内容正文:
专题02 电路
高二物理上学期·期末复习大串讲
知识串讲
方法模型归纳
巩固提升
沪科版
知识串讲
01
1.串联电路、并联电路的特点
一、电路
知识串讲
01
2. 简化电路的方法
(1)拖动法:导线之间没有用电器,形状、位置可以任意拖动,不改变串并联关系,拖成规整的形式。 (2)节点法
①在原电路中标识出端点、节点。
②电流表视为短路,化简前先用导线代替;电压表视为断路,化简后对应位置接入即可。
③正确判断出相同节点,导线之间没有用电器,无论如何连接都是同一节点。
④端点标在两端,节点标在中间。相同节点必须标在同列,并用导线联接。
⑤把原电路中的元件分别对应联入排列好的端点和节点间,画出等效电路图:
例如,R1、R2和R3并联,再和R4串联。
知识串讲
01
3. 滑动变阻器的两种接法及其应用
(1)限流式接法耗能低,但电压调节范围小;
(2)分压式接法电压调节范围大,并且可从零开始变化。
知识串讲
01
4.电流的微观表达式
一段粗细均匀的导体,自由电荷定向移动的速率为v,设导体的横截面积为S,导体单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷量为q。
知识串讲
01
例1. 某一导体的伏安特性曲线如图中AB段(曲线)所示,关于导体的电阻,以下说法正确的是( )
A.B点的电阻为12 Ω
B.B点的电阻为40 Ω
C.导体的电阻因温度的影响改变了1 Ω
D.导体的电阻因温度的影响改变了9 Ω
【答案】 B
知识串讲
01
例2. 如图所示,在a、b两点间加恒定电压,已知R1:R2:R3=1:2:3。
(1)理想电流表、的示数之比为____。
A.3:5 B.5:9 C.5:3 D.9:5
(2)若将、换成理想电压表、,则两电压表的示数之比为____。
A.1:3 B.1:2 C.3:5 D.2:3
【答案】6. ①. B ②. C
知识串讲
01
二、电阻定律
2. 导体的伏安特性曲线
(1) 伏安特性曲线:用纵坐标表示通过导体的电流I,用横坐标表示导体两端电压U的图像。
伏安特性曲线是一条直线,欧姆定律适用的元件是线性元件;
伏安特性曲线是一条曲线,欧姆定律不适用的元件是非线性元件。
(2) I-U图像是曲线时,导体某状态的电阻,
其含义不是该切线斜率的倒数,如图:
。
知识串讲
01
3. 伏安法测电阻
(速记:大内偏大,即电阻较大时,使用内接法,测量结果偏大)
知识串讲
01
4.游标卡尺及读数
测量值: 20mm+6×0.1mm=20.6mm
测量值: 14mm+10×0.05mm=14.50mm
知识串讲
01
5.螺旋测微器及读数
知识串讲
01
6. 实验:金属丝电阻率的测量
(1)实验原理
(a)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻R(R=U/I)。电路原理图如图所示。
知识串讲
01
例3. (2023学年·格致中学高二上期末)如图所示,同种材料做成的均匀柱状导体a和b并联接入电路中、其长度相同,直径之比为,忽略温度对电阻的影响,则下列说法正确的是( )
A. a和b电阻之比为 B. a和b中自由电荷定向移动速率之比为
C. 通过a和b电流之比为 D. 相等时间内流过a和b中横截面的电荷量之比为
【答案】D
知识串讲
01
例4. 工业上采用一种称为“电导仪”的仪器测量液体的电阻率,其中一个关键部件如图所示,A、B是两片面积均为1 cm2的正方形铂片,间距为d=1 cm,把它们浸没在待测液体中,若通过两根引线加上U=6 V的电压时,测出电流I=1 μA,则这种液体的电阻率为多少?
