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  • 2021-05-24 发布

2020学年高中物理 第二章 恒定电流 章末总结学案 新人教版选修3-1

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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=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1‎ A.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2‎ A.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5‎ A.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Uad=5.0 V,Ucd=0 V,Uab=5.0 V,则此故障可能是(  )‎ 图6‎ A.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 ―→―→―→ 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Rx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,通过实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压):‎ I(A)‎ ‎0.12‎ ‎0.21‎ ‎0.29‎ ‎0.34‎ ‎0.38‎ ‎0.42‎ ‎0.45‎ ‎0.47‎ ‎0.49‎ ‎0.50‎ U(V)‎ ‎0.20‎ ‎0.40‎ ‎0.60‎ ‎0.80‎ ‎1.00‎ ‎1.20‎ ‎1.40 ‎ ‎1.60‎ ‎1.80‎ ‎2.00‎ ‎(1)画出实验电路图,可用的器材有:电压表、电流表、滑动变阻器(阻值范围0~10 Ω)、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10‎ A.1∶2 B.2∶‎1 C.2∶3 D.3∶2‎ ‎3.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11‎ A.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. B.U C.2U D.4U ‎5. 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12‎ A.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13‎ A.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14‎ A.a方式为“高”挡 B.b方式为“低”挡 C.c方式为“关”挡 D.d方式为“中”挡 题号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5 ‎ ‎6‎ ‎7‎ 答案 ‎8.在“测定金属的电阻率”的实验中,需要用刻度尺测出被测金属丝的长度l.用螺旋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Rx.‎ ‎(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Rx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,Rx的测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”),若Rx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    ρ I=  UIt I2Rt 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=·R外=知路端电压即电压表的读数变大,而R1的分压UR1=·R1减小,故R2两端的电压UR2=U-UR1增大,再据I=可得通过R2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,R0消耗的功率最大,最大为P=()2R0=()2×3 W≈10.9 W ‎(2)当r=R+R0时,即R=4.5 Ω时,电源的输出功率最大,最大值为 P=()2(R0+R)=()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=Ir得:I0= = A=‎5 A.‎ 由闭合电路欧姆定律得:‎ E=I0(R1+r)=5×(19+1) V=100 V.‎ ‎(2)S闭合后,内电压U1=Ir=12.6×1 V=12.6 V 故电路的路端电压:U2=E-U1=(100-12.6) V=87.4 V.‎ 通过电炉的电流:I1== A=‎‎4.6 A 通过电动机的电流:I2=I-I1=(12.6-4.6) A=‎8.0 A.‎ 电动机消耗的热功率:P1=IR2=8.02×2 W=128 W.‎ 输送给电动机的电功率:P2=U2I2=87.4×8.0 W=699.2 W.‎ 故电动机输出的机械功率:P3=P2-P1=(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UAB=U;若C对,即AB段短路,则UAB=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Uad=0,不合题意;若C对,即R′断路,则Uad=0,不合题意;若D对,即S断路,则Uad=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;Im==‎0.6 A,电流表选D;因Im=‎0.6 A,而IR2=‎0.1 A,所以滑动变阻器选E.故应选用的实验器材为ADEGH.‎ ‎(2)R1=2Rx,故为限流式接法;Rx<,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 R1=U,当S闭合时,R1与R2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 [R2为可变电阻,若把R1看成是电源内阻的一部分,则当R2=R1+r时,R2获得最大功率,A对;R1为定值电阻,当R2=0时,R1的电流最大,功率也最大,C对,B错;当r=R1+R2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Rb=R1+R2,c中总电阻为Rc=R1,d中总电阻为Rd=,由公式P=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) (2)36.50(36.48~36.52) 0.797(0.796~0.799) (3)偏小 甲 解析 (1)由Rx=ρ与S=πd2得ρ=.‎ ‎(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Rx与电压表的电流之和,即测得的电流值偏大,由欧姆定律R=知,测得的电阻偏小,由于Rx=10 Ω,远小于电压表内阻,故应用电流表外接法,因此用甲图.‎