届高考物理一轮复习讲义第八章 恒定电流第2讲 电路 电路的基本规律Word文档下载推荐.docx

届高考物理一轮复习讲义第八章 恒定电流第2讲 电路 电路的基本规律Word文档下载推荐.docx

《届高考物理一轮复习讲义第八章 恒定电流第2讲 电路 电路的基本规律Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《届高考物理一轮复习讲义第八章 恒定电流第2讲 电路 电路的基本规律Word文档下载推荐.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。

（2）公式

①I＝

（只适用于纯电阻电路）；

②E＝U外＋Ir（适用于所有电路）。

2.路端电压与外电阻的关系

3.路端电压跟电流的关系

（1）关系式：

U＝E－Ir。

（2）用图象表示如图所示，其中纵轴截距为电动势，横轴截距为短路电流，斜率的绝对值为电源的内阻。

4．电路的功率和效率

（1）电源的功率P总＝EI。

（2）电源内部损耗功率P内＝I2r。

（3）电源的输出功率P出＝UI。

（4）电源的效率η＝

×

100%＝

100%。

板块二　考点细研·

悟法培优

考点1电路的动态分析[拓展延伸]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1.电路的动态变化

断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小会导致电路电压、电流、功率等的变化。

2.电路动态分析的方法

（1）程序法

电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路

→变化支路。

（2）“串反并同”结论法

①所谓“串反”，即某一电阻增大时，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所谓“并同”，即某一电阻增大时，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。

即：

←R↑→

（3）极限法

对于因滑动变阻器的滑片滑动引起电路变化的问题，可分析将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端情况，此时还要注意滑片移动引起的电路变化是否是单调变化，滑片移动过程中是否有极值情况出现。

（4）特殊值法

对于某些电路问题，可以代入特殊值进行判定，从而得出结论。

例1　（多选）如图所示，四个电表均为理想电表，当滑动变阻器的滑动触头P向左端移动时，下列说法中正确的是（　　）

A．电压表V1的读数减小，电流表A1的读数增大

B.电压表V1的读数增大，电流表A1的读数减小

C.电压表V2的读数减小，电流表A2的读数增大

D.电压表V2的读数增大，电流表A2的读数减小

画出等效电路。

提示：

尝试解答　选BC。

当滑动变阻器的滑动触头P向左端移动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，电路中的总电阻增大，由闭合电路欧姆定律可知，干路中的电流减小，电源内阻及R1分的电压减小，电压表V1的读数增大，电流表A1的读数减小，A错误，B正确；

由于电压表V1的读数增大，由部分电路欧姆定律可得通过R3的电流增大，则电流表A2的读数增大，由I1＝IR3＋IR2可知通过R2的电流减小，则电压表V2的读数减小，C正确，D错误。

总结升华

电路动态分析的一般步骤

（1）弄清局部电路变化所引起的局部电路电阻的变化。

（2）根据局部电路电阻的变化，确定整个电路的外电阻变化。

（3）根据闭合电路欧姆定律I总＝

，确定电路总电流的变化。

（4）由U内＝I总r确定电源内电压的变化。

（5）由U＝E－U内确定路端电压的变化。

（6）确定支路两端的电压及通过各支路的电流的变化。

　如图所示，电源电动势为E，内阻为r。

当滑动变阻器的滑片P从左端滑到右端时，理想电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2，干路电流为I，下列说法正确的是（灯泡电阻不变）（　　）

A.小灯泡L1、L3变暗，L2变亮

B.ΔU1与ΔI的比值不变

C.ΔU1<

ΔU2

D.ΔU1＝ΔU2

答案　B

解析　图中L1与滑动变阻器串联后与L3并联，然后再与L2串联，最后接在电源上构成闭合电路，V1测并联部分电压，V2测L2两端的电压。

当滑动变阻器的滑片P右移，其连入电路的阻值变大，闭合电路的总阻值变大，由闭合电路的欧姆定律得，干路电流I变小，L2中电流变小，灯L2变暗，A错误；

干路电流变小，内电压变小，L2两端电压变小，并联部分电压变大，L3变亮，通过L3的电流增大，则通过L1的电流减小，L1变暗；

又由闭合电路知识得：

ΔU1＝ΔUr＋ΔU2，两边同除以ΔI可得：

＝

＋

＝r＋RL2，则C、D错误，B正确。

考点2电路的功率和效率问题[拓展延伸]

