創(chuàng)新課堂高二物理競賽專項系列專項4：電路

1、創(chuàng)新課堂 2019 高二物理競賽專項系列專項4：電路一、知識網(wǎng)絡(luò)或概要1、電流強度：q ； I=nqvSIt2、電阻定義式：U R 是由導體本身的因素決定，與加在導體兩端電壓及通過導體的RI電流強度無關(guān) 。3、電阻定律：LRS4、電阻率與溫度的關(guān)系：t0 (1at ) a 為電阻率的溫度系數(shù)，溫度t 變化不大5、歐姆定律：U 此式只適用于金屬導電和均勻分布的電解液導電，對非線性元件 如IR燈絲、二極管等和氣體導電就不適用了。6、電功和電熱： WqUItUIUt 焦耳定律： QI 2 Rt7、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路：1串聯(lián)電路：特點：I I 1I 2I 3U U 1U 2 U 3等效總電阻： RR1

2、R2R3電流分配規(guī)律： UR U 1U 2U 3IR1R2R3功率分配規(guī)律：PR P1P2P3I2R1R2R32并聯(lián)電路：特點：U 1U 2 U 3I I1 I 2I 3等效總電阻：1111RR1R2R3電流分配規(guī)律：1I 1 R1I 2 R2I 3 R3UIR功率分配規(guī)律：P1P1R1P2 R2P3 R3U 2R8、含源電路的歐姆定律當導體內(nèi)部有電源時，其電流與電壓的關(guān)系服從另一規(guī)律，稱為含源電路歐姆定律。如下圖，電路中每一點都有穩(wěn)定的電勢，任意兩點間都有穩(wěn)定的電勢差。假定電流方向為從 a 到 b，那么經(jīng)過E1 后，電勢降低E1；經(jīng)過E2 后，電勢升高E2。得含源電路的歐姆定律為： U aE

3、1Ir1IRE2Ir 2U bIRaE1r12r2bEU aU bE1E2Ir1Ir2IR注意： 1 U aU b 就是表示從a 到 b 電勢降低的值。 2電路元件上的電勢降的正、負符號規(guī)定。當支路上電源電動勢的方向規(guī)定從電源的負極指向電源正極和走向一致時， 電源的電勢降為電源電動勢的負值電源內(nèi)阻視為支路電阻，反之取正值。9、閉合電路歐姆定律假設(shè)圖中的a、b 兩點用導線相連，那么此電路稱之為閉電路。按上述方法得：U aE1Ir1IR E2Ir 2U aE1Ir1IRE2Ir 20上式說明在電路中的任意一個閉合回路上，電勢降的代數(shù)和等于零。符號規(guī)定同上，只不過前述兩點間的走向要改為閉合回路的繞行

4、方向。10、電動勢電動勢反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量，用 表示，其大小定義為非靜電力把單位正電荷從電源負極移到正極所做的功，即W非 / q ，單位為伏 V。在閉合電路中，電源的電動勢等于外電壓路端電壓與內(nèi)電壓之和。11、輸出功率電源的輸出功率是指通過外電路的電流強度I 與路端電壓U 的乘積，即P 出 =IU 。P出 I 2 R22，當 R=r 時， P 出 有最大值即22 。(rR)2(R r ) 2 / R 4rPm4R4r電源的效率是電源的輸出功率與電源的總功率之比。I 2 RR，因此當 R 增大時， 提高，當R=r 時，電100%100%I 2 ( Rr )Rr源有最大輸

5、出功率，但效率僅為50%。12、電池組把 n 個電動勢都是 、內(nèi)阻都是 r 的電池串聯(lián)起來，所得串聯(lián)電池組的電動勢和內(nèi)阻分別為 串 =n ， r 串 =nr 。當用電器的額定電壓高于單個電池組的電動勢時，可以用串聯(lián)電池組供電。但這時全部電流要通過每個電池，所以用電器的額定電流必須小于單個電池允許通過的最大電流。把 n 個電動勢都是 、內(nèi)阻都是 r 的電池并聯(lián)起來，所得的并聯(lián)電池組的電動勢和內(nèi)阻分別為： 并 = ，r 并 =r/n 。當用電器的額定電流比單個電池允許通過的最大電流大時，可以采用并聯(lián)電池組供電。但這時用電器的額定電壓必須低于單電池的電動勢。假設(shè)上述兩種情況都不滿足，可用混聯(lián)電池組。

