2020年高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题21电学基本规律的应用含解析20191018384.pdf
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1、第 1 页 共 24 页 1 专题 21 电学基本规律的应用专题 21 电学基本规律的应用 【专题导航】【专题导航】 目录 热点题型一 电路的动态分析.1热点题型一 电路的动态分析.1 阻值变化下的动态分析 .2 电路结构变化下的动态分析 .4 含容电路的动态分析 .4 电路故障的分析 .5 热点题型二 对闭合电路欧姆定律的理解和应用7热点题型二 对闭合电路欧姆定律的理解和应用7 闭合电路欧姆定律的计算 .7 电源与电阻 UI 图象的对比 8 热点三 电功 电功率 电热 热功率.9热点三 电功 电功率 电热 热功率.9 热点题型四 电源的功率和效率.11热点题型四 电源的功率和效率.11 电源
2、输出功率的极值问题的处理方法 12 【题型演练】【题型演练】 14 【题型归纳】【题型归纳】 热点题型一 电路的动态分析热点题型一 电路的动态分析 1解决电路动态变化的基本思路 “先总后分”先判断总电阻和总电流如何变化 第 2 页 共 24 页 2 “先干后支”先分析干路部分,再分析支路部分 “先定后变”先分析定值电阻所在支路,再分析阻值变化的支路 2电路动态分析的方法 (1)程序法:基本思路是“部分整体部分” 即 (2)极限法:因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨 论 (3)串反并同法 : “串反”是指某一电阻增大(或减小)时,与它串联或间接串联
3、的电阻中的电流、两端电压、 电功率都将减小(或增大)“并同”是指某一电阻增大(或减小)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(或减小) 3分析含容电路应注意的两点 (1)电路稳定后,电容器所在支路电阻无电压降,因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压在 电路稳定后,与电容器串联的电阻阻值变化,不影响电路中其他电表示数和灯泡亮度 (2)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, 电荷量增大;如果电容器两端电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电,电荷量减小 4电路故障问题的分析方法与技巧 (1)故障特点 断路特点:表现
4、为电路中的两点间电压不为零而电流为零,并且这两点与电源的连接部分没有断点 短路特点:用电器或电阻发生短路,表现为有电流通过电路但其两端电压为零 (2)检查方法 第 3 页 共 24 页 3 电压表检测:如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联路段短路 欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处是断路,当测量值很小或为零时,表示该处是短路在运用欧 姆表检测时,电路一定要切断电源 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,要注意电流表的极性和量程 假设法:将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路
5、发生某种故障,运用闭合电路或部分电 路的欧姆定律进行推理 阻值变化下的动态分析阻值变化下的动态分析 【例 1】 (多选)(2019上海杨浦区模拟)(2019上海杨浦区模拟)如图所示的电路中,E为电源电动势,r为电源内阻,R1和R3均 为定值电阻,R2为滑动变阻器当R2的滑片在ab的中点时合上开关 S,此时三个电表 A1、A2和 V 的示数分 别为I1、I2和U.现将R2的滑片向a端移动,则下列说法正确的是( ) A电源的总功率减小 BR3消耗的功率增大 CI1增大,I2减小,U增大 DI1减小,I2不变,U减小 【答案】AC. 【解析】法一:程序法 将滑动变阻器的滑片向a端移动,滑动变阻器接入