1.电源的总功率

P总＝EI＝U外I＋U内I＝P出＋P内。

若外电路是纯电阻电路，则有P总＝I2（R＋r）＝

2.电源内部消耗的功率

P内＝I2r＝U内I＝P总－P出。

3.电源的输出功率

（1）对任意电路：

P出＝UI＝EI－I2r＝P总－P内。

（2）纯电阻电路，则有：

P出＝I2R＝

由上式可以看出

①当R＝r时，电源的输出功率最大为Pm＝

②当R>

r时，随着R的增大输出功率越来越小。

③当R<

r时，随着R的增大输出功率越来越大。

④当P出<

Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1·

R2＝r2。

⑤P出与R的关系如图所示。

4.电源的效率

（1）任意电路

η＝

100%

（2）纯电阻电路

因此R越大，η越大；

当R＝r时，电源有最大输出功率，效率仅为50%。

例2　已知电源内阻r＝2Ω，灯泡电阻RL＝2Ω，R2＝2Ω。

滑动变阻器R1的最大阻值为3Ω，如图所示，将滑片P置于最左端，闭合开关S1、S2，电源的输出功率为P0，则（　　）

A.滑片P向右滑动，电源输出功率一直减小

B.滑片P向右滑动，电源输出功率一直增大

C.断开S2，电源输出功率达到最大值

D.滑片P置于最右端时，电源输出功率仍为P0

（1）当滑片P置于最左端时，外电路的总电阻是多少？

R2与L并联再与R1串联，R外＝4Ω。

（2）滑片向右滑动过程中，电源的输出功率如何变？

先变大后变小，当R外＝r＝2Ω时，输出功率最大。

尝试解答　选D。

当外电路电阻等于电源内阻R外＝r＝2Ω时，电源的输出功率最大，开始时R外1＝4Ω，输出功率P0，当P向右滑到R1＝1Ω时，R外′＝2Ω，此时输出功率最大，再向右滑动，输出功率又减小，所以A、B都是错误的。

S2断开时R外2＝R1＋R2＝5Ω，R外2≠r，C错误。

当输出功率P0时对应两种情况的电阻，应满足

＝r，则R外3＝1Ω，因此D正确。

闭合电路欧姆定律中的功率的最值问题

（1）定值电阻的功率：

P定＝I2R

R为定值电阻，P定只与电流有关系，当R外最大时，I最小，P定最小，当R外最小时，I最大，P定最大。

（2）电源的输出功率：

当R外＝r时，P出功率最大，且Pm＝

（3）变化电阻的功率的最大值

利用等效思想，把除变化电阻之外的其他的定值电阻等效成电源的内阻r′，则变化电阻的功率即为等效以后的电源的输出功率，即当R变＝r′时，P变有最大值。

　如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，固定电阻R1＝r，可变电阻R0的全阻值为2r，若可变电阻器的滑动触头P由A点滑至B点，则（　　）

A.电源输出功率先增大后减小

B.可变电阻消耗的功率由小变大再变小

C.电源内电压由小变大

D.电源的功率由大变小

答案　D

解析　滑动触头P由A点滑至B点过程中，电阻由小变大，总电阻由小变大，总电流由大变小，P电＝EI，由大变小，D正确；

U内＝Ir，由大变小，C错误；

由于外电阻大于内阻，所以当P由A点滑至B点，电源输出功率一直减小，A错误。

选项B如果用常规方法去求解比较麻烦，如果把电路变换一下，将固定电阻R1视为电源内阻的一部分，从而将电源可等效为如图所示，这样等效，其电动势不变，内阻则变为r′＝r1＋R1＝2r，滑动可变电阻则变成“新电源的唯一外电阻”。

当P由A点滑至B点，可变电阻消耗的功率一直在增大，当R0＝2r时，可变电阻上消耗的功率最大，故B错误。

考点3含电容器电路的分析[方法技巧]

1.电容器的简化处理：

简化电路时可以把电容器所处电路作为断路，简化电路时可以将该断路去掉，求电荷量时在相应位置再补上。

2.电阻的简化处理：

电路稳定后，与电容器同支路的电阻相当于导线。

3.电荷变化量的计算：

电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。

若电容器两端电压升高，电容器将充电；

若电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。

可由ΔQ＝CΔU计算电容器上电荷量的变化。

4.电容器的极性判断：

在含电容器电路中，当电路发生变化时，除了要判断和计算电容器两端的电压外，还必须要判断电容器极板上极性的变化，防止出现电容器先放电后反向充电的现象。

例3　[2018·

东北三校月考]（多选）如图所示，C1＝6μF，C2＝3μF，R1＝3Ω，R2＝6Ω，电源电动势E＝18V，内阻不计。

下列说法正确的是（　　）

A.开关S断开时，a、b两点电势相等

B.开关S闭合后，a、b两点间的电流是2A

C.开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大

D.不论开关S断开还是闭合，C1带的电荷量总比C2带的电荷量大

（1）S断开时外电路简化为怎样的电路？

（2）S闭合时外电路简化为怎样的电路？

S断开时外电路处于断路状态，两电阻中无电流通过，电阻两端电势相等，由图知a点电势与电源负极电势相等，而b点电势与电源正极电势相等，即b点的电势高于a点电势，A错误；

