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1、章末总结 热点讲座 7.抓住“五种” 电路， 复习好电学知识 热点解读 电路知识是高考的必考内容,纵观近十年的高考物 理试题,年年都有考题出现.主要是通过“5种”电路来考 查电源及电源的作用,有关电流的规律,电流、电压和电 功率的分配以及电路中的能量转化关系等内容,在复习 时应特别重视.特别是实验是本章重中之中的内容,本章 实验是高考必考内容. 专题讲座 专题一 电路问题 1.纯电阻电路 对纯电阻电路的考查一般有两种情况:一是静态问 题,求解的关键是分清串并联,化简电路;二是动态问 题,考题大都以动态分析的形式出现.解答的基本思 路是:“部分整体部分”,即从阻值变化的部分 入手,由串、并联规律
2、判断R总的变化情况,再由欧姆 定律判断I总和U端的变化情况,最后再由部分电路欧 姆定律确定各部分量的变化情况. 【例1】(2008宁夏15)一个T型 电路如图1所示,电路中的电阻R1= 10 ,R2=120 ,R3=40 .另有一 测试电源,电动势为100 V,内阻忽略 不计.则 ( ) A.当cd端短路时,ab之间的等效电阻是40 B.当ab端短路时,cd之间的等效电阻是40 C.当ab两端接通测试电源时,cd两端的电压为80 V D.当cd两端接通测试电源时,ab两端的电压为80 V 图1 解析 当cd端短路时,等效电阻R123=R1+ =40 ,所以A对.当ab端短路时,等效电阻R123
3、= =128 ,所以B错. 当ab两端接通测试电源时,根据欧姆定律得: A=2 A,所以Ucd=IR3=80 V, 所以C对.当cd两端接通测试电源时,根据欧姆定 律得: ,所以Uab= IR3=25 V,所以D错. 答案 AC 2.半导体电路 【例2】把晶体二极管D和电阻R串联起来,连接成 如图2(a)的电路,电源的电动势E=5.0 V,内阻不计, 二极管两端电压U与其中的电流I的关系曲线(伏安 特性曲线),如图2(b),但为简单起见,可近似地看 作直线,直线与横轴的交点E0=1 V见(b)图中的 虚线,即二极管上所加电压UE0时电流为零, UE0时,I和U为线性关系,此二极管消耗的电功 率
4、超过4.0 W时将被烧坏.试问 (1)电阻R最小要多大才不致烧坏二极管? (2)在保证不致烧坏二极管的条件下R值为多大 时,输入给R的功率为最大?此功率最大值等于多少 瓦? 图2 解析 依题意,由图(b)可得二极管电流和电压的 关系为I=2U-2 又二极管的功率P=UI4 W 将代入得:U2-U-20 解得U2 V 代入得:I2 A 由闭合电路欧姆定律E=U+IR得 R1.5 输入给R的功率PR=(E-U)I=(E-U)(2U-2)= -2U2+12U-10=-2(U-3)2+8 可见PR随U按抛物线规律变化,其开口向下,最大 值时U=3 V,故要使R的功率最大,其电压只能是二极 管不被烧坏的
5、最大电压U=2 V.这样R=1.5 ,PR的 最大值PR=(E-U)I=6 W. 答案 (1)R1.5 (2)1.5 6 W 3.电机电路 电机电路是非纯电阻电路,一般从能的转化与守 恒入手,即P入=P热+P出. 【例3】汽车电动机启动时车 灯会瞬时变暗.如图3所示,在 打开车灯的情况下,电动机未 启动时电流表读数为10 A,电 动机启动时电流表读数为58 A.若电源电动势为 12.5 V,内阻为0.05 ,电流表内阻不计,则因电 动机启动,车灯的电功率降低了 ( ) A.35.8 W B.43.2 W C.48.2 W D.76.8 W 图3 解析 车灯电阻为 =1.2 ,电动机未启动时车灯
