2021高考物理一輪復(fù)習(xí)專題8第2講電路電路的基本規(guī)律題型突破練含解析

1、第2講 電路 電路的基本規(guī)律考點(diǎn)一電源的功率和u-i曲線問題電源的功率問題【典例1】(多選)如圖甲所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為3 v、內(nèi)阻為2 ，r是阻值為8 的定值電阻，a是理想電流表，l是小燈泡，小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示。閉合開關(guān)s，電路穩(wěn)定后，a表的示數(shù)為0.2 a。下列說法正確的是()世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)a.由圖乙可知，小燈泡的電阻隨電壓升高而增大b.電路穩(wěn)定后，電源內(nèi)部發(fā)熱消耗的功率是0.4 wc.電路穩(wěn)定后，燈泡l消耗的電功率為1.0 wd.電路穩(wěn)定后，電源的效率約為87%【通型通法】1.題型特征：u-i圖象+電功率和效率。2.思維導(dǎo)引：【解析】選a、d。由圖乙可知，小燈泡的電阻等于

2、曲線斜率的倒數(shù)；由圖乙可得：電壓升高，斜率減小，故電阻增大，故a正確；電路穩(wěn)定后，電源內(nèi)部發(fā)熱消耗的功率p內(nèi)=i2r=0.08 w，故b錯(cuò)誤；由圖乙可得：i=0.2 a時(shí)，u=1 v，故電路穩(wěn)定后，燈泡l消耗的電功率pl=ui=0.2 w，故c錯(cuò)誤；電路穩(wěn)定后，電源的效率=p外p總=ei-i2rei×100%=1315×100%87%，故d正確?！径嗑S訓(xùn)練】(多選)(2020·昆明模擬)如圖所示，r1為定值電阻，r2為可變電阻，e為電源電動(dòng)勢(shì)，r為電源內(nèi)阻，以下說法中正確的是()a.當(dāng)r2=r1+r時(shí)，r1上獲得最大功率b.當(dāng)r2=r1+r時(shí)，r2上獲得最大功率c

3、.當(dāng)r2=0時(shí)，r1上獲得最大功率d.當(dāng)r2=0時(shí)，電源的輸出功率最大【解析】選b、c。將r1等效到電源的內(nèi)部，r2上的功率視為等效電源的輸出功率，r2上的功率為：p2=e2r2(r2+r1+r)2，所以當(dāng)外電阻等于內(nèi)阻時(shí)，即：r2=r1+r時(shí)，等效電源輸出功率最大，即r2上的功率最大，故a錯(cuò)誤，b正確。根據(jù)p=i2r，可知經(jīng)過電阻r1的電流最大時(shí)，r1上的功率最大；當(dāng)外電阻最小時(shí)，即r2=0時(shí)，電流最大，r1上的功率最大，故c正確。當(dāng)外電阻等于內(nèi)阻時(shí)，即：r1+r2=r，電源的輸出功率最大，所以r2=0時(shí)電源的輸出功率不一定最大，故d項(xiàng)錯(cuò)誤。電源的效率問題【典例2】如圖所示的電路中，電源電動(dòng)

4、勢(shì)為e，內(nèi)阻為r，r1、r2、r3阻值相同且都為r。將單刀雙擲開關(guān)由a點(diǎn)打到b點(diǎn)時(shí)世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)()a.電壓表的讀數(shù)變大b.電源的總功率變小c.電源的效率變大d.r2的功率變小【解析】選d。接a點(diǎn)時(shí)：r2接入電路，電壓表示數(shù)為：u=e2，電源的效率為：ue=50%，電源的總功率為：p=e22r。r2的電流為：i2=e2r；接b點(diǎn)時(shí)：r1與r2串聯(lián)再與r3并聯(lián)后接入電路，電壓表示數(shù)為：u=er+2r×r3r×2r×r3r=25e，電源的效率為：u'e=40%，電源的總功率為：p=e2r+2r×r3r=e253r，r2的電流為：e5r。所以電壓表的示

