专项培优17 常见的电路模型（原卷版）-2025版高三物理寒假精-品讲义

专题17常见的电路模型目录TOC\o"1-3"\h\u一.电路动态分析模型 1二．含容电路模型 2三．关于，的物理意义模型 4四．电源的输出功率随外电阻变化的讨论及电源的等效思想 7五．电路故障的分析模型 11一.电路动态分析模型1.电路的动态分析问题：是指由于断开或闭合开关、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构发生了变化，某处电路变化又引起其他电路的一系列变化；对它们的分析要熟练掌握闭合电路欧姆定律，部分电路欧姆定律，串、并联电路中电压和电流的关系．2.电路动态分析的三种常用方法（1）程序法【需要记住的几个结论】：①当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，整个电路的总电阻一定增大（或减小）。②若电键的通断使串联的用电器增多时，总电阻增大；若电键的通断使并联的用电器增多时，总电阻减小③用电器断路相当于该处电阻增大至无穷大，用电器短路相当于该处电阻减小至零。（2）“串反并同”结论法①所谓“串反”，即某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小，反之则增大。②所谓“并同”，即某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大，反之则减小。即：eq\b\lc\\rc\)(\a\vs4\al\co1(U串↓,I串↓,P串↓))←R↑→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(U并↑,I并↑,P并↑))【注意】此时电源要有内阻或有等效内阻，“串反并同”的规律仅作为一种解题技巧供参考。（3）极限法因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端，让电阻最大或为零再讨论。3.电路动态变化的常见类型：①滑动变阻器滑片移动引起的动态变化：限流接法时注意哪部分是有效电阻，分压接法两部分电阻一增一减，双臂环路接法有最值；②半导体传感器引起的动态变化：热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻等随温度、光强、压力的增大阻值减小；③开关的通断引起的动态变化：开关视为电阻，接通时其阻值为零，断开时其阻值为无穷大，所以，由通而断阻值变大，由断而通阻值变小。4.滑动变阻器的几种接法限流接法分压接法双臂环路接法左部分为有效电阻，向←滑动，AB间总阻值减小。向←滑动，R并增大，R串减小，AB间总电阻减小。两部分电阻并联，RAB先增大后减小，当并联的两部分阻值相等时RAB最大。1．如图是一种呼气酒精测试仪的原理图，U恒定，酒精气体传感器的电阻值随接触到酒精气体浓度的变大而变小。下列说法正确的是（）A．通过传感器的电流与酒精浓度无关B．酒精浓度越大，通过传感器的电流越小C．醉酒人员对传感器呼气时，电压表的示数变小D．醉酒人员对传感器呼气时，电压表的示数变大2．下图是根据飞机升降时机翼受力的原理设计的装置，用于监测河水流速的变化。机翼状的探头始终浸没在水中，通过连杆带动滑动变阻器的滑片P上下移动，电源电动势为4.8V，内阻不计，理想电流表量程为0~0.6A，理想电压表量程为0~3V，定值电阻R1阻值为6Ω，滑动变阻器R2的规格为“20Ω1A”。闭合开关S，随着水流速度的改变，下列说法正确的是（

