高中物理教科版1第二章直流电路 2023版第2章章末分层突破

章末分层突破[自我校对]①I＝q/t ②I＝eq\f(E,R＋r)③R＝ρeq\f(l,S) ④W＝UIt⑤P＝W/t ⑥R＝ρeq\f(l,S)⑦I＝eq\f(U,R) ⑧Q＝I2Rt⑨I＝eq\f(E,R＋r)动态电路问题的分析方法1.常规思维过程：(1)对电路进行分析，从阻值变化的部分入手，由串、并联规律判断电路总电阻的变化情况(若只有有效工作的一个电阻阻值变化，则不管它处于哪一支路，电路总电阻一定跟随该电阻变化规律而变)．(2)由全电路欧姆定律判断电路总电流、路端电压的变化情况．(3)再根据电路特点和电路中电压、电流分配原则判断各部分电流、电压、电功率的变化情况．2.滑动变阻器常见三种接法的特点：(1)如图2­1所示的限流式接法．RAB随P、b间的电阻增大而增大．图2­1(2)如图2­2所示分压电路．电路总电阻RAB等于AP段电阻RaP和R1并联后的电阻与Pb段电阻RPb的串联值．当P由a滑至b时，虽然RaP与RbP变化相反，但电路的总电阻RAB持续减小；若P点反向移动，则RAB持续增大．图2­2(3)如图2­3所示并联式电路．由于两并联支路的电阻之和为定值，则两支路的并联电阻随两支路阻值之差的增大而减小；随两支路阻值之差的减小而增大，且支路阻值相差最小时有最大值，相差最大时有最小值．图2­3如图2­4所示是一实验电路图，在滑动触头由a端滑向b端的过程中，下列表述正确的是()【导学号：96322051】图2­4A．路端电压变小B．电流表的示数变大C．电源内阻消耗的功率变小D．电路的总电阻变大【解析】当滑片向b端滑动时，接入电路中的电阻减小，使总电阻减小，D错；根据I＝eq\f(E,R)可知总电流增大，又由U＝E－Ir知路端电压减小，A对；流过电流表的示数为I1＝eq\f(U,R3)可知电流表示数减小，B错；由P内＝I2r知内阻消耗的功率增大，C错．【答案】A(多选)在如图2­5所示电路中，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，保护电阻R0＝3Ω，滑动变阻器总电阻R＝20Ω，闭合开关S，在滑片P从a滑到b的过程中，若电流表内阻忽略，正确的是()图2­5A．电流表的示数先减小后增大B．电流表的示数先增大后减小C．滑动变阻器消耗的功率先增大后减小D．滑动变阻器消耗的功率先增大后减小，再增大再减小【解析】此电路是滑动变阻器的上部分与下部分并联后，再与R0串联．当滑片P从a滑到b的过程中，并联电路的电阻先增大后减小，所以总电流先减小后增大，A正确．当滑动变阻器的并联总电阻等于R0＋r时，滑动变阻器消耗的功率最大，在滑片P从a滑到b的过程中，并联电阻有两次达到该值，故选项D正确．【答案】AD电路故障的分析方法这类题目要从已知条件出发，进行严密推理，找出故障的原因．具体方法如下：1．仪器检测法(1)用电压表对断路故障判断：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)用电压表对短路故障判断：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，则该段电路短路．(3)用欧姆表检测：在使用欧姆表检测电路故障时，一定要注意将待测部分与电路断开．若测得某段电路的电阻是零，说明该部分短路；若测得某段电路的电阻是无穷大，说明该部分断路．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，推理结果若与题述现象相符，则故障发生在该部分电路．否则，故障没发生在该部分电路．用此方法，直到找到故障为止．(多选)如图2­6所示为一电路板的示意图，a、b、c、d为接线柱，a、d与220V的交流电源连接．a、b间，b、c间，c、d间分别连接一个电阻，现发现电路中没有电流，为检查电路故障，用一交流电压表分别测得b、d两点间以及a、c两点间的电压均为220V，由此可知()【导学号：96322052】图2­6A．a、b间电路通，c、d间电路不通B．a、b间电路不通，b、c间电路通C．a、b间电路通，b、c间电路不通D．b、c间电路不通，c、d间电路通【解析】由于用交流电压表测得b、d两点间电压为220V，这说明a、b间电路是通的，b、c间电路不通或c、d间电路不通；由于a、c两点间电压为220V，这说明c、d间电路是通的，a、b间电路不通或b、c间电路不通，综合分析可知b、c间电路不通，a、b间和c、d间电路通，即选项C、D正确．【答案】CD如图2­7所示的电路中，闭合开关S后，灯L1、L2都能发光．