2013高考物理练兵题7

用心 爱心 专心 1 串并联电路串并联电路 电表的改装电表的改装 教学目标 教学目标 1 熟练掌握串并联电路的特点 能够化简电路 2 掌握含容电路的分析与计算 3 掌握电流表 电压表的改装原理 掌握伏安法测电阻的两种解法 并能够分析测量 误差 4 掌握滑动变阻器的两种用法 教学重点 教学重点 串并联电路的特点 教学难点 教学难点 滑动变阻器的两种用法的选择 伏安法测电阻内外接法的选择 教学方法 教学方法 讲练结合 计算机辅助教学 教学过程 教学过程 一 串并联与混联电路一 串并联与混联电路 1 应用欧姆定律须注意对应性 选定研究对象电阻R后 I必须是通过这只电阻R的电流 U必须是这只电阻R两端的 电压 该公式只能直接用于纯电阻电路 不能直接用于含有电动机 电解槽等用电器的电路 2 公式选取的灵活性 1 计算电流 除了用外 还经常用并联电路总电流和分电流的关系 I I1 I2 R U I 2 计算电压 除了用U IR外 还经常用串联电路总电压和分电压的关系 U U1 U2 3 计算电功率 无论串联 并联还是混联 总功率都等于各电阻功率之和 P P1 P2 对纯电阻 电功率的计算有多种方法 P UI I 2R R U 2 以上公式I I1 I2 U U1 U2和P P1 P2既可用于纯电阻电路 也可用于非纯电阻电路 既 可以用于恒定电流 也可以用于交变电流 例 1 已知如图 R1 6 R2 3 R3 4 则接入电路后这三 只电阻的实际功率之比为 解 本题解法很多 注意灵活 巧妙 经过观察发现三只电阻的电流关系最简单 电流 之比是I1 I2 I3 1 2 3 还可以发现左面两只电阻并联后总阻值为 2 因此电压之比 R1 R2 R3 用心 爱心 专心 2 是U1 U2 U3 1 1 2 在此基础上利用P UI 得P1 P2 P3 1 2 6 例 2 已知如图 两只灯泡L1 L2分别标有 110V 60W 和 110V 100W 另外有 一只滑动变阻器R 将它们连接后接入 220V 的电路中 要求两灯泡都正常发光 并使整个电 路消耗的总功率最小 应使用下面哪个电路 A B C D 解 A C 两图中灯泡不能正常发光 B D 中两灯泡都能正常发光 它们的特点是左右 两部分的电流 电压都相同 因此消耗的电功率一定相等 可以直接看出 B 图总功率为 200W D 图总功率为 320W 所以选 B 例 3 实验表明 通过某种金属氧化物制成的均匀棒中的电流I跟电压U之间遵循I kU 3的规律 其中U表示棒两端的电势差 k 0 02A V3 现将该棒与一个可变电阻器R串联 在一起后 接在一个内阻可以忽略不计 电动势为 6 0V 的电源上 求 1 当串联的可变 电阻器阻值R多大时 电路中的电流为 0 16A 2 当串联的可变电阻器阻值R多大时 棒 上消耗的电功率是电阻R上消耗电功率的 1 5 解 画出示意图如右 1 由I kU 3和I 0 16A 可求得棒两端电压为 2V 因此 变阻器两端电压为 4V 由欧姆定律得阻值为 25 2 由于棒和变阻器是串联关系 电流相等 电压跟功率成正比 棒两端电压为 1V 由I kU3得电流为 0 02A 变阻器两端电压为 5V 因此电阻为 250 例 4 左图为分压器接法电路图 电源电动 势为E 内阻不计 变阻器总电阻为r 闭合电键S 后 负载电阻R两端的电压U随变阻器本身a b两 点间的阻值Rx变化的图线应最接近于右图中的哪条 实线 A B C D 解 当Rx增大时 左半部分总电阻增大 右半部分电阻减小 所以R两端的电压U应增 大 排除 如果没有并联R 电压均匀增大 图线将是 实际上并联了R 对应于同一 个Rx值 左半部分分得的电压将比原来小了 所以 正确 选 C 3 对复杂电路分析 一般情况下用等势点法比较方便简洁 1 凡用导线直接连接的各点的电势必相等 包括用不计电阻的电流表连接的点 2 在外电路 沿着电流方向电势降低 L1 L2 L1 L2 L1 L2 L1 R R R L2 R 6V U1 U2 r R S E 用心 爱心 专心 3 3 凡接在同样两个等势点上的电器为并联关系 4 不加声明的情况下 不考虑电表对电路的影响 4 电路中有关电容器的计算 1 电容器跟与它并联的用电器的电压相等 2 在计算出电容器的带电量后 必须同时判定两板的极性 并标在图上 3 在充放电时 电容器两根引线上的电流方向总是相同的 所以要根据正极板电荷 变化情况来判断电流方向 4 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 容器电荷量的差 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 状态电容器电荷量之和 例 5 已知如图 电源内阻不计 为使电容器的带电量 增大 可采取以下那些方法 A 增大R1 B 增大R2 C 增大R3 D 减小R1 解 由于稳定后电容器相当于断路 因此R3上无电流 电容器相当于和R2并联 只有 