1 n n R U I 当 1 S接 a 2 S接 d 时 1 n不变 2 2 2 n n 1 2 1 2 0 1 2 4 1 2 I n n R U I 1 S接 b 2 S接 c 时 即 2 1 1 n n 22 nn 1 2 1 2 0 1 3 4 2 I n n R U I 当 1 S接 b 2 S接 d 时 即 2 1 1 n n 2 2 2 n n 1 2 1 2 0 1 2 1 2 0 1 4 I n n R U n n R U I 答案 答案 B 反思 反思 本题的情况多 物理量也多 同学们要能分步进行分析 对于变压器的动态分析问 题要注意谁决定谁的问题 例例 4 图 1 中所示为一个电灯两端的电压与通过它的 电流的变化关系曲线 可见两者不成线性关系 这是由 于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故 参考这根曲 线 回答下列问题 不计电流表和电池的内阻 1 若把三个这样的电灯串联后 接到电动势为 12V 的 电源上 求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻 2 如图 8 10 所示 将两个这样的电灯并联后再与 10 的定值电阻串联 接在电动势为 8V 的电源上 求通过电流表的电流值及各灯泡的电阻值 解析解析 1 由于三个电灯完全相同中 所以每个电灯两端的电压 UL 12 3V 4V 在图 3 中画出 U 4V 的直线 得到和曲线的交点坐标为 4V 0 4A 所以流过电灯的电流为 0 4A 此时每个电灯的电阻值为 10 L L I U R 2 设此时电灯两端的电压为 U 流过每个电灯的电流 为 I 根据闭合电路欧姆定律得 E 2IR0 U 代入数据得 U 8 20I 在图 8 9 上画出此直线 得到如图 8 11 所示的图象 可求得到直线和曲线的交点坐标为 2V 0 3A 即流过电 U V I A 02468 0 2 0 4 0 6 图 8 9 A R0 图 8 10 U V I A 02468 0 2 0 4 0 6 图 8 11 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 灯的电流为 0 3A 流过电流表的电流强度为 0 6A 此时电灯的电阻为 7 6 L L I U R 反思 反思 题中的电阻变化是非线性的 所以其电阻值不能直接求得 只能从图象上得出 电流和电压再求之 另外要注意图象中交点的物理意义 例例 5 如图 8 12 所示电路中 电源电动势 E 6V 内阻 r 1 电阻 R1 3 R2 6 电容器的电容 C 3 6 F 二极管 D 具有单向导电性 开始时开头 S1闭合 S2断开 1 合上 S2 待电路稳定以后 求电容器 C 上电量变化了多少 2 合上 S2 待电路稳定以后再断开 S1 求断开 S1后 流过 R2的电量是多少 解析解析 s1闭合 s2断开时 电容器两端电压 U1 I1R1 1 1 R rR E 4 5V S2 闭合后有 I2 r RR RR E 21 21 2A 电压 U2 I2 21 21 RR RR 4V 电容器上电量变化了 Q U2 U1 C 1 8 10 6C 2 合上 S2后电容器上的电量 Q CU2 1 44 10 6C 断开 s1后 R1 R2并联 电阻与电流成反比 又 q It 因此流过的电量与电阻成反比 流过 R2的电量 Q2 21 1 RR R Q 4 8 10 6C 反思 反思 含容电路和分析是高考的热点 解决此类问题要明确电容器两极板的电压是多少 有时还需注意极板带电的电性 例例 6 如图甲所示为一个灯泡两端的电压与通过的电流的关系曲线 参考这根曲线回答 下列问题 不计电流表和电池的内阻 1 若把三个这样的灯泡串联后 接到电动势为 12 V 的电源上 