(粤教版)高中物理【选修3-1】第2章《电路》章末知识整合课时检测及答案

【金版新学案】2014-2015学年高中物理第2章电路章末知识

整合课时检测粤教版选修3-1

基本计算专题一电路中能量转化的分析

(1)电功：W＝UIt.

(2)电功率：P电＝UI.

(3)热量：Q＝

2

I Rt.

(4)热功率：P

热＝

2

I R.

分析与方法：闭合电路中电功、热量和电功率、热功率的问题本质上都是能量转化和守恒问题．分析这类问题时，要注意区分电功和热量、电功率和热功率，抓住能量守恒这条主线；在纯电阻电路中，电功和热量相等，电功率和热功率相等；在非纯电阻电路中，电功大于热量，电功率大于热功率．

一台洗衣机上的电动机的额定电压U＝220 V，线圈电阻R＝1 Ω，在额定电压下正常运转时电流I＝2 A，求：

(1)电动机消耗的总功率和发热功率．

(2)电动机的输出功率．

解析：(1)电动机总功率即为电功率P总＝UI＝220×2 W＝440 W；发热功率即为线圈电阻的热

功率P

热＝

I R2＝22×1 W＝4 W.

(2)电动机的输出功率即为电动机的机械功率，由能量守恒可得：P总＝P出＋P热，所以P出

＝P总－P

热＝436 W.

答案：(1) P总＝440 W P

热＝4 W (2)

P

出＝436 W

点评：电动机是非纯电阻元件，解答时要注意从能量转化和守恒的角度理解其消耗功率、发热功率和输出功率之间的关系．

练习

1．一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3 V，电流为0.3 A；松开转轴，在线圈两端加电压为2 V时，电流为0.8 A，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？

解析：电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：r ＝U/I ＝

0.3

0.3

Ω＝1 Ω，电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为P 入＝I 1·U 1＝0.8×2 W＝1.6 W ，电动机的机械功率P 机＝P 入－I 2

1·r ＝1.6 W －0.82

×1 W＝0.96 W. 答案：1.6 W 0.96 W

专题二 动态电路的分析

在恒定电路中，常会由于某个因素的变化而引起整个电路中一系列电学量的变化，出现牵一发而动全身的情况，此类问题即为动态电路问题． 方法一：“程序法”

分析这类问题的常用方法是“程序法”，即从阻值变化的部分入手，由串、并联规律判断R 总的变化情况，再由欧姆定律判断I 总和U 外的变化情况，最后由部分电路欧姆定律判定各部

分的变化情况．

电动势为E ，内阻为r 的电源与定值电阻

R 1、R 2及滑动变阻器R 连接成如图

所示的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向b 端时，下列说法正确的是( ) A ．电压表和电流表的读数都增大 B ．电压表和电流表的读数都减小 C ．电压表的读数增大，电流表的读数减小 D ．电压表的读数减小，电流表的读数增大

解析：当滑动变阻器触点向b 端移动时，滑动变阻器的电阻R 增大，则

R

和

R 2的并联电

阻增大，回路外电阻R 外增大，由闭合电路欧姆定律I 总＝

E R r 外可知，干路电流减

小．由U＝E－I

总r可知，路端电压增大，故电压表读数增大；

R

1两端的电压

U

1＝

I 总R

1，

R

2两端的电压

U

2＝U－

U

1，所以加在

R

2两端电压

U

2增大，流过

R

2的

电流增大，流过电流表的电流I

3＝

I

总－

I

2，故电流表的读数变小．综上所述可知，选

项C正确．

答案：C

点评：分析动态电路问题时，关键是明确分析物理量的顺序，先部分再整体再部分；分析部分电路时，要先分析不变部分，再分析变化的部分；要注意思维的变换，分析电压不行时再分析电流．

方法二：“并同串反”

①“并同”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小．

②“串反”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率将增大．

如图所示的电路中，R

1、

R

2、

R

3、和

R

4皆为定值电阻，

R

5为可变电阻，

电源的电动势为E，内阻为r，设电流表A的读数为I，电压表V的读数为U，当R

5的滑动

角点向图中a端移动时( )