6、电路中的电阻增大,电路中的总电阻增大,电路中的总 电流I减小,电源的总功率PEI减小,R3消耗的功率P3I2R3减小,选项 A 正确,B 错误;电路中的总电 流减小, 由UEIr知电源的路端电压U增大,R1、R2并联部分的总电阻增大, 电压增大, 通过R1的电流I1 增大,而总电流I减小,则通过R2的电流I2减小,选项 C 正确,D 错误 第 4 页 共 24 页 4 法二:串反并同法 将滑动变阻器的滑片向a端移动,滑动变阻器接入电路中的电阻增大,与其串联的电流表 A2的示数减小, 与其间接串联的电源的总功率、R3消耗的功率均减小,A 正确,B 错误 ; 与其间接并联的电流表 A1、电压表 V
7、 的示数均增大,C 正确,D 错误 【变式】(多选)(2019大连模拟)(2019大连模拟)在如图所示的电路中,电源的负极接地,其电动势为E、内电阻为r,R1、 R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,、为理想电流表和电压表在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑 动的过程中,下列说法中正确的是( ) A电压表示数减小 B电流表示数增大 C电阻R2消耗的功率增大 Da点的电势降低 【答案】 BD 【解析】 基础解法(程序法):P由a端向b端滑动,其阻值减小,则总电阻减小,总电流增大,电阻R1 两端电压增大,电压表示数变大,A 错误 ; 电阻R2两端的电压U2EI总(R1r),I总增大,则U2减小,I2 ,I
8、2减小, 电流表的示数IAI总I2增大, B 正确 ; 由P2I R2知P2减小, C 错误 ;UababaU2, U2 R2 2 2 故a降低,D 正确 能力解法一(结论法): 由于R3减小,R2与R3并联, 则U2、I2均减小, 而P2I R2, 知P2减小, C错误 ;UabU2a 2 2 ba减小, D 正确 ; 因为R1间接与R3串联, 故I1、U1均增大, 故电压表示数增大, A 错误 ; 根据IAI1I2 知IA增大,B 正确 能力解法二(极限法): 设滑片P滑至b点, 则R30,ab0, D 正确 ;R2上电压为零, 则功率也为零, C 错误 ; 当R30 时, 总电阻最小,
9、总电流最大,R1上电压最大, 故 A 错误 ; 由于IAI1I2, 此时I1最大,I20 最小,故IA最大,B 正确 第 5 页 共 24 页 5 电路结构变化下的动态分析电路结构变化下的动态分析 【例 2】. (2019安徽“江南”十校联考) (2019安徽“江南”十校联考)如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为R,L1和 L2为相同 的灯泡,每个灯泡的电阻和定值电阻的阻值均为R,电压表为理想电表,S 为单刀双掷开关,当开关由 1 位 置打到 2 位置时,下列说法中正确的是( ) A电压表读数将变小 BL1亮度不变,L2将变暗 CL1将变亮,L2将变暗 D电源内阻的发热功率将变小 【答案】
10、A. 【解析】开关在位置 1 时,外电路总电阻R总R,电压表示数UEE,同理,每个灯泡两端的电 3 2 3 2R R3 2R 3 5 压U1U2E,电源内阻的发热功率为P热,开关在位置 2 时,外电路总电阻R总R,电压 1 5 ( 2 5E) 2 R 4E2 25R 2 3 表示数UEE, 灯泡L1的电压U1E, L2的电压U2E, 电源内阻的发热功率为P热 2 3R R2 3R 2 5 1 5 2 5 ( 3 5E) 2 R ,综上所述,电压表读数变小,故 A 正确;L1亮度不变,L2将变亮,故 B、C 错误;电源内阻的发热功 9E2 25R 率将变大,故 D 错误 含容电路的动态分析含容电
11、路的动态分析 【例 3】 (2019石家庄模拟)(2019石家庄模拟)在如图所示的电路中,电源的负极接地,其电动势为E、内电阻为r,R1、R2 为定值电阻,R3为滑动变阻器,C为电容器,A、V 为理想电流表和电压表在滑动变阻器滑动头P自a端 第 6 页 共 24 页 6 向b端滑动的过程中,下列说法中正确的是( ) A电压表示数变小 B电流表示数变小 C电容器C所带电荷量增多 Da点的电势降低 【答案】D. 【解析】在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中,变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻 减小,干路电流I增大,电阻R1两端电压增大,则电压表示数变大电阻R2两端的电压U2EI(R1r