则流过灯泡的电流为 A 每个灯泡的电阻为 2 如图乙所示 将两个这样的灯泡并联后再与 l 0 的定值电阻串联 接在电动势为 8V 的电源上 求通过电流表的电流为 A 各灯泡的电阻值为 解析 解析 1 因三个灯泡的电阻相同 故每个灯泡的电压也相同 都为 4V 结合灯泡 U V I A 02468 0 2 0 4 0 6 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 的伏安特性曲线可知 此时流过灯泡的电流为 0 4A 每个灯泡的电阻为 10 2 设每盏灯的电压为 U 电流为 I 则有 U 0 R2I8 IU208 作 图线如图所示 解得 2 UV 0 3AI 故通过电流表的电流为 0 6A 各灯泡的电阻值 为 I U R6 7 答案 答案 1 0 4A 10 2 0 6A 6 7 反思 反思 不能通过图象的转换 巧妙利用图象交点的物理含义求解 例例 2 在磁感应强度为 B 0 4 T 的匀强磁场中放一个半径 r0 50 cm 的圆形导轨 上面 搁有互相垂直的两根导体棒 一起以角速度 103 rad s 逆时针匀速转动 圆导轨边缘和两 棒中央通过电刷与外电路连接 若每根导体棒的有效电阻为 R0 0 8 外接电阻 R 3 9 如图所示 求 1 每半根导体棒产生的感应电动势 2 当电键 S 接通和断开时两电表示数分别为多少 假 定两电表均为理想电表 解析 解析 1 每半根导体棒产生的感应电动势为 E1 Blv 2 1 Bl2 2 1 4 103 0 5 2 V 50 V 2 两根棒一起转动时 每半根棒中产生的感应电动势大小相同 方向相同 从边缘 指向中心 相当于四个电动势和内阻相同的电池并联 得总的电动势和内电阻 为 E E1 50 V r 2 1 4 1 R0 0 1 当电键 S 断开时 外电路开路 电流表示数为零 电压表示数等于电源电动势 为 50 V 当电键 S 接通时 全电路总电阻为 R r R 0 1 3 9 4 由全电路欧姆定律得 电流强度 即电流表示数 为 I 4 50 Rr E A 12 5 A 此时电压表示数即路端电压为 U E Ir 50 12 5 0 1 V 48 75 V 电压表示数 或 U IR 12 5 3 9 V 48 75 V 答案 答案 1 50V 2 电键 S 断开 0A 50V 电键 S 接通 12 5 A 48 75 V 反思 反思 本题在求解两导体棒产生电动势时容易出错 不能正确理解各电源的连接关系 六 规律整合 六 规律整合 1 等效简化电路 等效简化电路 电路等效简化的方法是 无电流的支路除去 电势相等的点合并 理想导线任意长度 可伸可缩 理想的电流表视为短路 理想的电压表和电压稳定时的电 容器视为断路 2 电路故障问题的分析 电路故障问题的分析 一般若用电压表测量两点间有读数 表明从两测量点到电源 部分的电路部分无断路 若读数等于电源的电动势 表明两测量点之间有断路 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 3 电路分析法 电路分析法 在恒定电流电路中 如果题目不加特殊强调 电源的电动势和内电阻 是基本不变量 在外电阻改变时其他量的变化受到基本不变量的制约 欧姆定律将这些物 理量联系起来 在变压器电路中 如果题目不加特殊强调 变压器的输入电压不变 其他 量改变时受到这个基本不变量的制约 在远距离输电电路中 如果题目不加特殊强调 发 电厂输出的电功率不变 其他量改变时受到这个基本不变量的制约 4 能量守恒法 能量守恒法 在电路这一部分内容中 不论是直流电路 还是交流电路 也要学会 从能量转化和守恒的角度去解决这些问题 例如在纯电阻电路中 电路消耗的电能 当然 只能在电阻上转化为热能 如果电路中接有电动机 蓄电池等非纯电阻元件 电能大部分 就要转化成机械能输出对外做功 