学科核心素养八 电路及应用-（讲义）【红对勾讲与练】2024版新高考物理大一轮复习全新方案

第八章 电路及应用 学科核心素养八 一、用等效电源法分析电路 1.如图甲所示,电动势为E,内阻为r的电源与 阻值为R 的电阻串联。 将图甲中虚线框内的部分看作一个等效电 源,则电路等效为图乙所示电路。当A、B 间 开路(Rx→∞)时,A、B 间的电压为E,则等 效电源电动势E'=E;当A、B 间短接(Rx→ 0)时,则可求得等效电源内阻为r'=E'I短 = E E R+r =R+r。 2.如图丙所示,电源电动势为E,内阻为r,把定 值电阻R 接在电源的两端。 将图丙中虚线框内的部分看作一个等效电 源,则电路等效为图丁所示电路。当A、B 间 开路(Rx→∞)时,A、B 间的电压为 E R+rR , 则等效电源电动势E'= ER+rR ;当A、B 间短 接(Rx→0)时,则可求得等效电源内阻为r'= E' I短= E R+rR E r = Rr R+r ,即等效电源内阻为r与 R 并联的结果。 【例1】 如图所示,电源电动势 E=2 V,内阻r=1 Ω,电阻 R0=2 Ω,可变电阻的阻值 范围为0~10 Ω。求可变电 阻为多大时,R 上消耗的功率最大,最大值 为多少? 【解析】 采用等效电源法分析,把定值电阻 等效到电源的内部,即把电源和定值电阻看作 电动势为E'= R0 R0+r E,内阻为r'= R0r R0+r 的电源,当R=r'= R0r R0+r 时,电源对外电路 R 的输出功率最大,PRmax= E'2 4r' 。把数值代 入各 式 得 E'= R0 R0+r E=43 V;R=r'= R0r R0+r = 2 3 Ω。所以PRmax= E'2 4r'2 = 2 3 W。 【答案】 2 3 Ω 2 3 W 【例2】 如图所示的电路中,电 压表V1 和 V2 的内阻都是 RV=6×103 Ω,R1=3× 103 Ω,R2=6×103 Ω,当闭 合S1、断开S2 时,电压表V1 的示数为4 V, 当闭合S2、断开S1 时,电压表 V2 的示数为 7.5 V,求电源电动势E。 【解析】 由于R3 阻值未知,若把电源和R3 看作一个等效电源,则等效电源的电动势和 内阻分别为E'=E、r'=R3+r,当闭合S1、 断开S2 时,外电路的总电阻和总电流分别为 R外 = R1RV R1+RV +R2 =8×103 Ω,I1 = U1 R1RV R1+RV =2×10-3 A,由闭合电路的欧姆定 律有E'=I1(R外+r')。 当闭合S2、断开S1 时,外电路的总电阻和总 电流分别为R'外= R2RV R2+RV +R1=6×103 Ω, I2= U2 R2RV R2+RV =2.5×10-3 A, 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 219 hh 由闭合电路的欧姆定律有E'=I2(R'外+r'), 联立以上各式解得E'=20 V,即E=20 V。 【答案】 20 V 二、电学实验设计能力的培养 明确目的 → 选择方案 → 选定器材 → 拟定步骤 → 数据处理 → 误差分析 在近年的电学实验中,电阻的测量(包括变形 如电表内阻的测量)、测电源的电动势与内电 阻是考查频率较高的实验。它们所用到的原 理公式:R=UI ,E=U+Ir。由此可见,对于 电路中电压U 及电流I的测量是实验的关键 所在,但这两个量的直接测量和间接测量的 方法却多种多样,在此往往也是高考试题的 着力点之处。因此复习中应熟练掌握基本实 验知识及方法,做到以不变应万变。 1.电路设计原则 正确地选择仪器和设计电路的问题,有一定 的灵活性,解决时应掌握和遵循一些基本的 原则,即“安全性”“方便性”“精确性”原则,兼 顾“误差小”“仪器少”“耗电少”等各方面因素 综合考虑,灵活运用。 (1)正确性:实验原理所依据的原理应当符合 物理学的基本原理。 (2)安全性:实验方案的实施要安全可靠,实 施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注 意到各种电表均有量程,电阻均有最大允许 电流和最大功率,电源也有最大允许电流,不 能烧坏仪器。 (3)方便