）A．当水流速度增大时，电流表的示数变小B．当水流速度增大时，电压表与电流表的示数之比变大C．滑动变阻器允许接入电路的取值范围为2Ω~15ΩD．电阻R1的电功率的变化范围为0.54W~2.16W3．在如图电路中，当滑动变阻器的滑片从端向端滑动时，以下判断正确的是（）A．电压表读数变大，通过灯的电流变大，灯变暗B．电压表读数变小，通过灯的电流变小，灯变暗C．电压表读数变大，通过灯的电流变小，灯变暗D．电压表读数变小，通过灯的电流变大，灯变暗4.在如图所示的电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片由a向b移动时，下列说法正确的是（）A．电源的效率变大 B．电源的总功率变大 C．电流表的示数变小 D．电压表的示数变小二．含容电路模型(1)电路简化电路稳定后，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电压电路稳定时，电容器所在的支路中没有电流，与之串联的电阻相当于导线，其两端无电压。电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。(3)电容器的带电荷量及变化电容器两端电压的变化引起电容器充、放电。①利用Q＝UC计算电容器初、末状态所带的电荷量Q1和Q2。②如果变化前后极板带电的电性相同，通过所连导线的电荷量为|Q1－Q2|。③如果变化前后极板带电的电性相反，通过所连导线的电荷量为Q1＋Q2。1．如图所示，电路中、、均为定值电阻，电源的内阻不能忽略，平行板电容器C的极板水平放置，闭合开关，带电油滴刚好悬浮在两板之间静止不动。现闭合开关，下列说法错误的是（）A．带电油滴带负电 B．电压表示数减小C．电流表示数增大 D．带电油滴将向下运动2．如图所示，电源电动势为E，内电阻为r，平行板电容器两金属板水平放置，开关S是闭合的，两板间有一个质量为m、电荷量为q的油滴恰好处于静止状态，G为灵敏电流计，是定值电阻，R是滑动变阻器，则以下说法中正确的是（）A．滑片P向上移动时，G中有从b到a的电流B．滑片P向下移动时，油滴向下加速运动C．开关S断开后，增大电容器两板间距，则油滴仍然静止D．开关S断开后，滑片P向上移动时，油滴向上加速运动3．如图所示，电源电动势恒定，内阻为，定值电阻和的阻值均等于，滑动变阻器的总阻值也等于，电容器的电容为，电流表可视为理想表。闭合开关，将滑动变阻器滑片从向缓慢滑动。下列说法正确的是（）A．理想电流表示数一直减小 B．电容器的电量先增大后减小C．电源的效率一直减小 D．电源的输出功率一直增大4．如图所示，平行金属板中有一个带电油滴悬浮在两板间的P点，电流表和电压表可以看作理想电表，电源负极接地，当滑动变阻器的滑片向b端移动时，下列说法正确的是（）A．油滴将向上运动 B．P点的电势降低C．电源的效率变高 D．电压表、电流表的示数均变小三．关于，的物理意义模型【引例分析】引例1：如图所示，电源的电动势为，内阻为，调整电路的可变电阻的阻值，使电压表的示数增大，则在这个过程中（）A.通过的电流增大，增加量一定等于B两端的电压减小，减少量一定等于C.通过的电流减小，但减少量一定小于D.路端电压增大，增加量一定等于分析与解答：电路结构为与并联，再与串联，再连在电源两端。①，由题意可得，增大，由“串反并同”得增大，减小，减小，如果规定表示增加，表示减少，则有：②，如果规定表示变化量的绝对值，由②—①式可得：

，变形可得：，即电压表V示数的增加量等于两端电压的减少量和电源内阻上电压的减少量。为定值电阻，有，变形可得，A正确；，B正确；为定值电阻，，，C正确；，，所以路端电压的增加量小于电压表V示数的增加量，D选项错误。引例二在如图所示电路中，闭合开头，当滑动变阻器的滑片向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用、、和表示，电表示数变化量的大小分别用、、和表示.下列比值正确的是（）A、不变，不变B、变大，变大C、变大，不变D、变大，不变分析与解答：将电路进行简化，可得与串联后接在电源两端。对定值电阻来说，其导体的伏安特性曲线为过原点的直线，由部分电路欧姆定律得图像上任意一点的坐标比值为定值电阻的阻值，即；由图像形状可得，图像上任意一点的坐标比值等于该图像的斜率，即；所以，对定值电阻来讲，结论为。对阻值变化的电阻来说，其导体的伏安特性曲线的表达式为，形状为倾斜的直线，为了研究的方便，可将看成唯一的外电路，其余部分等效成内电路，其等效电路如图所示，等效电动势为E，等效内阻为，从等效电路图可以看出，两端的电压就是等效电源的路端电压，所以的导体的伏安特性曲线（）就是等效电源的伏安特性曲线，由等效电路图可得，，。由部分电路欧姆定律得图像上任意一点的坐标比值为在该时刻的阻值，即，由图像形状可得，图像的斜率为等效电源的内阻，即；所以，对阻值变化的电阻来讲，结论为，，。将和的串联部分看成一个新的电阻，为电源的外电路，随的减小而减小，所以的导体的伏安特性曲线就是电源的伏安特性曲线，所以，，随的减小而减小；为定值。总结：对任何导体均有：导体的伏安特性曲线上任意一点的坐标比值为电阻的阻值，即；对定值电阻有：导体的伏安特性曲线的斜率同样表示导体的电阻，对阻值变化的电阻有：导体的伏安特性曲线的斜率表示将阻值变化的电阻做为唯一的外电路时的等效电源的内阻，即1．如图所示的电路中，电源电动势恒定，为定值电阻，电流表A、电压表和电压表均为理想电表。闭合开关S后，滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动的过程中，下列说法正确的是（）A．电流表A示数增大B．电压表示数减小C．电压表示数减小D．电压表示数的变化量与电流表A示数的变化量的比值减小2．在如图所示的电路中，电源电动势为E、内电阻为r，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片P从图示位置向左滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用表示，电表示数变化量的绝对值分别用表示。则下列判断中正确的是（）A．变大，变小 B．变小，变大 C．不变 D．变小3．如图所示，电表均为理想电表，其中电流表、、示数变化量的绝对值分别用、、表示，电压表示数的变化量用表示，则（