12、), I增大,则U2变小,电容器两板间电压变小,其带电荷量减小根据外电路中顺着电流方向,电势降低, 可知a点的电势大于零a点的电势等于R2两端的电压,U2变小,则a点的电势降低,通过R2的电流I2 减小,通过电流表的电流IAII2,I增大,I2减小,则IA增大,即电流表示数变大,A、B、C 错误,D 正确 【变式】如图所示,电源电动势为E,内阻为r,闭合开关 S,不考虑灯丝电阻随温度的变化,电流表、电 压表均为理想电表,当滑动变阻器的滑片由左端向右端滑动时,下列说法正确的是( ) A电流表读数减小,小灯泡 L1变暗 B电压表读数变大 C电流表读数增大,小灯泡 L2变暗 D电容器所带电荷量增大
13、第 7 页 共 24 页 7 【答案】B 【解析】将滑动变阻器的滑片由左端向右端滑动时,变阻器接入电路的电阻增大,其与小灯泡 L1并联的电 阻增大, 外电路总电阻增大, 电流表读数减小, 小灯泡 L2变暗, 路端电压UEIr增大, 电压表的读数变大, 选项 B 正确,C 错误 ; 小灯泡 L1两端的电压U1EI(rR2)增大,通过小灯泡 L1的电流变大,小灯泡 L1变 亮,选项 A 错误;通过小灯泡 L2的电流减小,小灯泡 L2两端电压变小,与小灯泡 L2并联的电容器两端电压 减小,由QCU可得电容器所带电荷量减少,选项 D 错误 电路故障的分析电路故障的分析 【例 4】 (多选)在探究电路故
14、障时,某实验小组设计了如图所示的电路,当开关闭合后,电路中的各用电 器正常工作,经过一段时间,发现小灯泡 A 的亮度变暗,小灯泡 B 的亮度变亮则下列对电路故障的分析 正确的是( ) A可能是定值电阻R1短路 B可能是定值电阻R2断路 C可能是定值电阻R3断路 D可能是定值电阻R4短路 【答案】BC 【解析】.由于小灯泡 A 串联于干路中,且故障发生后小灯泡 A 变暗,可知电路中总电流变小,即电路总电 阻变大,由此推知,故障应为某一电阻断路,排除选项 A、D; 若R2断路,则R1和小灯泡 B 所在支路的电压 增大,而R2的断路又使小灯泡 B 分配的电压增大,故小灯泡 B 变亮,选项 B 对;若
15、R3断路,必引起与之并 联的支路(即R1所在支路)中电流增大,小灯泡 B 分得的电流也变大,小灯泡 B 变亮,故选项 C 对 【变式】如图所示的电路中,闭合开关 S,灯 L1、L2正常发光由于电路出现故障,突然发现 L1变亮,L 变暗,电流表的读数变小,根据分析,发生的故障可能是 ( ) 第 8 页 共 24 页 8 AR1断路 BR2断路 CR3短路 DR4短路 【答案】A 【解析】等效电路如图所示 若R1断路,总电阻变大,总电流减小,路端电压变大,L1两端电压变大,L1变亮;ab部分电路结构没变, 电流仍按原比例分配,总电流减小,通过 L2、电流表的电流都减小,故 A 正确若R2断路,总电
16、阻变大, 总电流减小,ac部分电路结构没变,R1、L1中电流都减小,与题意相矛盾,故 B 错误若R3短路或R4短路, 总电阻减小,总电流增大,电流表中电流变大,与题意相矛盾,C、D 错误,因此正确选项只有 A. 热点题型二 对闭合电路欧姆定律的理解和应用热点题型二 对闭合电路欧姆定律的理解和应用 在恒流电路中常会涉及两种UI图线,一种是电源的伏安特性曲线(斜率为负值的直线),另一种是电阻的 伏安特性曲线(过原点的直线)求解这类问题时要注意二者的区别 电源UI图象电阻UI图象 关系式UEIrUIR 第 9 页 共 24 页 9 图形 物理 意义 电源的路端电压随 电流的变化关系 电阻两端电压与电
17、阻中的电流的关系 截距 与纵轴交点表示电源电动势E, 与 横轴交点表示电源短路电流 过坐标轴原点,表示没有电压时电流为 零 坐标U、I的乘 积 表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率 坐标U、I的比 值 表示外电阻的大小表示该电阻的大小 斜率(绝对值)电源电阻r的大小 若图象为过原点的直线,图象斜率表示 电阻的大小 两曲线在同一 坐标系中的交 点 表示电阻的工作点,即将电阻接在该电源上时,电阻中的电流和两端的电压 闭合电路欧姆定律的计算闭合电路欧姆定律的计算 【例 5】 飞行器在太空飞行, 主要靠太阳能电池提供能量 若有一太阳能电池板, 测得它的开路电压为 800 mV, 短路电流为 40 mA