或者转化成化学能储存在蓄电池中 对整个电路来说欧 姆定律就不再适用了 七 高考预测七 高考预测 本专题内容主要讨论了恒定电流的产生 电源的作用 电路的组成 电流 电压 功 率以及能量转化关系 还有闭合电路欧姆定律 串并联电路等等内容 与实际联系紧密 象超导现象及其在生产 科技方面的应用 该知识点与高科技 日常生活的联系较大 贴 近生活 符合现代高考的对知识应用和能力的考查 本专题的内容在 2009 年高考中大约占总分的百 分之十五左右 以单独命题占多数 也可以与牛顿运动定律 动量和能量 电磁感应相结 合 基本题型是以选择题 实验题或计算题出现 如以选择题出现难度一般不大 若以实 验题和计算题出现 则属于较难的题 八 专题专练 时间八 专题专练 时间 9090 分钟分钟 满分满分 120120 分 分 一 选择题 共 10 小题 在每小题给出的四个选项中 有的小题只有一个选项正确 有的 小题有多个选项正确 全部选对的得 4 分 选不全的得 2 分 有选错的或不答的得 0 分 1 如图 1 所示 电阻 t R是热敏电阻 电阻 是标准电阻 阻值不随温度变化 现将它们串 联在一起 在两端加上恒定的电压 在室温下 两电阻的阻值相等 当环境温度改变时 有 温度升高时 t R上电流变小 温度降低时 t R上电流变小 温度降低时 t R上消耗的电功率变小 温度升高时 t R上消耗的电功率变大 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 不论温度升高还是降低 t R上消耗的电功率都变小 2 在生产实际中 有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈 当电路中的开关 由闭合 到断开时 线圈会产生很高的自感电动势 使开关 处产生电弧 危及操作人员的人身安 全 为了避免电弧的产生 可在线圈出并联一个元件 下列方案可行的是 3 设长度为 l 横截面积为 S 单位体积自由电子数为 n 的均匀导体中电流的流动 在导体 两端加上电压 U 于是导体中有匀强电场产生 在导体内移动的自由电子 e 受匀强电场作 用而加速 而和做热运动的阳离子碰撞而减速 这样边反复进行边向前移动 可以认为阻碍 电子运动的阻力大小与电子移动的平均速度 v 成正比 其大小可以表示成 kv k 是常数 电场力和碰撞的阻力相平衡时 导体中电子的速率 v 成为一定值 这时 v 为 A l ekU B lk eU C k elU D kU e 4 如图 2 为一电池 电阻 R 和平行板电容器 C 组成的串联电路 在增大电容 器两极板间距离的过程中 A 电阻 R 中没有电流 B 电容器的电容变小 C 电阻 R 中有从 a 到 b 的电流 D 电阻 R 中有从 b 到 a 的电流 5 在如图 3 所示电路中 当变阻器风的滑动头 P 向 b 端移动 时 A 电压表示数变大 电流表示数变小 B 电压表示数变小 电流表示数变大 C 电压表示数变大 电流表示数变大 D 电压表示数变小 电流表示数变小 6 如图 4 所示 和 为两光滑且电阻不计的水平金属导轨 接理想变压器 理想变压器的输出端接电阻元件 电感元件 电容元件 今在水平金属杆部分加一 竖直向上的匀强磁场 则下列说法正确的是 RLC III 均为有效值 为非纯电感元件 若 棒匀速运动 则0 RLC III 0 0 若 棒匀速运动 则0 RLC III 0 0 若 棒在某一中心位置两侧做简谐振动 则 0 RLC III 0 0 若 棒匀加速运动 则0 RLC III 0 0 7 如图 5 所示 电路中除电阻 外 其余电阻均不计 足够长的导电轨道水平放置且光滑 导体棒 水平放在导轨上 磁场方向如图所示 当开关 闭合后 下列关于能量转化的 描述正确的是 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 