6、13、疊加原理假設(shè)電路中有多個電源，通過電路中任一支路的電流等于電路中各個電動勢單獨存在時在該支路上產(chǎn)生的電流之代數(shù)和。這與力學中常用的“力的獨立作用原理”極為相似。應用時要注意，當單獨考慮某一電源的作用時，將其他電壓源的電動勢用內(nèi)電阻代替，假設(shè)電源為理想電壓源即內(nèi)阻等于零 ，那么將電源短路；同時，假設(shè)電源為電流源，那么將電流源開路用內(nèi)阻代替，假設(shè)為理想電流源其內(nèi)阻無限大，將電流源開路即可。14、惠斯通電橋用歐姆表測電阻，雖然很方便，但不夠準確；而用伏安法測電阻，電表引起的系統(tǒng)誤差又難以消除。在實驗室里比較準確地測量電阻，常用惠斯通電橋。如下圖是惠斯通電橋的原理圖。R1、 R2、 R3、 Rx

7、 四個電阻是A電橋的四個臂，其中Rx 是待測電阻，G 是靈敏電流計。測量時，R3xR調(diào)節(jié) R3 使電流計 G 中的電流為零時，A，B 兩點等勢， 電橋平衡，G易得如下關(guān)系式：R1Rx =R2R3R1R2惠斯通電橋的精確決定于電阻的準確度和電流計G 的靈敏B度。采用惠斯通電橋法測電阻，既避免了電流表分流、電壓表分壓的影響，又能消除電源電動勢和內(nèi)阻變化對測量的影響?；菟雇姌蛴卸喾N形式，中學實驗室里常用的是滑線式A電橋，如下圖。 CD為 1m長的均勻電阻線，B 是滑動觸頭，可沿RRxCD移動。當電橋平衡時，可得：L2GCDRxRL1BL1L215、補償電路K R補償電路是一種比較精確地測量電壓、電

8、動勢、電阻、電流的儀器，用于測電動勢、電壓時叫電勢差計。如圖是用補償法測量電動勢的原理電路圖，其中 x是被AC測電源， s 是標準電池， 是工作電源。AC 是一段均勻電阻 sB絲， G 是靈敏電流計。先將開關(guān)K 擲于1 方，調(diào)節(jié)觸頭B 使電2G1流計電流為零。這時D 與 B 點等電位，故 IDxU AB xIR AB是流過 AB 的電流再將開關(guān)擲于2 方，因一般 S x ，調(diào)節(jié)滑動觸頭至另一點B以重新達到平衡。同理有I RABxU AB因兩種情況下G 都無電流，故 I=I，那么有：xRABL ABsRABL AB其中 L AB 及 LAB 分別為 AB 及 AB段的長度。測出LAB 和 L A

9、B ，利用 S 的值便可由上式求得 x 。用電勢差計測量電動勢的最大優(yōu)點是它不影響被測電路的工作情況。因此在精確測量中經(jīng)常用到?！径恐攸c難點解析1、各種功率的區(qū)別(1) 與電源相關(guān)的幾種功率電源的功率： P=IE；電源內(nèi)部消耗的功率：P 內(nèi)=I 2r電源的輸出功率： P 出=IU 端 ；三種功率間的關(guān)系： P=P內(nèi)+P 出電源的最大輸出功率：當R=r 時，電源有最大輸出功率PmaxE2E24R4r(2) 實際功率和額定功率用電器在額定電壓下的功率叫做額定功率：P 額 =I 額 U 額用電器在實際電壓下的功率叫做實際功率：P 實 =I 實 U 實實際功率并不一定等于額定功率、“用電器在額定電壓

