2020版高考物理一轮复习 第八章 第2讲 电路 电路的基本规律课件 新人教版

第八章恒定电流第2讲电路电路的基本规律考点1电阻的串、并联及应用1．串、并联电路的几个常用结论(1)当n个等值电阻R0串联或并联时，R串＝nR0，R并＝1nR0.(2)串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻，并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻．(3)某电路中无论电阻怎样连接，该电路消耗的总电功率始终等于各个电阻消耗的电功率之和．2．电压表、电流表的改装项目改装为大量程电压表改装为大量程电流表原理串联电阻分压并联电阻分流改装原理图分压电阻或分流电阻U＝IgR＋IgRg，所以R＝UIg－RgIgRg＝(I－Ig)R，所以R＝IgRgI－Ig改装后的电表内阻RV＝R＋RgRgRA＝RRgR＋RgRg(2018·全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表．可选用的器材有：微安表头(量程100μA，内阻900Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99999.9Ω)；导线若干．要求利用所给器材先组装一个量程为1mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3V的直流电压表．组装好的多用电表有电流1mA和电压3V两挡．回答下列问题：(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱．(2)电阻箱的阻值应取R1＝_______Ω，R2＝_______Ω.(保留到个位)[审题指导]根据题意，本题应先改为量程为1mA电流表，再将此电流表改为量程为3V的电压表．【答案】(1)如图所示1002910【解析】本题考查电表的改装．将量程为100μA的微安表头改装成量程为1mA的直流电流表，应并联一个分流电阻，分流电阻的阻值为IgRgI－Ig＝100Ω，选用R1；再串联一分压电阻可改装成量程为3V的电压表，分压电阻的阻值为U－IgRgI＝3－900×10－410－3Ω＝2910Ω，选用R2.1．(2019·云南师大附中模拟)利用如图所示电路可测量待测电阻Rx的阻值．定值电阻R1、R2阻值已知，闭合电键S，调节电阻箱的阻值为R3时，电流表示数为零，则Rx的阻值为()A．R2B.R1R2R3C.R1R3R2D.R3R2R1D解析：设通过R1和R2的电流为I1，通过R3和Rx的电流为I2，根据串、并联电路特点及欧姆定律可得：I1(R1＋R2)＝I2(Rx＋R3)，由于电流表示数为零，则说明G两端的电势相等，则一定有：I1R1＝I2R3，两式联立可得Rx＝R3R2R1，D项正确．2．(多选)四个相同的电流表分别改装成两个安培表和两个电压表，安培表A1的量程大于A2的量程，电压表V1的量程大于V2的量程，把它们按图接入电路中()A．A1读数比A2读数大B．A1指针偏转角度比A2指针偏转角度大C．V1读数比V2读数大D．V1指针偏转角度比V2指针偏转角度大AC解析：电流表改装成安培表是并联一个较小的电阻，并联的电阻越小，量程越大，所以安培表A1的内阻小，A2的内阻大．当它们并联时，则流过A1的电流要大一些，所以安培表A1的读数较大，因为是由两个同样的电流表改装而成的，并联在电路中，所以指针偏转角度一样大，选项A正确，B错误；同理改装成电压表，串联在电路中时，两表的指针偏转角度也是一样大，选项D错误；电压表V1的量程大，说明串联的电阻大，V1的内阻大于V2的内阻，串联分压大，所以V1读数比V2读数大，选项C正确．无论是将表头改装成电流表还是电压表，都没有改变表头的参数，即表头的满偏电流、满偏电压都不发生变化，只是由分压电阻或者分流电阻承担了部分电压或电流．考点2闭合电路动态分析1．判定总电阻变化情况的常用方法(1)当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时，电路的总电阻一定增大(或减小)．(2)若开关的通、断使串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；若开关的通、断使并联的支路增多时，电路的总电阻减小．(3)在如图所示分压电路中，滑动变阻器可视为由两段电阻构成，其中一段R并与用电器并联，另一段R串与并联部分串联．A、B两端的总电阻与R串的变化趋势一致．2．电路动态分析的常用方法(1)程序判断法：遵循“局部→整体→局部”的思路，按以下步骤分析：(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．(多选)如图，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r.将滑动变阻器的滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI，则()A．A的示数增大B．V2的示数增大C．ΔU3与ΔI的比值大于rD．ΔU1大于ΔU2ACD[审题指导]先分析电路的结构，当滑动变阻器连入电路的阻值变化时，会引起V1、V2、V3、A表的变化，结合图形得出ΔUΔI的含义．