高考物理三轮冲刺题型归纳讲练专题18 电学基本规律的应用（原卷版）

专题18电学基本规律的应用[题型导航]题型一欧姆定律及电阻定律的理解 1题型二电功、电功率、电热及热功率在两种电路中的应用 3题型三电路的动态分析 5题型四电路中的功率及效率问题 8题型五对电源U-I图像的理解和应用 10题型六含电容器电路的分析 11题型七电路故障分析 14[考点分析]题型一欧姆定律及电阻定律的理解1．电阻(1)定义式：R＝eq\f(U,I).(2)物理意义：导体的电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小．2．电阻定律：R＝ρeq\f(l,S).3．电阻率(1)物理意义：反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性．(2)电阻率与温度的关系①金属的电阻率随温度升高而增大；②半导体的电阻率随温度升高而减小；③超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小为零，成为超导体．4．电阻与电阻率的区别(1)电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，电阻大的导体对电流的阻碍作用大．电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量，电阻率小的材料导电性能好．(2)导体的电阻大，导体材料的导电性能不一定差；导体的电阻率小，电阻不一定小，即电阻率小的导体对电流的阻碍作用不一定小．(3)导体的电阻、电阻率均与温度有关．5．电阻的决定式和定义式的区别公式R＝ρeq\f(l,S)R＝eq\f(U,I)区别电阻的决定式电阻的定义式说明了电阻的决定因素提供了一种测定电阻的方法，并不说明电阻与U和I有关只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解质溶液适用于任何纯电阻导体如图所示，横截面都是正方形的三段导体，它们的材料和长度都相同，导体B刚好能嵌入导体A，导体C刚好能嵌入导体B，现将三段导体串联接入到同一电路中，则（）A．导体C的电阻最大 B．导体A两端的电压最大 C．导体B消耗的电功率最大 D．三段导体在相等时间内产生的热量相等有一种“电测井”技术，用钻头在地上钻孔，在钻孔中进行电特性测量，可以反映地下的有关情况。如图所示为一钻孔，其形状为圆柱体，半径为10cm，设里面充满浓度均匀的盐水，其电阻率ρ＝0.314Ω•m，在钻孔的上表面和底部加上电压，测得U＝100V，I＝100mA，则该钻孔的深度为（）A．50m B．100m C．1000m D．2000m如图所示，两根材料相同的均匀导体柱m和n，m长为l，n长为2l，串联在电路图1中时，沿x轴方向电势变化如图2φ﹣x所示，选取x＝3l处电势为零，则导体柱m、n的横截面积之比为（）A．13 B．12 C．14题型二电功、电功率、电热及热功率在两种电路中的应用1．电功(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做的功．(2)公式：W＝qU＝IUt(适用于任何电路)．(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程．2．电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢．(2)公式：P＝eq\f(W,t)＝IU(适用于任何电路)．3．焦耳定律(1)电热：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比．(2)公式：Q＝I2Rt.4．电功率P＝IU和热功率P＝I2R的应用(1)不论是纯电阻还是非纯电阻，电流的电功率均为P电＝UI，热功率均为P热＝I2R.(2)对于纯电阻而言：P电＝P热＝IU＝I2R＝eq\f(U2,R).(3)对于非纯电阻而言：P电＝IU＝P热＋P其他＝I2R＋P其他≠eq\f(U2,R)＋P其他．某同学想用一只半导体热敏电阻Rt制作一支能测量水温的温度计。他查阅资料获得了图1所示的该热敏电阻的R﹣t特性曲线，并设计了图2所示的温度计电路，图中R0＝100Ω，电压表的量程是0～3V，电源电动势恒定，内阻可不计。他的制作目标是温度计的测量范围是0～100℃，且水温100℃时电压表指针偏转达到最大位置。则（）A．电源的输出电压为3V B．水温越高，电压表的示数越小 C．电压表的0刻度对应水温0℃ D．水温55℃时电压表的示数为2.40V电动机与小电珠串联接入电路，电动机正常工作时，小电珠的电阻为R1，两端电压为U1，流过的电流为I1；电动机的内电阻为R2，两端电压为U2，流过的电流为I2．则（）A．I1＜I2 B．U1C．U1U2智能手机耗电量大，移动充电宝应运而生，它是能直接为移动设备充电的储能装置，充电宝的转换率是指充电宝放电总量占充电宝容量的比值，一般在0.6～0.7，如图为某一款移动充电宝，其参数见表，下列说法正确的是（）容量20000mA•h兼容性所有智能手机边充边放否保护电器是输入DC5V2AMAX输出DC5V0.1A﹣2.5A尺寸156*82*22mm转换率0.60产品名称索杨SY10﹣200重量约430gA．充电宝充电时将电能转化为内能 B．该充电宝最多能储存的能量为3.6×106J C．该充电宝电量从零到完全充满所用时间约为2h D．用该充满电的充电宝给电量为零、容量为3000mA•h的手机充电，理论上能充满4次电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，K是感温材料制造的开关。下列说法中错误的是（）A．其中R2是供加热用的电阻丝 B．当开关K接通时电饭锅为加热状态，K断开时为保温状态 C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，R1RD．