5、數(shù)變小，則a錯(cuò)誤；電源的總功率變大，則b錯(cuò)誤；電源的效率變小，則c錯(cuò)誤；通過r2的電流變小，功率變小，則d正確。電路的圖象問題【典例3】圖甲為某電源的u-i圖線，圖乙為某小燈泡的u-i圖線，則下列說法中正確的是世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)()a.電源的內(nèi)阻為0.5 b.小燈泡的電阻隨著功率的增大而減小c.當(dāng)小燈泡兩端的電壓為0.5 v時(shí)，它的電阻約為16 d.把電源和小燈泡組成閉合回路，小燈泡的功率約為3 w【解析】選d。由圖甲，根據(jù)u=e-ir可得：電動(dòng)勢(shì)e=1.5 v，內(nèi)阻r=1.5-1.03 =16 ，故a錯(cuò)誤；由圖乙可得：電壓越大，斜率越大，故電阻越大，故b錯(cuò)誤；由圖乙可得：當(dāng)小燈泡兩端的電壓u=0

6、.5 v時(shí)，電流i=6 a，故電阻r=ui=0.56 =112 ，故c錯(cuò)誤；把電源和小燈泡組成閉合回路，將甲、乙兩圖疊加到一起(如圖所示)，兩u-i曲線的交點(diǎn)即小燈泡的電壓、電流，故u0.5 v，i6 a，所以小燈泡的功率p=ui3 w，故d正確。1.閉合電路的功率及效率問題：電源總功率任意電路：p總=ei=p出+p內(nèi)純電阻電路：p總=i2(r+r)=e2r+r電源內(nèi)部消耗的功率p內(nèi)=i2r=p總-p出電源的輸出功率任意電路：p出=ui=p總-p內(nèi)純電阻電路：p出=i2r=e2r(r+r)2p出與外電阻r的關(guān)系當(dāng)r=r時(shí)，電源的輸出功率最大為pm=e24r當(dāng)r>r時(shí)，隨著r的增大輸出功率

7、越來越小。當(dāng)r<r時(shí)，隨著r的增大輸出功率越來越大。當(dāng)p出<pm時(shí)，每個(gè)輸出功率對(duì)應(yīng)兩個(gè)外電阻r1和r2，且r1r2=r2電源的效率任意電路：=p出p總×100%=ue×100%純電阻電路：=rr+r×100%2.兩類u-i圖象的比較：電源u-i圖象電阻u-i圖象圖形物理意義電源的路端電壓隨電路電流的變化關(guān)系電阻中的電流隨電阻兩端電壓的變化關(guān)系截距與縱軸交點(diǎn)表示電源電動(dòng)勢(shì)e，與橫軸交點(diǎn)表示電源短路電流er過坐標(biāo)原點(diǎn)，表示沒有電壓時(shí)電流為零坐標(biāo)u、i的乘積表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率坐標(biāo)u、i的比值表示外電阻的大小，不同點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外電阻大小不同每一

8、點(diǎn)對(duì)應(yīng)的比值均等大，表示此電阻的大小斜率(絕對(duì)值)電源內(nèi)阻r電阻大小【加固訓(xùn)練】 某同學(xué)將一閉合電路電源的總功率pe、輸出功率pr和電源內(nèi)部的發(fā)熱功率pr隨電流i變化的圖線畫在了同一坐標(biāo)系中，如圖中的a、b、c所示，則下列判斷正確的是()a.直線a表示電源內(nèi)部的發(fā)熱功率隨電流i變化的圖線b.曲線b表示電源的總功率隨電流i變化的圖線c.曲線c表示電源的輸出功率隨電流i變化的圖線d.電源的電動(dòng)勢(shì)e=3 v，內(nèi)電阻r=2 【解析】選c。電源消耗的總功率的計(jì)算公式pe=eii，故pe-i圖線是直線，直線a表示電源總功率隨電流i變化的圖線，故a錯(cuò)誤；電源內(nèi)電阻消耗的功率：pr=i2r，應(yīng)為開口向上的曲線

9、，故b表示pr-i圖線，故b錯(cuò)誤；輸出功率：pr=pe-pr=ei-i2r，應(yīng)為開口向下的曲線，故c表示pr-i圖線，故c正確；當(dāng)i=2 a時(shí)，pr=0。說明外電路短路，根據(jù)p=ei，得到e=pi=62 v=3 v；r=ei=32 =1.5 ，故d錯(cuò)誤?？键c(diǎn)二含容電路的分析與計(jì)算【典例4】(2019·遂寧模擬)如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)e=1.5 v，內(nèi)電阻r=0.5 ，滑動(dòng)變阻器r1的最大電阻rm=5.0 ，定值電阻r2=2.0 ，c為平行板電容器，其電容為3 f。將開關(guān)s與a接觸，則()世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)a.當(dāng)r1的阻值增大時(shí)，r2兩端的電壓減小b.當(dāng)r1接入電路阻值為0.5 時(shí)，r1消耗

