高中教科版物理选修3-1素养学案阶段提升课第二章直流电路

温馨提示：此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。第二章知识体系·思维导图考点整合·素养提升考点含电容器直流电路的分析1.解决含电容器的直流电路问题的一般方法:(1)通过初末两个稳定的状态来了解中间不稳定的变化过程。(2)只有当电容器充、放电时,电容器支路中才会有电流,当电路稳定时,电容器对电路的作用是断路。(3)电路稳定时,与电容器串联的电阻为等势体,电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压。(4)在计算电容器的带电荷量变化时,如果变化前后极板带电的电性相同,那么通过所连导线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之差;如果变化前后极板带电的电性相反,那么通过所连导线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。2.含容电路的分析与计算的关键词转化【典例1】(多选)如图所示,R1、R2、R3、R4均为可变电阻,C1、C2均为电容器,电源的电动势为E,内阻r≠0。若改变四个电阻中的一个阻值,则()A.减小R1,C1、C2所带的电量都增加B.增大R2,C1、C2所带的电量都增加C.增大R3,C1、C2所带的电量都增加D.减小R4,C1、C2所带的电量都增加【解析】选B、D。R1上没有电流流过,R1是等势体,故减小R1,C1两端电压不变,C2两端电压不变,C1、C2所带的电量都不变,选项A错误;增大R2,C1、C2两端电压都增大,C1、C2所带的电量都增加,选项B正确;增大R3,C1两端电压减小,C2两端电压增大,C1所带的电量减小,C2所带的电量增加,选项C错误;减小R4,C1、C2两端电压都增大,C1、C2所带的电量都增加,选项D正确。(2020·达州高二检测)如图所示,平行金属板中带电质点P原来处于静止状态,电流表和电压表为理想电表,当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时,则()A.电压表读数增大 B.电流表读数增大C.质点P将向上运动 D.R3上消耗的功率逐渐增大【解析】选B。由题图可知,R2与滑动变阻器R4串联,与R3并联后,再与R1串联接在电源两端;电容器与R3并联;当滑片向b移动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,则电路中总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知,干路中电流增大,电源的内电压增大,路端电压减小,同时,R1两端的电压也增大,故并联部分的电压减小;由欧姆定律可知流过R3的电流减小,则流过并联部分的电流增大,故电流表示数增大;因并联部分电压减小,而R2中电压增大,故电压表示数减小,故A错误,B正确;因R3两端电压减小,则电容器两端电压减小,故质点P受到的向上的电场力减小,则重力大于电场力,质点P向下运动,C错误;R3上电流减小,根据P=QUOTER3,则R3消耗的功率逐渐变小,选项D错误。故选B。考点U-I图像1.电源U-I图像和电阻U-I图像的比较:图像上的特征物理意义电阻U-I图像电源U-I图像图形图像表述的物理量变化关系电源的路端电压随电路电流的变化关系电阻两端电压随电阻中的电流的变化关系图线与坐标轴交点与纵轴交点表示电源电动势E,与横轴交点表示短路电流QUOTE过坐标轴原点,表示没有电压时电流为零图线上每一点坐标的乘积UI表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率图线上每一点对应的U、I比值表示外电阻的大小,不同点对应的外电阻大小不同每一点对应的比值均等大,表示此电阻的大小图线斜率的绝对值大小内电阻r电阻大小2.两类U-I图像关键词转化:【典例2】(多选)在如图所示的U-I图像中,直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I图线。用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路,由图像可知()A.电源的电动势为3V,内阻为0.5ΩB.电阻R的阻值为1ΩC.电源的输出功率为4WD.电源的效率为50%【解析】选A、B、C。由图线Ⅰ可知,电源的电动势为3V,内阻为r=QUOTE=0.5Ω;由图线Ⅱ可知,电阻R的阻值为1Ω,该电源与电阻R直接相连组成的闭合电路的电流为I=QUOTE=2A,路端电压U=IR=2V(可由题图读出),电源的输出功率为P=UI=4W,电源的效率为η=QUOTE×100%≈66.7%,故选项A、B、C正确,D错误。已知两电源1、2的电动势分别为E1、E2,且E1>E2,当外电路电阻为R时,外电路消耗功率正好相等。当外电路电阻降为R'时,电源1对应的外电路功率为P1,电源2对应的外电路功率为P2,电源1的内阻为r1,电源2的内阻为r2。则()A.r1>r2,P1>P2 B.r1<r2,P1<P2C.r1<r2,P1>P2 D.r1>r2,P1<P2【解析】选D。当两个电源分别与阻值为R的电阻连接时,电源输出功率相等,即(QUOTE)2R=(QUOTE)2R,QUOTE=QUOTE=I0由E1>E2,可得r1>r2;电源输出电压U与电路中电流I的关系为U=E-Ir。由于外电路电阻为R时,两电路中的电流大小相等,故两个电源的输出电压随电流变化关系的图像应为如图所示的两条相交的直线,交点的电流为I0,此时输出电压为U0=RI0,过原点O与该点的直线即电阻R的U-I图线。若将R减小为R',电路中R'的U-I图线如图所示,且U'=R'I,分别与两个电源的输出电压随电流变化关系图线交于两个不同的点。与电源1图线的交点处的电流和电压值均小于与电源2图线的交点处的电流和电压值,根据输出功率的定义P=UI可知,外电阻降为R'时,电源1的输出功率小于电源2的输出功率,即P1<P2。故选D。考点电学实验1.电压表、电流表的选择:估算电路中的电流或电压,指针应偏转到满刻度的QUOTE以上。若无法估算电路中的电流和电压,则应先选用较大的量程,再逐步减小量程。2.滑动变阻器的选择:(1)选择的原则:(2)都不超允许通过的最大电流的情况下,选择阻值范围小的;分压接法选择阻值范围小的。3.科学测量中的仪器选择的关键词转化:【典例3】(2019·全国卷Ⅲ)某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准,要求改装后欧姆表的15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度。可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14kΩ),滑动变阻器R1(最大阻值1500Ω),滑动变阻器R2(最大阻值500Ω),电阻箱(0～99999.9Ω),干电池(E=1.5V,r=1.5Ω),红、黑表笔和导线若干。(1)欧姆表设计。将图甲中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后,滑动变阻器R接入电路的电阻应为__Ω,滑动变阻器选__(选填“R1”或“R2”)。