【答案】 6×104 Ω·m
知识串讲
01
例5. 在“测定金属的电阻率”的实验中:
(1)测电压U时,接0~3V量程时电压表读数为________V;
(2)测电流I时,接0~0.6A量程时电流表读数为________A;
(3)螺旋测微器测直径d的读数是________mm;
(4)游标卡尺测金属丝长度l的读数是________cm;
(5)利用测量量U、I、d、l写出电阻率ρ的表达式,字母表示即可,不用代入数值计算________ 。
【答案】 2.60 0.52 2.935 2.67
1. 指针式多用电表,如图(a):
(1)电流挡串联接入电路,电流从红表笔流进电表,从黑表笔流出电表。
(2)电压挡并联接入电路,红表笔接高电势点,黑表笔接低电势点,
电流仍然是“红进、黑出”。
(3)使用欧姆挡时,红表笔连接表内电源的负极,黑表笔连接表内电源的正极。
电流仍然是“红进、黑出”。刻度不均匀,左边密集,右边稀疏。
①选挡:估计待测电阻的大小,旋转选择开关,使其尖端对准欧姆挡的合适挡位。
②欧姆调零:将红、黑表笔短接,调整“欧姆调零旋钮”,使指针指向“0 Ω”。
③测量、读数:断开电路,将两表笔分别与待测电阻的两端接触,示数乘以倍率即为待测电阻阻值。
(4) 在不使用时,应把选择开关旋转到OFF挡或交流电压最高挡。
知识串讲
01
三、多用电表的使用
知识串讲
01
2. 数字式多用电表,如图(b)
插口处标有“V”、“A”、“Ω”,分别代表测量电压、电流、电阻时红表笔对应的插孔。
口诀:电流红表笔进,黑表笔出。如果反接,则电流会出现负值。
使用数字式多用电表测量电阻时,必须先把电阻从电路中断开。
知识串讲
01
3. 研究二极管的单向导电性
(1)二极管符号如图,左端P为正极,右端N为负极。
特点:电流从正极流入时电阻很小,而从负极流入出时电阻很大
(2)多用电表测二极管的正、反向电阻
①测二极管正向电阻:
选择低倍率的欧姆挡,调零后,将黑表笔接触二极管的正极,红表笔接触二极管的负极。
②测二极管反向电阻:
选择高倍率的欧姆挡,调零后,将黑表笔接触二极管的负极,红表笔接触二极管的正极。
知识串讲
01
例6. (多选)下列关于使用多用电表测电阻的各项操作中,正确的是( )
(A)测二极管正向电阻时,红表笔接二极管负极
(B)欧姆表的0刻线在表盘的最左侧,不均匀,左密右疏
(C)进行欧姆调零时,把红黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮
(D)使用完毕后,把多用电表选择开关置于“”欧姆挡
【答案】 AC
知识串讲
01
四、电源电动势和内阻
1.电源的能量转化:
在电源内部,非静电力克服静电力做正功,其他形式的能转化为电势能,电势能增加。
在电源外部,静电力做正功,电势能减少,转化为其他形式的能。(内部也有静电力同时做功)
2.电动势
(1)定义:非静电力把单位电量的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。
(2)公式:E= 比值定义法! 反映电源非静电力做功的本领的大小。
(3) 单位:伏特(V),电压、电势单位相同,但含义不同。
电压、电势:反映静电力做功,包含电能转化为其他形式能的含义。
电动势:反映非静电力做功,包含其他形式能转化为电能的含义。
知识串讲
01
3.电源的内阻:电源内部导体的电阻,通常用r表示。
(1)水果电池内阻很大,几乎不能提供持续电流。
(2)干电池使用久了,内阻变大。
4.电池容量:电池放电时能输出的总电荷量,其单位是:A·h或mA·h。
(1)通过额定电流可计算放电时间
(2)通过额定电压可计算电池静电力做功W=qU
知识串讲
01
【答案】D
例7. 锂离子电池主要依靠锂离子(Li+)在正极和负极之间移动来工作,下图为锂电池内部结构。某过程中Li+从负极通过隔膜返回正极。锂电池的电动势为,则( )
(A)电池正处于充电状态 (B)电池内部电流方向从负极到正极
(C)移动一个锂离子,需要消耗电能 (D)电池容量的单位可表示为kWh
知识串讲
01
五、闭合电路欧姆定律
