2020年高考物理复习 第7章 试题解析33 14页

学案33 串并联电路　焦耳定律 ‎ 一、概念规律题组 ‎1．下列说法中正确的是(　　)‎ A．一个电阻和一根无电阻的理想导线并联，总电阻为零 B．并联电路任一支路的电阻都大于电路的总电阻 C．并联电路任一支路电阻增大(其他支路不变)，则总电阻也增大 D．并联电路任一支路电阻增大(其他支路不变)，则总电阻一定减小 ‎2．电阻R1、R2、R3串联在电路中．已知R1＝10 Ω、R3＝5 Ω，R1两端的电压为6 V，R2两端的电压为12 V，则(　　)‎ A．电路中的电流为0.6 A B．电阻R2的阻值为20 Ω C．三只电阻两端的总电压为21 V D．电阻R3两端的电压为4 V ‎3．关于四个公式①P＝UI；②P＝I2R；③P＝；④P＝，下列叙述正确的是(　　)‎ A．公式①④适用于任何电路的电功率的计算 B．公式②适用于任何电路的热功率的计算 C．公式①②③适用于任何电路电功率的计算 D．以上均不正确 ‎4．一台额定电压为U的电动机，它的电阻为R，正常工作时通过的电流为I，则(　　)‎ A．电动机t秒内产生的热量是Q＝UIt B．电动机t秒内产生的热量是Q＝I2Rt C．电动机的功率为P＝I2R D．电动机的功率为P＝U2/R 二、思想方法题组 ‎5．用电流表和电压表测量电阻Rx的阻值．如图1所示，分别将图(a)和(b)两种测量电路连接到电路中，按照(a)图时，电流表示数为4.60 mA，电压表示数为2.50 V；按照(b)图时，电流表示数为5.00 mA，电压表示数为2.30 V，比较这两次结果，正确的是(　　)‎ 图1‎ A．电阻的真实值更接近543 Ω，且大于543 Ω B．电阻的真实值更接近543 Ω，且小于543 Ω C．电阻的真实值更接近460 Ω，且大于460 Ω D．电阻的真实值更接近460 Ω，且小于460 Ω 14‎ ‎6．额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是下图中的哪一个(　　)‎ 一、串并联电路分析 常用的推论 ‎1．串联电路：串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻．若n个相同的电阻串联，总电阻R总＝nR.‎ ‎2．(1)并联电路：并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻，且小于其中最小的电阻．‎ ‎(2)n个相同的电阻并联，总电阻等于其中一个电阻的.即R总＝R.‎ ‎(3)两个电阻并联时的总电阻R＝，当其中任一个增大或减小时总电阻也随之增大或减小．由此知：多个电阻并联时，其中任一个电阻增大或减小，总电阻也随之增大或减小．‎ ‎3．无论是串联电路，还是并联电路，或者是混联电路，只要其中一个电阻增大(或减小)，总电阻就增大(或减小)．‎ ‎4．无论电路怎样连接，每一段电路的总耗电功率P总等于各电阻(用电器)耗电功率之和．‎ ‎【例1】 材料的电阻率ρ随温度变化的规律为ρ＝ρ0(1＋αt)，其中α称为电阻温度系数，ρ0是材料在t＝0 ℃时的电阻率．在一定的温度范围内α是与温度无关的常量．金属的电阻一般随温度的增加而增加，具有正温度系数；而某些非金属如碳等则相反，具有负温度系数．利用具有正负温度系数的两种材料的互补特性，可制成阻值在一定温度范围内不随温度变化的电阻．已知：在0 ℃时，铜的电阻率为1.7×10－8 Ω·m，碳的电阻率为3.5×10－5 Ω·m；在0 ℃附近，铜的电阻温度系数为3.9×10－3 ℃－1，碳的电阻温度系数为－5.0×10－4 ℃－1.将横截面积相同的碳棒与铜棒串接成长1.0 m的导体，要求其电阻在0 ℃附近不随温度变化，求所需碳棒的长度(忽略碳棒和铜棒的尺寸随温度的变化)．‎ 14‎ ‎[规范思维]‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎[针对训练1]　一个T型电路如图2所示，‎ 图2‎ 电路中的电阻R1＝10 Ω，R2＝120 Ω，R3＝40 Ω.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 Ω B．当ab端短路时，cd之间的等效电阻是40 Ω 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 二、电功与电热的计算 ‎1．W＝IUt普遍适用于计算任何一段电路上的电功．P＝IU普遍适用于计算任何一段电路上消耗的电功率．‎ ‎2．Q＝I2Rt，只用于计算电热．‎ ‎3．对纯电阻电路来说，由于电能全部转化为内能，所以有关电功、电功率的所有公式和形式都适用，即 W＝IUt＝I2Rt＝t，P＝IU＝I2R＝.‎ ‎4．在非纯电阻电路中，总电能中的一部分转化为热能，另一部分转化为其他形式的能，即：W总＝UIt＝E其他＋Q，电热仍用Q＝I2Rt计算．