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时一半，R1R2题型三电路的动态分析1．闭合电路欧姆定律的公式eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(I＝\f(E,R＋r)只适用于纯电阻电路,E＝U外＋U内适用于任何电路))2．路端电压U与电流I的关系图1(1)关系式：U＝E－Ir.(2)U－I图象如图1所示．①当电路断路即I＝0时，纵坐标的截距为电源电动势．②当外电路短路即U＝0时，横坐标的截距为短路电流．③图线的斜率的绝对值为电源的内阻．3．电路动态分析的方法(1)程序法：电路结构的变化→R的变化→eq\x(R总的变化)→eq\x(I总的变化)→U端的变化→固定支路eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(并联分流I,串联分压U))→eq\x(变化支路).(2)极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论．在如图所示的电路中，当变阻器R2的滑动头P由a端向b端移动时（）A．电压表示数变大，电流表示数变小 B．电压表示数变小，电流表示数变大 C．电压表示数变大，电流表示数变大 D．电压表示数变小，电流表示数变小利用某半导体的电阻随温度升高而减小的特征可以制作电子温度计。图甲表示该半导体的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把该半导体与电动势为E、内阻为r的电源，理想电压表和保护电阻R0连成如图乙所示的电路。用该半导体作测温探头，把电压表的电压刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易的电子温度计。下列说法正确的是（）A．电压较大的刻度对应较高的温度 B．电压刻度0V对应的就是0℃ C．该电子温度计表盘上温度的刻度是均匀的 D．若电池用久后内阻r变大，用该温度计测量的温度要比真实值偏高在如图所示的电路中，R1、R2、R3和R4皆为定值电阻，R5为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设电流表A1的读数为I1，电流表A2的读数为I2，电压表V1的示数为U1，电压表V2的读数为U2，当R5的滑片向b端移动过程中，电流表A1的读数变化量的绝对值为ΔI1，电流表A2的读数变化量的绝对值为ΔI2，电压表V1的读数变化量的绝对值为ΔU1，电压表V2的读数变化量的绝对值为ΔU2，则（）A．U1变大，U2变大，ΔU2B．I1变小，ΔU1＜ΔU2，ΔU1C．I1变大，I2变小，ΔU2D．I1变小，ΔU1＞ΔU2，ΔU一款微型机器人的直流电动机额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在电动势为E，内阻为r的直流电源的两极间，电动机恰好能正常工作，下列说法正确的是（）A．电源的输出功率为I2R B．电源的效率为1−C．电动机消耗的热功率为UI D．电动机消耗的总功率为EI如图所示，玩具电动机、电流表、开关盒电池组成闭合电路。闭合开关S，发现电动机启动时电流表的读数比正常工作时的读数要大；当正常运转后用手轻触电动机转轴，使转速逐渐变慢，发现电流表读数逐渐变大，则以下说法中正确的是（）A．电动机启动时产生的反电动势较小，因此电流表的读数较大 B．电动机启动时产生的反电动势较大，因此电流表的读数较大 C．用手轻触使电动机停止转动，这时电动机消耗热功率最小 D．用手轻触电动机产生的反电动势较大，因此电流表的读数较大题型四电路中的功率及效率问题1．电源的总功率(1)任意电路：P总＝IE＝IU外＋IU内＝P出＋P内．(2)纯电阻电路：P总＝I2(R＋r)＝eq\f(E2,R＋r).2．电源内部消耗的功率：P内＝I2r＝IU内＝P总－P出．3．电源的输出功率(1)任意电路：P出＝IU＝IE－I2r＝P总－P内．(2)纯电阻电路：P出＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)＝eq\f(E2,\f(R－r2,R)＋4r).(3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系①当R＝r时，电源的输出功率最大为Pm＝eq\f(E2,4r).②当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小．③当R<r时，随着R的增大输出功率越来越大．④当P出<Pm时，每个输出功率对应两个外电阻R1和R2，且R1R2＝r2.⑤P出与R的关系如图5所示．图54．电源的效率(1)任意电路：η＝eq\f(P出,P总)×100%＝eq\f(U,E)×100%.(2)纯电阻电路：η＝eq\f(R,R＋r)×100%＝eq\f(1,1＋\f(r,R))×100%因此在纯电阻电路中R越大，η越大；当R＝r时，电源有最大输出功率，效率仅为50%.（多选）如图所示，电源由几个相同的干电池组成。合上开关S，变阻器的滑片从A端滑到B端的过程中，电路中的一些物理量的变化如图甲、乙、丙所示，图甲为电压表示数与电流表示数关系，图乙为干电池输出功率跟电压表示数关系，图丙为干电池输出电能的效率η与变阻器接入电路电阻大小的关系。不计电表、导线对电路的影响，则（）A．串联电池的总电阻为2Ω B．串联的干电池节数为6节 C．变阻器的总电阻为8Ω D．乙图上b点的横坐标为3（多选）如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流的变化的特性图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线。