22高三第一轮复习：电路及电路分析(高中三年级物理)

22 高三第一轮复习 电路及电路分析 高中三年级物理 txt 鲜花往往不属于赏花的人 而 属于牛粪 道德常常能弥补智慧的缺陷 然而智慧却永远填补不了道德空白人生有三样东 西无法掩盖 咳嗽贫穷和爱 越隐瞒 就越欲盖弥彰 本文由 wangqiang1390 贡献 doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳 建议您优先选择 TXT 或下载源文件到本机查看 年 级 内容标题 编稿老师 高三 学 科 物理 高三第一轮复习 电路及电路分析 马云耀 版 本 通用版 本讲主要内容 本讲主要内容 本讲主要内容 电路及电路分析 会分析和解答直流电路的相关问题 知识掌握 知识掌握 知识点精析 1 混联电路的等效化简原则 电路化简原则 无电流的支路化简时可去除 等电势 的各点化简时可以合并 理 想导线可任意长短 理想电流表可认为短路 理想电压表 可认为开路 电压稳定时的电 容器可认为断路 2 电路的故障分析 分析电路的故障常 用排除法 在明确电路结构的基础上 分析比较故障前后电路中的电 流 电压的变化 确立故障原因 并对电路中的元件逐一分析 排除不可能情况 寻找故障 所在 故障前后 的电路是两种状态 可根据不同状态下电压 电流等物理量的关系求解有关 量 3 含电 容器的电路分析 直流电路中的电容器在电路稳定时相当于开路 若电路在状态变化中 由 于电压 电流 的变化电容器将发生充放电 4 电路中的极值问题 电路中有可变电阻时 电路在状态变化中电压 电流 电功率等存在最大值 最小值的 问题 5 电路中的电表 问题 1 电路中的理想电流表电阻为零 可认为短路 理想电压表电阻为无穷大 可认为 开路 2 电路中的非理想电表既是一个电阻 又是一个指示元件 电压表的示数即为加 在 自身电阻两端的电压值 电流表的示数即为通过自身电阻上的电流值 6 电路中的力 电综合 电路中的力电综合题通常应抓住电流 电场与力的联系 做好受力分析 联想相关 的知 识求解 解题方法指导 一 等效电路问题 例 1 图甲所示电路中各电阻 R 1 R 2 R 3 R 4 R 求电键 K 闭合和断开时 AB 两端的电阻之比 第 1 页 版权所有 不得复制 解析 用电流分支法简化电路 解析 由 A 经 R 1 到 B 为第一线 A 经 R 2 过 C 再到 B 为第二线 A 经 R 3 到 D 由 由 再经 R 4 到 B 为第三线 CD 之间接有电 键 K 如图乙所示 K 闭合时 R 4 短路相当于 R 1 R 2 R 3 并联 故 R AB R 3 2R 5 K 断开时 相当于 R 3 R 4 串联后再和 R 1 R 2 并联 故 R AB 所以有 R AB R 5 6 AB 方法总结 方法总结 常用的简化方法 一 电流分支法 顺着电流的方向逐级分析 若没有电源或电流方向不明的 可以假设电流 的方向 将各节点标出 按电流的方向自左 到右将各元件 节点 分支逐一画出 例 2 图甲所示电路中各电阻 R 1 R 2 R 3 R 4 R 则 AB 之间的总电阻为多少 解析 用等电势法简化电路 解析 设 A 点电势高于 B 点 由 A 点开始 与 A 点 等电势的点没有 向下一点 C CE 两点 等电势 图乙 再向下一点 D D B 点等电势 图丙 其关系依次如图 甲 乙 丙 所示 R AB R R 2 R 3R 4 R 4R R R 2 R 3 R 3R 4 R 2 R 4 3 3 方法总结 方法总结 常用的简化方法 二 等势点排列法 将各节点标出 标上 同样的字母 减少节点数 判断各节点电势的高低 由高到低 自左向右排列 