这时，W总＝IUt>Q＝I2Rt，同理P总>P热．‎ ‎【例2】 如图3所示，‎ 14‎ 图3‎ A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻rA＝2 Ω，当K1闭合，K2、K3断开时，示数6 A；当K2闭合，K1、K3断开时，示数5 A，且电动机输出功率为35 W；当K3闭合，K1、K2断开时，示数为4 A．求：‎ ‎(1)电炉子的电阻及发热功率；‎ ‎(2)电动机的内阻；‎ ‎(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率．‎ ‎[规范思维]‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎[针对训练2]　‎ 图4‎ 在研究微型电动机的性能时，可采用如图4所示的实验电路．当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V．则有关这台电动机正常运转时的说法正确的是(　　)‎ A．电动机的内电阻为2 Ω B．电动机的内电阻为7.5 Ω C．电动机的输出功率为30 W D．电动机的输出功率为22 W 三、用电器正常工作的分析方法 用电器正常工作的条件：‎ ‎(1)用电器两端的实际电压等于其额定电压．‎ ‎(2)用电器中的实际电流等于其额定电流．‎ ‎(3)用电器的实际电功率等于其额定功率．‎ 如果以上三个条件中的任何一个得到满足，其余两个条件必定同时满足．‎ 14‎ ‎【例3】 如图5所示电路中E为电源，‎ 图5‎ 其电动势E＝9.0 V，内阻可忽略不计；AB为滑动变阻器，其电阻R＝30 Ω；L为一小灯泡，其额定电压U＝6.0 V，额定功率P＝1.8 W；S为开关．开始时滑动变阻器的触头位于B端，现在接通开关S，然后将触头缓慢地向A端滑动，当到达某一位置C处时，小灯泡刚好正常发光．则CB之间的电阻应为(　　)‎ A．10 Ω B．20 Ω C．15 Ω D．5 Ω ‎[针对训练3]　如下图所示，额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的两灯泡，接在220 V电路上使用，使电灯能够正常发光，且电路中消耗电能最小的电路是哪一个(　　)‎ 四、电流表、电压表的改装 ‎1．电流表G(表头)‎ ‎(1)原理：当线圈中有电流通过时，线圈在安培力作用下带动指针一起偏转，电流越大，指针偏转的角度越大，可以证明I∝θ，所以根据表头指针偏转的角度可以测出电流的大小，且表盘刻度是均匀的．‎ ‎(2)三个参数：内阻Rg，满偏电流Ig，满偏电压Ug，关系是Ug＝IgRg.‎ ‎2．电压表及大量程电流表(由表头改装而成)‎ 改装为电压表 改装为大量程电流表 原理 串联电阻分压 并联电阻分流 改装原理图 分压电阻 或分流电阻 U＝Ig(R＋Rg)‎ 所以R＝－Rg IgRg＝(I－Ig)R 所以R＝ 改装后 电表内阻 RV＝Rg＋R>Rg RA＝3P甲 ‎8．如图12所示，把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等．则这两个电路中的U甲、U乙，R甲、R乙之间的关系，正确的是(　　)‎ 图12‎ A．U甲>2U乙 B．U甲＝2U乙 C．R甲＝4R乙 D．R甲＝2R乙 题号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ 答案 图13‎ ‎9．如图13所示，有一个提升重物用的直流电动机，电阻为r＝0.6 Ω，电路中的固定电阻R＝10 Ω，电路两端的电压U＝160 V，电压表的示数U′＝110 V，则通过电动机的电流是多少？电动机的输入功率和输出功率又各是多少？‎ 14‎ 图14‎ ‎10．用一个标有“12 V,24 W”的灯泡做实验，测得灯丝电阻随灯泡两端电压变化关系图象如图14所示。‎ ‎(1)在正常发光条件下，灯泡的电功率为多大？‎ (2) 设灯丝电阻与绝对温度成正比，室温为300 K，求正常发光条件下灯丝的温度。‎ (3) 将一定值电阻与灯泡串联后接到20 V电压上，要使灯泡能正常发光，串联的电阻为多大？‎ ‎(4)当合上开关后，需要0.5 s灯泡才能达到正常亮度，为什么这时电流比开始时小？计算电流的最大值。‎ 学案33　串并联电路　焦耳定律 ‎【课前双基回扣】‎ ‎1．ABC　[由并联电路的特点知：并联电路的总电阻比各支路中的任意一个分电阻的阻值都要小且任一支路电阻增大时(其他支路不变)，总电阻也增大，所以A、B、C对，D错．]‎ ‎2．ABC　[电路中电流I＝＝ A＝0.6 A；R2阻值为R2＝＝ Ω＝20 Ω，三只电阻两端的总电压U＝I(R1＋R2＋R3)＝21 V；电阻R3两端的电压U3＝IR3＝0.6×5 V＝3 V．]‎ ‎3．AB　[P＝UI、P＝适用于任何电路的电功率的计算，而P＝I2R、P＝只适用于纯电阻电路的电功率的计算，故A正确，C错误．