高中物理 第二章 恒定电流 章末总结学案 新人教版选修3-1

第二章恒定电流章末总结学案（人教版选修3-1）一、电路的分析和计算1．认清外电路上各元件的串、并联关系，必要时需画出等效电路图帮助分析．要特别注意电流表和电压表所对应的电路．2．闭合电路的动态分析问题闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化的问题分析的基本步骤是：(1)认清电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象；(2)由局部电阻变化判断总电阻的变化；(3)由I＝ER＋r判断总电流的变化；(4)据U＝E－Ir判断路端电压的变化；(5)由欧姆定律及串并联电路的规律判断各部分电路电压及电流的变化．3．闭合电路中的功率(1)各部分功率关系分析由EIt＝I2Rt＋I2rt知，EI＝I2R＋I2r其中EI为电源的总功率，I2r为电源内电路消耗功率，I2R为外电路消耗功率，也是电源的输出功率．(2)判断可变电阻的功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻均看做内阻．例1 电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图1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( )图1A．电压表和电流表读数都增大B．电压表和电流表读数都减小C．电压表读数增大，电流表读数减小D．电压表读数减小，电流表读数增大听课记录：变式训练1 如图2所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，在平行板电容器C中恰好有一带电粒子处于悬空静止状态，当变阻器R0的滑动端向左移动时，带电粒子将( )图2A．向上运动B．向下运动C．静止不动D．不能确定运动状态的变化例2 电路图如图3甲所示，图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图象，滑动变阻器的最大阻值为15 Ω，定值电阻R0＝3 Ω.图3(1)当R为何值时，R0消耗的功率最大，最大值为多少？(2)当R为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？变式训练2 如图4所示，直流电动机和电炉并联后接在直流电路中，电源的内阻r＝1 Ω，电炉的电阻R1＝19 Ω，电动机绕线的电阻R2＝2 Ω，当开关S断开时，电源内电路消耗的热功率P＝25 W；当S闭合时，干路中的电流I＝12.6 A．求：图4(1)电源的电动势E；(2)S闭合后电动机的机械功率．二、电路故障的分析方法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，直到找出全部可能发生的故障为止．例3 某同学按图5所示电路连接实物，闭合开关后，发现灯泡不亮．他将高内阻的电压表并联在A、C之间时，电压表的读数为U，当并联在A、B之间时，电压表的读数也为U，当并联在B、C之间时，电压表的读数为0，则故障可能是( )图5A．AB段断路B．BC段断路C．AB段短路D．无法判定听课记录：变式训练3 用电压表检查图6电路中的故障，测得U ad＝5.0 V，U cd＝0 V，U ab＝5.0 V，则此故障可能是( )图6A．L断路B．R断路C．R′断路D．S断路三、实验1．掌握实验问题的基本方法，如电流表的内、外接法，滑动变阻器的限流、分压接法等．2．电路设计(1)设计原则：①安全性；②准确性；③方便性；④经济性．(2)设计思路题干的条件和要求及器材―→确定实验原理―→确定需测量的物理量―→制定实验方案例4 在“测定金属导体的电阻率”的实验中，待测金属导线的电阻R x约为5 Ω.实验室备有下列实验器材：A．电压表(量程3 V，内阻约为15 kΩ)B．电压表(量程15 V，内阻约为75 kΩ)C．电流表(量程3 A，内阻约为0.2 Ω)D．电流表(量程600 mA，内阻约为1 Ω)E．滑动变阻器R1(0～10 Ω，0.6 A)F．滑动变阻器R2(0～2 000 Ω，0.1 A)G．电池E(电动势为3 V，内阻约为0.3 Ω)H．