画在草 图上 将各节点间的支路上的电阻画出 二 电路的故障分析 例 3 2000 年全国 如 图为一电路板的电路图 a b c d 为接线柱 a d 与 220V 的交流电源相连 ab 间 bc 间 cd 间分别连接一个电阻 发现电路中没有电流 为检查电路 故障 用一交流电压 表分别测得 b 两点间和 a 两点间的电压均为 220V d c 由此可知 第 2 页 版权所有 不得复制 A AB 间电路通 CD 间电路不通 B AB 间电路不通 BC 间电路通 C AB 间电路通 BC 间电路不通 D BC 间电路不通 CD 间电路通 解析 解析 与检测直流电路的方法相 同 电路中无电流 电路某处必开路 则有任何电阻 两端无电压 选项中 电路中只 有一处断路 则横跨断路处任意两点间的电压均是电源电 压 题中 b d 两点间和 a c 两点间的电压均为 220V 则其公共段 BC 之间为断路点 方法总结 方法总结 1 电路的故障的特点 断路的特点 电源电压不为零而电流为零 若外电路中任 意两点间 的电压不为零 则这两点之间有断点 短路的特点 有电流通过的电路而电压为 零 2 电路故障的分析方法 仪器检测法 电压表接电源有电压时 再逐段与电路并联 示 数等于电源电压时 这 段电路中有断点 示数等于零时 这段电路被短路 理论假设法 将电路按元件分为若干段 逐段假设电路发生故障 运用有关规律推理 结果与题设现 象不相符和 该段电路无故障 依次判断 直至找到故障为止 三 含电容电路分析 例 4 2003 年江苏 如图所示电路中 电源的电动势 E 3 0V 内阻 r 1 0 电阻 R 1 10 R 2 10 R 3 30 R 4 35 电容器的电容 C 100 F 电容器 原 来不带电 求接通电键 K 后流过 R 4 的总电量 解析 由电路的串并联公式得闭合电路的总电阻为 R 解析 由欧姆定律得通过电源 的电流 I 电源的路端电压 U E R 电阻 R 3 两端的电压 U R 1 R 2 R 3 r R1 R 2 R 3 E R R3 U R2 R3 流过 R 4 的总电量就是电容器的带电量 Q CU 联立各式并代入数据解得 2 0 10 4 C 方法总结 方法总结 第 3 页 版权所有 不得复制 1 电路稳定时 电容器所在的支路是断路的 其两端的电压等于所并接的电路两端 的电压 2 电路的电流 电压变化时将引起电容器的充 放电 如果电容器电路两端的 电压 升高 电容器将充电 如果电压降低 电容器将通过与它并接的电路放电 四 电路 中的极值问题 例 5 如图所示的电路 电源电动势 E 6 3V 内阻 r 0 5 负载电 阻 R 1 2 R 2 3 滑动变阻器的最大阻值 R 5 当滑动变阻器的滑片 由左端 A 移 到右端 B 时 电路中电流表的读数变化范围为多大 解析 解析 电路的实际结构为 R 1 与 R AP 串联 R 2 与 R BP 串联后再并联 然后与电源相连 其中电流表测量的是闭合电路中的总电流 设 R AP 则 R BP 5 x 1 1 1 R R 1 x R 2 5 x R 1 x R 2 5 x 2 x 8 x 即 R R 1 x R 2 5 x 10 E 63 由闭合电路的欧姆定律有 I R r 30 x 3 2 因为 0 x 5 所以当 时 I max 3A 当 时 I min 2 1A 则有外电路中的电阻 R 满足 故电路中电流表的读数变化范围为 2 1A I 3A 方法总结 方法总结 极值问题在物理学习题中经常出现 本章中常与求电压 电流 功 率的极值相联系 1 通常先运用欧姆定律 电功率等相关概念找出物理量间的函数关系 式 再利用数 学知识求极值 2 