）A．滑动变阻器的滑片向a端移动过程中，电压表V示数变小B．滑动变阻器的滑片向a端移动过程中，变大C．滑动变阻器的滑片向a端移动过程中，D．若发生断路，则电压表V示数变小，电流表示数变大4．如图电路中，电源电动势、内电阻、R1、R2为定值．闭合S后，将R的滑片向右移动，电压表的示数变化量的绝对值为U，电阻R2的电压变化量的绝对值为U′，电源电流变化量的绝对值为I，下列说法正确的是（）A．通过R1的电流增大，增大量等于B．通过R2的电流增大，增大量I等于C．U′与I的比值保持不变D．U与I的比值保持变小5.如图所示电路，电源内阻为r，三只相同灯泡L1、L2和L3电阻均为R，r=0.1R，电表均为理想电表。闭合S、S1，把滑动变阻器R0的滑片P向上滑动的过程中，电压表V1示数变化量绝对值为∆U1，电流表A示数变化量绝对值为∆I，下列说法正确的是（）A．电源输出功率逐渐增大B．灯泡L1、L2变亮，L3变暗C．不变，V2表的示数变小D．保持滑片P的位置不动，断开S1，电流表A的示数变大6．交警使用的某型号酒精测试仪工作原理如图所示，传感器电阻R的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，电源的电动势为E，内阻为r，定值电阻，电路中的电表均为理想电表。当饮酒驾驶后对着测试仪吹气时，下列说法正确的是（）A．电压表的示数变小，电流表的示数变大B．饮酒量越多，电源的效率越大C．饮酒量越多，电源的输出功率一定越大D．电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比减小四．电源的输出功率随外电阻变化的讨论及电源的等效思想当外电阻为纯电阻电路时1．电源的输出功率P出＝I2R＝eq\f(E2,(r＋R)2)·R＝eq\f(E2,\f((R－r)2,R)＋4r)(输出功率随外电阻变化的图线如图所示)．ErR图1s(1)当R＝r时，P出最大＝eq\f(E2,4r)＝eq\f(E2,4R).ErR图1s(2)当P出<P出最大时，每个输出功率值对应两个可能的外电阻R1和R2，且r＝eq\r(R1·R2).(3)R<r时，P出随R的增大而增大；R>r时，P出随R的增大而减小．2．电源的效率η＝eq\f(I2R,I2(R＋r))＝eq\f(R,R＋r)＝eq\f(1,1＋\f(r,R))，η随着R的增大而增大，当R＝r时，电源有最大输出功率时，效率仅为50%.3、图2所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，R1为定值电阻，那么负载电ErR图2R1阻ErR图2R1将定值电阻R1和电源看成一个等效电源，如图3虚线框所示。则等效电源的电动势，内阻，ErR图3RErR图3R1ABE'r'验证：显然，时，（正确）ErR图4R14、图4所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，R1为定值电阻，那么负载电阻ErR图4R1ErR图5R1ABE'rErR图5R1ABE'r'因此，当时，验证：显然，当时，正确1．某学校正创建绿色校园，如图1为新装的一批节能路灯，电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变，如图2为其内部电路简化原理图，电源电动势为，内阻为，为光敏电阻（光照强度减小时，其电阻值增大）。光照强度减小时，（）A．路端电压变小 B．电源的总功率不变C．电阻的消耗功率变小 D．灯变暗、灯变亮2．现代多数人由于运动量减少，体重逐渐增加，体内的脂肪也逐步增多，我们可以用某型号脂肪测量仪（如图甲所示）来测量脂肪积累程度，其原理是根据人体电阻的大小来判断脂肪所占比例（体液中含有钠离子、钾离子等，而脂肪不容易导电），模拟电路如图乙所示。已知：，测量时，闭合开关，测试者分握两手柄，体型相近的两人相比，脂肪含量高者，其电路中（）A．电流表示数更大 B．电源的输出功率更高C．路端电压更小 D．电压表示数更大3．如图所示电路中，电源的电动势为E、内阻为r，定值电阻R1=2r，滑动变阻器的最大阻值R2=2r，开关S闭合后，当滑动变阻器滑片从最下端向上移动过程中，下列说法正确的是（