内容:I= E为电源电动势,R为外电路总电阻,r为电源内阻。
2. 适用条件:外电路为纯电阻电路。
知识串讲
01
(2) 当外电阻R减小时,电流I增大,路端电压U=E-Ir减小,当R减小到零(短路)时,I0=E/r,U=0。此时电流I0称短路电流。
3. 路端电压随外电阻的变化规律
(1) 当外电阻R增大时,电流I减小,路端电压U=E-Ir增大,当R增大到无限大(断路)时,I=0,U=E,即外电路断路时的路端电压等于电源电动势。
(3) 电路动态分析
速记口诀:并同串反
定性分析过程:外电路电阻→总电流 →内部电压→外部电压 →各串并联支路
知识串讲
01
4. 闭合电路的电源及电阻的U-I图像
当电阻R接入电动势为E的电源两端时,电源和电阻的U-I图像如图所示。
(1)交点坐标:(IP,UP)表示电源E与电阻R接通时,电路中的电流和电阻R两端的电压。
(2)电源U-I图像的斜率表示内阻r,电阻U-I图像斜率表示电阻R(直线)。
(3)如果电源U-I图像不是直线,只是斜率的含义变化,但纵坐标轴截距仍表示E,横坐标轴截距仍表示短路电流(纵坐标轴起点为0)。
知识串讲
01
5. E=U外+U内的本质
(1) V1测量内电压,V2测量外电压。 E=U1+U2
(2) 电源内部,
b→c:非静电力做功,电势差为Ucb;
c→d:静电力做功,U内=Ir;
d→d:非静电力做功,电势差为Uad;
电源外部,
a→b:静电力做功,U外=IR;
E = Ucb+Uad = U外+ U内
知识串讲
01
6. 闭合电路欧姆定律的表达形式
知识串讲
01
例8. 如图所示,甲图中变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中,两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙中的AC、BC两直线所示。不考虑电表对电路的影响。
(1)电压表V1、V2的示数随电流表示数的变化图像应分别为U-I图像中的哪一条直线?
(2)定值电阻R0、变阻器的总电阻R分别为多少?
(3)求出电源的电动势和内阻。
【答案】 (1)V1是AC;V2是BC (2)3 Ω 12 Ω (3)8 V 1 Ω
知识串讲
01
例9. (2023学年·上海市建平中学高二上期中)如图电路中,R1为定值电阻,电表均为理想电表。移动滑动变阻器R2的滑片,V、V1、V2和A四个电表的示数分别记为、、和,则必有( )
【答案】B
知识串讲
01
例10. (多选)如图甲所示,一个闭合电路由内、外两部分电路构成。内电路化学电池的正、负极附近分别存在着化学反应层,反应层中非静电力把正电荷从电势低处移到电势高处,在这两个地方,电势会沿电流方向“跃升”。这样整个闭合电路的电势高低变化情况如图乙所示,图乙中各点位置的高低表示电路中相应各点电势的高低,K点的高度低于P点。若增大外电路电阻R,则下列说法正确的是( )
(A)电流I将变大
(B)M、N两点之间的高度差将变大
(C)P、K两点之间的高度差不变
(D)P、N两点之间的高度差与M、K两点之间的高度差之和不变
【答案】BD
知识串讲
01
六、电功和电热
1.电功:W=UIt 适用任何电路
2.电功率:P==UI 适用任何电路
3.焦耳定律:Q=I2Rt,物理意义是电流通过用电器时,电能转化为内能的多少。
热功率:P=I2R,物理意义是表示电流发热快慢。
知识串讲
01
3.焦耳定律:Q=I2Rt,物理意义是电流通过用电器时,电能转化为内能的多少。
热功率:P=I2R,物理意义是表示电流发热快慢。
4.纯电阻电路和非纯电阻电路的功、热关系
知识串讲
01
4. 电动机的功率和效率
(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率,P入=UI。
(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率,P热=I2r。
(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率,P出=IU-I2r。
