2018版高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路章末分层突破学案鲁科版选修3-1

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第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路

章末分层突破

[自我校对]

E

①

R＋r

②U＋Ir

③EI

④UI

⑤I2R

⑥I2r

⑦串联

⑧并联

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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41所示的限流式接法．R随P、b间的电阻增大而增大．

AB

图41

(2)如图42所示分压电路．电路总电阻R等于AP段电阻R和R并联后的电阻与PB

ABaP1

段电阻R的串联值．当P由a滑至b时，虽然R与R变化相反，但电路的总电阻R持续

bPaPbPAB

减小；若P点反向移动，则R持续增大．

AB

图42

(3)如图43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43

如图44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()

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图44

A．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

EU

I＝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I＝可

R1R

3

知电流表示数减小，B错；由P＝I2r知内阻消耗的功率增大，C错．

内

【答案】A

(多选)在如图45所示电路中，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，保护电阻

R＝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

0

流表内阻忽略，正确的是()

图45

A．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R串联．当滑片P从a

0

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R＋r时，滑动变阻器消耗的功率最大，在滑片P从a滑到b的

0

过程中，并联电阻有两次达到该值，故选项D正确．

【答案】AD

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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．

如图46所示的电路中，闭合开关S后，灯L、L都能发光．后来由于某种故

12

障使灯L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()

2

图46

A．电阻R断路

1

B．电阻R短路

2

C．灯L上两接线柱间短路

1

D．电阻R断路

2

【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L突然变亮，二

2

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R断路，会导致总电阻增大，总电流减小，而此时灯L两端电压会减小，致使

12

灯L暗，故选项A不符合题意．

2

若电阻R短路，灯L将不亮，选项B不符合题意．

22

若灯L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

1

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不符合题意．

若电阻R断路，电路的总电阻增大，总电流减小，电压表的读数增大，符合题意．而

2

总电流减小导致内电压和灯L、R并联部分电压减小，灯L端电压增大，灯L变亮，故选

1122

项D符合题意．

【答案】D

故障部分电路的特点

(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.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Q；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量

1

为Q.Q与Q的比值为()

212

图47

21

A.B.

52

32

C.D.

53

【解析】断开S和闭合S后等效电路分别如图甲、乙所示．

甲乙

1

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U＝E，U

152

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1

＝E，C所带的电荷量Q＝CU，则Q∶Q＝3∶5，选项C正确．

312

【答案】C

2．(多选)如图48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()

图48

A．路端电压为10V

B．电源的总功率为10W

C．a、b间电压的大小为5V

D．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

12

律得通过电源的电流为I＝A＝1A，则路端电压为U＝IR＝10V，选项A正确；电源

2＋10外

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φ＝2.5V，

a

b点电势为φ＝7.5V，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

b

来，根据串并联电路的特点可得，外电路总电阻为7.5Ω，根据闭合电路欧姆定律得电路

12

的总电流为I＝A≈1.26A，选项D错误．

2＋7.5

【答案】AC

3．如图49甲所示的电路中，恒流源可为电路提供恒定电流I，R为定值电阻，电流

0

表、电压表均可视为理想电表．某同学利用该电路研究滑动变阻器R消耗的电功率．改变

L

R的阻值，记录多组电流、电压的数值，得到如图乙所示的UI关系图线．

L

甲

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乙

图49

回答下列问题：

(1)滑动触头向下移动时，电压表示数______________(填“增大”或“减小”)．

(2)I＝______________A.

0

(3)R消耗的最大功率为______________W(保留一位有效数字)．

L

【解析】(1)滑动触头向下移动，R变小，R与R并联后的总电阻R变小，由于电路

L1总

连接恒流源，根据U＝IR可得电压表示数减小．

总

(2)若滑动触头滑至最下端，R＝0，定值电阻R被短路，电流表示数即为干路电流，由

L

UI图象，当U＝0时，I＝I＝1.0A.

0

(3)由UI图象得解析式U＝－20I＋20，根据P＝UI得：P＝－20I2＋20I，则当I＝0.5

A时，P有最大值，P＝5W

max

【答案】(1)减小(2)1.00(0.98、0.99、1.00均正确)(3)5

4．现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃

时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过I时就会报

c

警)，电阻箱(最大阻值为999.9Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R(最

1

大阻值为1000Ω)，滑动变阻器R(最大阻值为2000Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干．

2

在室温下对系统进行调节．已知U约为18V，I约为10mA；流过报警器的电流超过

c

20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60℃时阻值为650.0

Ω.

(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线．

(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R”或“R”)．

12

(3)按照下列步骤调节此报警系统：

①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；

滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是

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