增大R2或减小R1才能增大电容器C两端的电压 从而增大其带电量 改变R3不能改变电容 器的带电量 因此选 BD 例 6 已知如图 R1 30 R2 15 R3 20 AB间电压 U 6V A端为正C 2 F 为使电容器带电量达到Q 2 10 6C 应 将R4的阻值调节到多大 解 由于R1 和R2串联分压 可知R1两端电压一定为 4V 由 电容器的电容知 为使C的带电量为 2 10 6C 其两端电压必须为 1V 所以R3的电压可以为 3V 或 5V 因此R4应调节到 20 或 4 两次电容器上极板分别带负电和正电 还可以得出 当R4由 20 逐渐减小的到 4 的全过程中 通过图中P点的电荷量应该 是 4 10 6C 电流方向为向下 例 7 如图所示的电路中 4 个电阻的阻值均为R E为直流电源 其内阻可以不计 没有标明哪一极是正极 平行板电容器两极板间的距离为d 在平行极板电容器的两个平行极 板之间有一个质量为m 电量为q的带电小球 当电键 K 闭合时 带电小球静止在两极板间的 中点O上 现把电键打开 带电小球便往平行极板电容器的某个极板运动 并与此极板碰撞 设在碰撞时没有机械能损失 但带电小球的电量发生变化 碰后小球带有与该极板相同性质 的电荷 而且所带的电量恰好刚能使它运动到平行极板电容器的另一极板 求小球与电容器 某个极板碰撞后所带的电荷 C A U B R1 R2 R3 R4 P R1 R3 R2 EC A B B C C C 用心 爱心 专心 4 解 由电路图可以看出 因R4支路上无电流 电容器两极板间电压 无论K是否闭合始 终等于电阻R3上的电压U3 当K闭合时 设此两极板间电压为U 电源的电动势为E 由分 压关系可得U U3 E 3 2 小球处于静止 由平衡条件得 mg d qU 当K断开 由R1和 R3串联可得电容两极板间电压U 为 U 2 E 由 得U U 4 3 U U表明K断开后小球将向下极板运动 重力对小球做正功 电场力对小球做负功 表明小球所带电荷与下极板的极性相同 由功能关系 mg qmv2 0 2 d 2 1 2 U 因小球与下极板碰撞时无机械能损失 设小球碰后电量变为q 由功能关系得 q U mgd 0 mv2 2 1 联立上述各式解得 q q 6 7 即小球与下极板碰后电荷符号未变 电量变为原来的 6 7 例 8 如图所示 电容器C1 6 F C2 3 F 电阻R1 6 R2 3 当电键K断 开时 A B两点间的电压UAB 当K闭合时 电容器 C1的电量改变了多少 设电压U 18 V 解 在电路中电容C1 C2的作用是断路 当电键K断开时 电路中无电流 B C等电势 用心 爱心 专心 5 A D等电势 因此UAB UDB 18 V UAB UAC UDB 18 V K断开时 电容器C1带电量为 Q1 C1UAC C1UDC 6 10 6 18 C 1 08 10 4 C 当K闭合时 电路R1 R2导通 电容器C1两端的电压即电阻R1两端的电压 由串联的 电压分配关系得 UAC 12 V 21 1 RR UR 此时电容器C1带电量为 Q1 C1UAC 7 2 10 5 C 电容器C1带电量的变化量为 Q Q1 Q1 3 6 10 5 C 所以 C1带电量减少了 3 6 10 5 二 电表的改装二 电表的改装 1 电压表和电流表 1 电流表原理和主要参数 电流表 G 是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用发生偏转的原理制成的 且指什偏角 与电流强度I成正比 即 kI 故表的刻度是均匀的 电流表的主要参数有 表头内 阻Rg 即电流表线圈的电阻 满偏电流 Ig 即电流表允许通过的最大电流值 此时指针达到 满偏 满偏电压U 即指针满偏时 加在表头两端的电压 故Ug IgRg 2 电流表改装成电压表 方法 串联一个分压电阻R 如图所示 若量程扩大n倍 即n 则根据分压原理 需串联的电阻值 g U U 故量程扩大的倍数越高 串联的电阻值越大 gg g R RnR U U R 1 3 电流表改装成电流表 方法 并联一个分流电阻 R 如图所示 若量程扩大 n 倍 即n 则根据并联电路的分流原理 需要并联的电阻值 g I I 故量程扩大的倍数越高 并联的电阻值 1 n R R I I R g g R g 越小 用心 爱心 专心 6 需要说明的是 改装后的电压表或电流表 虽然量程扩大了 但通过电流表的最大电流 或加在电流表两端的最大电压仍为电流表的满偏电流Ig和满偏电压 Ug 只是由于串联电路的 分压及并联电路的分流使表的量程扩大了 例 9 如图所示 四个相同的电流表分别改装成两个安培表和两个伏特表 安培表 A1 的量程大于 A2的量程 伏特表 V1的量程大于 V2的量程 把它们按图接入电路 则 安培表 A1的读数 安培表 A2的读数 安培表 A1的偏转角 安培表 A2的偏转角 伏特表 V1的读数 伏特表 V2的读数 伏特表 V1的偏转角 伏特表 V2的偏转角 填 大于 小于 或 等于 解 大于 等于 