10、的功率最大c.將開關(guān)從a接向b，流過r3的電流流向?yàn)閐cd.將開關(guān)從a接向b，待電路穩(wěn)定，流過r3的電荷量為9×10-3 c【通型通法】1.題型特征：含有電容器的電路。2.思維導(dǎo)引：【解析】選a。當(dāng)r1的阻值增大時(shí)，外電路的總電阻增大，總電流減小，r2兩端的電壓減小，故a正確；將r2等效為電源的內(nèi)阻，當(dāng)r1=r2+r=2 +0.5 =2.5 時(shí)，r1消耗的功率最大，故b錯(cuò)誤；當(dāng)開關(guān)接a時(shí)，電容器右極板帶正電，將開關(guān)從a接向b，穩(wěn)定時(shí)電容器左極板帶正電，所以電容器先放電后反向充電，流過r3的電流流向?yàn)閏d，故c錯(cuò)誤；因r1接入的阻值未知，不能求出電容器上電壓的變化，故不能求出流過r3的

11、電荷量，故d錯(cuò)誤。1.電路簡化：把電容器所處的支路視為斷路，簡化電路時(shí)可以去掉，求電荷量時(shí)再在相應(yīng)位置補(bǔ)上。2.電路穩(wěn)定時(shí)電容器的處理方法：(1)電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓。(2)電容器所在的支路中沒有電流，與之串聯(lián)的電阻無電壓，相當(dāng)于導(dǎo)線。3.電容器的電荷量及變化的計(jì)算：(1)利用q=uc計(jì)算電容器初、末狀態(tài)所帶的電荷量q1和q2；(2)如果變化前后極板帶電的電性相同，通過所連導(dǎo)線的電荷量為|q1-q2|；(3)如果變化前后極板帶電的電性相反，通過所連導(dǎo)線的電荷量為q1+q2。4.含容電路問題的解題思路：第一步理清電路的串、并聯(lián)關(guān)系第二步確定電容器兩極板間的電壓。在電容器充

12、電和放電的過程中，歐姆定律等電路規(guī)律不適用，但對(duì)于充電或放電完畢的電路，電容器的存在與否不再影響原電路，電容器接在某一支路兩端，可根據(jù)歐姆定律及串、并聯(lián)規(guī)律求解該支路兩端的電壓u第三步分析電容器所帶的電荷量。針對(duì)某一狀態(tài)，根據(jù)q=cu，由電容器兩端的電壓u求電容器所帶的電荷量q，由電路規(guī)律分析兩極板電勢(shì)的高低，高電勢(shì)板帶正電，低電勢(shì)板帶負(fù)電【加固訓(xùn)練】(多選)(2020·無錫模擬)如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)為e，內(nèi)阻為r，c為電容器，l為小燈泡，r為定值電阻，閉合開關(guān)，小燈泡能發(fā)光?，F(xiàn)將滑動(dòng)變阻器滑片向右滑動(dòng)一段距離，滑動(dòng)前后理想電壓表v1、v2示數(shù)變化量的絕對(duì)值分別為u1、u2，理想電流

13、表a示數(shù)變化量的絕對(duì)值為i，則()a.電容器的帶電量變大b.燈泡變亮c.u1i與u2i均保持不變d.當(dāng)電路穩(wěn)定后，斷開開關(guān)，小燈泡立刻熄滅【解析】選b、c。將滑動(dòng)變阻器滑片向右滑動(dòng)時(shí)接入電路的電阻減小，電路中電流增大，電源的內(nèi)電壓以及r上的電壓增大，則燈泡和滑動(dòng)變阻器兩端的電壓之和減小，即電容器兩端的電壓減小，根據(jù)q=cu可知，電容器帶電量減小，故a錯(cuò)誤；電路中電流增大，通過燈泡的電流增大，所以燈泡變亮，故b正確；根據(jù)u2=e-ir，得u2i=r，保持不變。u1i=r，故保持不變，故c正確；當(dāng)電路穩(wěn)定后，斷開開關(guān)，電容器通過燈泡和變阻器放電，所以小燈泡不會(huì)立即熄滅，故d錯(cuò)誤?？键c(diǎn)三電路故障分析