A．I变大，U变小 B．I变大，U变大C．I变小，U变大 D．I变小，U变小

解析：本题中变量是R

5，由题意知，

R

5的等效电阻变小．简化电路结构可各知，电压表V，

电流表A 均与

R 5间接并联，根据“串反并同”的原则，电压表V ，电流表A 的读数均与R 5

的变化趋势相同，即两表示数均减小． 答案：D

点评：(1)近几年高考对电路的分析和计算，考查的重点一般不放在基本概念的理解和辨析方面，而是重在知识的应用方面．本题通过5个电阻与电表的串、并联构成较复杂的电路，关键考查考生简化电路结构、绘制等效电路图的能力．然后应用“串反并同”法则，可快捷得到结果．

(2)注意“串反并同”法则的应用条件：单变量电路．

对于多变量引起的电路变化，若各变量对同一对象分别引起的效果相同，则该原则的结果成立；若各变量对同一对象分别引起的效果相反，则“串反并同”法则不适用． 练习

2．(双选)如图所示，图中的四个表均为理想表，当滑动变阻器的滑动触点向右端滑动时，下列说法正确的是( )

A ．电压表1V 的读数减小，电流表1A 的读数增大

B ．电压表1V 的读数增大，电流表1A 的读数减小

C ．电压表2V 的读数减小，电流表2A 的读数增大

D ．电压表2V 的读数增大，电流表2A 的读数减小

解析：当滑动变阻器的滑动触点向右端滑动时，R 的阻值减小，电路中的总电阻减小，根据欧姆定律，电路中的总电流增大，即电流表A 1的读数增大；电压表V 1的读数为电路的路端电压，其读数减小，故A 正确．路端电压减小则电流表A 2的读数减小；总电流增大，A 2电流减小，则流过R 2的电流增大，故电压表V 2的读数增大，D 正确．

答案：AD

专题三电路故障分析方法

故障类型

①短路：电路被短路部分有电流通过(电流表有示数)被短路两点之间没有电压(电压表无示数)

②断路：电路断路部分没有电流通过(电流表无示数)断路两点之间有电压，断路同侧导线两点无电压

电路故障分析思路

①认真审题，判断电路各元件连接方式，明确电流表、电压表测量的元件，各开关控制的元件．

②根据故障现象分析有无电流，得出电路是短路还是断路．

③根据电表示数变化分析找出故障位置．

★利用电流表、电压表判断电路故障★

(1)电流表示数正常而电压表无示数

“电流表示数正常”表明电流表所在电路为通路，“电压表无示数”表明无电流通过电压表．故障原因可能是：①电压表损坏；②电压表接触不良；③与电压表并联的用电器短路．

(2)电压表有示数而电流表无示数

“电压表有示数”表明电路中有电流通过，“电流表无示数”说明没有或几乎没有电流流过电流表．

故障原因可能是：①电流表短路；②和电压表并联的用电器断路

(3)电流表电压表均无示数

“两表均无示数”表明无电流通过两表，除了两表同时短路外，可能是干路断路导致无电流．★利用电导线判断电路故障★(主要判断断路故障)

电路中无电流或灯泡不发光：将导线接在两点间，如果电路中有电流(或电路中灯泡发光了)，说明此两点间有断路．

在如图所示电路中，电源电压不变，闭合开关S，电路正常工作一段时间后，发现其中一个电压表示数变大，则( )

A．L可能变亮 B．R可能断路

C．灯L可能断路 D．电阻R可能短路

V 解析：首先分析电路的连接方式与电表的作用对象．灯L与电阻R串联，V测电源电压，1

V 测电阻R电压．其次，从故障现象看，有一个电压表示数变大，而电源电压不变则可判断是1

示数变大．根据上面的“故障分析思路”可判断：可能是灯L短路，或者可能是电阻R断路

V也测电源电压)．所以，此题应选答案B.

(1

答案：B

如图所示，开关S闭合电灯不亮，为了检查图中电路故障，现用一根导线进行判断，当导线连接BC时，灯不亮；当导线连接CD时，灯也不亮；当导线连接DE时，灯亮了．则电路故障原因是( )

A．电阻R断路

B．电灯L断路

C．R、L同时断路

D．变阻器R断路

解析：在串联电路中，灯不亮，有两种可能，第一：灯短路；第二：电路中有断路处．根据导线的连接现象判断，应该不是第一种故障，所以是电路中有断路处．当把断路处连接好，灯就会亮．所以，此题应选答案D.