(4)电动机的效率:η=×100%=×100%。
5. 纯电阻电路的串、并联电路中的功率关系
知识串讲
01
例11. (2023·上海浦东新·统考一模)四只完全相同的灯泡分别用图(a)、(b)两种方式连接,电路两端电压分别为和。当灯泡都正常发光时,消耗的电功率分别为和,则( )
A. B. C. D.无法确定
【答案】 A
知识串讲
01
例12. 在研究微型电动机的性能时,可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R,使电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V;当重新调节R,使电动机恢复正常运转时,电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。则有关这台电动机正常运转时的说法正确的是( )
A.电动机的内阻为7.5 Ω B.电动机的内电阻发热功率为8.0 W
C.电动机的输出功率为30 W D.电动机的效率约为27%
【答案】 B
知识串讲
01
例13. (2023·上海金山·统考二模)如图所示电路中,电源内阻不可忽略、电动势E=3V,R1=8Ω、R2=2Ω。闭合电键K1后,K2置于a处,电压表示数U1。将电键K2从a拨动到b,稳定后电压表示数U2,则U1____U2(选填“>”、“<”或“=”);若电源内阻r=20Ω,K2置于a处,滑动变阻器阻值逐渐增大时电源输出功率减小,随后将K2置于b处,变阻器阻值逐渐减小时电源输出功率减小,则滑动变阻器阻值的取值范围为______。
【答案】 > [12Ω,18Ω]
知识串讲
01
七、电功率相关的三种图像
1. U-I图像含义
①电源效率η==
②α变大(R增大),电流减小,端电压增大,总功率变小,效率增大
α变小(R增小),电流增大,端电压减小,总功率变大,效率减小
③如果是电源或电阻图像是曲线,斜率的含义有变化,但D、A、F的含义不变,矩形面积含义不变
①当R=r时,电源的输出功率最大,Pm (利用均值不等式证明)
②当外电路电阻为R1和R2,且R1R2=r2时,电源具有相同的输出功率P1=P2
物理含义,例:r=2Ω,R1=1Ω时输出功率为P1,R2=4Ω时输出功率为P2,则P1=P2
③R增大,电源的效率一直增大,但输出功率不是一直增大
④在R<r时,输出功率随R增大而增大;在R>r时,输出功率随R增大而减小
⑤等效内阻分析法:电源串联一个定值电阻时,r’=r+R0,分析方法同上
知识串讲
01
2. 电源输出功率P出与外电路电阻R关系
在电路中,电源输出功率P出与外电路电阻R关系如下图:
知识串讲
01
3. 电路中功率和电流的关系图像
① P总= P出+P内
② P总和P内交点处:外电阻R=0,此时P总=P内=EI=I2r,可求得E,r
③ P出和P内交点处:R=r
例14. 在如图所示电路中,电源电动势E=6V,电源内阻r=1Ω,外电路中电阻R1=2Ω,R2=4Ω,可变电阻R3可在0~20Ω间调节。
(1)当R3= 时,R1能获得最大功率 。
(2)当R3= 时,R2能获得最大功率 。
(3)当R3= 时,R2和R3功率之和最大,为 。
(4)当R3= 时,R3本身能获得最大功率 。
知识串讲
01
【答案】 (1) 0,8W; (2) 20Ω,2.49 W; (3) 12Ω,3 W; (4) 1.71Ω,1.7 W
知识串讲
01
例15. 如图所示,图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图线,图中曲线②表示该电源的输出功率与电流的关系图线,则下列说法不正确的是( )
(A)电源的电动势为50V
(B)电源的内阻为5Ω
(C)电流为2.5A时,外电路的电阻为20Ω
(D)输出功率为120W时,输出电压是30V
【答案】 C
知识串讲
01
例16. (2023·上海静安·统考一模)两个直流电源的总功率P总随外电压U变化的关系图线,如图中的a、b所示,若两电源的内阻为、,能提供的最大输出功率为、,则( )
A., B.,
C., D.,
【答案】 A