14、結(jié)論法判斷電路故障【典例5】如圖所示的電路中，燈泡a和燈泡b原來都是正常發(fā)光的，現(xiàn)在突然燈泡a比原來變暗了些，燈泡b比原來變亮了些，則電路中出現(xiàn)的故障可能是()世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)a.r3斷路b.r2斷路c.r1短路d.r1、r2同時(shí)短路【通型通法】1.題型特征：部分電路斷路。2.題型解碼：(1)理解燈泡變亮或變暗即電流變大或變小。(2)可通過結(jié)論法進(jìn)行分析判斷?！窘馕觥窟xb。 由電路圖可知，通過燈泡a的電流等于通過燈泡b的電流與通過r2的電流之和。燈泡a比原來變暗了些，燈泡b比原來變亮了些，說明通過燈泡b的電流變大，而通過燈泡a的電流變小，當(dāng)r2斷路時(shí)，r總變大，i總變小，所以通過r1的電流變小，

15、所以選b。r3斷路或r1短路都會(huì)使兩燈泡都比原來變亮；r1、r2同時(shí)短路會(huì)使燈泡a比原來變亮，燈泡b熄滅。假設(shè)法判斷電路故障【典例6】如圖所示的電路中，閉合開關(guān)s，燈l1、l2正常發(fā)光。由于電路出現(xiàn)故障，突然發(fā)現(xiàn)l1變亮，l2變暗，電流表的讀數(shù)變小，根據(jù)分析，發(fā)生的故障可能是世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)()a.r1斷路b.r2斷路c.r3短路d.r4短路【解析】選a。等效電路圖如圖所示。若r1斷路，總電阻變大，總電流減小，路端電壓變大，l1兩端電壓變大，l1變亮；ab部分電路結(jié)構(gòu)沒變，電流仍按原比例分配，總電流減小，通過l2、電流表的電流都減小，故a正確。若r2斷路，總電阻變大，總電流減小，ac部分電路結(jié)構(gòu)

16、沒變，r1、l1中電流都減小，與題意相矛盾，故b錯(cuò)誤。若r3短路或r4短路，總電阻減小，總電流增大，電流表中電流變大，與題意相矛盾，c、d錯(cuò)誤，因此正確選項(xiàng)只有a。1.故障特點(diǎn)：(1)斷路特點(diǎn)：表現(xiàn)為路端電壓不為零而電流為零；(2)短路特點(diǎn)：用電器或電阻發(fā)生短路，表現(xiàn)為有電流通過電路但用電器或電阻兩端電壓為零。2.檢查方法：電壓表檢測(cè)如果電壓表示數(shù)為零，則說明可能在并聯(lián)路段之外有斷路，或并聯(lián)路段短路電流表檢測(cè)當(dāng)電路中接有電源時(shí)，可用電流表測(cè)量各部分電路上的電流，通過對(duì)電流值的分析，可以確定故障的位置歐姆表檢測(cè)當(dāng)測(cè)量值很大時(shí)，表示該處斷路；當(dāng)測(cè)量值很小或?yàn)榱銜r(shí)，表示該處短路斷路(1)如果電路中用

17、電器不工作(常是燈不亮)，且電路中無電流，則電路斷路(2)具體到哪一部分?jǐn)嗦?，有兩種判斷方式：把電壓表分別和各處并聯(lián)，則有示數(shù)且比較大(常表述為等于電源電壓)，則電壓表兩接線柱之間的電路斷路(電源除外)；把電流表分別與各部分并聯(lián)，如其他部分能正常工作，電流表有電流，則當(dāng)時(shí)與電流表并聯(lián)的部分?jǐn)嚅_了。(適用于多用電器串聯(lián)電路)短路(1)串聯(lián)電路或者串聯(lián)的部分用電器不能正常工作，其他部分能正常工作，則不能正常工作的部分短路(2)把電壓表分別和各部分并聯(lián)，導(dǎo)線部分的電壓為零表示導(dǎo)線正常，如某一用電器兩端的電壓為零，則此用電器短路假設(shè)法將整個(gè)電路劃分為若干部分，然后逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生某種故障，運(yùn)用閉

18、合電路或部分電路的歐姆定律進(jìn)行推理【加固訓(xùn)練】如圖所示電路，已知r3=4 ，閉合電鍵，安培表讀數(shù)為0.75 a，伏特表讀數(shù)為2 v，經(jīng)過一段時(shí)間，一個(gè)電阻斷路，使安培表讀數(shù)變?yōu)?.8 a，伏特表讀數(shù)變?yōu)?.2 v，則根據(jù)上述提供的已知條件，可以推出的結(jié)論是()a.發(fā)生斷路的電阻是r3b.發(fā)生斷路的電阻是r4c.能算出r4的阻值d.能算出電源的電動(dòng)勢(shì)【解析】選d。由于發(fā)生故障后，伏特表和安培表都有示數(shù)且均增大，說明外電阻增大，故只能是r2斷路。故a、b錯(cuò)誤。r2斷路后，電壓表的示數(shù)等于電阻r1兩端的電壓，則有：r1=u1'i1'=3.20.8 =4 ，故障前，電阻r3兩端的電壓為