10、下”是實際功率與額定功率相等的情況、用電器在不使用時，實際功率是0，而額定功率仍然是它的額定值、(3) 電功率和熱功率電功率： P 電 =IU ；熱功率： P 熱 =I 2R在純電阻電路中，電功率和熱功率相等：P電P熱 IUI 2 RU 2R在非純電阻電路中，電功率和熱功率不相等：P 電 P 熱(4) 輸電線路上的損耗功率和輸電功率輸電功率： P 輸 =IU 輸 ；熱功率： P 線 =I 2R2、動態(tài)電路的分析方法對于電路的動態(tài)變化問題，按局部全局局部的邏輯思維進行分析推理、一般步驟：確定電路的外電阻，外電阻R 外總 如何變化；根據(jù)閉合電路歐姆定律，確定電路的總電流如何變化；EI 總rR外總由

11、 U 內(nèi)I 內(nèi)r ，確定電源的內(nèi)電壓如何變化；由 U 外E U 內(nèi) ，確定電源的外電壓路端電壓如何變化；由部分電路歐姆定律確定干路上某定值電阻兩端的電壓如何變化；確定支路兩端的電壓如何變化以及通過各支路的電流如何變化、3、電路的簡化和識別(1) 電路化簡原那么無電流的支路化簡時可去除；等電勢的各點化簡時可合并；理想導線可任意長短、變形；理想電流表可認為短路，理想電壓表可認為斷路；電壓穩(wěn)定時電容器可認為斷路、(2) 常用等效化簡方法電流分支法：A、先將各結(jié)點用字母標上；B、判定各支路元件的電流方向假設(shè)電路原無電流，可假設(shè)在總電路兩端加上電壓后判斷 ；C、按電流流向，自左到右將各元件、結(jié)點、分支逐

12、一畫出； D、將畫出的等效圖加工整理、等勢點排列法： A、將各結(jié)點用字母標上； B、判定各結(jié)點電勢的高低假設(shè)原電路未加電壓，可先假設(shè)加上電壓 ；C、將各結(jié)點電勢高低自左到右排列，再將各結(jié)點之間支路畫出； D、將畫出的等效圖加工整理、一般可將以上兩種方法結(jié)合使用，效果更好、4、含容電路的分析 1解決這類問題的一般方法：通過穩(wěn)定的兩個狀態(tài)來了解不穩(wěn)定中間變化過程、 2只有當電容器充、放電時，電容器支路中才會有電流，當電路穩(wěn)定時，電容器對電路的作用是斷路、 3電路穩(wěn)定時，與電容器串聯(lián)的電阻為等勢體，電容器的電壓為與之并聯(lián)的電阻電壓、6、電路的故障分析電路出現(xiàn)的故障有兩個原因： 1短路； 2斷路包括接

13、線斷路或者接觸不良、電器損壞等情況、一般檢測故障用電壓表、如果電壓表示數(shù)為 0，說明電壓表上無電流通過，那么可能電壓表所在支路有斷路， 或并聯(lián)路段內(nèi)有短路、 如果電壓表有示數(shù)， 說明電壓表上有電流通過，那么在并聯(lián)路段之外無斷路，或并聯(lián)路段內(nèi)無短路、物理從高考到競賽專題講座答案、新課標高考常見題型精練1、有一只電流計，其I g=500 A， Rg=100，現(xiàn)欲改裝成量程為6V 的電壓表，那么應該聯(lián) 的電阻；由于所用電阻不準，當改裝表與標準表比較時，發(fā)現(xiàn)當標準值為3V 時，改裝電壓表讀數(shù)為3.2V ，那么實際所用的電阻值偏填“大”或“小”、2、在如下圖電路圖中的電源電動勢和內(nèi)阻未知，R1=8 ，R