后来由于某种故障使灯L2突然变亮(未烧坏)，电压表的读数增大，由此可推断，这故障可能是()图2­7A．电阻R1断路B．电阻R2短路C．灯L1上两接线柱间短路D．电阻R2断路【解析】根据题设条件，电路中的某种故障产生两个后果：一是灯L2突然变亮，二是电压表的读数增大，只有符合这两个条件的故障才是可能的故障．因为电压表的读数增大，所以路端电压增大，电源内阻上的电压减小，说明总电流减小，电路总电阻增大．若电阻R1断路，会导致总电阻增大，总电流减小，而此时灯L2两端电压会减小，致使灯L2暗，故选项A不符合题意．若电阻R2短路，灯L2将不亮，选项B不符合题意．若灯L1上两接线柱间短路，电路的总电阻减小，总电流增大，电压表读数减小，选项C不符合题意．若电阻R2断路，电路的总电阻增大，总电流减小，电压表的读数增大，而总电流减小导致内电压和灯L1、R1并联部分电压减小，灯L2端电压增大，灯L2变亮，符合题意，故选项D正确．【答案】D故障电路部分的特点(1)断路的特点：电路中发生断路，表现为电路中的电流为零而电源两端的电压不为零；若外电路中某两点之间的电压不为零，则表示这两点之间出现了断路，同时也说明这两点与电源之间的相连部分无断路．(2)短路的特点：电路发生短路时，表现为有电流通过短路电路，即电流表是有一定示数的，但用电压表测该支路两端的电压时，电压表示数为零．1．一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为ρ，棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m、电荷量为e.在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为()图2­8\f(mv2,2eL) \f(mv2Sn,e)C．ρnev \f(ρev,SL)【解析】由电流定义可知：I＝eq\f(q,t)＝eq\f(nvtSe,t)＝neSv，由欧姆定律可得：U＝IR＝neSv·ρeq\f(L,S)＝ρneLv，又E＝eq\f(U,L)，故E＝ρnev，选项C正确．【答案】C2．某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合．为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是()【导学号：96322053】A．一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器B．一个伏特表和多个定值电阻C．一个安培表和一个电阻箱D．两个安培表和一个滑动变阻器【解析】由E＝U＋Ir、E＝IR＋Ir、E＝U＋eq\f(U,R)r知，要测量E和r，需要测出多组U、I或I、R或U、R值，选项A、B、C均可满足测量需要，选项D中R无法测出，最不可取．【答案】D3．阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示电路．开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为与Q2的比值为()【导学号：96322054】图2­9\f(2,5) \f(1,2)\f(3,5) \f(2,3)【解析】断开S和闭合S后等效电路分别如图甲、乙所示．甲乙根据串联电路的电压与电阻成正比可得甲、乙两图中电容器两极板间的电压U1＝eq\f(1,5)E，U2＝eq\f(1,3)E，C所带的电荷量Q＝CU，则Q1∶Q2＝3∶5，选项C正确．【答案】C4．如图2­10所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略，平行板电容器C的极板水平放置，闭合电键S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动．如果仅改变下列某一个条件，油滴仍能静止不动的是()图2­10A．增大R1的阻值B．增大R2的阻值C．增大两板间的距离D．断开电键S【解析】增大R1的阻值，稳定后电容器两板间的电压升高，带电油滴所受电场力增大，将向上运动，A错误．电路稳定后，电容器相当于断路，无电流通过电阻R2，故R2两端无电压，所以，增大R2的阻值，电容器两板间的电压不变，带电油滴仍处于静止状态，B正确．增大两板间的距离，两板间的电压不变，电场强度减小，带电油滴所受电场力减小，将向下运动，C错误．断开电键S后，两极间的电势差为零，带电油滴只受重力作用，将向下运动，D错误．