知识串讲
01
八、家庭电路的组成
1. 家庭电路组成:电能表,断路器,用电器,导线,开关组成
(1)顺序:电能表-》断路器-》用电器,所有用电器都并联在相线和零线之间,互不影响。
(2)相线L(火线):相线与零线之间电压是220V。
(3)零线N:变压器的中性点。原则上对地电压接近为0,但漏电时可能有一定电压。
(4)地线E:接地,对地电压为0。用电器外壳接在地线上,漏电时电流流入大地,防止触电事故。
知识串讲
01
(5)低压断路器:相当于总开关。
工作原理是当电路发生短路或过载时,在很短的时间内断开电路,起到很重要的保护作用。
防止短路:电流超过安全电流时,断路器会自动切断供电线路。
防止漏电:检测到相线与零线中电流不一致,且差值超过一定大小时便会在短时间内断开电路。
2. 简单故障排除,氖泡验电笔的使用规范:
(1)不可触碰电笔前端的金属部分
(2)用拇指按住电笔后端的金属帽,用笔头轻触带电体。使检验部位、验电笔、人体和大地构成回路。
(3)氖泡会发亮表示物体带电或是相线。不亮表示不带电或零线。
知识串讲
01
例17. (2023学年·上海中学高二上期末)某同学在图中所示实验中,闭合开关后发现小灯泡不发光,该同学检查接线均良好。保持开关闭合,用多用电表2.5V直流电压档进行检测。下列说法错误的是( )
A. 将多用电表红、黑表笔分别接触A、B,若电压表示数几乎为零,说明灯泡可能短路
B. 将多用电表红、黑表笔分别接触C、D,若电压表示数几乎为零,说明开关可能断路
C. 将多用电表红、黑表笔分别接触C、D,若电压表示数几乎为零,说明灯泡可能断路
D. 将多用电表红、黑表笔分别接触E、F,若电压表读数接近1.5V,说明灯泡和灯泡座可能接触不良
【答案】B
方法模型归纳
02
解题方法总结
1,电流方向(测电压,电流,电阻通用):红进黑出
2,多用表测电阻换档:偏小换大(指针偏转偏小即读数大)
3,多用表测电压档判断故障:有示数表示外部是通路
4,电源的U-I图像:U轴交点为电动势E,I轴交点为短路电流,斜率为内阻r
5,电阻U-I图像交点为电路中实际电流和外电路电压
6,动态电路分析:并同串反
7,应用闭合电路欧姆定律解题时,外电路的电压要通过内电路的电压间接计算
方法模型归纳
02
8. 伏安法误差分析:大内偏大内阻大,小外偏小两个小。
9. 根据图像的横纵坐标轴,变换成函数表达式,化曲为直,再由斜率和截距求解。
10. 等效内阻法。
11. 安阻法,伏阻法。
12,额定电压相同,额定功率大的电阻小。即“220V 100W” 比“220V 60W”电阻小
13,外值内求:即外电路的电压U=E-Ir
14,动态电路电流变化量:干路变化=支路变化之和,但变化量大小要看各自增大还是减小决定
15,电源效率随R增大而增大,输出功率先增大后减小,在R=r处最大
巩固提升
03
1. (2023学年·上海市曹杨二中高二上期中)四个相同的灯组成如图所示的电路。如果四个灯都没有损坏,那么通过四个灯的电流之比为I1:I2:I3:I4=______,四个灯实际功率之比为P1:P2:P3:P4=____。
【答案】 ①. 1:1:2:3 ②. 1:1:4:9
巩固提升
03
2. (2023学年·上海市松江一中高二上期末)在如图所示的电路中,E为电源,其内阻为r,L为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变),R1、R2为定值电阻,R3为光敏电阻,其阻值大小随所受照射光强度的增大而减小,V为理想电压表。若将照射R3的光的强度减弱,则( )
A. 小灯泡消耗的功率变小 B. 电压表的示数变大
C. 通过R2的电流变小 D. 灯泡L变亮
【答案】A
巩固提升
03
3. (2024奉贤二模) 电动汽车使用的电源一般由许多小型锂电池串并联组成,有小组设计实验测定某一节锂电池的电动势和内阻,如图甲所示,其中单位角度对应电阻丝的阻值为 r0。主要实验步骤如下:
甲
O
θ
b
乙
(1)将器材如图甲所示连接。开关闭合前,金属夹应夹在电阻丝的___________(选择:“A”或“B”)端;
