3.3.1 直流电路的分析(Word教师用书)-【新高考方案】2025年高考物理二轮复习专题增分方略(江苏、北京专版)

主题(一)　直流电路的分析 类型1　电路图像问题 　　[例1]　在如图甲所示的电路中,电源电动势保持不变、不计内阻,R1为定值电阻,电压表和电流表均为理想电表,移动滑动变阻器R2的滑片P,电表示数的U⁃I关系图线如图乙所示,则 (　　) A.电源电动势为15 V B.定值电阻的阻值为10 Ω C.R2的电功率最大为3 W D.R1的电功率最大为25 W [解析]　设Pa间电阻为Rx,则Pb间电阻为,滑动变阻器接入电路的电阻记作R2',则R2'==,当Rx=R2时,R2'达到最大值,即R2=,解得R2=24 Ω,当滑片P位于滑动变阻器中点时,干路电流为1.0 A,此时有E=6 V+1.0R1,当R2'的电压为4.0 V时,滑片P两边电流为0.2 A和1.0 A,此时有E=4 V+1.2R1,联立两式解得R1=10 Ω,E=16 V,A错误,B正确;滑动变阻器接入电路的阻值范围为0~6 Ω,因此滑片P位于滑动变阻器中点时,R2'=6 Ω,R2的电功率最大为PR2=6.0 V×(0.5 A+0.5 A)=6 W,滑片P位于a或b时,接入电路的电阻为零,R1的电功率最大,为PR1==25.6 W,选项C、D错误。 [答案]　B 类型2　电路动态分析问题 　　[例2]　如图所示电路,热敏电阻RT的阻值随温度的降低而增大,电表均为理想电表。闭合开关S,在温度降低的过程中,分别用I、U1、U2表示电流表A、电压表V1、电压表V2的示数,用ΔI、ΔU1、ΔU2分别表示电流表A、电压表V1、电压表V2的示数变化量的绝对值。温度降低时,关于该电路工作状态的变化,下列说法正确的是 (　　) A.U1增大 B.和不变 C.不变 D.电源的输出功率一定变大 [解析]　当温度降低时,热敏电阻RT的阻值增大,电路总电阻增大,总电流减小,R两端电压减小,即U1减小,故A错误;根据部分电路欧姆定律可得==R,=RT,根据闭合电路欧姆定律可得U2=E-I,则=R+r,故B正确,C错误;由电源输出功率随外电阻的变化规律可知,当R+RT=r时,电源输出功率最大;当R+RT<r时,随热敏电阻RT的阻值增大,电源输出功率变大;当R+RT>r时,随热敏电阻RT的阻值增大,电源输出功率变小;因R+RT与r的大小关系不明确,因此电源的输出功率不一定变大, D错误。 [答案]　B 类型3　电路故障分析 　　[例3]　(2024·常州调研)如图所示,电源电动势为6 V,电路中有AB、CD、EF、GH四根连接电路的导线,其中一根导线内部的铜丝是断的,电路其余部分完好。为了查出故障导线,某同学选用多用电表直流10 V挡,闭合开关后,将多用电表红表笔接在A接线柱上,黑表笔依次接在B、D、F接线柱上,多用电表的示数分别为0 V、0 V、6 V。可判断出故障导线是 (　　) A.AB B.CD C.EF D.GH [解析]　将多用电表红表笔接在A接线柱上,黑表笔依次接在B、D接线柱上,多用电表的示数均为0 V,可知故障导线一定是EF、GH中的一根;黑表笔接在F接线柱上,多用电表的示数为6 V,F与电源负极连通,则故障导线是EF。 [答案]　C 类型4　含容电路问题 　　[例4]　在如图所示的电路中,已知A、B两个电容器的电容之比CA∶CB=1∶2,每个电阻都相同,则两个电容器带电量之比QA∶QB为 (　　) A.1∶2 B.2∶3 C.1∶1 D.2∶1 [解析]　等效电路图如图所示,设电源电压为U,则UA=UB=U,根据C=,可得==,故选A。 [答案]　A [思维建模] 1.直流电路中动态分析常用方法 (1)程序法:遵循“部分→整体→部分”的分析思路 (2)结论法:“串反并同”,应用条件是电源内阻不为零。 ①“串反”:某一电阻的阻值增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小;反之则增大。 ②“并同”:某一电阻的阻值增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大;反之则减小。 2.含容电路的分析 在直流电路中,当电容器充、放电时,电路中有充、放电电流,一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无穷大的元件,在电容器处电路可看作是断路,简化电路时可去掉它,简化后若要求电容器所带电量时,可接在相应的位置上。 主题作业评价 (选择题每小题6分,本检测卷满分30分) 1.(2024·淮安高三模拟)如图所示的电路中,a、d间电压恒为U,现灯泡L1和L2都不亮(无电流通过)。