答案：D

专题四含容电路

含电容电器的分析与计算方法

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，电容器在电路中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．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上无电压降，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入电路时，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，电容器将通过与它连接的电路放电．

如图所示，电源电动势E ＝12 V ，内阻r ＝1 Ω，电阻

R 1＝3 Ω，R 2＝2 Ω，R 3

＝5 Ω，电容器的电容C 1＝4μF ，C 2＝1μF.求：

(1)当S 闭合时间足够长时，

C 1和C 2所带的电量各是多少？

(2)然后把S 断开，S 断开后通过

R 2的电量是多少？

解析：(1)当S 闭合时间足够长时，C 1两端的电压等于R 2两端的电压；C 2两端的电压

等于路端电压

回路电流I ＝

12

++E r R R ＝2 A.

C 1两端的电压U C1＝U 2＝IR 2＝4 V

C 1的带电量为：Q 1＝C C U 11＝4×106－×4 C＝1.6×105－ C C 2两端的电压C U 2＝U ＝I(R 1＋R 2)＝10 V

C

2的带电量为：Q

2＝C

C U

22＝1×

106－×10 C＝1.0×105－ C

(2)断开S后，电容器C

1通过电阻

R

2、

R

3放电；电容器

C

2通过电阻

R

1、

R

2、

R

3

放电，放电电流均流过R

2，且方向相同．

因此，通过R

2的电量为：Q＝

Q

1＋

Q

2＝1.6×

105－ C＋1.0×105－ C＝2.6×105－

C.

答案：(1)1.6×

5

10－ C 1.0×5

10－ C

(2)Q＝2.6×

5

10－ C

实验部分

专题一万用表及其应用

用如图所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T.请根据下列步骤完成电阻测量：

①旋动部件________，使指针对准电流的“0”刻度线.

②将K旋转到电阻挡“×100”位置.

③将插入“＋”、“－”插孔的表笔短接，旋动部件______，使指针对准电阻的________(填“0 刻线”或“∞刻线”).

④将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小．为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按________的顺序进行操作，再完成读数测量．

A．将K旋转到电阻挡“×1”的位置

B．将K旋转到电阻挡“×10”的位置

C．将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接

D．将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准

解析：(1)首先要对表盘机械校零，所以旋动部件是S.接着是欧姆调零，将“＋”、“－”插孔的表笔短接，旋动部件T，让表盘指针指在最右端零刻度处．当两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，必须将指针指在中间刻度附近，所以要将倍率调大．原因是指针偏转小，则说明刻度盘值大，现在要指针偏大即刻度盘值要小，则只有调大倍率才会实现．所以正确顺序ADC.

答案：①S；③T；0刻线；④ADC

练习

3．如图是某同学连接的实验实物图，使用四节电动势为1.5 V的干电池做电源，合上开关S 后发现A、B灯都不亮，他采用下列两种方法检查故障：

(1)用多用电表的直流电压挡进行检查：

①那么选择开关应置于下列量程的几挡；

A．2.5 V B．10 V C．50 V D．250 V

②在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触________点(填“a”或“b”)

(2)用欧姆挡的×1挡检查c、f段电路情况

①测试前，应将开关S________；(填“断开”或“闭合”)

②测试结果如表格所示，由此可以断定这段电路的故障是

A.灯A 断路 B ．灯B 断路 C ．灯

A 、

B 都断路 D ．de 间导线断路

答案：(1)B ；a (2)断开；D

专题二 测定电源的电动势和内阻

为了测定某一电源的电动势E 和内阻r(E 约为4.5 V ，r 约为1.5 Ω)，实验室提供

的实验器材有：量程为3 V 的理想电压表V ；量程为0.5 A 的电流表A(具有一定内阻)；固定电阻R ＝4 Ω；滑动变阻器R′；电键K ；导线若干． (1)画出实验原理图．

(2)

实验中，当电流表的读数为I

1时，电压表的读数为U 1；当电流表的读数为I 2时，电

压表的读数为U 2.则可以求出E ＝________，r ＝________.

解析：(1)电路中的短路电流I 0≈

E

r

＝3 A ，大于电流表量程，所以必须使用固定电阻保护

电路，兼顾干路中电流测量的准确性，采用如图所示的电路．(2)由闭合电路欧姆定律有：

U 1＝E －I 1 (R ＋r)，U 2＝E －I 2 (R ＋r)，

联立两式解得E ＝

2221

12

I U I U I I --，r ＝

21

12U U I I --－R.