(2)改变金属夹的位置,闭合开关,记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角 θ 和电流表示数 I,得到多组数据,并作出图像如图乙所示。其中图线斜率为 k,与纵轴截距为 b,则该节锂电池的电动势和内阻可表示为 E = ___________,r = ___________。(用 R0、k、b、r0 表示)
巩固提升
03
4. (2023学年·上海市上海中学高二上期末)小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示,P为图线上一点,PN为图线的切线,PQ为U轴的垂线,PM为I轴的垂线,下列说法中正确的是( )
A. 随着所加电压的增大,小灯泡的电阻减小
B. 对应P点,小灯泡的电阻为
C. 对应P点,小灯泡的电阻为
D. 对应P点,小灯泡的功率为图中梯形所围面积
【答案】B
巩固提升
03
5. 如图所示,直线a、抛物线b和c分别为某一直流电源外接纯电阻电路中的总功率、外电路功率、电源内阻发热功率,随路端电压U变化的图线,但具体对应关系未知,根据图像可判断( )
(A)图像对应图线a,由图知电源电动势为9V,内阻为
(B)图像对应图线b,外电路电阻为时,输出功率有最大值为2.25W
(C)图像对应图线b,由图知电源电动势为3V,内阻为
(D)图像对应图线c,由图知外电路最大功率为9W
【答案】C
巩固提升
03
6. 某同学设计了一个测量水流速度的装置,示意图如图所示。电阻可忽略的金属丝一端悬挂小球P,另一端固定在O点。电阻丝AB水平放置,并与金属丝接触良好,其中B点位于O点正下方。开关闭合后,可通过仪表C(可看作理想电表)读出水流的速度大小。下列说法正确的是( )
(A)仪表C是一个电流表
(B)水流速度变大,则整个电路的总功率变小
(C)水流速度变大,则通过电阻R的电流变大
(D)水流速度变大,则仪表C的示数变小
【答案】B
巩固提升
03
7. (2023学年·上海市上海中学高二上期末)如图所示,电解槽A和电炉B并联后接到电源上,电源内阻r=1 Ω,电炉电阻R=19 Ω,电解槽电阻r′=0.5 Ω,当S1闭合、S2断开时,电炉消耗功率为684 W,S1、S2都闭合时,电炉消耗功率为475 W(电炉电阻可看作不变),试求:
(1)电源的电动势;
(2)S1、S2闭合时,流过电解槽的电流大小;
(3)S1、S2闭合时,电解槽中电能转化成化学能的功率。
【答案】(1)120 V;(2)20 A;(3)1700 W
巩固提升
03
8. (2023学年·上海市北郊高中高二上期中)如图1,电源电动势E=6V,内阻r=2Ω,电键S闭合后,将滑动变阻器的滑片从A端移动到B端,该过程中定值电阻、消耗的功率与通过该电阻的电流的关系如图2的P、Q所示。则:
(1)图像P是哪个电阻的功率变化曲线?说明理由
(2)、的阻值分别为多大?
(3)的最大功率为多少?
(4)滑动变阻器的阻值最大阻值为多少?
【答案】(1),因为当滑片移动到B端时,电阻R2被短路,流经电阻R2电流为零,功率为0;
(2),;(3);(4)
巩固提升
03
9. 如图,电路中有ab、cd、ef三根导线。其中一根导线的铜丝是断的,另外两根导线和电源、电阻R1、R2都是完好的。电源电动势为9V。某同学想利用多用电表的直流10V挡检查出断导线,下列说法正确的是( )
A. 若测得ab间电压接近9V,断导线一定是ef
B. 若测得ad间电压接近9V,断导线一定是ef
C. 若测得ac间电压为0,断导线一定是cd
D. 若测得ae间电压为0,断导线一定是ef
【答案】D
巩固提升
03
10. (2023学年·上海市曹杨中学高二上期末)某居民家中的部分电路如图所示,开始电路正常。将电饭煲的插头插入三孔插座后,正在烧水的电热壶突然不能工作,但是电灯仍然正常工作。拔出电饭煲的插头,电热水壶仍然不能工作。把测电笔分别插入插座的左、右插孔,氖管均发光。若电路只有一处故障,则( )
A. 电路的C、D两点间断路接地 B. 插座左右两孔短路
C. 插座的接地线断路 D. 电热壶所在支路的B、D两点间断路
【答案】A
课堂小结
$$