届高三物理二轮复习恒定电流及电学实验题型归纳.docx
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届高三物理二轮复习恒定电流及电学实验题型归纳
2019届高三物理二轮复习恒定电流及电学实验题型归纳
类型一、直流电路的功率计算
直流电路有纯电阻电路和非纯电阻电路之分．
对于纯电阻电路（如白炽灯、电炉丝等构成的电路），电流做功将电能全部转化为内能，此时有
WQ，即
2
UItIRt，显然UIR，计算电功或电热时，可采用公式
2
U
WQUIttPt
R
中的
任一形式进行计算．而对于非纯电阻电路（如含有电动机、电解槽等电路），电流做功将电能除转化为
内能外，还转化为机械能、化学能等．
这时电功等于UIt，产生的热量等于
2
IRt，电功大于电热．在这种情况下，不能用
2
IRt或
2
U
R
t
来
计算电功．根据能的转化和守恒定律可知，在非纯电阻电路上，电能的转化为：
电功=电热+其他形式
的能．即
2
UItIRtE（转化为其他形式的能）．
例1.一直流电动机线圈的内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3V时，
电流为0.3A．松开转轴，在线圈两端加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作．求该电动机
正常工作时，输入的电功率是多少？
电动机的机械功率是多少？
【思路点拨】正确识别纯电阻电路和非电阻电路，注意“使其不能转动”时和“正常工作时”的根
本区别。
【答案】1.6W0.96W
【解析】电动机不转动时，在电路中起作用的只是电动机线圈的电阻，可视为纯电阻电路，由欧姆
定律得电动机线圈内阻
r
U
I
0.3
0.3
Ω=1Ω
．电动机转动时，消耗的电能大部分要转化为机械能，还有
一小部分要在线圈的电阻上转化为内能．
其输入的电功率为：
P入I1U10.82W1.6W，
电动机的机械功率：
22
P机P－I1r（1.6－0.81）W0.96W
入
【总结升华】
（1）正确识别纯电阻电路和非电阻电路，不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻
电路，要从其工作状态及能量转化来分析判定．当电动机不转动时，其消耗的电能完全转化为内能．是
纯电阻电路．
（2）在非纯电阻电路里，欧姆定律不再成立，并要注意区别电功和电热，搞清楚电路中能量的转
化关系．电热为
2
QIRt，电动机消耗的电能为WUIt．对电动机来说，输入的功率P入UI；发热
的功率
2
P热IR；输出的功率，即机械功率
2
P机P入－P热UI－IR．
举一反三
【变式1】许多精密仪器中常常采用如图所示的电路精确地调节某一电阻两端的电压，图中
R、R2
1
是两只滑动变阻器，通过它们可以对负载电阻R0（阻值约为500Ω）两端的电压进行粗调和微调，已
知两滑动变阻器的最大电阻分别为200Ω和10Ω，那么，下面关于
R、R2的说法中正确的是（）
1
A．如
R1200Ω,R210Ω，调节R1起粗调作用
B．如
R110Ω,R2200Ω，调节R1起微调作用
C．如
R1200Ω,R210Ω，调节R2起粗调作用
D．如
R110Ω,
R，调节
2200Ω
R起微调作用
2
【答案】D
【变式2】如图所示；电源电动势为30V，内阻为1Ω，一个“6V，12W”的电灯与一个绕线电阻
为2Ω的电动机串联．已知电路中电灯正常发光，则电动机输出功率为（）
A．36W；B．44W；C．40W；D．60W．
【答案】A
类型二、直流电路中的极值问题
极值问题在物理习题中经常出现，处理这类问题的常见方法是：
先找出物理量间的函数关系，再利
用数学知识求极值．在处理直流电路中的极值问题时，应先分析电路结构，并画出等效电路，写出含有
变量的等效电阻或电流、电压、功率的表达式。
然后求极值．
例2．如图所示电路中，电阻R19Ω，R215Ω，电源电动势E12V，内阻r1Ω．求：
（1）当电流表示数为0.4A时，变阻箱
R的阻值多大？
3
（2）当R3阻值多大时，它消耗的电功率最大？
（3）当R3阻值多大时，电源的输出功率最大？
【答案】
（1）30Ω
（2）6Ω（3）0
_
【解析】由电路图可知，
R与R3并联后再与R1串联，电流表是测量通过电阻R2的电流，根据串
2
并联电路的特点以及闭合电路欧姆定律可求出该题的答案．
（1）设干路电流为I，根据并联电路的分流原理：
R
3
II
2
RR
23
①
外电路的总电阻
RR
1
RR
23
R2R
3
②
由闭合电路欧姆定律得
I
E
Rr
③
由①②③式求得
R330Ω．
（2）设阻值为
R＇时，它消耗的功率最大为
3
P，此时外电路总电阻为
3
R'R
1
RR
'
23
R2R'
3
④
干路电流
I'
E
R'r
。
⑤
R
2