【解析】变阻器滑片向下滑动，连入电路中的电阻R变减小，由I＝ER＋R变＋r，A表示数增大，故A正确；V2表测量的是电源的输出电压，U2＝E－Ir减小，故B错误；由于R是定值电阻，则ΔU1ΔI＝R，如图甲所示，又由U2＝E－Ir，则ΔU2ΔI＝r，如图乙所示，所以，ΔU1＝ΔI×R，ΔU2＝ΔI×r，又因Rr，得ΔU1大于ΔU2，故D正确；同理，U3＝E－I(r＋R)，ΔU3ΔI＝r＋R，故C正确．3．(2019·河北唐山摸底)如图所示电路，当滑动变阻器R1的滑片向上滑动时，下列说法正确的是()A．R2的功率增大B．R3两端的电压减小C．电流表的示数变大D．通过R1的电流增大C解析：当滑动变阻器R1的滑片向上滑动时，其接入电路的电阻增大，外电路总电阻增大，则干路电流I减小，路端电压U增大，R3两端的电压等于路端电压，则知R3两端的电压增大，则通过R3的电流增大，通过R2的电流减小，其功率减小，电压U2也减小；R1、R4并联电压增大，故通过电流表的电流增大，电流表示数增大，通过R1的电流减小，只有C项正确．4．(2019·湖南郴州质检)如图所示，平行金属板中带电质点P原处于静止状态，不考虑电流表和电压表对电路的影响，R1的阻值和电源内阻r相等．当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时()A．电压表读数增大B．电流表读数减小C．电源的输出功率逐渐增大D．质点P将向上运动C解析：解法1：质点P处于静止状态，其所受向上的电场力等于向下的重力，当R4的滑片向b端移动时，R4接入电路的电阻减小，则外电路总电阻减小，干路电流I增大，电容器两板间电压等于R3两端的电压，由闭合电路欧姆定律知R3两端电压U3＝E－I(r＋R1)减小，则电容器两板间场强减小，质点P所受的电场力减小，所以质点P将向下运动，D错误．电流表读数IA＝I－I3，I增大，I3减小，则IA增大，B错误．R4两端的电压U4＝U3－IAR2，U3减小，IA增大，则U4减小，电压表读数减小，A错误．因R1＝r，则R外r，当R外减小时，电源的输出功率逐渐增大，故C项正确．解法2：可依据结论“串反并同”进行分析．R3与R4有并联关系，r、R1、R2与R4有串联关系，当R4接入电路的电阻减小时，Ur、U1、U2、I1、I2增大，U3、I3减小，而E不变，则U4减小，UC减小，EC减小，质点P向下运动．在分析电路动态变化时，一般是根据局部电路变化滑动变阻器，传感器推导整体电路总电阻、总电流的变化，然后根据闭合电路欧姆定律推导所求电阻的电压和电流的变化或者电流表，电压表示数的变化，也就是从局部→整体→局部.考点3电源的功率和效率(2018·北京卷)如图1所示，用电动势为E、内阻为r的电源，向滑动变阻器R供电．改变变阻器R的阻值，路端电压U与电流I均随之变化．(1)以U为纵坐标，I为横坐标，在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U­I图象的示意图，并说明U­I图象与两坐标轴交点的物理意义．(2)a.请在图2画好的U­I关系图线上任取一点，画出带网格的图形，以其面积表示此时电源的输出功率；b．请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件．(3)请写出电源电动势定义式，并结合能量守恒定律证明：电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和．[审题指导](1)本题外电路只有变阻器，其两端电压与电源电压相等，即电源的外电压．(2)变阻器消耗的功率即电源的输出功率．【解析】(1)U­I图象如图所示图象与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流(2)a.如图所示b．电源输出的电功率P＝I2R＝(ER＋r)2R＝E2R＋2r＋r2R当外电路电阻R＝r时，电源输出的电功率最大，为Pmax＝E24r(3)电动势定义式E＝Wq根据能量守恒，在题图1所示电路中，非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路产生的电热，即W＝I2rt＋I2Rt＝Irq＋IRqE＝Ir＋IR＝U内＋U外【答案】见解析5．如图所示为某闭合电路电源的输出功率随电流变化的图象，由此图象可以判断()A．电源的内阻消耗的功率最大为9WB．电源的效率最大为50%C．输出功率最大时，外电路的总电阻为4ΩD．电源的电动势为12VD解析：由题图可知，当电流为1.5A时电源的输出功率最大，这时内阻消耗的功率等于输出功率，为9W，电源的效率为50%，这时电源的总功率为18W，根据P＝IE，可求得电源的电动势为12V，D项正确；由Pr＝I2r可知，电源的内阻为4Ω，由于不确定外电路是不是纯电阻电路，因此C项错误；随着电流的增大，内阻消耗功率增大，A项错误；随着电流的减小，电源的效率增大，B项错误．6．(2019·北京昌平月考)(多选)锂电池因能量高、环保无污染而广泛使用在手机等电子产品中，现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法正确的是()A．电能转化为化学能的功率为UI－I2rB．充电器输出的电功率为UI＋I2rC．电池产生的热功率为I2rD．充电器的充电效率为IrU×100%AC解析：充电时，电能转化为化学能和热能，根据能量守恒定律，有UI＝I2r＋P化，故电能转化为化学能的功率P化＝UI－I2r，选项A正确；充电器输出的电功率为P＝UI，选项B错误；电池产生的热功率为P热＝I2r，选项C正确；充电器的充电效率为η＝P－P热P×100%＝U－IrU×100%，选项D错误．