滑动变阻器的这种接法在解答问题时 通常从滑片处 一分为二 看成两个可变电 阻 五 非理想电表问题 例 6 两个阻值都较大的定值电 阻 R 1 和 R 2 串联起来后 接在输出电压为 1 的稳压 电源上 用一个标准电压表跨 接在 R 1 两端 读数为 6 若将此电压表跨接在 R 2 两端 则 电压表的示数 A 等于 B 小于 C 大于 D 因为不知道 R 1 R 2 的大小 故无法判断 解析 解析 电源电压稳定为 10 由于 R 1 和 R 2 的阻值都较大 所以标准电压表的 内阻需 第 4 页 版权所有 不得复制 要考虑 跨接在 R 1 两端 读数为 6 则此时 R 2 两端的电压为 跨接在 R 2 两端时 R 1 去掉了并联的电压表 电阻增大为 R 1 分压将大于 6 R 2 并上了 电压表的电阻 总电阻 小于 R 2 分压更小 故小于 4 选 B 答案 答案 B 方法 总结 方法总结 掌握串并联电路的特点 理解电压表和电流表在电路中既是电阻又具 有指示 电压和电流的双重作用 六 电路中的综合题 例 7 在科技活动中某同学利用 自制的电子秤来称量物体的质量 图示为电子秤的原理 图 托盘与弹簧的电阻与质量均不 计 滑动变阻器的滑动端与弹簧的上端连接 当盘中没有 放物体时 电压表的示数为 零 设变阻器的总电阻为 R 总长为 L 电源电动势为 E 内阻 为 r 限流电阻的阻值为 R 0 弹簧的劲度系数为 k 不计一切摩檫和介质阻力 电压表为理 想表 当托盘上放某 物体时 电压表的示数为 U 求此时称量物体的质量 解析 根据题意 右边部分的电路的连接形式是限流电阻和滑动变阻器串联后接在电 源 解析 上 电压表测得的是滑动变阻器滑片与上端部分的电压 U 设滑动片下移的距离 为 而该 部分的阻值为 R p 由电阻定律得该部分的电阻 R p x R L 由串联电路的分压公式有电压表的示数 U RP E R R0 r 设托盘上放质量为 的物体时 弹簧的压缩量为 则由题意平衡时满足 mg kx 由 解得物体的质量 m kL R 0 R r U RgE 方法总结 方法总结 理清电路结构找到联系点是解决问题的关键 这也相当是一个 压力传感器 考点突破 考点突破 考点指要 考点指要 电路分析试题包含电路计算 电路变化分析等方面 特别 是当电路的某一部分发生变化 如断 合 变阻器的移动 电表的接入等 引起的整个电 路上的各个特征量的变化 是考查 的重点 在近几年的高考物理卷中 每年都有考题出现 常为选择题和计算题 分值从几分 到十几分不等 典型例题分析 例 1 2005 年广东 竖直放置的一对平行金属板的左极板上用绝缘线悬挂了一个 带正 电的小球 将平行金属板按如图所示的电路图连接 绝缘线与左极板的夹角为 当滑动变 第 5 页 版权所有 不得复制 阻器 R 的滑片在 A 位置时 电流表的示数为 I1 夹角为 1 当滑动变阻器 R 的 滑片在 B 位 置时 电流表的示数为 I 2 夹角为 2 则 A 1 2 I1 I 2 B 1 2 I1 I 2 C 1 2 I1 I 2 D 1 2 I1 I 2 命题意图 命题意图 考查闭合电路的欧姆定律 电路与电场力的综合 解析 滑动变阻器 R 的滑片移动时 不改变闭合电路的总电阻 I 由 解析 E 有 I1 I 2 R r 小球的受力分析如图 设小球的带电量为 两板间的电压为 U 板间距为 D 根据平 衡条 件有偏角满足 tan F qE qU mg mg mgd 由串联电路的分压规律有 滑动变阻器 R 的滑片由 A 位置移到 B 位置 两板间的电 压 U 增大 则 tan 增大 所以 增大 故 1 2 答案 答案 D 例 2 2001 年上海 如图所示电路中 闭合电键 灯 