2021高考物理（新高考版）一轮复习教师用书：专题十考点1　电路的分析与计算 WORD版含答案.docx

1、专题十 恒定电流 考点1电路的分析与计算 410考向1部分电路的分析与计算1.2019浙江4月选考,8,3分电动机与小电珠串联接入电路,电动机正常工作时,小电珠的电阻为R1,两端电压为U1,流过的电流为I1;电动机的内电阻为R2,两端电压为U2,流过的电流为I2.则()A.I1R1R2C.U1U2=R1R2D.U1U2I2R2.由于电动机与小电珠是串联关系,故I1=I2.由此可作出判断.考向2闭合电路的分析与计算2.2019江苏高考,3,3分如图所示的电路中,电阻R=2 .断开S后,电压表的读数为 3 V;闭合S后,电压表的读数为2 V,则电源的内阻r为()A.1 B.2 C.3 D.4 必备

2、知识:闭合电路欧姆定律、电路结构的分析等.关键能力:电路结构的分析能力,闭合电路欧姆定律的应用能力.解题指导:开关断开时,电压表测定的是电源开路电压,即为电动势,开关闭合时,电压表测定的是电阻R两端的电压,利用部分电路欧姆定律和闭合电路欧姆定律列出方程,联立即可求解.考法1 “柱体微元”模型的应用12015安徽高考,17,6分一根长为L、横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为,棒内单位体积自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e.在棒两端加上恒定的电压时,棒内产生电流,自由电子定向运动的平均速率为v,则金属棒内的电场强度大小为 A.mv22eLB.mv2SneC.nevD.evSL由电流的微

3、观表达式I=neSv和电阻定律R=LS,知棒两端电压U=IR=nevL,棒内电场视为匀强电场,则E=UL=nev,C正确.C考法2 电功、电热及电功率的求解2一台小型电动机在3 V电压下工作,用此电动机提升重力为4 N的物体时,通过电动机的电流是0.2 A.在30 s内电动机可将该物体匀速提升3 m.若不计除电动机线圈生热之外的能量损失,求:(1)电动机的输入功率;(2)在开始提升物体后的30 s内,电动机线圈所产生的热量;(3)电动机线圈的电阻.(1)电动机的输入功率P入=UI=30.2 W=0.6 W.(2)电动机提升物体的机械功率P机=Fv=mgst=0.4 W由能量守恒定律分析可得P入

4、=P机+P热故P热=P入-P机=(0.6-0.4) W=0.2 W所以电动机线圈产生的热量Q=P热t=0.230 J=6 J.(3)根据焦耳定律Q=I2Rt可得线圈电阻R=QI2t=60.2230 =5 .(1)0.6 W(2)6 J(3)5 1.2017浙江11月选考,12,3分小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如表所示,则这些电器一天消耗的电能约为()电器消耗功率/W工作时间/h电茶壶2 0001空调1 2003电视机1002节能灯164路由器924A.6.1103 WB.6.1103 JC.2.2104 WD.2.2107 J考法3 闭合电路问题的分析与计算32016江苏高考,

5、8,4分,多选如图所示的电路中,电源电动势为12 V,内阻为2 ,四个电阻的阻值已在图中标出.闭合开关S,下列说法正确的有 A.路端电压为10 VB.电源的总功率为10 WC.a、b间电压的大小为5 VD.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1 A外电路的总电阻R=10 ,由闭合电路欧姆定律可得电路中的总电流I=ER+r=1 A,因此路端电压U=E-Ir=12 V-12 V=10 V,选项A正确;电源的总功率P=EI=12 W,选项B错误;由图(a)可知Uab=UaO-UbO=-150.5 V+50.5 V=-5 V,选项C正确;当a、b间用导线连接后,外电路的等效电路如图(b)所示,外电路中

6、的总电阻R=7.5 ,电路中的总电流I=ER+r=129.5 A1 A,选项D错误.AC2.如图所示,已知电源电动势E=5 V,内阻r=2 ,定值电阻R1=0.5 ,滑动变阻器R2的阻值范围为010 .(1)当滑动变阻器R2的阻值为多大时,电阻R1消耗的功率最大?最大功率是多少?(2)当滑动变阻器的阻值为多大时,滑动变阻器消耗的功率最大?最大功率是多少?(3)当滑动变阻器的阻值为多大时,电源的输出功率最大?最大功率是多少?考法4 含电容器电路问题的分析与计算42016全国,17,6分阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示电路.开关S断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q