14、1R2=5 ，當電鍵 S 接在“ 1”時，電壓表的讀數(shù)為2.0V ，那么當電鍵1SR2S 接到“ 2”時，下面提供的電壓表讀數(shù)中，可能的是A.2.1VB.1.2V2C.2.0VD.1.5VV3、有一電源，電動勢 E=30V，內(nèi)阻 r=1 ，將它與一盞額定電流U=6V，額定功率 P =12W的LL小燈泡及一臺內(nèi)阻r 1=2 的電動機串聯(lián)成閉合電路，小燈泡剛好正常發(fā)光，問電動機的輸出功率是多少？4、在如下圖的電路中， 電源的電動勢E=3.0V ，內(nèi)阻 r =1.0R2；電阻1=10， R2=10 ，R3=30 ， R4=35；電容器R4R的電容 C=100 F、電容器原來不帶電、求接通電鍵K 后E

15、，rR1CR3流過4 的總電量、KR、12正常發(fā)光、由于電R25 如下圖的電路中，閉合電鍵，燈 L 、LA路出現(xiàn)故障，突然發(fā)現(xiàn)燈 L1 變亮，燈 L2 變暗，電流表的讀數(shù)變小，R3R4R1L1根據(jù)分析，發(fā)生的故障可能是L 2A.R1 斷路 B.R2 斷路C.R3 短路 D.R4 短路ES6、李軍同學家里有一臺電動自行車、 使用了三年后發(fā)現(xiàn)動力不足，有時甚至不能啟動、到維修部檢查，維修人員給換了一組新電池后，自行車動力恢復如初、回到家里，李軍找出自行車的說明書其主要參數(shù)表如下、用多用電表測出新舊蓄電池的電動勢相同，新舊電池的內(nèi)阻是否相同？李軍同學想通過實驗測定進行比較、根據(jù)這些資料完成下面各題：

16、1李軍同學借來電流表、電壓表各一只，電阻箱、電鍵各一個，導線假設(shè)干、請利用這些器材設(shè)計兩種測量蓄電池內(nèi)阻的電路、2測量結(jié)果舊蓄電池的內(nèi)阻比新電池的內(nèi)阻大了許多、請根據(jù)這一結(jié)果對使用舊蓄電池自行車動力不足，不能啟動作出解釋、3李軍家的電動自行車正常工作電流在什么范圍？充一次電需耗電多少度？DS460電動自行車主要技術(shù)參數(shù)車型項目460mm18 寸外形尺寸1630 6001100mm額定輸出功率180 240W整車質(zhì)量40kg電池容量12Ah標準載重90kg額定電壓36V最高時速20km/h欠壓保護31.5V續(xù)行里程50km60km過流保護12A每百公里耗電1.0Kw.h充電時間4 8h額定轉(zhuǎn)速1

17、80r/min爬坡性能6輸出轉(zhuǎn)矩9.56N.m噪音62db、初賽訓練1、兩段均勻的長度相同的銅絲橫截面積之比為 1： 2，假設(shè)在每一段銅絲兩端都加相同的電壓，那么兩銅絲中自由電子定向運動速率之比為2、某電解池中，假設(shè)在2 秒內(nèi)有 11019 個二價正離子和 2 1019 個負離子通過某截面，那么通過這個截面的電流是：A、0B、0.8 AC、1.6 AD、3.2 A3、有一電學元件，溫度升高時電阻卻大幅度減少，那么這種元件可能是： A、導體 B、絕緣體 C、半導體 D、超導體4、有一段金屬絲長為 L，電阻為 R，現(xiàn)將其一半拉長到 L，使總長度變?yōu)?3，那么整條金屬絲：2LA、電阻率變大 B、電阻

18、率變小 C、電阻變?yōu)?3RD、電阻變?yōu)?2.5R5、將一可變電阻 R 接在一內(nèi)阻不可忽略的電源兩端，電源電動勢恒定不變，當電阻R 發(fā)生變化時，以下說法正確的選項是A、假設(shè)電路中電流增大，那么外電壓增大B、假設(shè) R 變大，那么內(nèi)電壓增大C、假設(shè) R變大，那么電源輸出功率變大D、假設(shè) R 變小，那么電源輸出功率可能變大6、如圖，電源電動勢都為12 伏，并具有一定的內(nèi)阻，伏特表的內(nèi)阻很大。試根據(jù)電流方向和伏特表的示數(shù)，判斷哪幾幅圖中的情況不可能發(fā)生：7、如圖，電動勢E1=18 伏， E2=46 伏，內(nèi)阻r1=r2=1歐， R1=4歐 ,R2=2 歐,R3=6 歐 , 求 A、 B 兩點的電勢？8、某