L1 L 2 正常发光 由于电路出 现故障 突然发现灯 L 1 变亮 灯 L 2 变暗 电流表的读数变小 根据分析 发生故障的 可能 是 A R 1 断路 C R 3 短路 B R 2 断路 D R 4 短路 命题意图 考查闭合电路的欧姆定律 电路结构 电路的动态变化 电路的故障分析 命题意图 解析 解析 该电路的等效电路如上图 若 R 1 断路 总的外电阻变大 总电流减小 路端电 压变大 灯 L1 两端的电压变大 L 1 两端的电压变大 L 1 变亮 AB 部分的电 路结构没变 第 6 页 版权所有 不得复制 电流的分配仍然按原比例 总电流减小 则通过 L 2 及电流表的电流都减小 A 项 正确 故 若 R 2 断路 总的外电阻变大 总电流减小 AC 部分电路结构没变 电流的分配仍然按 原比 例 R 1 L 1 中的电流都变小 与题意矛盾 故 B 错 若 R 3 R 4 短路 总 的外电阻减小 总的电流增大 电流表中电流增大 与题意相矛盾 故 C D 错 答案 答案 A 阅 卷反馈 阅卷反馈 部分考生电路结构不清 分析思路混乱 缺少方法 例 3 2004 年江苏 如图所示的电路中 电源的电动势 E 6 00 其内阻可忽略不 计 电 阻的阻值分别为 R 1 2 4k R 2 4 8k 电容器的电容 C 4 7 F 闭合开关 待电流稳定后 用电压表测 R 1 两端的电压 其稳定值为 1 50V 1 该电压表的 内阻多大 2 由于电压表的接入 电容器所带的电荷量变化了多少 命题意图 考查欧姆定律 含电容电路的计算 命题意图 解析 1 设电压表的内 阻为 R V 测得 R 1 两端的电压为 U1 R 1 与 R V 并联后的总 解析 电阻为 R 则 有 1 1 1 R R1 R V U1 R R 2 E U1 R 1R 2 U1 联立 式解得 R V R 1E R 1 R 2 U1 代入数据 得 R V 4 8k 由串联电路的特征有 2 电压表连接前 电容器上的电压 U C 等于 R 2 上的电压 R 1 两端的电压为 U R1 则有 R2 U C R 1 U R1 又有 E U C U R 电压表连接后 电容器上的电压电阻 U C E U1 由于电压表的接入 电容器所带的电荷量增加了 Q C U C U C 由以上各式解 得 Q C R 1E U1 R1 R 2 代入数据 得 Q 2 35 10 6 C 阅卷反馈 阅卷反馈 本题属于含有电容器电 路的计算的问题 高考史上曾多次考查过 求出电容 器两端的电压是解答问题的关键 综合测试 综合测试 1 2001 年上海理科综合 某实验小组用三只相同的灯泡 连线如图 1 所示电路 研究 第 7 页 版权所有 不得复制 串并联电路特点 实验中观察到的现象是 A S2 断开 S1 与 a 连接 三只灯泡都熄灭 B S2 断开 S1 与 b 连接 三只灯泡 亮度相同 C S2 闭合 S1 与 a 连接 三只灯泡都发光 L1 L2 亮度相同 D S2 闭合 S1 与 b 连接 三只灯泡都发光 L3 亮度小于 L2 的亮度 2 2000 年全国理科综合 2 电路图中 2 2C1 2 2 R 1 图 C R 下列说法正确的是 开关处于断开状态 电容 C2 的电量大于 C1 的电量 开关处于断开状态 电容 C1 的电量大于 C2 的电量 开关处于接通状态 电容 C2 的电量大于 C1 的电量 开关处于接通状态 电容 C1 的电量大于 C2 的电量 A B C D 3 把 6 个相同的小灯泡如图 3 所示接成甲 乙两种形式 调节变阻器 R1 和 R2 使 灯泡都 能正常发光 这时 R1 和 R2 消耗的电功率分别为 P1 和 P2 则 P1 和 P2 的大小 