7、1;闭合开关S,电流再次稳定后,C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为A.25B.12C.35D.23电路中四个电阻阻值相等,开关S断开时,外电路的连接等效为图(a),由于不计电池的内阻,设每个定值电阻的阻值为R,根据串、并联电路的特点可知,电容器两端的电压为U1=1223R23R+RE=15E;当开关S闭合后,外电路的连接等效为图(b),则电容器两端的电压为U2=12R12R+RE=13E,由Q=CU可知,Q1Q2=U1U2=35,C项正确. 图(a)图(b)C3.2018江苏高考,8,4分,多选如图所示,电源E对电容器C充电,当C两端电压达到80 V时,闪光灯瞬间导通并发光,C放电.放电

8、后,闪光灯断开并熄灭,电源再次对C充电.这样不断地充电和放电,闪光灯就周期性地发光.该电路()A.充电时,通过R的电流不变B.若R增大,则充电时间变长C.若C增大,则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大D.若E减小为85 V,闪光灯闪光一次通过的电荷量不变考法5 两种U-I图象问题的分析与计算5已知两电源1、2的电动势分别为E1、E2,且E1E2,当外电路电阻为R时,外电路消耗功率正好相等.当外电路电阻降为R时,电源1对应的外电路功率为P1,电源2对应的外电路功率为P2,电源1的内阻为r1,电源2的内阻为r2.则A.r1r2,P1P2B.r1r2,P1P2C.r1P2D.r1r2,P1E2,可得r1

9、r2.电源输出电压U与电路中电流I的关系为U=E-Ir,由题意知外电路电阻为R时,两电路中的电流大小相等,故此时两个电源的输出电压随电流变化关系图象应为图示中两条相交的直线a、b,且交点处电流为I0,输出电压为U0=RI0,同时过原点O与该交点的直线即为电阻R的U-I图线.若将R减小为R,电路中R的U-I图线如图所示,且U=RI表示的图线与两个电源的输出电压的U-I图线分别交于两个不同的点.与电源1图线的交点处的电流值和电压值均小于与电源2图线的交点处的电流值和电压值,根据输出功率的定义P=UI可知,外电阻降为R时,电源1的输出功率小于电源2的输出功率,即P1P2.选项D正确.D4.2018北

10、京高考,23,18分如图1所示,用电动势为E、内阻为r的电源,向滑动变阻器R供电.改变变阻器R的阻值,路端电压U与电流I均随之变化.(1)以U为纵坐标,I为横坐标,在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图象的示意图,并说明U-I图象与两坐标轴交点的物理意义.(2)a.请在图2画好的U-I关系图线上任取一点,画出带网格的图形,以其面积表示此时电源的输出功率;b.请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件.(3)请写出电源电动势定义式,并结合能量守恒定律证明:电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和.考法6 电路故障问题的分析6多选某同学按如图所示的电路进行实验,电压表内阻看成无限大,电

11、流表内阻看成零,闭合开关进行实验.由于电路发生故障,发现两电压表示数相同(但不为零),若这种情况的发生是由用电器引起的,则可能的故障原因是A.R3短路B.RP短路C.R3断路 D.R2断路R3短路时,由于电流表内阻看成零,两电压表都被短路,示数都为零,与题不符,故A错误.RP短路时,两电压表都测量R2两端的电压,示数相同,而且都不为零,故B正确.R3断路时,电压表V2测量R2两端的电压,电压表V1测量RP和R2串联的两端电压,电压表V1的示数大于电压表V2的示数,故C错误.R2断路时,由于电压表内阻看成无限大,电流表内阻看成零,两电压表都测量R3两端的电压,示数相同,而且都不为零,故D正确.B

12、D重难突破闭合电路动态变化问题题型1电路中物理量的变化分析与判断7多选在如图所示的电路中,电源的负极接地,其电动势为E、内电阻为r,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,、为理想电流表和电压表.在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑动的过程中,下列说法中正确的是A.电压表示数减小B.电流表示数增大C.电阻R2消耗的功率增大D.a点的电势降低解法一:程序法滑片P由a端向b端滑动,其阻值减小,则总电阻减小,I总增大,电阻R1两端电压增大,电压表示数变大,A错误;电阻R2两端的电压U2=E-I总(R1+r),I总增大,则U2减小,I2=U2R2,I2减小,电流表的示数IA=I总-I2增大,B正确;由P2

13、=I22R2知P2减小,C错误;Uab=a-b=a=U2,故a降低,D正确.解法二:结论法由于R3减小,R2与R3并联,则U2、I2均减小,而P2=I22R2,知P2减小,C错误;Uab=U2=a-b=a减小,D正确;因为R1间接与R3串联,故I1、U1均增大,故电压表示数增大,A错误;根据IA=I1-I2知IA增大,B正确.解法三:极限法滑片P滑至b时,R3=0,a=b=0,可知P自a向b滑动过程中a点电势降低,D正确;P滑至b时,R2被短路,R2上电压为零,则功率也为零,可知P自a向b滑动过程中R2消耗的功率减小,C错误;当R3=0时,总电阻最小,总电流最大,R1两端电压最大,可知P自a向