答案：见解析 练习

4．小明的实验桌上有：A.待测电源一个(电动势约3 V，内阻小于1 Ω)；B.直流电流表(量程0～0.6～3 A，0.6 A挡的内阻约0.22 Ω，3 A挡的内阻约0.1 Ω)；C.直流电压表(量程0～3～15 V,3 V挡内阻为15 kΩ，15 V挡内阻为25 kΩ)；D.滑动变阻器(阻值范围为0～15 Ω，允许最大电流为1 A)；E.滑动变阻器(阻值范围为0～1 000 Ω，允许最大电流为0.2 A)；

F.开关；

G.导线若干；

H.小灯泡(电阻小于1 Ω)．假如你是小明，请你完成：

(1)利用给出的器材测电源的电动势和内阻，有如图甲、乙两种电路，为了减小测量误差，应选择图______所示电路．

(2)根据你选择的电路将图丙中的实物连接好．

(3)你选择的滑动变阻器是________(填代号)，理由是

________________________________________________________________________.

(4)小明根据测出的数据，作出U－I图线如图丁a线所示，实验所测电源的电动势为E＝__________V，内电阻为r＝________Ω.

解析：(1)伏特表测量的是路端电压，所以使用图乙电路．(2)图略．(3)D，电流适中且移动滑片时电流表示数较明显．(4)3,0.75.

答案：见解析

专题三测定小灯泡的U－I关系曲线

线性元件的伏安特性曲线是过原点的直线，而非线性元件的伏安特性曲线则是过原点的曲线．因此，在分析非线性元件的伏安特性时，要充分认识到这一点，避免受线性元件伏安特性曲线的影响而形成思维定式．

小灯泡通电后其电流随所加电压变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为过P 点的切线．则下列说法正确的是( )

A．对应P点，小灯泡的电阻为0.1 Ω

B．对应P点，小灯泡的电阻为0.05 Ω

C．对应P点，小灯泡的电阻为10 Ω

D．对应P点，小灯泡的电阻为20 Ω

解析：该图线是小灯泡的伏安特性曲线，值得注意的是，流过小灯泡的电流和小灯泡两端的

电压并不是正比关系．对应P点，小灯泡的电阻R＝U

I

＝

4

0.4

Ω＝10 Ω.故选项C正确．

答案：C

点评：分析该题常见的错误有两种：一种是没有看清纵坐标和横坐标所代表的物理量，受思维定式的影响，认为小灯泡的电阻R ＝0.4

4 Ω＝0.1 Ω，误选了A ；一种是误认为切线斜率的

倒数就表示小灯泡的电阻，而误选了D. 练习

5．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，利用实验得到了8组数据，在图(a)所示的I －U 坐标系中，通过描点连线得到了小灯泡的伏安特性曲线．

(1)根据图线的坐标数值，请在图(b)中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路．

(2)根据图(a)，可判断出图(c)中正确的关系图是________(图中P 为小灯泡功率)．

(3)将同种规格的两个这样的小灯泡并联后再与10 Ω的定值电阻串联，接在电压恒为8 V 的电源上，如图(d)所示，则电流表的示数为__________A ，每个小灯泡的功率为__________W.

解析：(1)因描绘小灯泡的伏安特性曲线实验中，电流从零调到最大值，滑动变阻器应用分压式，故电路图如图所示．

(2)由图(a)所示图象可知，随电流增大，灯泡电阻R增大，由P＝I2R可知，在P－I2图象中图象上某点与原点连线的斜率为电阻R，而电阻R又随I的增大而增大，则P－I2图象的斜率随I2的增大而增大，由图象可知，ABC错误，D正确．

(3)由图(d)所示电路图可知，两灯泡并联，可以把电源与定值电阻等效为电源，设每只电灯加上的实际电压和实际电流分别为U和I. 在这个闭合电路中，E＝U＋2IR0，代入数据并整理得，U＝8－20I，在图(a)所示坐标系中作出U＝8－20I的图象如图所示，由图象可知，两图象交点坐标值为：U＝2 V、I＝0.3 A，此时通过电流表的电流值I A＝2I＝0.6 A，每只灯泡的实际功率P＝UI＝2×0.3＝0.6 W.

答案：(1)电路图如图所示(2)D (3)0.6 0.6