【答案】B5．(多选)如图2­11所示的电路中，电源电动势为12V，内阻为2Ω，四个电阻的阻值已在图中标出．闭合开关S，下列说法正确的有()【导学号：96322055】图2­11A．路端电压为10VB．电源的总功率为10WC．a、b间电压的大小为5VD．a、b间用导线连接后，电路的总电流为1A【解析】根据串并联电路的特点可得，外电路总电阻为10Ω，根据闭合电路欧姆定律得通过电源的电流为I＝eq\f(12,2＋10)A＝1A，则路端电压为U＝IR外＝10V，选项A正确；电源的总功率P＝EI＝12W，选项B错误；若取电源负极的电势为0，则a点电势为φA＝V，b点电势为φB＝V，a、b间电压的大小为5V，选项C正确；若a、b间用导线连接起来，根据串并联电路的特点可得，外电路总电阻为Ω，根据闭合电路欧姆定律得电路的总电流为I＝eq\f(12,2＋A≈A，选项D错误．【答案】AC6．某同学想要描绘标有“V,0.3A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整．可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有： 【导学号：96322056】电压表V1(量程0～3V，内阻等于3kΩ)电压表V2(量程0～15V，内阻等于15kΩ)电流表A1(量程0～200mA，内阻等于10Ω)电流表A2(量程0～3A，内阻等于Ω)滑动变阻器R1(0～10Ω，额定电流2A)滑动变阻器R2(0～1kΩ，额定电流A)定值电阻R3(阻值等于1Ω)定值电阻R4(阻值等于10Ω)定值电阻R5(阻值等于1kΩ)电源E(E＝6V，内阻不计)(1)请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁．(2)该同学描绘出的I­U图像应是下图中的________．【解析】描绘小灯泡的伏安特性曲线时，要求“测量数据尽量精确、绘制曲线完整”，从电表的量程来看，V1、A1量程偏小，直接测量灯泡的电压、电流时，曲线不完整，若用V2、A2测量灯泡的电压、电流时，读数不够精确．题目中给了滑动变阻器和几个定值电阻，我们可以采用定值电阻分压、分流的方式扩大电表的量程，准确读出灯泡的电流值、电压值，绘制完整的曲线．(1)电路图如图所示，滑动变阻器的选择：R2的阻值太大，调节不灵敏，故选R1.与电流表A1并联的电阻：由于A1的内阻为10Ω，若选R4为并联电阻，则量程为0～0.4A，若选R3时并联阻值过小，改装后量程过大，而电流表读数偏小，读数欠精确．与电压表串联的电阻：分压电阻的阻值应该与电压表V1的内阻具有可比性，故选择R5作为分压电阻，此时量程为0～4V.(2)灯丝的电阻率随温度的升高而增大，其阻值也随温度的升高而增大，则I­U图线的斜率应越来越小，图B正确．【答案】(1)如图所示(2)B7．用如图2­12所示电路测量电源的电动势和内阻．实验器材：待测电源(电动势约3V，内阻约2Ω)，保护电阻R1(阻值10Ω)和R2(阻值5Ω)，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干.【导学号：96322057】实验主要步骤：①将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；②逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；③以U为纵坐标，I为横坐标，作U­I图线(U、I都用国际单位)；④求出U­I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.图2­12回答下列问题：(1)电压表最好选用________；电流表最好选用________．A．电压表(0～3V，内阻约15kΩ)B．电压表(0～3V，内阻约3kΩ)C．电流表(0～200mA，内阻约2Ω)D．电流表(0～30mA，内阻约2Ω)(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大．两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________．A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式，E＝________，r＝________，代入数值可得E和r的测量值．【解析】(1)由于待测电源的电动势为3V，故电压表应选0～3V量程，而该电路中电压表分流越小，实验误差越小，故选大内阻的电压表，故电压表选A.