19、研究性興趣小組用多用電表來排查電路故障。如下某同學連接的實驗實物圖圖中每個干電池的銘牌都為 “1.5V、0.5”，A、 B燈都不亮，該小組用以下兩種方法進行故障檢查。 1、先應用多用電表的直流電壓擋進行檢查，那么選擇開關(guān)就置于 只填序號， 1 分、2.5V、 10V、 50V、 250V該小組成員測試結(jié)果如下表所示，在測試 a、b 間直流電壓時， 紅表筆應接觸 a 填 a 或 b ，1分，根據(jù)測試結(jié)果，可以判定的故障是只填序號，1 分測試點電壓示數(shù)a、b有示數(shù)c、 b有示數(shù)c、d無示數(shù)d、f有示數(shù)、燈 A 短路、燈 B 短路、 c、d 段斷路、 d、f 段斷路2、再選擇應用多用電表的電阻擋進行

20、測量，測量結(jié)果如右表所示，那么進一步檢查的故障是只填序號，1 分、燈 A 斷路、燈 B 斷路、燈 A、B 均斷路、 d、e 段斷路在進行 2操作之前，應首先，再將多用電表置于電阻擋，然后檢查“歐姆零點”才能使用多用電表的歐姆擋測電阻。 1 分非理想伏特表的分壓規(guī)律用非理想伏特表測兩個串聯(lián)在恒定電壓U上的電阻的分壓，電表的示數(shù)與電阻成正比，而與電表內(nèi)阻 Rv無關(guān)，即 U1R1U 2R2且兩示數(shù)之和小于總電壓，即12U+UU證明：如下圖，設(shè)伏特表內(nèi)阻為vR1的電壓時R，根據(jù)分壓原理，當用伏特表測UR R/( RR )R R11 V1V1 V(1)UR R R /( R R )R1RVR2 RV R

21、1R221V1V當用伏特表測 R2的電壓時U2R2RV /( R2RV )R2 RV所以，兩電壓測量值之比為U1R1(2)UU 2R2R R R /( R R )R R R R R R1 V2 V1 212 V2V且兩測量值之和為R RR RU 1 U 21 V2VUUR1RVR2 RVR1R29、兩個定值電阻R1、R2串聯(lián)后接在輸出電壓U穩(wěn)定于 12伏的直流電源上 . 有人把一個內(nèi)阻不是遠大于R1、R2的電壓表接在R 兩端 ( 如圖13), 電壓表的示數(shù)為 8伏 . 如果把此電壓表改接在 R2的兩端 , 那么電壓表的示數(shù)將 ()A. 小于 4伏 ; B. 等于 4伏 ;C. 大于 4伏 ;

22、小于 8伏 ;D. 等于或大于 8伏.10、一臺多檔電熱器，有三組電熱絲，額定電壓和額定功率均為220 伏、 300 瓦，當單獨使用時燒開同樣的水需要12分鐘。假設(shè)全部使用，并組成以下四檔如下圖，均接入 220伏的電路中。求每檔的實際功率和燒開同樣的水所需的時間分別是多少？11、某一直流電動機提升重物的裝置，如下圖，重物的質(zhì)量m=50kg，電源提供給電動機的電壓為 U=110V，不計各種摩擦，當電動機以v=0.9m/s的恒定速率向上提升重物時，電路中的電流強度I =5.0A ，求電動機的線圈電阻大小取g=10m/s2。12、三個相同的金屬圈兩兩正交地連成如下圖的形狀，假設(shè)每一個金屬圈的原長電阻