P＝I2R适用于任何电路的热功率的计算，P＝UI、P＝只适用于纯电阻电路的热功率的计算，故B正确．]‎ ‎4．B　[电动机工作时，是非纯电阻电路，输入的总电能为UIt，它转化为两部分：一是电动机内阻上产生的热能Q＝I2Rt，二是电动机对外输出的机械能E＝UIt－I2Rt.]‎ ‎5．B　[比较(a)、(b)两图的电压读数，可知ΔU＝0.20 V，则＝＝0.08；电流变化ΔI＝0.40 mA，则＝＝0.087，可见> 14‎ ‎，即电流变化明显一些，可见电压表内阻带来的影响比电流表内阻带来的影响大，故应采取内接法，即按照(a)图所示电路测量电阻Rx，Rx＝＝543 Ω，此法测量值偏大，因此选项B正确．]‎ ‎6．C　[判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流．‎ 由P＝和已知条件可知RA110 V，B灯被烧毁，两灯不能正常发光．‎ 对于B电路，由于RB>RA，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于RB，所以UB>U并，A灯若正常发光，则B灯烧毁．‎ 对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光．‎ 对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光．‎ 比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(IA－IB)×110，而D电路中变阻器功率为(IA＋IB)×110，所以C电路消耗电功率最小．]‎ 思维提升 ‎1．无论电路是串联还是并联，当其中某一个电阻阻值增大时，总电阻就是变大的．给原来的电路再串联一个电阻时，总电阻会变大，而当给原来的电路并联一电阻时，总电阻将变小．‎ ‎2．公式R＝，P＝只能适用于纯电阻电路，而Q＝I2Rt能计算任何电路的焦耳热．‎ ‎3．电流表改装成电压表的原理是串联电路的分压作用，电流表改装成电压表后Rg、Ig、Ug均不变．‎ ‎【核心考点突破】‎ 例1 3.8×10－3 m 解析　设所需碳棒的长度为L1，电阻率为ρ1，电阻温度系数为α1；铜棒的长度为L2，电阻率为ρ2，电阻温度系数为α2.由题意，得 ρ1＝ρ10(1＋α1t)①‎ ρ2＝ρ20(1＋α2t)②‎ 式中ρ10、ρ20分别为碳和铜在0 ℃时的电阻率．‎ 设碳棒的电阻为R1，铜棒的电阻为R2.根据电阻定律有 R1＝ρ1③‎ R2＝ρ2④‎ 其中S为碳棒和铜棒的横截面积．‎ 碳棒与铜棒连接成的导体的总电阻和总长度分别为 R＝R1＋R2⑤‎ L0＝L1＋L2⑥‎ 式中L0＝1.0 m 由①②③④⑤⑥得 14‎ R＝ρ10＋ρ20＋t⑦‎ 要使R不随t变化，⑦式中t的系数必须为零，即 ρ10α1L1＋ρ20α2L2＝0⑧‎ 由⑥⑧两式，有L1＝L0⑨‎ 代入数据得L1＝3.8×10－3 m ‎[规范思维]　电阻的串并联和电阻定律可以以不同形式的题目出现，但是问题的本质仍然是基本公式和基本原理；本题的解题关键是依据电阻定律写出两电阻的表达式及根据串联电路特点写出总电阻的表达式．‎ 例2 (1)2 Ω　72 W　(2)1 Ω　(3)16 W 解析　(1)电炉子为纯电阻，由欧姆定律得：‎ R＝＝ Ω＝2 Ω 其发热功率为：PR＝UI1＝12×6 W＝72 W.‎ ‎(2)电动机为非纯电阻，由能量守恒定律得：‎ UI2＝IrM＋P输出 所以：rM＝＝ Ω＝1 Ω.‎ ‎(3)电解槽为非纯电阻，由能量守恒定律得：‎ P化＝UI3－IrA 所以P化＝(12×4－42×2) W＝16 W.‎ ‎[规范思维]　①分析电路时，一定要先分析电路中的用电器是否为纯电阻，然后根据具体情况选用适当的公式．‎ ‎②在非纯电阻电路中，如电动机，电解槽均为非纯电阻电路，它们的电功大于电热，此时电功率只能用公式P＝UI来进行计算；并且在非纯电阻电路中，欧姆定律同样不能适用．‎ 例3 B　[灯泡的工作电流I＝＝ A＝0.3 A 此时AC间电阻R1＝＝ Ω＝10 Ω 故CB间电阻R2＝R－R1＝20 Ω，故B选项正确．]‎ 例4 ①C　6　②如图所示　③7.5　10.0‎ 解析　①改装电压表需根据电压表内阻计算分压电阻的电阻值，表的内阻是定值且量程扩大3倍即为改装的电压表，故应选C，要将量程为3 V，内阻3 kΩ的电压表改装为量程为9 V的电压表，串联分压电阻的阻值为R＝＝6 000 Ω＝6 kΩ.‎ ‎ ②电路原理图如图所示．‎ 14‎ ‎③根据闭合电路欧姆定律知 E＝3U＋·r 将U1＝1.5 V，R1′＝15.0 Ω及U2＝2.00 V，R2′＝40.0 Ω分别代入上式联立解方程组得 E＝7.5 V，r＝10.0 Ω.‎ ‎[针对训练]‎ ‎1．AC　2.AD ‎3．C　[根据P＝知R＝，按题目已知PA>PB，则RA