大于 等于 三 电阻的测量三 电阻的测量 电阻的测量有多种方法 主要有伏安法 欧姆表法 除此以外 还有半偏法测电阻 电 桥法测电阻 等效法测电阻等等 下面主要介绍伏安法测电阻的电路选择 1 伏安法测电阻的两种电路形式 如图所示 2 实验电路 电流表内外接法 的选择 测量未知电阻的原理是R 由于测量所需的电表实际上是非理想的 所以在测量未 I U 知电阻两端电压U和通过的电流I时 必然存在误差 即系统误差 要在实际测量中有效地 减少这种由于电表测量所引起的系统误差 必须依照以下原则 1 若 一般选 A x R R x V R R 电流表的内接法 如图 a 所示 由于该电路中 电压表的读数U表示被测电阻Rx与电流 表 A 串联后的总电压 电流表的读数I表示通过本身和Rx的电流 所以使用该电路所测电阻 R测 Rx RA 比真实值Rx大了RA 相对误差a 2 若 I U x A x x R R R RR 测 A x R R x V R R 一般选电流表外接法 如图 b 所示 由于该电路中电压表的读数U表示Rx两端电压 电 用心 爱心 专心 7 流表的读数I表示通过R 与RV并联电路的总电流 所以使用该电流所测电阻 R测 也比真实值Rx略小些 相对误差a xV xV RR RR I U xV V x x RR R R RR 测 例 10 某电流表的内阻在 0 1 0 2 之间 现要测量其内阻 可选用的器材如下 A 待测电流表A1 量程 0 6A B 电压表V1 量程 3V 内阻约 2k C 电压表V2 量程 15V 内阻约 10k D 滑动变阻器R1 最大电阻 10 E 定值电阻R2 阻值 5 F 电源E 电动势 4V G 电键S及导线若干 1 电压表应选用 2 画出实验电路图 3 如测得电压表的读数为 V 电流表的读数为I 则电流表 A1内阻的表达式为 RA 解 本题利用电压表指电压 电流表指电流的功能 根据欧姆定律 R 计算电流表的 I U 内阻 由于电源电动势为 4V 在量程为 15V 的电压表中有的刻度没有利用 测量误差较 3 2 大 因而不能选 量程为 3V 的电压表其量程虽然小于电源电动势 但可在 电路中接入滑动变阻器进行保护 故选用电压表 V1 由于电流表的内阻在 0 1 0 2 之间 量程为 0 6A 电流表上允许通过的最大电压为 0 12V 因而伏特表不能并联在电流表的两端 必须将一个阻值为 5 的定 值电阻R2与电流表串联再接到伏特表上 才满足要求 滑动变阻器在本实 验中分压与限流的连接方式均符合要求 但考虑限流的连接方式节能些 因而滑动变阻器采 用限流的连接方式 故本题电压表选用 V1 设计电路图如图 1 所示 电流表 A1内阻的表达 式为 RA R2 I U 四 滑动变阻器的使用四 滑动变阻器的使用 1 滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点 如图所示的两种电路中 滑动变阻器 最大阻值为R0 对负载RL的电压 电流强度都起 控制调节作用 通常把图 a 电路称为限流接法 图 b 电路称为分压接法 用心 爱心 专心 8 负载RL上电压调节范围 忽 略电源内阻 负载RL上电流调节 范围 忽略电源内阻 相同条件下电路消耗 的总功率 限流接法 E UL E 0 RR R L L IL 0 RR E L L R E EIL 分压接法 0 UL E 0 IL L R E E IL Iap 比较分压电路调节范围较大分压电路调节范围较 大 限流电路能耗较小 其中 在限流电路中 通RL的电流IL 当R0 RL时IL主要取决于R0的变化 0 RR E L 当R0 RL时 IL主要取决于RL 特别是当R0 R0 Rap 所 以RL与Rap的并联值R并 Rap 而整个电路的总阻约为R0 那么RL两端电压 UL IR并 Rap 显然UL Rap 且Rap越小 这种线性关系越好 电表的变化越平稳均匀 越便于 0 R U 观察和操作 若采用限流接法 电路中实际电压 或电流 的最小值仍超过RL的额定值时 只能采 用分压接法 用心 爱心 专心 9 2 下列情况可选用限流式接法 测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节 只是小范围内测量 且 RL 与R0 接近或RL略小于R0 采用限流式接法 电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小 不能满足分压式接法的要求时 采用 限流式接法 没有很高的要求 仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时 可考虑安装简便和 节能因素采用限流式接法 例 11 用伏安法测量某一电阻Rx阻值 现有实验器材如下 待测电阻Rx 阻值约 5 额定功率为 1 W 电流表 A1 量程 0 0 6 A 内阻 0 2 电流表 A2 量程 0 3 A 内阻 0 05 电压表 V1 量程 0 3 V 内阻 3 k