23、為R，試求下圖中A、 B 兩點之間的等效電阻。圖輔助思考圖1 輔助思考圖圖 213、有如下圖的電阻網(wǎng)絡(luò)，求A、 B 之間的電阻 RAB分析 ：要求 A、 B 之間的電阻RAB按照電流分布法的思想，只要設(shè)上電流以后，求得A、 B 間的電壓即可。R求 ABIO14、有 n 個接線柱，任意兩個接線柱之間都接有一個電阻兩個2R接線柱之間的電阻。R41E I 3IR15、如下圖的電路是一個單邊的線型無限網(wǎng)絡(luò)，每個電阻的阻值都是之間的等I 2R，求 A、B效電阻 RAB.AR2R I5BCCDAR 求相鄰16、如下圖是一個無窮方格電阻絲網(wǎng)絡(luò)的一部分，其中每一小段電阻絲的阻值都是的兩個結(jié)點 A、 B 之間的

24、等效電阻。分析 ：假設(shè)電流 I 從 A 點B流入，向四面八方流到A CBBDA無窮遠處，根據(jù)對稱性，有I/4 電流由 A 點流到B 點。假設(shè)電流 I 經(jīng)過無限長時間穩(wěn)定后再由四面八方匯集到B 點后流出，根據(jù)對稱性，同樣有 I/4 電流經(jīng) A 點流到 B 點。17、如下圖， R1、 R2、 R3為定值電阻，但阻值未知，Rx 為電阻箱 . 當 Rx 為 Rx1 10時，通過它的電流 I x1 1A; 當 Rx為 Rx 2 18時，通過它的電流I x 20.6 A. 那么當 I x30.1A 時，求電阻 Rx3 .18、下圖為用補償原理測電池電動勢Ex 的電路圖， Es 標準電池的電動勢，且，內(nèi)阻r

25、 未知， R1、 R2 為兩只標準電阻箱，當 K1、 K2 合上時，調(diào)節(jié)電阻箱2 為一定阻值 R2，調(diào)節(jié)電阻箱 1 為一定阻值 R1時，檢流計G指零。再調(diào)節(jié)電阻箱 2 為 R2，調(diào)節(jié)電阻箱1 為一定阻值R1 時，檢流計 G指零。求待測池電動勢Ex？物理從高考到競賽專題講座穩(wěn)定電流答案、新課標高考常見題型精練-41、串 11900 小 7502、 D3、 36W4、 2.0 10 C5、 A6、解： 1實驗電路如圖 2舊蓄電池內(nèi)阻增大，輸出電流減小，路端電壓減小，使電機輸入電壓小于額定電壓，從而使電動自行車動力不足， 當輸出電壓小于 31.5V ，電動自行車處于欠壓保護狀態(tài)不啟動、3根據(jù)公式P=

26、IU 得， I= P 由主要技術(shù)參數(shù)表中的“額定輸出功率”“額定電壓”可得電U動自行車正常工作電流在5A 7.5A ；再由“續(xù)行里程”與“每百公里耗電”比較可知充一次電需耗電約0.5 度左右、點評： 此題是將物理知識運用于生活的事例，通過維修人員給電動自行車換電池的思考，起一個學生根據(jù)使用說明書，應用物理知識與物理實驗對故障現(xiàn)象和維修結(jié)果進行解釋、驗與探究過程中多次從技術(shù)參數(shù)表中提取有用信息、表中還含有大量的有關(guān)物理學的信息、初賽訓練1、 1： 12、D3、 C4、D5、 D6、C7、 12V； -32V8、 1、 2、斷開電鍵引實9、 A10、 36min;4min;18min;8min 11、 .4 歐12、分析：從圖 3 中可以看出，整個電阻網(wǎng)絡(luò)相對于AB 的電流流入、流出方式上具有上下對稱性， 因此可上下壓縮成如圖所時的等效減化網(wǎng)絡(luò)。從如圖 4 所示的網(wǎng)絡(luò)中可以看出，從A 點流到 O電流與從 O點到 B 電流必相同； 從 A1 點流到 O電流與從 O點到 B1 電流必相同。 據(jù)此可以將 O點斷開，等效成如圖 5 所示的簡單網(wǎng)絡(luò)，使問題得以求解。解：根據(jù)以上分析求得 RAB=5R/4813、分析：要求 A、B 之間的電阻 RAB按照電