I'I'
3
RR'
23
，⑥
2
P3I'3R3'．⑦
由④⑤⑥⑦式得：
_
22
36R'36
3
P
32
36
25（R'12R'36）25（R'12）
33
3
R'
3
．
当
36
R
3
'
R
3
'
时，消耗的功率最大，即
R3'6Ω．
（3）设阻值为
R时，电源输出功率最大为Pm，
3
2
E
PR．
m
Rr
当外电路的总电阻Rr时，电源输出功率最大．因R＞r，所以，当R越接近r时输出功率最大．故
只有当R30时，R接近r，此时电源输出功率最大．
【总结升华】本题涉及闭合电路欧姆定律和电功率的知识，考查了运用数学极值法处理物理问题的
能力，这是处理物理极值问题的基本方法。
类型三、含电容电路问题
电容器是一个储存电能的元件．在直流电路中，当电容器充、放电时，电路里有充、放电电流，一
旦电路达到稳定状态，电容器就相当于一个阻值无限大（只考虑电容器是理想的、不漏电的情况）的元
件，在电容器处的电路可看做是断路，简化电路时可去掉它．简化后若要求电容器所带的电荷量时，可
在相应的位置补上．分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：
（1）电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻无电压降，因此电容
器两极间的电压就等于该支路两端的电压．
（2）当电容器和电阻并联后接人电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等．
（3）电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充（放）电．如果电容器两端电压升高，电
容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它并联的电路放电．
例3．如图所示的电路中，C22C1，R2R1。
_
①开关S处于断开状态，电容器
C的电荷量大于C1的电荷量
2
②开关S处于断开状态，电容器
C的电荷量大于C2的电荷量
1
③开关S处于接通状态，电容器
C的电荷量大于C1的电荷量
2
④开关S处于接通状态，电容器
C的电荷量大于C2的电荷量
1
以上说法正确的是（）
A．①B．④C．①③D．②④
【思路点拨】开关控制电路，使电容器和电阻有不同的连接状态，判断出电容两端的电压究竟是直
流电路中哪两点的电势差，是解题关键。
【答案】C
【解析】本例题通过开关控制电路，使电容器和电阻有不同的连接状态，而求解电容器带电荷量的
关键是要通过电路结构分析，判断出电容两端的电压究竟是直流电路中哪两点的电势差．
当开关S处于断开状态时，电容器
C与
1
R，
1
C与
2
R分别串联，然后再并联，电源对电容器
2
C、
1
C充电完毕电路达稳定状态后，两条支路均无电流通过，因此电阻上不再分压，两电容器上的电压均
2
为电源电动势．所以
QCEC
111
QCEC
222
1
2
，故①正确．当开关S处于接通状态时，电路结构为电容器C1
与
R并联、C2与R1并联支路再串联，当电容器被充电完毕电路达稳定状态后，直流电路通过R1、R2
2
形成通路，电容器
C两端的电压与电阻R2两端的电压相等，电容器C2两端的电压与电阻R1两端的电
1
压相等．所以
QCUC
1121
QCUC
2212
1
2
，因此③是正确的．
【总结升华】对含容电路工作状态分析，其关键是电路结构分析和电容两端电压的判断．
举一反三
【变式】在如图所示的电路中，电源的电动势为16V，内阻不计。
R1R43Ω，R2R35Ω，
电容C1μF，电容器上极板的带电量为（）
A．
6
610CB．
6
410C
C．
6
410CD．
6
810C
【答案】C
【解析】这个电路中所有电阻都有电流经过，
R、R2串联，R4、R3串联，最后再并联；电容器
1
的上、下极板带何种电荷，由上下极板哪一端电势高决定。
I1I22AUacI1R16V，
I3I42AUbcI3R310V，
a板电势低,ab两点电势差为4v：
QCU11064C4106C．
a
类型四、电路故障问题
1．故障特点
（1）断路特点：
电路中发生断路，表现为电源电压不为零而电流为零．若外电路中无用电器的任
意两点间电压不为零，则这两点间有断点，而这两点与电源连接部分无断点．
（2）短路特点：
电路中发生短路，表现为有电流通过电路而电压为零．
2．故障的分析方法
这类题目要从已知条件出发，进行严密地推理，找出故障的原因．具体分为两种方法：
（1）仪器检测法：
○1断点故障的判断：
用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，
则该段电路中有断点．
○2短路故障的判断：
用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，