回路中电流的最大值Imax＝eq\f(E,R1＋R2＋r＋rA)≈158mA，故电流表选C.(2)当电压表示数变大时，说明外电路电阻变大，即滑片从左向右滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变大，对于A、B两选项，在滑片移动的过程中回路电阻不变，选项C中滑片向右移动时回路电阻变大，选项D中，滑片向右移动时回路电阻变小，故选项C正确．(3)根据闭合电路欧姆定律，得E＝U＋I(R2＋r)，即U＝E－I(R2＋r)，所以k＝R2＋r，所以r＝k－R2，横截距为U＝0时，I＝a，即0＝E－ak，所以E＝ak.【答案】(1)AC(2)C(3)akk－R2章末综合测评(二)(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(本大题共8个小题，共48分．在每小题给出的四个选项中，第1～5题只有一项符合题目要求，第6～8题有多项符合题目要求，全都选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)1．关于公式R＝eq\f(U,I)和公式R＝ρeq\f(l,S)，下列说法中正确的是()A．两公式对一切情况都适用B．R＝eq\f(U,I)仅适用于金属导体，R＝ρeq\f(l,S)适用于任何导体C．导体的电阻R与U成正比，与I成反比D．导体的电阻在温度一定时，与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比【解析】R＝eq\f(U,I)适用于一切导体，R＝ρeq\f(l,S)适用于金属导体和电解质溶液，A、B错；导体电阻在温度一定时，与导体长度成正比，与横截面积成反比，长度、横截面积不变时，电阻阻值不变，与导体两端电压、通过导体的电流大小无关，C错，D对．【答案】D2．关于电功和焦耳热，下列说法错误的是()A．在纯电阻电路中，计算电功可用公式W＝I2RtB．在非纯电阻电路中，计算电功可用公式W＝I2RtC．在非纯电阻电路中，计算焦耳热可以用Q＝I2RtD．在纯电阻电路中，计算焦耳热可以用W＝UIt【解析】在非纯电阻电路中，电功计算式为W＝UIt，电热计算式Q＝I2Rt，电功不等于电热，故B错．【答案】B3．一个标有“1kΩ，40W”的电阻器，下列说法错误的是()A．允许长期通过它的最大电流是0.2AB．额定电压是200VC．在额定电压下消耗的功率为40WD．加50V电压时消耗的功率为10W【解析】铭牌上标注的是该电阻器的阻值和允许的最大功率，据P＝I2R得Imax＝eq\r(\f(40,1×103))A＝A，A正确；据P＝eq\f(U2,R)得U额＝eq\r(40×1000)V＝200V，B正确；40W为电阻器在额定电压下消耗的功率，C正确；据P＝eq\f(U2,R)知，U＝50V时P＝eq\f(502,1×103)W＝W，D错误．【答案】D4．一个闭合电路，是由电池供电的，外电路是纯电阻电路时，以下说法正确的是()A．当外电阻增大时，路端电压增大B．当外电阻减小时，路端电压增大C．当外电阻减小时，电池的输出功率一定增大D．当外电阻减小时，电池的输出功率一定减小【解析】由闭合电路欧姆定律得：U＝E－Ir＝E－eq\f(E,\f(R,r)＋1)，当外电阻增大时，路端电压增大，即A正确；由电源的输出功率随外电阻的变化关系图像得，当外电阻变化时，其输出功率可能增加也可能减小，即C、D均错误．【答案】A5．某实验小组用三只相同的小灯泡连接成如图1所示的电路，研究串、并联电路的特点．实验中观察到的现象是()【导学号：96322182】图1A．S2断开，S1与a连接，三只灯泡都熄灭B．S2断开，S1与b连接，三只灯泡亮度相同C．S2闭合，S1与a连接，三只灯泡都发光，L1、L2亮度相同D．S2闭合，S1与b连接，三只灯泡都发光，L3的亮度小于L2的亮度【解析】S2断开，S1与a连接时，三只灯泡串联，三只灯泡都发光，且亮度相同，A错误；S2断开，S1与b连接时，L1、L2两只灯泡串联，L3被断开没有接入电路，B错误；S2闭合，S1与a连接时，只有L2亮，L1和L3被短路，C错误；S2闭合，S1与b连接时，L1和L3并联，然后与L2串联，此时三只灯泡都发光，L3的亮度与L1的亮度相同，都小于L2的亮度，D正确．【答案】D6．如图2所示，一个电源在外电阻不断变化时，内、外电阻消耗的电功率随电流变化的关系分别用抛物线C1、C2表示．由该图可知()图2A．