）A．电压表的示数增大，电流表的示数减小B．电源的输出功率减小C．R1的电功率先减小后增大D．R2的电功率先减小后增大4．如图，电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻和可变电阻串联组成电路，下列说法正确的是（

）A．若，则上的功率达到最大值B．若，则上的功率达到最大值C．若，则电源内阻的热功率达到最大值D．若，则电源输出功率随的增大而减小5．如图所示，电源电动势和内阻恒定不变，电压表和电流表均为理想电表。闭合开关后，将滑动变阻器的滑片P从最右端向最左端滑动，下列说法正确的是（

）A．电流表示数减小 B．电压表示数减小C．定值电阻的电功率减小 D．电源消耗的总功率减小6.交警使用的某型号酒精测试仪工作原理如图所示，传感器电阻R的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，电源的电动势为E，内阻为r，定值电阻，电路中的电表均为理想电表。当饮酒驾驶后对着测试仪吹气时，下列说法正确的是（）A．电压表的示数变大，电流表的示数变小B．饮酒量越多，电源的效率越小C．饮酒量越多，电源的输出功率一定越大D．电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比保持不变7．综合实验活动中，同学们设计了一款可用电流表示数显示加速度大小的测量装置，模型电路如图所示，金属小球套在近似光滑的水平横杆上可左右移动，一侧与弹簧连接，下端固定金属滑片P，滑片P与滑动变阻器R接触良好；电源电动势为E，内阻为，为定值电阻。现将此测量装置放在匀速向前行驶的列车上，此时金属片P处于滑动变阻器中点位置，闭合开关S，则（）A．当列车向前加速时，电流表的示数变小B．当列车向前加速时，电源的总功率变大C．当列车向前减速时，电流表的示数变小D．当列车向前减速时，电源的总功率变大8．如图甲所示某实验小组测试电路，其中电源电动势E=6V，内阻r=2Ω，定值电阻R=4Ω，已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的阻值Rp的关系如图乙所示。则下列说法中正确的是（）A．图乙中滑动变阻器的最大功率B．滑动变阻器消耗功率P最大时，定值电阻R消耗的功率也最大C．图乙中，D．调整滑动变阻器Rp的阻值从最右端滑到最左端，电源的效率一直减小五．电路故障的分析模型电路故障一般是短路或断路，常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不良等，检查故障的基本方法有两种。(1)电压表检测若电压表示数等于电源电压，说明电路中有电流通过电压表，电路为通路(电压表作为一个大电阻把开关和电源接通了)，则开关S和导线不断路，灯L断路即故障所在。(2)假设法已知电路发生某种故障，寻找故障发生位置时，可