S断开时两电容器两端电压都等于电源电动势，而C1>

C2，由Q＝CU知此时Q1>

Q2，当S闭合时，稳定状态下C1与R1并联，C2与R2并联，电路中电流I＝

＝2A，此时两电阻两端电压分别为U1＝IR1＝6V、U2＝IR2＝12V，则此时两电容器所带电荷量分别为Q1′＝C1U1＝3.6×

10－5C、Q2′＝C2U2＝3.6×

10－5C，对电容器C1来说，S闭合后其两端电压减小，所带电荷量也减小，故B、C正确，D错误。

含容电路的分析方法

（1）稳态含容直流电路

电容器处于稳定状态时，相当于断路，此时的电路具有以下两个特点：

①电容器所在支路无电流，与电容器直接串联的电阻相当于一根无电阻导线；

②电容器上的电压就是与含有电容器的那条支路并联部分电路的电压。

弄清电路结构是解决稳态含容直流电路问题的关键。

（2）动态含容直流电路

若直流电路结构发生改变，电容器两端的电压往往会产生相应的变化，从而在电路中产生短暂的充放电现象，使电容器的电荷量发生改变，试题通常要求求出这个电容器所带电荷的电荷量的改变量及充、放电电流的方向。

对于这类问题，要抓住初、末两稳定状态，如果变化前后极板所带电荷的电性相同，那么通过所连导线的电荷量等于初末状态电容器所带电荷量之差；

如果变化前后极板带电的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于初末状态电容器所带电荷量之和。

①应用电路的有关规律分析出电容器两极板间的电压及其变化情况。

②根据平行板电容器的电容、电量、电压等相关知识进行分析求解。

　如图所示，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，电阻R1＝2Ω，R2＝3Ω，R3＝7.5Ω，电容器的电容C＝4μF。

开关S原来断开，现在合上开关S到电路稳定，试问这一过程中通过电流表的电荷量是多少？

答案　1.92×

10－5C

解析　S断开，C相当于断路，R3中无电流，C两端电压即R2两端电压U2＝

·

R2＝3V。

Q＝CU2＝12×

10－6C，且a板带正电，b板带负电。

S闭合，C两端电压即R1两端电压，由电路分析：

U1＝

R外＝1.8V。

Q′＝CU1＝7.2×

10－6C，且a板带负电，b板带正电。

故通过电流表的电荷量ΔQ＝Q＋Q′＝1.92×

10－5C。

考点4与电路相关的图象问题的分析与计算[对比分析]

两种图象的比较

例4　（多选）如图所示的UI图象中，直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线，直线Ⅱ为某一电阻R的UI图线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图象可知（　　）

A.R的阻值为1.5Ω

B.电源电动势为3V，内阻为0.5Ω

C.电源的输出功率为3.0W

D.电源内部消耗功率为1.5W

（1）如何从电阻的UI图线中求阻值R？

求斜率。

（2）从电源的路端电压与电流的关系图线中如何求E和r？

根据U＝E－Ir，与纵轴的截距表示电动势E，斜率的绝对值表示电源的内阻r。

尝试解答　选AD。

电源的路端电压与电流的关系图线Ⅰ的斜率的绝对值等于电源内阻，r＝1.5Ω；

电阻R的UI图线Ⅱ的斜率等于电阻R的阻值，R＝1.5Ω，选项A正确，B错误；

电源的路端电压与电流的关系图线和电阻R的UI图线交点纵、横坐标的乘积表示电源的输出功率，电源的输出功率为P＝UI＝1.5×

1.0W＝1.5W，选项C错误；

由EI＝P＋Pr解得电源内部消耗的功率为Pr＝EI－P＝3.0×

1.0W－1.5W＝1.5W，选项D正确。

UI图象的一般分析思路

（1）明确纵、横坐标的物理意义。

（2）明确图象的截距、斜率及交点的意义。

（3）找出图线上对应状态的参量或关系式。

（4）结合相关概念或规律进行分析、计算。

　[2017·

郑州模拟]（多选）在图甲所示电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝100Ω，R2的阻值未知，R3是一滑动变阻器，在其滑片从最左端滑至最右端的过程中，测得电源的路端电压U随干路电流I的变化图线如图乙所示，其中图线上的A、B两点是滑片在变阻器上的两个不同端点时分别得到的，则（　　）

A．电源的电动势为20V、内电阻为20Ω

B.定值电阻R2的阻值为5Ω

C.定值电阻R2消耗的最大功率为16W

D.滑动变阻器R3的最大阻值为300Ω

答案　ABD

解析　取UA＝16V、IA＝0.2A，UB＝4V，IB＝0.8A，利用E＝U＋Ir，解得：

E＝20V，r＝20Ω，A正确；

当滑片滑到最右端时，R3、R1均被短路，此时外电阻为R2且对应图中B点，则R2＝

Ω＝5Ω，此时R2上功率最大，P2＝UBIB＝3.2W，故B正确，C错误；

当滑片位于R3最左端时，R3最大，此时外电阻为R＝

Ω＝80Ω。

又因为R＝

＋R2，解得R3＝300Ω，D正确。

考点5电路故障问题分析[拓展延伸]

