專題21 直流電路 2022-2023高考三輪精講突破訓練（全國通用）（原卷版）

學而優(yōu)教有方專題16直流電路目錄TOC\o"1-2"\h\u考向一電路的動態(tài)分析 1考查方式一阻值變化下的動態(tài)分析 2考查方式二電路結(jié)構(gòu)變化下的動態(tài)分析 4考查方式三含容電路的動態(tài)分析 5考查方式四電路故障的分析 8考向二對閉合電路歐姆定律的理解和應用 9考向三電功電功率電熱熱功率 12考向四電源的功率和效率 14【題型演練】 18考向一電路的動態(tài)分析1．解決電路動態(tài)變化的基本思路“先總后分”——先判斷總電阻和總電流如何變化．“先干后支”——先分析干路部分，再分析支路部分．“先定后變”——先分析定值電阻所在支路，再分析阻值變化的支路．2．電路動態(tài)分析的方法(1)程序法：基本思路是“部分→整體→部分”．即(2)極限法：因滑動變阻器滑片滑動引起的電路變化問題，可將滑動變阻器的滑動端分別滑至兩個極端去討論．(3)串反并同法：“串反”是指某一電阻增大(或減小)時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(或增大)．“并同”是指某一電阻增大(或減小)時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(或減小)．3．分析含容電路應注意的兩點(1)電路穩(wěn)定后，電容器所在支路電阻無電壓降，因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓．在電路穩(wěn)定后，與電容器串聯(lián)的電阻阻值變化，不影響電路中其他電表示數(shù)和燈泡亮度．(2)電路中的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充、放電．如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電，電荷量增大；如果電容器兩端電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電，電荷量減?。?．電路故障問題的分析方法與技巧(1)故障特點①斷路特點：表現(xiàn)為電路中的兩點間電壓不為零而電流為零，并且這兩點與電源的連接部分沒有斷點．②短路特點：用電器或電阻發(fā)生短路，表現(xiàn)為有電流通過電路但其兩端電壓為零．(2)檢查方法①電壓表檢測：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．②歐姆表檢測：當測量值很大時，表示該處是斷路，當測量值很小或為零時，表示該處是短路．在運用歐姆表檢測時，電路一定要切斷電源．③電流表檢測：當電路中接有電源時，可用電流表測量各部分電路上的電流，通過對電流值的分析，可以確定故障的位置．在運用電流表檢測時，要注意電流表的極性和量程．④假設法：將整個電路劃分為若干部分，然后逐一假設某部分電路發(fā)生某種故障，運用閉合電路或部分電路的歐姆定律進行推理．考查方式一阻值變化下的動態(tài)分析【例1】在如圖所示的電路中，E為電源電動勢，r為電源內(nèi)阻，R1和R3均為定值電阻，R2為滑動變阻器．當R2的滑動觸點在a端時合上開關(guān)S，此時三個電表A1、A2和V的示數(shù)分別為I1、I2和U．現(xiàn)將R2的滑動觸點向b端移動，則三個電表示數(shù)的變化情況是A．I1增大，I2不變，U增大B．I1減小，I2增大，U減小C．I1增大，I2減小，U增大D．I1減小，I2不變，U減小[變式]如圖所示電路中，閉合電鍵S，當滑動變阻器的滑動觸頭P從最高端向下滑動時，A．電壓表V讀數(shù)先變大后變小，電流表A讀數(shù)變大B．電壓表V讀數(shù)先變小后變大，電流表A讀數(shù)變小C．電壓表V讀數(shù)先變大后變小，電流表A讀數(shù)先變小后變大D．電壓表V讀數(shù)先變小后變大，電流表A讀數(shù)先變大后變小考查方式二電路結(jié)構(gòu)變化下的動態(tài)分析【例2】.(2019·安徽“江南”十校聯(lián)考)如圖所示的電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為R，L1和L2為相同的燈泡，每個燈泡的電阻和定值電阻的阻值均為R，電壓表為理想電表，S為單刀雙擲開關(guān)，當開關(guān)由1位置打到2位置時，下列說法中正確的是()A．電壓表讀數(shù)將變小B．L1亮度不變，L2將變暗C．L1將變亮，L2將變暗D．電源內(nèi)阻的發(fā)熱功率將變小[變式]如圖所示，電動勢為E、內(nèi)阻不計的電源與三個燈泡和三個電阻相接，只合上開關(guān)S1，三個燈泡都能正常工作，如果再合上S2，則下列表述正確的是（