14、b滑动过程中电压表示数增大,A错误;由于IA=I1-I2,R3=0时I1最大,I2=0最小,故IA最大,可知P自a向b滑动过程中电流表示数增大,B正确.BD感悟反思以上三种方法相比,处理动态分析问题时,结论法最简洁适用,但要注意,“串反并同”的条件是电源内阻不能忽略.题型2电路变化量的变化分析与判断8多选在如图所示电路中,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向下滑动时,电表A、V1、V2、V3的示数分别用I、U1、U2和U3表示,对应示数变化量的大小分别用I、U1、U2和U3表示.下列说法中正确的是A.U1I不变,U1I不变B.U2I变大,U2I变大C.U2I变大,U2I不变 D.U3I不变,U3

15、I不变方法一由题图可知,U1I=U1I=R1,是定值,A正确;U2I=R2随滑片P向下移动而变大,而|U2I|=|I(R1+r)I|=R1+r,故U2I不变,B错误,C正确;U3I=R1+R2随滑片P向下移动而变大,而|U3I|=r为电源的内电阻,故U3I不变,D错误.方法二在同一坐标系中分别作出电压表V1、V2、V3的示数随电流I的变化图线,如图中a、b、c所示,a表示R1两端电压U1与I的关系,b表示将R1等效为电源内阻时的路端电压(U2)与I的关系,c表示路端电压(U3)与I的关系图线.由图可知,U1I=U1I=R1,是定值,A正确;因U2I=R2随滑片P向下移动而变大,而U2I为图线b

16、的斜率,故U2I不变,B错误,C正确;因U3I=R1+R2,故此比值增大,而U3I为图线c的斜率,故U3I不变,故D错误.AC考点1电路的分析与计算1.D电动机和小电珠串联接入电路,故I1=I2,A错误;电动机是非纯电阻用电器,满足I2U2R2,小电珠是纯电阻用电器,满足I1=U1R1,又I1=I2,故U1R1U2R2,可得U1U2R1R2,D正确,B、C错误.2.A当断开S时,电压表的读数等于电源的电动势,即E=3 V;当闭合S时,有U=IR,又由闭合电路欧姆定律可知,I=ER+r,联立解得r=1 ,A正确,B、C、D错误.1.D根据公式W=Pt及表可知,这些电器一天消耗的电能为W=2 kW

17、1 h+1.2 kW3 h+0.1 kW2 h+0.016 kW4 h+0.009 kW24 h=6.08 kWh,又知1 kWh=3.6106 J,可得W2.2107 J,选项D正确.2.(1)R2=0时,电阻R1消耗的功率最大,最大功率是2 W.(2)R2=2.5 时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率是2.5 W.(3)R2=1.5 时,电源的输出功率最大,最大功率是3.125 W.解析:(1)定值电阻R1消耗的电功率为P1=I2R1=E2R1(R1+R2+r)2,可见当滑动变阻器的阻值R2=0时,R1消耗的功率最大,最大功率为P1 max=E2R1(R1+r)2=2 W.(2)将定值电

18、阻R1看作电源内阻的一部分,则电源的等效内阻r=R1+r=2.5 ,故当滑动变阻器的阻值R2=r=2.5 时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率为P2 max=E24r=2.5 W.(3)由电源的输出功率与外电阻的关系可知,当R1+R2=r,即R2=r-R1=(2-0.5) =1.5 时,电源有最大输出功率,最大功率为P出max=E24r=3.125 W.3.BCD充电时,通过R的电流逐渐减小,选项A错误;若R增大,充电的最大电流减小,电容器充电时间变长,选项B正确;若C增大,电容器充满电后所带的电荷量增多,则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大,选项C正确;若E减小为85 V,此时E仍大于闪光灯导通所需要的电压,所以电容器充满电后电压仍然等于闪光灯导通所需要的电压,所以闪光灯闪光一次通过的电荷量不变,选项D正确.4.答案见解析.解析:(1)U-I图象如图所示图象与纵轴交点的坐标值为电源电动势,与横轴交点的坐标值为短路电流.(2)a.如图所示.b.电源输出的电功率P=I2R=(ER+r)2R=E2R+2r+r2R当外电路电阻R=r时,电源输出的电功率最大,为Pmax=E24r.(3)电动势定义式E=Wq根据能量守恒可知,本题中非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路产生的电热,即W=I2rt+I2Rt=Irq+IRqE=Ir+IR=U内+U外.