曲线Ⅲ与直线Ⅰ、Ⅱ相交点的坐标分别为P（5，3.5）、Q（6，5）。如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法不正确的是（）A．电源1与电源2的内阻之比是3：2 B．电源1与电源2的电动势之比是1：1 C．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是21：26 D．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是7：10如图所示，图1为一电动机，当滑动变阻器的触头从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图2所示，已知电流表读数在0.2A以下时，电动机没有发生转动，不考虑电表对电路的影响，以下判断不正确的是（）A．电路中的电源电动势为3.9V B．电动机的电阻为4Ω C．此电路中，电动机的最大输出功率为0.9W D．变阻器的最大阻值为32Ω题型五对电源U-I图像的理解和应用图象上的特征物理意义电源U－I图象电阻U－I图象图形图象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eq\f(E,r)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，表示此电阻的大小不变图线斜率的绝对值大小内电阻r电阻大小图是测定甲、乙两个直流电源的电动势E与内阻r时，得到的路端电压U与干路电流I的U﹣I图象。若将这两个直流电源分别与同一定值电阻R串联，下列说法正确的是（）A．甲电源内阻是乙电源内阻的2倍 B．电源的效率一定有η甲＜η乙 C．电源总功率一定有P甲＜P乙 D．电源的输出功率一定有P甲＞P乙如图（a）所示电路，R1为滑动变阻器，R2为定值电阻。从左向右移动变阻器的滑片，根据电表数据得到U﹣I图像如图（b）所示，则（）A．R1的最大功率为4W B．R2的最大功率为3W C．电源的最大输出功率为4W D．电源的输出功率先增大后减小如图所示的U﹣I图像中，直线A为电源的两端电压与电流的关系，直线B、C分别是电阻R1、R2的电压与电流的关系。若将这两个电阻分别直接与该电源连接成闭合电路，则（）A．两个电阻的电功率相等 B．R1接在电源上时，电源的输出功率较大 C．R2接在电源上时，电源内阻的热功率较大 D．两种情况下，电源中非静电力做功的功率相等题型六含电容器电路的分析1．电路的简化：不分析电容器的充、放电过程时，把电容器所处的支路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上．2．电路稳定时电容器的处理方法：电路稳定后，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降低电压的作用，与电容器串联的电阻视为等势体．电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压．3．电容器所带电荷量的变化的计算：(1)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初、末状态电容器所带电荷量之差；(2)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初、末状态电容器所带电荷量之和．道路压线测速系统，不仅可以测速，也可以测量是否超载，其结构原理电路可以理解为如图甲所示由一个电源，一个灵敏电流计与传感器连接，一个电容和一个保护电阻R组成，感应线连接电容器的其中一块极板上，如果车轮压在感应线上会改变电容器两板间的距离，并会使灵敏电流计中产生瞬间电流，压力越大，则电流峰值也会越大，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示，电子眼就会拍照。如果以顺时针方向为电流正方向，则（）A．汽车压线时，电容器板间距离变小 B．车轮经过感应线过程中电容器先充电后放电 C．增大电阻R值，可以使电容器稳定时的带电量减小 D．如果车轮间距是2.5m，则可估算车速约为7.7m/s如图所示，D为理想二极管，R为滑动变阻器，C1、C2为电容器，且电容相等，P、Q为带电粒子，开关S闭合后，P、Q均处于静止状态，下列说法正确的是（）A．C1、C2所带的电荷量不相等 B．保持开关S闭合，将滑动变阻器的滑片下滑，P加速向上运动，Q仍静止 C．保持开关S闭合，将滑动变阻器的滑片上滑，P加速向下运动，Q仍静止 D．保持开关S闭合，将滑动变阻器的滑片上滑，P加速向下运动，Q也加速向下运动（多选）如图所示，电源电动势为E、内阻为r．闭合开关S，当滑动变阻器R的滑片缓慢地从最左端向右移动一段距离的过程中，电压表示数的变化量为△U，电流表示数的变化量为△I，电流表的示数为I，电容器的带电量为Q，则在这个过程中，下列图象正确的是（）A． B． C． D．某同学按照如图所示连接了电路，利用电流传感器研究电容器的充电和放电过程，先使开关S接1，电容器充电完毕后将开关掷向2，可视为理想电流表的电流传感器将电流信号传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的I﹣t曲线，如图所示。定值电阻R已知，且从图中可读出最大放电电流I0以及图线与坐标轴围成的面积S，但电源电动势、内电阻、电容器的电容均未知，下列说法中正确的是（）A．根据题目所给的信息能求出电源电动势和内电阻 B．电容器放电过程中电阻R两端的电压变大 C．根据题目所给的信息能求出电容器的电容 D．由计算机采集的电流可知流过电阻R的电流方向规定向右为正题型七电路故障分析1．故障特点(1)断路特点：表现为路端电压不为零而电流为零．(2)短路特点：用电器或电阻发生短路，表现为有电流通过电路但它两端电压为零．2．检查方法(1)电压表检测：如果电压表示数为零