第十二章章末整合提升—【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册同步练习
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主题一 闭合电路的动态分析及含电容器电路问题
1.闭合电路动态问题的分析方法.
(1)程序法:基本思路是“部分→整体→部分”,即
①分析电路,明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象;
②由局部电阻变化判断总电阻的变化;
③由I= 判断总电流的变化;
④由U=E-Ir判断路端电压的变化;
⑤由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分的电路电压及电流的变化.
(2)结论法——“并同串反”.
①“并同”:某一电阻增大时,与它并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大;某一电阻减小时,与它并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小.
②“串反”:某一电阻增大时,与它串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小;某一电阻减小时,与它串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大.
(3)极限法: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片分别滑至两个极端去讨论.
(4)特殊值法:对于某些电路问题,可以代入特殊值进行判定,从而得出结论.
2.含电容器电路的分析与计算.
(1)含电容器的电路简化.
在不分析电容器的充、放电过程时,把电容器所在的电路视为断路,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处理方法.
电路稳定后,与电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,即电阻不起分压的作用,电容器两端的电压等于与其并联的用电器两端的电压.
(3)电压变化带来的电容器变化.
电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电.若电容器两端电压升高,电容器将充电;若电容器两端电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电.可由ΔQ=C·ΔU计算电容器上电荷量的变化量.
【典例1】如图所示电路中,开关S闭合,当滑动变阻器的滑片P从A端向B端滑动时,下列判断正确的是 ( )
A.电压表示数变大,通过灯L1的电流变大,灯L2变亮
B.电压表示数变小,通过灯L1的电流变小,灯L2变暗
C.电压表示数变大,通过灯L2的电流变小,灯L1变亮
D.电压表示数变小,通过灯L2的电流变大,灯L1变暗
解析:当滑动变阻器的滑片P向B端滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,由I=知总电流增大,通过L2的电流增大,L2变亮;由
U外=E-I(RL2+r)知,滑动变阻器与L1并联部分电压减小,电压表示数变小,L1变暗.选项D正确.
答案:D
主题二 闭合电路的图像问题
图像既能反映物理量之间的关系,又是一种分析和解决物理问题的重要工具.利用图像求解闭合电路中的问题,要明确各种图像的坐标轴、图线的斜率、截距、交点、面积的意义.
直流电路中常见的图像有以下几种:
类型 | 表达式 | 图像 | 物理意义 |
I-R 图像 | I= | 纵截距为短路电流,I随R增大而减小 | |
U-R 图像 | U== | U随R的增大而增大,但为非线性关系 | |
U-I 图像 | U=E-Ir | 纵轴截距为E,横轴截距为I短,斜率的绝对值等于r | |
P出-R 图像 | P出= R= | 当R=r时,电源的输出功率最大,Pmax==;当R>r时,电源的输出功率随R的增大而减小;当R<r时,电源的输出功率随R的增大而增大 |
【典例2】(多选)甲、乙两个电源的路端电压U与通过它们的电流I的关系图线如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.路端电压都为U0时,两电路的外电路电阻相等
B.电流都是I0时,两电源的内电压相等
C.电源甲的电动势大于电源乙的电动势
D.电源甲的内阻小于电源乙的内阻
解析:路端电压等于外电阻两端的电压,根据部分电路欧姆定律可知,外电路电阻R两端的电压U与电流I的关系为R=,在题图中甲、乙两图线交点的坐标为(I0,U0),说明两电源的外电路电阻相等,选项A正确;图线斜率的绝对值表示电源内阻的大小(电动势与短路电流的比值),甲的斜率大于乙的斜率,表明甲的内阻大于乙的内阻,选项D错误;电源的内电压等于通过电源的电流与电源内阻的乘积,即U内=Ir,因为甲的内阻比乙的内阻大,所以当电流都为I0时,甲电源的内电压较大,选项B错误;U-I图像的纵截距表示电动势的大小,由图像可知甲的纵截距比乙的大,表明甲的电动势大于乙的电动势,选项C正确.
答案:AC
主题三 测电池电动势和内阻的常用方法
实验方法 | 电路图 | 实验原理 |
伏安法 | 调节滑动变阻器: E=U1+I1r E=U2+I2r | |
安阻法 | 调节电阻箱: E=I1R1+I1r E=I2R2+I2r | |
伏阻法 | 调节电阻箱: E=U1+r E=U2+r |
提醒:在数据处理中,除了用公式法计算电动势和内阻外,还可以根据不同测量原理选择作U-I、 -R、 -等图像,然后列出函数关系,找出斜率、截距求解.
【典例3】常用的无线话筒所用的电池电动势E约为 9 V,内阻r约为40 Ω,最大允许电流为100 mA.为测定这个电池的电动势和内阻,某同学利用图甲所示的电路进行实验.图中电压表为理想电表,R为电阻箱(阻值范围为
0~999.9 Ω),R0为定值电阻.
甲 乙
(1)图甲所示电路中接入R0的目的是防止电阻箱的阻值调得过小时,通过电源的电流大于其承受范围,起 的作用;实验室备有的定值电阻R0的规格有以下几种,本实验应选用 .
A.50 Ω,1.0 W B.500 Ω,2.5 W
C.1 500 Ω,15 W D.2 500 Ω,25 W
(2)该同学接入符合要求的R0后,闭合开关S,调整电阻箱接入电路的阻值,读出电压表的示数U,再改变电阻箱接入电路的阻值,测得多组数据,作出了如图乙所示的图像.由图像知,当电压表的示数为2 V时,电阻箱接入电路的阻值为 Ω.(结果保留三位有效数字)
(3)根据图乙求得该电池的电动势E= V,内阻r= Ω.(结果保留三位有效数字)
解析:(1)由题意可知,R0起保护电路的作用.当电阻箱接入电路中的电阻为0时,电路中允许通过的最大电流为100 mA,则由闭合电路欧姆定律可知,定值电阻的最小阻值约为R0=-40 Ω=50 Ω,故定值电阻应选50 Ω 的.
(2)由题图乙可知,图像的斜率大小k== V-1·Ω,纵截距b=0.1 V-1,故=
V-1·Ω·+0.1 V-1,电压表示数等于2 V时,=0.5 V-1,=4.8×10-2 Ω-1,所以R=20.8 Ω.
(3)由闭合电路欧姆定律可得U=R,变形得=+·.由数学知识可知,图像的斜率大小k=,截距b=,由(2)可知,b=0.1 V-1,故E=10.0 V,k==
V-1·Ω,故r=33.3 Ω.
答案:(1)保护电路 A (2)20.8 (3)10.0 33.3