18、.若将该电池板与一阻值为 20 的电阻器连成一闭合电路, 则它的路端电压是( ) A0.10 V B0.20 V C0.30 V D0.40 V 【答案】D 【解析】.电源没有接入外电路时,路端电压值等于电源电动势,所以电动势E800 mV.由闭合电路欧姆定 第 10 页 共 24 页 10 律得短路电流I短 , 所以电源内阻r 20 , 该电源与 20 的电阻连成闭合电 E r E I短 800 103 40 103 路时,电路中电流I mA20 mA,所以路端电压UIR400 mV0.4 V,D 正确 E Rr 800 2020 【变式】两个相同的电阻R,当它们串联后接在电动势为E的电源上
19、,通过一个电阻的电流为I;若将它们 并联后仍接在该电源上,通过一个电阻的电流仍为I,则电源的内阻为( ) A4R BR C D无法计算 R 2 【答案】B 【解析】.当两电阻串联接入电路中时I,当两电阻并联接入电路中时I ,由以上两式可得 :rR, E 2Rr E R 2r 1 2 故选项 B 正确 电源与电阻 UI 图象的对比电源与电阻 UI 图象的对比 1利用两种图象解题的基本方法 利用电源的UI图象和电阻的UI图象解题,无论电阻的UI图象是线性还是非线性,解决此类问题的 基本方法是图解法,即把电源和电阻的UI图线画在同一坐标系中,图线的交点坐标的意义是电阻直接接 在该电源两端时工作电压和
20、电流,电阻的电压和电流可求,其他的量也可求 2非线性元件有关问题的求解,关键在于确定其实际电压和电流,确定方法如下: (1)先根据闭合电路欧姆定律,结合实际电路写出元件的电压U随电流I的变化关系 (2)在原UI图象中,画出U、I关系图象 (3)两图象的交点坐标即为元件的实际电流和电压 (4)若遇到两元件串联或并联在电路中,则要结合图形看电压之和或电流之和确定其实际电流或实际电压的 大小 【例 6】 (多选) 如图所示的UI图象中,直线为某电源的路端电压与电流的关系图线,直线为某一 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( ) 第 11 页 共 24 页 11 AR的
21、阻值为 1.5 B电源电动势为 3 V,内阻为 0.5 C电源的输出功率为 3.0 W D电源内部消耗功率为 1.5 W 【答案】AD 【解析】.由于电源的路端电压与电流的关系图线和电阻R的UI图线都为直线,所以电源的路端电 压与电流的关系图线的斜率的绝对值等于电源内阻,r1.5 ; 电阻R的UI图线的斜率等于电阻 R的阻值,R1.5 , 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PUI1.51.0 W1.5 W, 选项 C 错误 ; 由EIP Pr解得电源内部消耗的功率为PrEIP3.01.0
22、W1.5 W1.5 W,选项 D 正确 【变式】(2019南昌模拟)(2019南昌模拟)如图所示,图线甲、乙分别为电源和某金属导体的UI图线,电源的电动势和 内阻分别用E、r表示,根据所学知识分析下列选项正确的是( ) AE50 V Br 25 3 C当该导体直接与该电源相连时,该导体的电阻为 20 D当该导体直接与该电源相连时,电路消耗的总功率为 80 W 【答案】AC 【解析】 由图象的物理意义可知电源的电动势E50 V, 内阻r 5 , 故 A 正确, B 错误 ; U I 5020 60 该导体与该电源相连时,电阻的电压、电流分别为U40 V,I2 A,则R 20 ,此时,电路消耗的总
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- 2020 年高 物理 一轮 复习 热点 题型 归纳 演练 专题 21 电学 基本 规律 应用 解析 20191018384
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