关系为 A P1 3P2 B P2 3P1 C P1 3P2 D P2 3P1 4 如图 4 所示的电路中 A B 两灯原来正常发光 忽然 B 灯比原来亮了 这是因为 电路 中某一处发生断路故障造成的 那么发生这种故障可能是 电源内阻不计 第 8 页 版权所有 不得复制 A R1 断路 B R2 断路 C R3 断路 D A 灯断路 5 两个定值电阻 R1 R2 串联后接 在输出电压 U 稳定于 12V 的直流电源上 有人把一个 内阻不是远大于 R1 R2 的电压表 接在 R1 的两端 如图 5 所示 电压表的示数为 8V 如果 把此电压表改接在 R2 两端 则电压表的示数将为 A 小于 4V B 等于 4V C 大于 4V 小于 8V D 等于或大于 8V 6 如图 6 所示电 路中 六个电阻的阻值均相同 由于对称性 电阻 R2 上无电流流过 已 知电阻 R6 所 消耗的电功率为 1W 则六个电阻所消耗的总功率为 A 6W B 5W C 3W D 2W 7 2001 年安徽春季 在图 7 所示电路中 电容器 C 的 上极板带正电 为了使该极板仍 带正电且电量增大 下列办法中采用的是 A 增大 R1 其他电阻不变 C 增大 R3 其他电阻不变 B 增大 R2 其他电阻不变 D 增大 R4 其他电阻不变 第 9 页 版权所有 不得复制 8 2004 年北京二模 在如图 8 所示的电路中 当电键 S 闭合后 水平放置的平行 板电 容器中有一个带电液滴正好处于静止状态 现在再将电键 S 断开 则下列各种说法 中正确的 是 A 液滴仍保持静止状态 B 液滴做自由落体运动 C 电容器上的带电荷量减小 D 电 容器上的带电荷量增大 9 如图 9 所示 A B 为电源的正负极 a b 是电源内部非常靠近 电源正负极的两点 电 源内阻 r 2 0 R 10 当 S1 闭合 S2 断开时 通过 R 的 电流为 2A 则下列选项中正 确的是 A 电源电动势为 24V B 当 S1 和 S2 都断开时 U AB U ab C 当 S1 和 S2 都 闭合时 U AB U ab D 当 S1 闭合 S2 断开时 U AB U ab 10 三个电阻上分别标 有 200 2W 10 10W 500 5W 将它们并联时 总电路允许通过 的最大电流为 A 将它们串联时总电路允许加的最大电压为 V 11 如图 10 所示的调压 电路中 输入电压 U AB 12 V 电阻 R 0 5 滑动变阻器的最 大阻值为 8 变阻 器的电流不能超过 2A 则 CD 端的输出电压范围是多少 12 如图 11 所示 电源电动势 E 24V 内电阻 r 2 R 1 4 R 2 10 R 3 6 R 4 3 现在 A B 间连接一电压表 读数为多大 若在 A B 间连接一电流表 读数为 多大 第 10 页 版权所有 不得复制 13 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 V 3 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 14 如图 12 所 示 电灯 L 标有 4V 1W 滑动变阻器 R 总电阻为 50 当滑片 P 滑至 某位置时 L 恰好正常发光 此时电流表示数为 0 45A 由于外电路发生故障 电灯 L 突然 熄灭 此 时电流表示数变为 0 5A 电压表示数为 10V 若导线完好 电路中各处接触良好 试问 1 发生的故障是短路还是断路 发生在何处 2 发生故障前 滑动变阻器接入 电路的阻值为多大 3 电源的电动势和内电阻为多大 15 某同学利用业余时间为工 厂设计了一个测定机器转动角速度的装置 