）A．電源輸出功率減小B．L1上消耗的功率增大C．通過R1上的電流增大D．通過R3上的電流增大考查方式三含容電路的動態(tài)分析電容器是一個儲存電能的元件.在直流電路中,當電容器充放電時,電路里有充放電電流.一旦電路達到穩(wěn)定狀態(tài),電容器在電路中就相當于一個阻值無限大的元件,電容器所處電路看做是斷路,簡化電路時可去掉它.簡化后若要求電容器所帶電荷量時,可在相應的位置補上.在具體方法上要注意以下幾點:(1)根據(jù)Q=CU?ΔQ=CΔU可知,要求電容器所帶電荷量以及充放電時所帶電荷量的變化,關(guān)鍵是求電容器兩端的電壓.(2)在電路分析時要注意電容器所在支路的連接情況.電路穩(wěn)定后,由于電容器所在支路無電流通過,所以此支路中的電阻上無電壓降,可以把與電容器串聯(lián)的電阻看成導線,電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓.(3)對于較復雜的電路,經(jīng)常需要將電容器兩端的電勢與基準點的電勢進行比較后才能確定電容器兩端的電壓.【例3】圖（a）所示的電路中，K與L間接一智能電源，用以控制電容器C兩端的電壓UC。如果UC隨時間t的變化如圖（b）所示，則下列描述電阻R兩端電壓UR隨時間t變化的圖像中，正確的是（）A．B．C． D．[變式1]如圖所示，電路中R1、R2均為可變電阻，電源內(nèi)阻不能忽略．平行板電容器C的極板水平放置．閉合電鍵S，電路達到穩(wěn)定時，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動．如果僅改變下列某一個條件，油滴仍能靜止不動的是()A．增大R1的阻值 B．增大R２的阻值C．增大兩板間的距離 D．斷開電鍵S[變式2]如圖所示，M、N是平行板電容器的兩個極板，為定值電阻，、為可調(diào)電阻，用絕緣細線將質(zhì)量為、帶正電的小球懸于電容器內(nèi)部．閉合電鍵S，小球靜止時受到懸線的拉力為F．調(diào)節(jié)、，關(guān)于F的大小判斷正確的是A．保持不變，緩慢增大時，F(xiàn)將變大B．保持不變，緩慢增大時，F(xiàn)將變小C．保持不變，緩慢增大時，F(xiàn)將變大D．保持不變，緩慢增大時，F(xiàn)將變小考查方式四電路故障的分析【例4】(多選)在探究電路故障時，某實驗小組設計了如圖所示的電路，當開關(guān)閉合后，電路中的各用電器正常工作，經(jīng)過一段時間，發(fā)現(xiàn)小燈泡A的亮度變暗，小燈泡B的亮度變亮．則下列對電路故障的分析正確的是()A．可能是定值電阻R1短路B．可能是定值電阻R2斷路C．可能是定值電阻R3斷路D．可能是定值電阻R4短路【變式】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()A．R1斷路B．R2斷路C．R3短路D．R4短路考向二對閉合電路歐姆定律的理解和應用在恒流電路中常會涉及兩種U－I圖線，一種是電源的伏安特性曲線(斜率為負值的直線)，另一種是電阻的伏安特性曲線(過原點的直線)．求解這類問題時要注意二者的區(qū)別．電源U－I圖象電阻U－I圖象關(guān)系式U＝E－IrU＝IR圖形物理意義電源的路端電壓隨電流的變化關(guān)系電阻兩端電壓與電阻中的電流的關(guān)系截距與縱軸交點表示電源電動勢E，與橫軸交點表示電源短路電流過坐標軸原點，表示沒有電壓時電流為零坐標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U、I的比值表示外電阻的大小表示該電阻的大小斜率(絕對值)電源電阻r的大小若圖象為過原點的直線，圖象斜率表示電阻的大小兩曲線在同一坐標系中的交點表示電阻的工作點，即將電阻接在該電源上時，電阻中的電流和兩端的電壓考查方式一閉合電路歐姆定律的計算【例5】飛行器在太空飛行，主要靠太陽能電池提供能量．若有一太陽能電池板，測得它的開路電壓為800mV，短路電流為40mA.若將該電池板與一阻值為20Ω的電阻器連成一閉合電路，則它的路端電壓是()A．0.10VB．0.20VC．0.30VD．0.40V[變式]兩個相同的電阻R，當它們串聯(lián)后接在電動勢為E的電源上，通過一個電阻的電流為I；若將它們并聯(lián)后仍接在該電源上，通過一個電阻的電流仍為I，則電源的內(nèi)阻為()A．