电路故障一般是短路或断路，常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不良等现象，检查故障的基本方法有两种：

1.仪表检测法

（1）电压表检测：

如果电压表示数为零，说明电压表上无电流通过，则可能在并联路段之外有断路，或并联路段内有短路。

如果电压表有示数，说明电压表上有电流通过，则在并联路段之外无断路，或并联路段内无短路。

（2）电流表检测：

当电路中接有电源时，可用电流表测量各部分电路上的电流，通过对电流值的分析，可以确定故障的位置。

在运用电流表检测时，一定要注意电流表的正负极和量程。

（3）欧姆表检测：

当测量值很大时，表示该处断路；

当测量值很小或为零时，表示该处短路。

在运用欧姆表检测时，外电路一定要切断电源。

2.假设法

已知电路发生某种故障，寻找故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生故障，运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理。

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，直到找出发生故障的全部可能为止，此方法亦称排除法。

例5　如下图是某同学连接的实验实物图，A、B灯都不亮，他采用下列两种方法进行故障检查。

（1）应用多用电表的直流挡进行检查，选择开关置于10V挡。

该同学测试结果如表1所示，在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触________（填“a”或“b”）。

根据测试结果，可判定故障是________。

A.灯A短路B．灯B短路

C.cd段断路D．df段断路

（2）（多选）将开关断开，再选择欧姆挡测试，测量结果如表2所示，那么检查出的故障是（　　）

A.灯A断路B．灯B短路

C.灯A、B都断路D．d、e间导线断路

（1）红表笔接________，由图知________电势高。

高电势　a点

（2）电压表有示数，说明什么？

电压表无示数说明什么？

并联路段之外无断路或并联路段内无短路　并联路段有断路或并联路段内有短路。

尝试解答　

（1）a__D__

（2）BD。

（1）应用多用电表判断电路故障，首先要正确使用多用电表，对多用电表而言，电流应从红表笔流入该表内，由题图能看出a点接电源正极，电势高于b点电势，所以红表笔应接触a。

由表1可知，若灯A短路或灯B短路，不会造成A、B灯都不亮，选项A、B错误；

若cd段断路，则d、f间不会有示数，选项C错误；

d、f间有示数，则d－c－a－干电池－b－f间无断路，故d、f段断路，选项D正确。

（2）由表2可知，c、d间有一定的电阻但不是很大，灯A既不短路也不断路，选项A、C错误；

d、e间存在很大电阻，表明d、e间导线断路，选项D正确；

e、f间电阻为零，则灯B短路，选项B正确。

电路中断路与短路的故障判定

首先，认真分析题意，弄清所用的仪表、仪器，然后用“假设推理法”。

假设一个故障现象存在，然后根据电路的串、并联规律进行分析、推理，若能得到相应的现象或题目中所给的数据（如本例中表格中的测量结果），就说明这个故障现象存在。

　在如图所示的电路中，开关S闭合后，由于电阻元件发生短路或断路故障，电压表和电流表的读数都增大，则可能出现了下列哪种故障（　　）

A.R1短路B．R2短路

C.R3短路D．R1断路

答案　A

解析　若R1短路，则R2被短路，外电路只有电阻R3接在电源两端，电流表测量干路电流，电压表测量路端电压，两表示数均增大，A符合题意；

若R2短路，则R1被短路，电流表示数为零，B不符合题意；

若R3短路，则电压表示数为零，C不符合题意；

若R1断路，则电流表示数为零，D不符合题意。

故正确答案为A。

（12分）如图所示，电源电动势E＝15V，内阻r＝10Ω，定值电阻R＝90Ω，R0为可变电阻，在R0的阻值由零增大到400Ω的过程中，求：

（1）可变电阻R0上消耗的电功率最大的条件和最大功率；

（2）定值电阻R和电源内阻r上消耗的功率之和的最小值；

（3）定值电阻R上消耗最大功率的条件及最大值。

试卷抽样

评析指导

1.失分点①：

求定值电阻上最大功率的方法错误，扣2分

失分原因：

等效电源法的条件没掌握。

补偿建议：

等效电源法内阻需要是一定值。

规范解答：

R上功率最大时，即R0＝0时，也就是电流I最大时。

2．失分点②：

求解错误

前面方法错。

选对规律方法。

当R0＝0时，I＝

＝0.15A

Pmax′＝I2R＝2.025W

3．等效电源电动势与内阻的等效处理

如何将电源与和它串联的电阻组成新电源

E′＝E，r′＝R1＋r