如图 13 所示 A 为一金属小球 质量为 m 电阻不计 水平光滑的均匀滑杆 PN 由合金材料制成 电阻不能 忽略 PA 与电路相连接 电源电动势为 E 内阻不计 限流电阻与杆 PN 的总电阻相等 连 接小球的弹簧 由绝缘 材料制成 弹簧的劲度系数为 K 小球静止时恰好在滑杆 PN 的中点 当系统绕 OO 轴匀速转动时 电压表的示数为 U 试求此时系统转动的角速度 第 11 页 版权所有 不得复制 综合测试答案 综合测试答案 1 解析 A 项中为三灯串联 B 项中为 L1 L 2 串联 C 项中 L1 L3 被短路 D 项中 L1 L3 并 联再与 L 2 串联 故 D 正确 答案 D 2 解析 电容器的电压相同 都等于 电源的电动势 则电容大的带电量大 故 正确 项与 项矛盾 开关接通 C1 C2 的电量由 Q CU R 2 2R1 R 2 2R1 有电量相同 故 错 答案 A 3 解析 设每盏灯的额定电压为 U 额定电流为 则有甲图中 R 1 的功率为 P1 U 3U I 乙图中 P2 3I U U 比较可得 P2 3P1 答案 B 4 解析 电源内阻不计 故 R 1 断路 AB 灯亮度不变 R 2 断路时 A 灯 两端的电压升高 B 灯两端的电压降低 故 A 变亮 B 变暗 R 3 断路时 B 灯两端的电 压升高 A 灯两端的电 压降低 故 B 变亮 A 变暗 A 灯断路时 R 2 两端的电压升高 B 灯两端的电压降低 故 B 变暗 答案 C 5 解析 电源电压稳定为 12 由于电压表 的内阻不是远大于 R 1 和 R 2 的阻值 所以电 压表的内阻需要考虑 跨接在 R 1 两端 读数为 8 则此时 R 2 两端的电压为 4 跨接在 R 2 两端时 R 1 去掉了并联的电压表电阻增大为 R 1 分压将大于 8 R 2 并上 了电压表的 电阻 总电阻小于 R 2 分压更小 故小于 4 答案 A 6 解析 R 2 上无电流通过 则有电路的结构为电阻 1 3 串联 4 5 串 联然后再与 6 并 联 则有除 6 外的其余四个电阻 1 3 4 5 的电流与电压都是 6 的一 半 所以每个的功率 为 6 的 1 故电路的总功率为 2 4 答案 D 7 解析 增大 R 1 电容器正极的电势升高 电势差增大 带电量增大 A 对 增大 R 2 电容器正极的电势降低 电势差减小 带电量减小 B 错 增大 R 3 电容器负极的电势升 高 电势差减小 带电量减小 C 错 增大 R 4 电容器负极的电势 降低 电势差增大 带 电量增大 D 对 答案 AD 8 解析 闭合时 液滴静止即 mg qE 动势 故此时 mg qE qU 断开时 C 上的电压升高为电源电 d qe 液滴将向上加速运动 错 两端的电压升高 Q CU AB C 由 d 有电容器的带电量增大 故 C 错 D 对 答案 D 9 解析 U AB 为外电压 U ab 为内电压 根据题意有电源的电动势 E I R r 2 10 2 V 24v 故 A 对 S1 S2 都断开时 U AB U ab 0 B 错 S1 S2 都闭合时电源短路 U AB 0 U ab C 错 S1 闭 合 S2 断开时 U AB 20 U ab 4 故 D 错 第 12 页 版权所有 不得复制 答案 A P 有 I1 0 1A I 2 1A R I3 0 1A 额定电压分别为 U1 U 2 U 3 则由 公式 U IR 有 U1 20V U 2 10V U 3 50V U 有此时 I1 0 05A I 2 1A I3 0 02A 所以 并联时三者的电压相同 为 U 2 10V 由 I R 最大电流 I I1 I 2 I3 1 07A 10 解析 设三电阻的