6、的电功率P1= =1021.2 W=120 W.电动机启动后,电源内阻消耗 的电压Ur=Ir=580.05 V=2.9 V,车灯与电动机的 并联电压为U=E-Ur=(12.5-2.9) V=9.6 V,车灯的 电功率为P2= W=76.8 W,车灯电功率降 低了P=P1-P2=43.2 W. 答案 B 4.含容电路 电容器是一个储能元件,在恒定电路中,电容器在 充电、放电时会形成充、放电电流,当电路稳定后, 电容器相当于一个电阻无穷大的元件,与电容器串 联的电路是断路.对含容电路的分析,关键是弄清电 路的结构,确定电容器两极板间电压值的变化,有时 还必须分析电容器两极板极性的变化. 【例4】如
7、图4所示,已知电 源内阻不计,为使电容器的带 电量增大,可采取以下哪些方 法 ( ) A.增大R1 B.增大R2 C.增大R3 D.减小R1 图4 解析 由于稳定后电容器相当于断路,因此R3上无 电流,电容器相当于和R2并联,只有增大R2或减小R1 才能增大电容器C两端的电压,从而增大其带电量, 改变R3不能改变电容器的带电量,因此选B、D. 答案 BD 5.故障电路 故障电路的分析方法有两种:一是电表检测法.在 明确电路结构的基础上,从分析比较故障前后电路结 构的变化,电流、电压的变化入手,确定故障后,并对 电路元件逐一分析,排除不可能情况,寻找故障所在. 一般用电压表来检测,具体是:(1)
8、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, 当电压表指针偏转时,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;当电压表示数为零时,该电路被短路, 当电压表示数不为零时,则该项电路不被短路或不 完全被短路.二是假设推理法.即通过对电路中的 元件逐一假设分析,排除不可能的情况,寻找出可 能的故障所在.它与电表检测法虽然都需分析推理, 但二者不同之处在于推理法无需利用电表测量数据. 【例5】如图5所示电路的三 根导线中,有一根是断的,电源、 电阻器R1、R2及另外两根导线 都是好的,为了查出断导线,某 学生想先将多用表的红表笔连
9、 接在电源的正极a,再将黑表笔分别连接在电阻器R1 的b端和R2的c端,并观察多用表指针的示数,在下列 连接中,符合操作规程的是 ( ) A.直流10 V挡 B.直流0.5 A挡 C.直流2.5 V挡 D.欧姆挡 图5 解析 电源为6 V,显然直流2.5 V挡量程太小,不 能用.因为线路与电源相连、欧姆挡不能用.正常工作 时电路中的电流 =0.4 A,当用电流表 在a、c间检测时,电流 =1.2 A,超过了0.5 A的 量程,故选用10 V电压挡. 答案 A 专题二 电阻测量的几种特殊方法 1.“伏伏”法 “伏伏”法是利用两块电压表测电阻的一种方 法,这一方法的创新思维是运用电压表测电流(或
10、算电流),此方法适用于电流表不能用或没有电流 表等情形.设计电路时不仅要考虑电压表的量程, 还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式. 【例6】为了测量量程为3 V的电压表V的内阻(内 阻约2 000 ),实验室可以提供的器材有: 电流表A1,量程为0.6 A,内阻约0.1 ; 电压表V2,量程为5 V,内阻约3 500 ; 变阻箱R1,阻值范围为09 999 ; 变阻箱R2,阻值范围为099.9 ; 滑动变阻器R3,最大阻值约为100 ,额定电流 1.5 A; 电源E,电动势6 V,内阻约0.5 ; 单刀双掷开关K,导线若干. (1)请从上述器材中选择必要的器材,设计一个测量 电压表V的内阻的
11、实验电路,画出电路原理图(图中的 元件要用题中相应的英文字母标注),要求测量尽量 准确. (2)写出计算电压表 的内阻RV的计算式为RV= . 解析 (1)测量电压表V的内阻 的实验电路如右图所示. (2)电压表V的示数U,电压表V2的 示数U2,电阻箱R1的读数r1,根据 欧姆定律,利用通过电压表的电 流与电阻R1的电流相等,算出电 压表的电阻为RV= 答案 (1)见解析图 (2) 2.“安安”法 “安安”法是利用两块电流表测电阻的一种方 法,这一方法的创新思维是运用电流表测电压(或 算电压),此方法适用于电压表不能用或没有电压 表等情形.设计电路时除考虑电流表的量程外,还 要考虑滑动变阻器