4RB．RC．eq\f(R,2)D．無法計算考查方式二電源與電阻U－I圖象的對比復習時注意電源的伏安特性曲線反映的是電源自身的性質(zhì),具有豐富的內(nèi)涵(如圖所示):圖線與縱軸的截距表示電源的電動勢;與橫軸的截距表示短路電流;斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻;圖線上任意一點所對應的電壓和電流的比值(或者說任意一點與坐標原點O連線的斜率)表示接在外電路的電阻;陰影部分面積表示電流為I時,外電路電阻兩端的輸出功率,四邊形AEOI的面積表示電源的總功率。導體的伏安特性曲線反映導體的性質(zhì).如果是遵循歐姆定律的線性元件,這是一條直線,電阻恒定不變(如圖中直線b所示);如果是不遵循歐姆定律的非線性元件,如氣體?半導體等,就是一條曲線.電阻不斷變化,其曲線上每一點對應的電壓與電流的比值就是此時導體的電阻(或說成此點與坐標原點連線的斜率表示此時導體的電阻).【例6】(多選)如圖所示的U－I圖象中，直線Ⅰ為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，直線Ⅱ為某一電阻R的U－I圖線，用該電源直接與電阻R連接成閉合電路，由圖象可知()A．R的阻值為1.5ΩB．電源電動勢為3V，內(nèi)阻為0.5ΩC．電源的輸出功率為3.0WD．電源內(nèi)部消耗功率為1.5W[變式]如圖所示，圖線甲、乙分別為電源和某金屬導體的U-I圖線，電源的電動勢和內(nèi)阻分別用E、r表示，根據(jù)所學知識分析下列選項正確的是 ()A．E＝50VB．r＝eq\f(25,3)ΩC．當該導體直接與該電源相連時，該導體的電阻為20ΩD．當該導體直接與該電源相連時，電路消耗的總功率為80W考向三電功電功率電熱熱功率1.電功和電熱、電功率和熱功率的區(qū)別與聯(lián)系電功W電熱Q電功率P物理意義電流通過電路做的功，即使電荷定向移動時電場力做的功電流通過導體所做的功，電阻上所產(chǎn)生的熱量表征電流做功快慢的物理量，用電流所做的功與所用時間的比值來表示能量轉(zhuǎn)化消耗的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量(內(nèi)能、機械能、化學能等)消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能2.非純電阻電路的分析方法(1)抓住兩個關(guān)鍵量：確定電動機的電壓UM和電流IM是解決所有問題的關(guān)鍵．若能求出UM、IM，就能確定電動機的電功率P＝UMIM，根據(jù)電流IM和電動機的電阻r可求出熱功率Pr＝Ieq\o\al(2,M)r，最后求出輸出功率P出＝P－Pr.(2)堅持“躲著”求解UM、IM：首先，對其他純電阻電路、電源的內(nèi)電路等，利用歐姆定律進行分析計算，確定相應的電壓或電流．然后，利用閉合電路的電壓關(guān)系、電流關(guān)系間接確定非純電阻電路的工作電壓和電流．(3)應用能量守恒定律分析：要善于從能量轉(zhuǎn)化的角度出發(fā)，緊緊圍繞能量守恒定律，利用“電功＝電熱＋其他能量”尋找等量關(guān)系求解．【例7】(多選)如圖所示，一臺電動機提著質(zhì)量為m的物體，以速度v勻速上升，已知電動機線圈的電阻為R，電源電動勢為E，通過電源的電流為I，當?shù)刂亓铀俣葹間，忽略一切阻力及導線電阻，則 ()A．電源內(nèi)阻r＝eq\f(E,I)－RB．電源內(nèi)阻r＝eq\f(E,I)－eq\f(mgv,I2)－RC．如果電動機轉(zhuǎn)軸被卡住而停止轉(zhuǎn)動，較短時間內(nèi)電源消耗的功率將變大D．如果電動機轉(zhuǎn)軸被卡住而停止轉(zhuǎn)動，較短時間內(nèi)電源消耗的功率將變小[變式1]如圖，電路中電源電動勢為3.0V，內(nèi)阻不計，L1、L2、L3為三個相同規(guī)格的小燈泡，小燈泡的伏安特性曲線如圖所示．當開關(guān)閉合后，下列說法中正確的是 ()A．L1中的電流為L2中電流的2倍B．L3的電阻約為1.875ΩC．L3的電功率約為0.75WD．L2和L3的總功率約為3W[變式2]如圖所示，電源電動勢為12V，電源內(nèi)阻為1.0Ω，電路中的電阻R0為1.5Ω，小型直流電動機M的內(nèi)阻為0.5Ω，閉合開關(guān)S后，電動機轉(zhuǎn)動，電流表的示數(shù)為2.0A．則以下判斷中正確的是()A．電動機的輸出功率為14WB．電動機兩端的電壓為7.0VC．