开关S，导线若干(1)为了提高实验精确度，减小实验误差，应选用的实验器材有__________．(填题干中相应英文字母符号)(2)为了减小实验误差，应选用图7中________(填“(a)”、“(b)”或““(c)”)为该实验的电路图，并按所选择的电路图把实物图8用导线连接起来．图7图8变式训练4 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，通过电源、小灯泡、电键、导线若干．(2)在图9中画出小灯泡的U－I图象．图9(3)若一电池的电动势是1.5 V，内阻是2.0 Ω.问：将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率是多少？(简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第(2)问的图中)【即学即练】1．电源电动势和内阻都保持一定，在外电路的电阻逐渐减小的过程中，下列说法正确的是( )A．电源的路端电压一定逐渐减小B．电源的路端电压一定逐渐增大C．电路中的电流一定逐渐减小D．电路中的电流可能逐渐减小2. 如图10所示电路中，电压保持不变，当电键S断开时，电流表A的示数为0.6 A，当电键S闭合时，电流表的示数为0.9 A，则两电阻阻值之比R1∶R2为( )图10A．1∶2B．2∶1C．2∶3D．3∶23．如图11所示是实物连接图和电路图．当酒精灯点燃后你将看到的现象是( )图11A．电流表读数增大B．电流表读数减小C．灯泡变暗D．灯泡变亮4．一根粗细均匀的导线，当其两端电压为U时，通过的电流是I，若将此导线均匀拉长到原来的2倍时，电流仍为I，导线两端所加的电压变为( )A.U2B．U C．2U D．4U5. 如图12所示的电路中，电源电动势为E、内阻为r，C为电容器，R0为定值电阻，R 为滑动变阻器，开关闭合后，灯泡L能正常发光．当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列判断正确的是( )图12A．灯泡L将变暗B．灯泡L将变亮C．电容器C的电荷量将减小D．电容器C的电荷量将增大6．如图13所示，R1为定值电阻，R2为可变电阻，E为电源电动势，r为电源内阻，以下说法中正确的是( )图13A．当R2＝R1＋r时，R2获得最大功率B．当R1＝R2＋r时，R1获得最大功率C．当R2＝0时，R1上获得最大功率D．当R2＝0时，电源的输出功率最大7．有一只电熨斗，内部电路如图14甲所示，其中M为旋钮的内部接线端子，旋钮有“高”、“中”、“低”、“关”四个挡，每个挡内部接线有如图乙中所示的四种方式，下列判断正确的是( )图14A．a方式为“高”挡B．b方式为“低”挡题号 1 2 3 4 5 6 7答案测微器测出金属丝的直径d，用电流表和电压表测出金属丝的电阻R x.(1)请写出测金属丝电阻率的表达式：ρ＝______(用上述测量量的字母表示)．(2)若实验中测量金属丝的长度和直径时，刻度尺和螺旋测微器的示数分别如图15所示，则金属丝长度的测量值为l＝________ cm，金属丝直径的测量值为d＝________ mm.图15(3)如图16甲、乙所示，要用伏安法测量R x的电阻，已知电压表内阻约几kΩ，电流表内阻约1 Ω，若用图甲电路，R x的测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”)，若R x的阻值约为10 Ω，应采用________(填“甲”或“乙”)图的电路，误差会较小．图16参考答案知识体系构建 q t U I W q ρl S I ＝U R E R ＋r UIt I 2Rt 与 或 非 解题方法探究例1 A [由电路图可知，滑动变阻器的触头向b 端滑动时，其连入电路的阻值变大，导致整个电路的外电阻R 外增大，由U ＝E R 外＋r ·R 外＝E1＋rR 外知路端电压即电压表的读数变大，而R 1的分压U R1＝E R 外＋r ·R 1减小，故R 2两端的电压U R2＝U －U R1增大，再据I ＝U R2R 2可得通过R 2的电流即电流表的读数增大，所以A 项正确．] 