12、分压与限流的连接方式. 【例7】从下列器材中选出适当的实验器材,设计 一个电路来测量电流表A1的内阻r1,要求方法简捷, 有尽可能高的精确度,并能测得多组数据. 电流表A1,量程10 mA,内阻待测(约40 ) 电流表A2,量程500 A,内阻r2=750 电压表V,量程10 V,内阻r3=10 k 电阻R1,阻值约为100 滑动变阻器R2,总阻值约50 电源E,电动势1.5 V,内阻很小 开关S,导线若干 (1)画出实验电路图,标明所用器材的代号. (2)若选取测量中的一组数据来计算r1,则所用的 表达式r1= ,式中各符号的意义是 . 解析 必选的器材有电源E、开关S、导线若干. A1的满
13、偏电压约为UA1=Ig1r1=0.4 V,为满足尽可 能高的精度的要求,量程10 V的电压表V不能选用, 而电流表A2的内阻确定,且满偏电压UA2=Ig2r2 =0.375 V,可当电压表用来测A1的电压.由于并联的 A1、A2端电压只有零点几伏,而电源电动势有1.5 V, 可串联R1作保护电阻,为满足多测几组数据,滑动变 阻器R2采用分压式供电方式,电路图如下图所示. 答案 (1)见解析 (2) 式中I1、I2分别是电 流表A1、A2的读数,r2是电流表A2的内阻 3.“加R”法 “加R”法又叫“加保护电阻”法.在运用伏安法 测电阻时,由于电压表或电流表的量程太小或太大, 为了满足安全、精确
14、的原则,加保护电阻的方法就 应运而生,设计电路时不仅要考虑电压表和电流表 的量程,还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式. 【例8】某电流表的内阻在0.1 0.2 之间,现 要测量其内阻,可选用的器材如下: A.待测电流表A(量程0.6 A); B.电压表V(量程3 V,内阻约2 k); C.滑动变阻器R1(最大阻值10 ); D.定值电阻R2(阻值5 ); E.电源E(电动势4 V); F.电键S及导线若干. (1)画出实验电路图; (2)如测得电压的读数为U,电流表的读数为I,则 电流表A内阻的表达式为:RA= . 解析 电流表的内阻在0.1 0.2 之间,量程 为0.6 A,电流表上的最
15、大电压为0.12 V,因而电压表 不能并联在电流表的两端. 本题必须将一个阻值为5 的定值电阻R2与电流 表串联,再接到电压表上,才满足要求;再者量程为 3 V的电压表其量程虽然小于电源电动势4 V,但可 在电路中接入滑动变阻器进行 保护;滑动变阻器在本实验中分 压与限流的连接方式均符合要 求,但考虑限流的连接方式节能 些;因而滑动变阻器采用限流的连接方式.故本题设 计电路图如右图所示;电流表A1内阻的表达式为:RA= -R2. 答案 (1)见解析图 (2) -R2 4.替代法 (1)等效替代法就是在测量的 过程中,让通过待测电阻的电流 (或电压)和通过电阻箱的电流 (或电压)相等.电路如图6
16、所示, 将单刀双掷开关调到a,闭合S1 调节R,使安培表读数为I0,保持R不动,将单刀双掷开 关打到b,调节R0使安培表读数仍为I0,则电阻箱的 读数就是待测电阻的数值. 图6 (2)测量原理:图7是用伏特表完成的实验,同学 们自己分析测量原理. (3)注意:主要元件为电阻箱和单刀双掷开关.虚 线框内可用分压控制电路. 图7 素能提升 1.在如图8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的滑动触点在a端时合上开关S,此时三个电表 A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑动 触点向b端移动,则三个电表示数的变化情况是 ( ) 图8 A.I1增大,I2不变,U增大 B.I1减小,I2增大,U减小 C.I1增大,I2减小,U