電動機產(chǎn)生的熱功率為4.0WD．電源輸出的功率為24W考向四電源的功率和效率(1)電源的功率P：也稱電源的總功率，是電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率，計算式為：P＝IE(普遍適用)；P＝eq\f(E2,R＋r)＝I2(R＋r)(只適用于外電路為純電阻的電路)．(2)電源內(nèi)阻消耗功率P內(nèi)：是電源內(nèi)阻的熱功率，也稱電源的損耗功率，計算式為：P內(nèi)＝I2r.(3)電源的輸出功率P外：是外電路上消耗的功率，計算式為：P外＝IU外(普遍適用)；P外＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)(只適用于外電路為純電阻的電路)．(4)電源的效率：η＝eq\f(P外,P)＝eq\f(UI,EI)＝eq\f(U,E)＝eq\f(R,R＋r).(5)電源的輸出功率(P外)與外電阻R的關(guān)系：P外＝eq\f(RE2,R＋r2)＝eq\f(E2,eq\f(R－r2,R)＋4r).P外與R的關(guān)系圖象如圖所示．由圖可以看出：當R＝r時，電源的輸出功率最大，Pm＝eq\f(E2,4r)，此時電源效率η＝50%.當R＞r時，隨著R的增大輸出功率越來越?。擱＜r時，隨著R的增大輸出功率越來越大．當R由小于r增大到大于r時，隨著R的增大輸出功率先增大后減小(非單調(diào)變化)．4．含容電路的分析技巧電容器兩極板間的電壓等于與電容器并聯(lián)的電阻兩端的電壓，與電容器串聯(lián)的電阻兩端的電壓一定為零(有阻無流，則無電壓)．【例7】如圖所示，E＝8V，r＝2Ω，R1＝8Ω，R2為變阻器接入電路中的有效阻值，問：(1)要使變阻器獲得的電功率最大，則R2的取值應是多大？這時R2的功率是多大？(2)要使R1得到的電功率最大，則R2的取值應是多大？R1的最大功率是多大？這時電源的效率是多大？(3)調(diào)節(jié)R2的阻值，能否使電源以最大的功率eq\f(E2,4r)輸出？為什么？

[變式1]將一電源與一電阻箱連接成閉合回路，測得電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線如圖所示，由此可知 ()A．電源最大輸出功率可能大于45WB．電源內(nèi)阻一定等于5ΩC．電源電動勢為45VD．電阻箱所消耗功率P最大時，電源效率大于50%[變式2]圖甲為某元件R的U－I特性曲線，把它連接在圖乙所示電路中．已知電源電動勢E＝5V，內(nèi)阻r＝1.0Ω，定值電阻R0＝4Ω.閉合開關(guān)S后，求：(1)該元件的電功率；(2)電源的輸出功率．

【題型演練】1．如圖所示電路中，電源電動勢，內(nèi)阻，定值電阻，，；滑動變阻器的取值范圍為。閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使取不同的阻值接入電路，則下列說法正確的是（）A．時，定值電阻消耗的功率最大，為B．時，電源內(nèi)阻消耗的功率最小，為C．時，消耗的功率最大，為D．時，電源的效率最高，為90％2．如圖，A、B為水平放置的平行金屬板，下板B接地，R為滑動變阻器，電源內(nèi)阻不可忽略。閉合開關(guān)與S，電路穩(wěn)定后，A、B之間一帶電液滴P恰好靜止。則（）A．僅使A板水平向左移動一小段距離，液滴將向下運動B．僅使變阻器滑片向下滑動，液滴將向上運動，電阻R功率增大C．斷開，僅使A板豎直向上移動一小段距離，液滴將向上運動D．斷開，僅使B板豎直向下移動一小段距離，液滴的電勢能將減小3．外電路為純電阻的情況下，電源輸出功率隨路端電壓變化的函數(shù)關(guān)系如圖所示，則有（）A．電源電動勢為，內(nèi)阻為B．路端電壓為時，電源輸出功率為C．外電阻的阻值為時，電源效率為75％D．外電阻分別為與時，電源輸出功率相同4．如圖，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，滑動變阻器總電阻為R，所有電表均為理想表。閉合開關(guān)S后，當滑片P由a端向b端緩慢滑動的過程中（）A．電流表A1的示數(shù)逐漸增大 B．電流表A2的示數(shù)先減小再增大C．電容器C的電荷量保持不變 D．電壓表V的示數(shù)逐漸增大5．兩個直流電源的總功率隨外電壓U變化的關(guān)系圖線，如圖中的a、b所示，若兩電源的內(nèi)阻為、，能提供的最大輸出功率為、，則（）A．， B．，C．， D．，6．如圖所示的電路中，電源內(nèi)阻不可忽略，電壓表為理想電壓表，