变式训练1 B例2 (1)电源的电动势和内阻为：E ＝20 V ，r ＝7.5 Ω由题图甲分析知道，当R ＝0时，R 0消耗的功率最大，最大为P ＝(E R 0＋r )2R 0＝(203＋7.5)2×3W ≈10.9 W(2)当r ＝R ＋R 0时，即R ＝4.5 Ω时，电源的输出功率最大，最大值为P ＝(E R 0＋R ＋r )2(R 0＋R)＝(203＋4.5＋7.5)2×(3＋4.5) W ≈13.3 W .变式训练2 (1)100 V (2)571.2 W解析 (1)S 断开时，由P ＝I 20r 得：I 0＝ P r ＝ 251A ＝5 A .由闭合电路欧姆定律得：E ＝I 0(R 1＋r)＝5×(19＋1) V ＝100 V .(2)S 闭合后，内电压U 1＝Ir ＝12.6×1 V ＝12.6 V故电路的路端电压：U 2＝E －U 1＝(100－12.6) V ＝87.4 V .通过电炉的电流：I 1＝U 2R 1＝87.419A ＝4.6 A通过电动机的电流：I 2＝I －I 1＝(12.6－4.6) A ＝8.0 A .电动机消耗的热功率：P 1＝I 22R 2＝8.02×2 W ＝128 W .输送给电动机的电功率：P 2＝U 2I 2＝87.4×8.0 W ＝699.2 W .故电动机输出的机械功率：P 3＝P 2－P 1＝(699.2－128) W ＝571.2 W .例3 A [可采用“验证法”分析．若A 对，即AB 段断路，符合题目所述的故障现象；若B 对，即BC 段断路，电路中无电流，不可能有U AB ＝U ；若C 对，即AB 段短路，则U AB ＝0，不合题意．] 变式训练3 B [用“验证法”分析，若A 对，即L 断路，则U ad ＝0，不合题意；若C 对，即R′断路，则U ad ＝0，不合题意；若D 对，即S 断路，则U ad ＝0，也不合题意．] 例4 (1)ADEGH (2)(b ) 实物连接如下图所示解析 (1)E ＝3 V ，电压表选A ；I m ＝ER x＝0.6 A ，电流表选D ；因I m ＝0.6 A ，而I R2＝0.1A ，所以滑动变阻器选E .故应选用的实验器材为ADEGH .(2)R 1＝2R x ，故为限流式接法；R x ＜R A R V ，故采用电流表外接法．变式训练4 (1)、(2)见解析中甲、乙图 (3)作出U ＝E －Ir 图线，可得小灯泡工作电流为0.35 A ，工作电压为0.8 V ，因此小灯泡实际功率为0.28 W .解析 (1)采用分压式电路有利于增大数据范围．(2)根据数据用描点法作图．(3)两个U －I 图线(伏安特性曲线与U ＝E －Ir 图线)的交点即为小灯泡的实际工作点．即学即练1．A [由闭合电路欧姆定律知，电流增大，路端电压减小．]2．A [S 断开时，0.6 R 1＝U ，当S 闭合时，R 1与R 2并联，0.9 R 并＝U ，故A 对．] 3．AD [热敏电阻随温度的升高阻值减小，由闭合电路欧姆定律可知电流变大，灯泡变亮．] 4．D [由电阻定律知，导线的电阻变为原来的4倍，又因为电流不变，故导线两端所加的电压变为原来的4倍．]5．AD [当滑片向右移动时，滑动变阻器的阻值增大，总电流减小，外电压增大．] 6．AC [R 2为可变电阻，若把R 1看成是电源内阻的一部分，则当R 2＝R 1＋r 时，R 2获得最大功率，A 对；R 1为定值电阻，当R 2＝0时，R 1的电流最大，功率也最大，C 对，B 错；当r ＝R 1＋R 2时，电源的输出功率最大，D 错．] 7．B [a 中回路未闭合，故a 方式为“关”挡，b 中总电阻R b ＝R 1＋R 2，c 中总电阻为R c＝R 1，d 中总电阻为R d ＝R 1R 2R 1＋R 2，由公式P ＝U2R知，d 方式为“高”挡，c 方式为“中”挡，b 方式为“低”挡，所以B 对，A 、C 、D 错．]8．(1)πd 2R x4l(2)36.50(36.48～36.52) 0．797(0.796～0.799) (3)偏小 甲解析 (1)由R x ＝ρl S 与S ＝14πd 2得ρ＝πd 2R x4l.(1)由刻度尺读得，l ＝36.50 cm (36.48～36.52都正确)，螺旋测微器读得d ＝0.797 mm (0.796～0.799都正确)．(3)图甲电路中电流表的读数是流过R x 与电压表的电流之和，即测得的电流值偏大，由欧姆定律R ＝UI知，测得的电阻偏小，由于R x ＝10 Ω，远小于电压表内阻，故应用电流表外接法，因此用甲图．。