电源输出的能量等于导体棒 所获得的动能 导体棒 从开始到运动稳定 电源输出的能量等于电阻 所产生的热量 C 导体棒 运动稳定后 等于不再输出能量 导体棒 运动稳定后 电源输出的能量等于导体棒 的 动能和电阻 产生的热量之和 8 如图 6 所示的电路中 闭合电键 后 灯 和灯 都正常发光 后来由于某种故障使灯 突然变亮 电压表读数增加 由此推断 这故障可能是 灯丝烧断 电阻 2 R断路 电阻 2 R短路 电容器被击穿短路 9 目前 世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机 如图 7 所示表示出了它的原理 将一束等离子体 即高温下电离的气体 含有大量带正电和负电的微粒 而从整体来说呈 中性 喷射入磁场 磁场中有两块金属 这时金属板上就会聚集电荷 产生电压 如果摄入的等离子体的初速度为 两金属板的板长 沿初速度方向 为 板间距离为 金属板的正对面积为 匀强磁场的磁感应强度为 方向垂直于离子初速度方向 负载电阻为 电离气体充满两板间的空间 当发电机稳定发电时 电流表的示数为 那么板间电离气体的电阻率为 S Bdv R dI S BIv R dI S Bdv R LI S BLv R LI 10 如图 8 所示 甲图中的电容器 C 原来不带电 除电阻 R 外 其余部分电阻均不计 光滑且足够长的导轨水平放置 现给导体棒 ab 水平向右的初速度 v 则甲 乙 丙三种情 形下 ab 棒最终的运动状态是 A 三种情形下导体棒 ab 最终均作匀速运动 B 甲 丙中导体棒 ab 最终将以不同的速度作匀速运动 乙中导体棒 ab 最终静止 C 甲 丙中导体棒 ab 最终将以相同的速度作匀速运动 乙中导体棒 ab 最终静止 D 三种情形下导体棒 ab 最终均静止 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 二 填空题 共 2 小题 把答案填在题中的横线上 11 一正方形线圈在匀强磁场中向右做加速运动 如图 9 所示 已知正方形的边长为 L 磁场范围足够大 磁感应强度为 B 某时刻线圈速度为 V 则线圈回路中感应电动势为 感应电流为 BC 两端的电势差为 AB 两端的电势差为 12 某同学采用如图 10 所示的电路测定电源电动势和内电阻 已知干电池的电动势为 1 5 内阻约 2 电压表 0 3 3 电流表 0 0 6 1 0 滑动变阻器 有 1 R 10 2 和 2 R 100 0 1 各一只 实验中滑动变阻器应选用 填 1 R 或 2 R 在图 11 中用笔画线代替导线连接实验电路 在实验中测得多组电压和电流值 得到如图 12 所示的 图像 由图可较准确地 求出电源电动势 内阻 三 计算题 共 6 小题 解答下列各题时 应写出必要的文字说明 表达式和重要步骤 只写最后答案的不得分 有数值计算的题 答案中必须明确写出数值和单位 13 如图 13 所示 长为 L 电阻 3 0r 质量kgm1 0 的金属棒 CD 垂直跨搁在位于 水平面上的两条平行光滑金属导轨上 两导轨间距也是 L 棒与导轨间接触良好 导轨电 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 阻不计 导轨左端接有 R 0 5 的电阻 量程为 0 3 0A 的电流表串接在一条导轨上 量 程为 0 1 0V 的电压表接在电阻 R 的两端 垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面 现以 向右恒定外力 F 使金属棒右移 当金属棒以 v 2m s 的速度在导轨平面上匀速滑动时 观 察到电路中的一个电表正好满偏 而另一个电表未满偏 问 1 此满偏的电表是什么表 说明理由 2 拉动金属棒的外力 F 多大 3 