则该电路被短路；若电压表示数不为零，则该电路没有被短路或不完全被短路．
（2）假设法：
已知电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后假设某部分
电路发生故障，运用欧姆定律进行正向推理，推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这
部分电路．若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路．用此方法，直到找出发生
故障的全部可能为止．
例4．如图所示的电路中，闭合开关S后，灯
L、
1
L都发光．后来由于某种故障使灯
2
L突然变
2
亮（未烧坏），电压表的读数增大，由此可推断，该故障可能是（）
A．电阻R1断路B．电阻R2短路
C．灯L1两接线柱间短路D．电阻R2断路
【答案】D
【解析】根据题设条件，电路中的某种故障产生两个后果：
一是灯
L突然变亮；二是电压表的读
2
数增大．只有符合这两个条件的故障才是可能的故障．因为电压表的读数增大，所以路端电压增大，电
源内阻上的电压减小，说明总电流减小，电路总电阻增大．
若电阻R1断路，会导致总电阻增大，总电流减小，而此时灯L2两端的电压会减小，致使灯L2变暗，
故选项A错．
若电阻R2短路，灯L2将不亮，选项B错．
若灯L1两接线柱间短路，电路的总电阻减小，总电流增大，电压表的读数减小，不符合题意，选
项C也错．
若电阻R2断路，电路的总电阻增大，总电流减小，电压表的读数增大，符合题意．而总电流减小，
导致内电压和灯
L、R1并联部分电压减小，灯L2两端电压增大，灯L2变亮．故选项D正确．
1
【总结升华】电路故障的出现有多种可能，可采用提出某种可能，据此进行推理，看结论是否与题
设条件相符，这是物理学中重要的思维方法．
举一反三
【变式】AB两地间铺有通讯电缆，长为L，它是由两条并在一起彼此绝缘的均匀导线组成的，
通常称为双线电缆，在一次事故中经检查断定是电缆上某处的绝缘保护层损坏，导致两导线之间漏电，
相当于该处电缆的两导线间接了一个电阻，检查人员经过下面的测量可以确定损坏的位置：
（1）令B端的双线断开，在A处测出两端间的电阻
R；
A
（2）令A端的双线断开，在B处测出双线两端间的电阻
R
B
（3）在A端的双线间加一已知电压
U，在B端用内阻很大的电压表测出两线间的电压UB。
试
A
由以上测量结果确定损坏处离A的距离。
【答案】
RUU
AAB
RRU2UR
ABABA
L
【解析】设单位长度电缆电阻为
R，故障处的电阻为RX，则
0
RR2（LX）R，
AX0
RR2XR．
BX0
根据题意，
UUUU
BAAB
RR
XA
RR2LXRRU
XX0AA
．
又因为
_
LXRR
AX
XRR
BX
，
RUU
AAB
LXL
RRU2UR
ABABA
．
类型五、关于电路中电流表、电压表的处理技巧
1．电表可看做理想电表时的处理技巧
理想电流表的内阻可看作为零，理想电压表的内阻可看做无穷大，如果有理想电表接入电路，可先
把该电表除去，凡电压表处除去即可（看做断路），凡电流表处用导线替代（看做短路）；在进行电路结
构分析或画好等效电路后，再按电表所测的对象把电表接入电路．
电路中的滑动变阻器，一般可以把它当作两个可变电阻来处理．
2．电表不能看做理想电表时的处理技巧
在这种场合下，要考虑到电表内电阻对原电路的影响，可把电流表和电压表分别看作能显示出电流
值或电压值的电阻．
如图所示，电压表的内阻
R，的内阻
16kΩ
R，滑动变阻器的总电阻R10kΩ，
24kΩ
路端电压U100V，当开关S断开时，两电压表就相当于两只阻值分别为6kΩ和4kΩ的电阻串联
UUU
后接在100V电路上，由串联分压规律12
RRRR
1212
可知，这时两电压表两端的电压，即其示数
分别为60V和40V．
例5．如图所示，已知电源电动势E4V，内阻r1Ω，R131Ω．滑动变阻器总电阻R246.5Ω，
滑动触头C距两端距离之比AC∶CB1∶2，求各电表的读数．
【思路点拨】电路中电表较多，不易看清各元件间的串、并联关系，先将各电表除去（理想电流表
内阻可看做零，理想电压表内阻可看做无穷大）。
分别画出两种状态下的电路图，再根据闭合电路欧姆
定律（注意串并联关系）进行计算。
【答案】
A、V、A、A的读数分别为0.125A、 1.94V、 0.0625A和0.0625A．
1123
【解析】本题电路中电表较多，不易看清各元件间的串、并联关系，可先将各电表除去，按前述处
理技巧可将原电路画成图甲所示的形式，其中R2＇是R2的AC段电阻，R2是R2的CB段电阻，再将
原电表按所测对象一一接入电路，如图乙所示．
由题可知
11
R'R46.515.5，
22
33
22
R''R46.531，
22
33
所以