用理想电压表测得a、b、c、d各点间的电压分别为Uad=U、Uab=0、Ubc=0、Ucd=U,若电路中只有一处断路。则故障原因可能是 (　　) A.灯泡L1断路 　B.灯泡L2断路 C.滑动变阻器断路 　D.电源断路 解析:选B　若灯泡L1断路,电路中没有电流,则Uad=U,Uab=U,Ubc=0,Ucd=0,与题不符,故A错误;若灯泡L2断路,电路中没有电流,则Uad=U,Uab=0,Ubc=0,Ucd=U,故B正确;若滑动变阻器断路,电路中没有电流,则Uad=U,Uab=0,Ubc=U,Ucd=0,与题不符,故C错误;若电源断路,电路中没有电流,则Uad=U,Uab=0,Ubc=0,Ucd=0,与题不符,故D错误。 2.(2024·北京朝阳一模)如图1所示,R1是电阻箱,R2是定值电阻。闭合开关S,改变R1的阻值,两理想电压表V1、V2的示数与R1的关系图像如图2所示,已知图线①和②为相互平行的直线。下列说法正确的是 (　　) A.图线①表示V1示数与R1的对应关系 B.R1中的电流随R1的增大而减小 C.R2两端的电压随R1的增大而增大 D.供电设备输出的总功率随R1的增大而增大 解析:选D　在题图1所示的电路中,闭合开关S后,V1测量R1两端的电压,V2测量R1与R2串联后两端的电压,V2的示数大于V1的示数,所以题图2中图线①表示V2示数与R1的对应关系,故A错误;电路中的电流I=,由题图2中的图线②可知,R1增大时I不变,供电设备是恒流电源,故B错误;由题图2知,电压表V1、V2的示数之差为定值,即R2两端的电压为定值,故C错误;因为R1增大时,V2的示数增大,I不变,根据P=UI可知,电路的总功率随R1的增大而增大,故D正确。 3.(2024·南京高三检测)在如图甲所示的电路中,定值电阻R1=4 Ω、R2=5 Ω,电容器的电容C=3 μF,电源路端电压U随总电流I的变化关系如图乙所示。现闭合开关S,则电路稳定后 (　　) A.电源的内阻为2 Ω B.电源的效率为75% C.电容器所带电荷量为1.5×10-5 C D.若增大电容器两极板间的距离,电容器内部的场强不变 解析:选C　由闭合电路欧姆定律有U=E-Ir,则可得E=10 V,r== Ω=1 Ω,故A错误;电源的效率为η=×100%=×100%=90%,故B错误;电容器在电路中为断路,则电路中的电流为I==1 A,电容器所带电荷量为Q=CUC=CUR2=CIR2=1.5×10-5 C,故C正确;电容器内部的场强为,电容器与R2并联,则其电压不变,若增大电容器两极板间的距离,可知电容器内部的场强变小,故D错误。 4.(2024·无锡高三调研)如图所示,电源电动势E=6 V、内阻r=0.5 Ω,直流电动机内阻R1=1.0 Ω。调节滑动变阻器R2,使得额定电压为U0=4 V、额定机械输出功率为P0=4 W的电动机刚好正常工作,则R2连入电路中的阻值为 (　　) A.2.0 Ω B.1.5 Ω C.1.0 Ω D.0.5 Ω 解析:选D　电动机额定机械输出功率为P0=U0I-I2R1,解得I=2 A,根据闭合电路的欧姆定律E=U0+I(R2+r),解得R2连入电路中的阻值为0.5 Ω,故选D。 5.(2024·南通高三模拟)在如图所示电路中,灯L1、L2的电阻分别为R1、R2,滑动变阻器的最大电阻为R0,且R0>R2,电容器的电容为C。若有电流通过,灯就能发光,假设灯的电阻不变,当滑动变阻器的滑片P由a端向b端移动过程中,以下说法正确的是 (　　) A.L1先变暗后变亮,L2一直变亮 B.L1先变亮后变暗,L2先变亮后变暗 C.电容器极板所带的电荷量先减小后增大 D.电源的效率先减小后增大 解析:选A　由于R0>R2,灯L2与滑动变阻器的左部分串联的总电阻先大于后小于滑动变阻器右部分的电阻,当滑动变阻器的滑片P由a端向b端移动时,总电阻先增大后减小,所以总电流先减小后增大,所以通过灯L1的电流先减小后增大,故L1先变暗后变亮;当RaP<RbP+RL2时,滑片P向左滑动过程中,R总增大,I总减小,U并增大,RbP+RL2减小,所以IL2增大;当RaP=RbP+RL2时,R总最大,I总最小;当RaP>RbP+RL2时,滑片P向左滑动过程中,R总减小,I总增大,U并减小,RbP+RL2减小,直接研究IL2不好判断,间接来分析,RaP增大,IaP减小,又I总=IaP+IL2,所以IL2增大,即通过L2的电流一直变大,L2不断变亮,A正确,B错误;电容器C上的电压UC=E-I总,总电流先减小后增大,所以电容器C上的电压先增大后减小,则电容器极板所带的电荷量先增大后减小,C错误;电源的效率η=====1-,因为总电流先减小后增大,所以电源的效率先增大后减小,故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$