此时撤去外力 F 金属棒将逐渐慢下来 最终停止在导轨上 求从撤去外力到金属棒 停止运动的过程中通过电阻 R 的电量 14 如图 14 所示 电源电动势 4 5 内阻 1 滑动变阻器总阻值 1 R 12 小 灯泡电阻 2 R 12 不变 3 R 2 5 当滑片 位于中点 闭合 时 灯泡恰能正常发光 求 流过小灯泡的电流 断开时 小灯泡能否正常发光 如果它正常发光 滑片 应 如何移动 15 如图 15 所示 光滑的平行导轨 P Q 相距 l 1m 处在同一水平面中 导轨左端接有如 图所示的电路 其中水平放置的平行板电容器 C 两极板间距离 d 10mm 定值电阻 R1 R3 8 R2 2 导轨电阻不计 磁感应强度 B 0 4T 的匀强磁场竖直向下穿过导轨平 面 当金属棒 ab 沿导轨向右匀速运动 开关 S 断开 金属棒电阻也不计 时 电容器两极 板之间质量 m 1 10 14kg 带电荷量 q 1 10 15C 的粒子恰好静止不动 当 S 闭合时 粒子以加速度 a 7m s2向下做匀加速运动 取 g 10m s2 求 1 金属棒 ab 运动的速度多大 电阻多大 2 S 闭合后 使金属棒 ab 做匀速运动的外力的功 率多大 16 在磁感应强度为 B 0 4 T 的匀强磁场中放一个半径 r0 50 cm 的圆形导轨 上面搁有互相垂直的两根导体 棒 一起以角速度 103 rad s 逆时针匀速转动 圆导 轨边缘和两棒中央通过电刷与外电路连接 若每根导体 棒的有效电阻为 R0 0 8 外接电阻 R 3 9 如图 16 所示 求 1 每半根导体棒产生的感应电动 2 当电键 S 接通和断开时两电表示数 电压表和电 流表为理想电表 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 17 如图 17 所示 平行的光滑金属导轨 和 相距 L 处于同一竖直平面内 间 解有阻值为 的电阻 轻质金属杆 长为 L 近贴导轨数值放置 离 端 0 5L 处固定 有质量为 的小球 整个装置处于磁感应强度为 并与导轨平面垂直的匀强磁场中 当 杆由静止开始紧贴导轨绕 端向右倒下至水平位置时 球的速度为 若导轨足够长 导轨及金属杆电阻不计 求在此过程中 通过电阻 的电量 中通过的最大电流强度 18 如图 18 所示 磁感应强度 B 0 2T 的匀强磁场中有一折成 30 角的足够长的金属导 轨aob 导轨平面垂直于磁场方向 一条长度ml10 0 的直导线 MN 垂直 ob 方向放置在 轨道上并接触良好 当 MN 以 v 4m s 从导轨 O 点开始向右平动时 若所有导线单位长度 的电阻mr 1 0 求 经过时间st2 后 1 闭合回路的感应电动势的瞬时值 2 闭合回路中的电流大小和方向 3 MN 两端的电压 MN U 参考答案 1 2 D 3 B 4 C 5 B 首先将电压表 电流表理想化处理 简化电路 R2与 R3并联后与 R1串联 当滑动头 P 向 b 端移动时 R3 阻值变小 R2与 R3并联部分总电阻变小 总电阻 R 减小 由闭合电路欧姆定律知总电流增大 内电压增 大 从而使路端电压减小 即电压表示数减小 由于通过 R1的电流增大 电压升高 从而使 R2上的电压 降低 通过 R2的电流减小 但干路中电流变大 因此 R3中电流变大 电流表示数变大 选项 B 正确 6 7 C 8 B 9 A 10 B 11 0 0 BLV 0 12 1 R 图略 1 48 1 47 1 49 均正确 1 79 1 78 1 80 均正确 13 解 1 假设电压表满偏 则R两端的电压为 1 0V 通过电流表的电流应为 2 5 0 0 1 R U I A 3 0A 所以假设正确 满偏的电表是电压表 2 根据题意 由IrEU 可得 6 13 020 1 E V 常青藤家教网常青藤家教网 常青藤家教网常青藤家教网 又BLvE 所