R''R3131
21
RR'15.531
外，
2
R''R3131
21
由闭合电路欧姆定律得：
_
I
1
E
R外r
4
31
1
A0.125A
，
U'I1R'20.12515.5V1.94V，
R
2
1
III0.0625A，
231
2
所以A1、V1、A2、A3的读数分别为
0.125A、1.94V、0.0625A和0.0625A．
【总结升华】理想电流表内阻可看做零，理想电压表内阻可看做无穷大．
举一反三
【变式】在如图所示的电路中，滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动过程中，安培表的读数（）
（安培表内阻不计，电源内阻r小于滑动变阻器总阻值）
A．从小变到大B．从大变到小
C．先变小再变大D．先变大再变小
【答案】C
类型六、测量电路的电路设计、仪器选择和实物图连接
在有关恒定电流的实验中，常常要求测电阻的阻值、测导体的电阻率、描绘小灯泡的伏安特性曲线，
测用电器的电功率、电源的电动势和内阻等．这些待测量的值的测定，往往都要测待测元件的电压和电
流，所以对待测元件的电压和电流的测量也就成了最基本的测量．
1．电路设计
要完成一个测量实验，必须进行电路设计，而电路往往分测量电路和供电电路两部分．
（1）测量电路
测量电路有两种方法：
电流表内接法和外接法．
确定内接法还是外接法，有三种判定方法：
○1直接比较法：
当RxRA用内接法，当RxRV用外接法．
○2临界值计算法：
当内、外接法相对误差相等时，有
R
R
A
x
RR
xV
，RxRARV为临界值．当
RRR（即Rx为大电阻）时，用内接法；当RxRARV（即Rx为小电阻）时，用外接法；当
xAV
RRR时，内、外接法均可．
xAV
当
RR
Vx
RR
xA
时，用电流表外接法；当
RR
Vx
RR
xA
时，用电流表内接法．
○3测试判断法：
当Rx、RA、RV大约值都不清楚时用此法．
如图所示，将单刀双掷开关S分别接触a点和b点，若看到电流表读数变化较大，说明电压表分流
影响较大，应该选用电流表内接法；若看到电压表读数变化较大，说明电流表分压影响较大，应该选用
电流表外接法．
对于学生实验，测定金属电阻率电路，由于电阻丝电阻较小，所以实验室采用电流表外接法；而测
电池的电动势和内阻，通常只采用电流表内接法．
（2）供电电路
供电电路一般由电源和滑动变阻器按一定的连接方式组成，滑动变阻器在供电电路中有两种接线方
式：
限流式和分压式（如图）．限流式可省一个耗电支路，分压式电压调节范围大，应根据需要选用．
变阻器的分压与限流接法是高考的热点，虽然两种电路均可调节负载电阻电压和电流的大小，但在
不同条件下，调节效果大不一样．选用时应注意以下几点：
○1负载电阻的阻值Rx远大于变阻器的总电阻R，须用分压式接法．
○2要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调，须用分压式接法．
○3负载电阻的阻值Rx小于变阻器总电阻R或相差不多，且电压电流变化不要求从零调起时，可采
用限流式接法．
○4两种接法均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流接法总功率较小．
○5特殊问题中还要根据电压表和电流表量程以及电阻允许通过的最大电流值来反复推敲，以更能
减小误差的连接方式为好．
注意：
两种接法的比较：
负载RL上电压负载RL上电
闭合开关前相同条件下
流
电路
调节范围
触头所处位置消耗总功率
调节范围
限
流
RE
L
RR
L0
E
RR
L0
接
法
RE
L
I
L
E
R
L
b端
EI
L
分
压
接
法0
UE
L
E
0I
L
Ra端
L
EII
LaP
比分压电路调节都为了保护负限流电路能分压电路调节范
较围大范围大载电路耗小
2．实验仪器选用
（1）仪器的选择一般遵从以下三个原则：
○1安全的原则，如通过电源和电阻的电流不能超过其允许的最大电流；
○2准确的原则，如选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时，
要尽可能使指针接近满刻度的中间量程，其指针应偏转到满刻度的
12
33
之间，使用欧姆表时宜选用指
针尽可能在中间刻度附近的倍率挡位；
○3便于操作的原则，如选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又
便于调节，滑动变阻调节时应用大部分电阻线，否则不便于操作．
（2）选择仪器的一般步骤：
○1根据实验要求设计合理的实验电路；
○2根据电路选择滑动变阻器：
○3选定电源、电压表和电流表以及所用的量程．
3．实物图的连接
连接实物图的基本方法：
（1）
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