19、：u3=i1r1-u1=(0.75×4-2) v=1 v，通過電阻r3的電流為：i3=u3r3=14 a=0.25 a，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：e=i1r1+(i1+i3)(r4+r)代入得：e=3 v+(r4+r)故障后，有：e=u1+i1(r4+r)代入得：e=3.2 v+0.8 a×(r4+r)解得：e=4 v，r4+r=1 由于r未知，所以r4不能求出。故c錯(cuò)誤，d正確?？键c(diǎn)四電路的動(dòng)態(tài)分析【典例7】(多選)在如圖所示的電路中，電源的負(fù)極接地，其電動(dòng)勢(shì)為e、內(nèi)電阻為r，r1、r2為定值電阻，r3為滑動(dòng)變阻器，、為理想電流表和電壓表。在滑動(dòng)變阻器滑片p自a端向b端滑動(dòng)

20、的過程中，下列說法中正確的是()世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)a.電壓表示數(shù)減小b.電流表示數(shù)增大c.電阻r2消耗的功率增大d.a點(diǎn)的電勢(shì)降低【一題多解】選b、d。解法一(程序法)：p由a端向b端滑動(dòng)，其阻值減小，則總電阻減小，總電流增大，電阻r1兩端電壓增大，電壓表示數(shù)變大，a錯(cuò)誤；電阻r2兩端的電壓u2=e-i總(r1+r)，i總增大，則u2減小，i2=u2r2，i2減小，電流表的示數(shù)ia=i總-i2增大，b正確；由p2=i22r2知p2減小，c錯(cuò)誤；uab=a-b=a=u2，故a降低，d正確。解法二(結(jié)論法)：由于r3減小，r2與r3并聯(lián)，則u2、i2均減小，而p2=i22r2，知p2減小，c錯(cuò)誤；ua

21、b=u2=a-b=a減小，d正確；因?yàn)閞1間接與r3串聯(lián)，故i1、u1均增大，故電壓表示數(shù)增大，a錯(cuò)誤；根據(jù)ia=i1-i2知ia增大，b正確。解法三(極限法)：設(shè)滑片p滑至b點(diǎn)，則r3=0，a=b=0，d正確；r2上電壓為零，則功率也為零，c錯(cuò)誤；當(dāng)r3=0時(shí)，總電阻最小，總電流最大，r1上電壓最大，故a錯(cuò)誤；由于ia=i1-i2，此時(shí)i1最大，i2=0最小，故ia最大，b正確?！径嗑S訓(xùn)練】如圖所示，平行金屬板中帶電油滴p原來處于靜止?fàn)顟B(tài)，不考慮電流表和電壓表對(duì)電路的影響，r1的阻值和電源內(nèi)阻r相等。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向b端移動(dòng)時(shí)()a.r3上消耗的功率逐漸增大b.電流表讀數(shù)減小，電壓表讀數(shù)

22、增大c.質(zhì)點(diǎn)p將向上運(yùn)動(dòng)d.電源的輸出功率逐漸增大【解析】選d。當(dāng)滑動(dòng)變阻器r的滑片向b端移動(dòng)時(shí)，其接入電路的電阻減小，外電路總電阻減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律分析得知干路電流i增大。電容器板間電壓等于r3的電壓。r減小，ab間并聯(lián)部分的總電阻減小，則r3的電壓減小，r3上消耗的功率逐漸減小。電容器的電壓減小，則電容器板間場(chǎng)強(qiáng)減小，質(zhì)點(diǎn)p所受的電場(chǎng)力減小，所以質(zhì)點(diǎn)p將向下運(yùn)動(dòng)。流過電流表的電流ia=i-i3，i增大，i3減小，則ia增大，所以電流表讀數(shù)增大。r的電壓u=u3-u2，u3減小，u2增大，則u減小，所以電壓表讀數(shù)減小。由于r1的阻值和電源內(nèi)阻r相等，則外電路總電阻大于電源的內(nèi)阻r，當(dāng)外電阻減小時(shí)，電源的輸出功率逐漸增大。故a、b、c錯(cuò)誤，d正確。閉合電路