(2)刻度欧姆表表盘。通过计算,对整个表盘进行电阻刻度,如图乙所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75,则a、b处的电阻刻度分别为__、__。

(3)校准。红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向__kΩ处;将红、黑表笔与电阻箱连接,记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值,完成校准数据测量。若校准某刻度时,电阻箱旋钮位置如图丙所示,则电阻箱接入的阻值为____Ω。

【解析】(1)实物连线如图所示:根据欧姆表的改装原理,由短接时的欧姆定律和中值电阻的意义可得出R0+R+98.5Ω+r=15kΩ,代入数据可求得R=900Ω,为了电路安全,应选择R1。(2)由欧姆表表盘的刻度原理可知Rx=E(QUOTE-QUOTE),代入具体数据。当I=25μA时,求得Rx=45kΩ;当I=75μA时,求得Rx=5kΩ。故a、b处的电阻刻度分别为45、5。(3)校准时,应将红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向0kΩ处。由图丙可知,电阻箱接入的阻值为3×10kΩ+5×1kΩ+0×100Ω+0×10Ω+0×1Ω+0×0.1Ω=35000.0Ω。答案:(1)图见解析900R1(2)455(3)035000.0(2019·天津高考)现测定长金属丝的电阻率。(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是____mm。

(2)利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻Rx约为100Ω,画出实验电路图,并标明器材代号。电源E(电动势10V,内阻约为10Ω)电流表A1(量程0～250mA,内阻R1=5Ω)电流表A2(量程0～300mA,内阻约为5Ω)滑动变阻器R(最大阻值10Ω,额定电流2A)开关S及导线若干(3)某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算式Rx=____。从设计原理看,其测量值与真实值相比____(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。

【解析】(1)根据螺旋测微器的读数法则可知读数为0+20.0×0.01mm=0.200mm。(2)因该实验没有电压表,电流表A1的内阻已知,故用A1表当电压表使用;由于滑动变阻器的总