电源的电动势为4VB．电源的内电阻为2ΩC．电源输出功率的最大值为16WD．电源消耗的最大功率为16W【解析】图中交点表示内、外电路消耗功率相等，此时的功率和电流分别为4W和2A，由P内＝I2r，代入数据得r＝1Ω，故B错误；由P外＝I2R知R＝1Ω，内电阻等于外电阻，电动势为E＝I(R＋r)＝4V，A正确．外电阻和内电阻相等时电源输出的功率最大，最大值为4W，C错误．电源消耗的功率为P＝EIm，当R＝0时电流最大为4A，Pm＝16W，故D正确．【答案】AD7．如图3所示的电路，电源内阻不能忽略，电阻R1＝8Ω，R2＝10Ω，当开关S接a端时，电压表读数为V，若开关S接到b端时，电压表读数可能为()【导学号：96322183】图3A．V B．VC．V D．V【解析】当开关S从a端改接b端时，由于外电阻R2＞R1，故电压表读数必增大，即U＞V；若电源的内阻r≫R外时，可视电源为恒流电源，则U外最大为Umax＝eq\f(R2,R1)U1＝V，故U＜V，故选项B、C正确．【答案】BC8．在如图4所示的电路中，由于某一电阻发生短路或断路，使A灯变暗，B灯变亮，则故障可能是()图4A．R1短路 B．R2断路C．R3断路 D．R4短路【解析】由于A串联于干路中，且故障发生后，A灯变暗，故知电路中总电流变小，即电路总电阻变大，由此可排除选项A、D.假设R2断路，则其断路后，电路总电阻变大，总电流变小，A灯变暗，同时R2断路必引起与之并联的灯B中电流变大，使B灯变亮，推理结果与现象相符，故选项B对．假设R3断路，则也引起总电阻变大，总电流变小，使A灯变暗，同时R3断路后也必引起与之并联的电路(即R1所在支路)的电压和电流增大，灯B中分得的电流也变大，B灯变亮，故选项C正确．【答案】BC二、非选择题(本大题共4个小题，共52分，按题目要求作答)9．(12分)在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中(如图5甲).【导学号：96322184】甲乙图5(1)移动滑动变阻器的滑片应特别注意防止_________________________．(2)现备有以下器材：A．干电池1节B．滑动变阻器(0～50Ω)C．滑动变阻器(0～1750Ω)D．电压表(0～3V)E．电压表(0～15V)F．电流表(0～0.6A)G．电流表(0～3A)其中滑动变阻器应选________，电压表应选________，电流表应选________．(3)图乙是根据实验数据画出的U­I图像．由此可知这个干电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.【解析】(1)若滑动变阻器接入电路的电阻太小，则电路中电流太大，容易烧坏电流表．(2)滑动变阻器的阻值不需太大，可选B；通常干电池电动势为V，故电压表可选D，电流表可选F.(3)由题图乙可知E＝V，r＝eq\f－,Ω＝Ω.【答案】(1)滑动变阻器接入电路电阻太小，电路中电流太大，烧坏电流表(2)BDF(3)10．(12分)在练习使用多用电表的实验中：(1)某同学连接的电路如图6所示．图6①若旋转选择开关，使其尖端对准直流电流挡，此时测得的是通过________的电流；②若断开电路中的开关，旋转选择开关使其尖端对准欧姆挡，此时测得的是________的电阻；③若旋转选择开关，使其尖端对准直流电压挡，闭合开关，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，此时测得的是________两端的电压．(2)在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时()A．若双手捏住两表笔金属杆，则测量值将偏大B．若测量时发现指针偏离中央刻度过大，则必需减小倍率，重新调零后再进行测量C．若选择“×10”D．若欧姆表内的电池使用时间太长，虽然完成调零，但测量值将略偏大【解析】(1)多用电表与R1串联，则选择直流电流挡时，测得的是通过R1的电流；若断开电路中的开关，多用电表使用电阻挡，则R1和R2串联接在多用电表两端，此时测得的是R1和R2串联的电阻；若多用电表选用直流电压挡，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，则多用电表与R2并联，所以此时测得的是R2(或电源)两端的电压．(2)双手捏住两表笔金属杆，相当于给待测电阻又并联了一个电阻，测量值将偏小，选项A错误；测量时发现指针偏离中央刻度过大，要看指针偏角情况，若偏角太大，说明待测电阻较小，应减小倍率，