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新高考物理一轮复习考点精讲精练第62讲 电路的动态分析(2份打包,原卷版+解析版)
展开1.(2018•全国)如图所示的电路中,电源的电动势E和内电阻r恒定不变。闭合开关S,滑动变阻器的滑片P处于某一位置时,小灯泡L能发光。将滑片P从该位置向b端滑动,则( )
A.小灯泡L变亮,电流表的示数变小
B.小灯泡L变亮,电流表的示数增大
C.小灯泡L变暗,电流表的示数变小
D.小灯泡L变暗,电流表的示数增大
(多选)2.(2014•上海)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△V1、△V2、△V3,理想电流表示数变化量的绝对值为△I,则( )
A.A的示数增大B.V2的示数增大
C.△V3与△I的比值大于rD.△V1大于△V2
一.知识回顾
1.电动势
(1)定义:电源内部非静电力所做的功与所移动的电荷量之比。
(2)表达式:E=eq \f(W,q)。
(3)物理意义:反映电源把其他形式的能转化为电势能的本领大小的物理量。
(4)特点:由非静电力的特性决定,跟电源的体积无关,也跟外电路无关。
2.内阻:电源内部也存在电阻,叫作电源的内阻,常用r表示,它是电源的另一重要参数。
3.闭合电路的欧姆定律
(1)内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。
(2)公式
①I=eq \f(E,R+r)(只适用于纯电阻电路);
②E=U外+U内(适用于所有电路)。
4.路端电压与负载的关系
5.路端电压跟电流的关系
(1)关系式:U=E-Ir。
(2)用图像表示如图所示,其中纵轴截距为电动势,横轴截距为短路电流,斜率的绝对值为电源的内阻。
6.电路的功率和效率
(1)电源的功率P总=EI。
(2)电源内部损耗功率P内=I2r。
(3)电源的输出功率P出=UI。
A.定值电阻的功率:P定=I2R
R为定值电阻,P定只与电流有关系,当R外最大时,I最小,P定最小,当R外最小时,I最大,P定最大。
B. 对纯电阻电路,则有: P出=I2R=eq \f(E2R,R+r2)=eq \f(E2,\f(R-r2,R)+4r)。
由上式可以看出
①当R=r时,电源的输出功率最大,Pm=eq \f(E2,4r)。
②当R>r时,随着R的增大输出功率越来越小。
③当R
利用等效思想,把除变化电阻之外的其他的定值电阻等效成电源的内阻r′,则变化电阻的功率即为等效以后的电源的输出功率,即当R变=r′时,P变有最大值。
C.外电路不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路,则有:
P出=(E-U)U/r, U=E/2时,输出功率最大。Pm=eq \f(E2,4r)
或者P出=I(E-Ir),I=E/2r时,输出功率最大。Pm=eq \f(E2,4r)
(4)电源的效率η=eq \f(P出,P总)×100%=eq \f(U,E)×100%。
A.任意电路
η=eq \f(P出,P总)×100%=eq \f(U,E)×100%
B.纯电阻电路
η=eq \f(R,R+r)×100%=eq \f(1,1+\f(r,R))×100%
因此R越大,η越大;当R=r时,电源有最大输出功率,效率仅为50%。
7.判定总电阻变化情况的规律
(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)在如图甲所示分压电路中,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。
(4)在一个定值电阻R和一个可变电阻R0组成的如图乙所示的电路中,若R0≥R,则当两个并联支路的电阻值相等时,a、b两端的总电阻最大;若R0
(1)程序法
电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(并联分流I,串联分压U))→变化支路。
(2)“串反并同”结论法
①所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大。
②所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大,反之则减小。
即:eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(U串↓,I串↓,P串↓))←R↑→eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(U并↑,I并↑,P并↑))
(3)极限法
对于因滑动变阻器的滑片滑动引起电路变化的问题,可分析将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端情况,此时还要注意滑片移动引起的电路变化是否是单调变化,滑片移动过程中是否有极值情况出现。
(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。
9.电路动态分析的一般步骤
(1)弄清局部电路变化所引起的局部电路电阻的变化。
(2)根据局部电路电阻的变化,确定整个电路的外电阻如何变化。
(3)根据闭合电路欧姆定律I总=eq \f(E,R外总+r),确定电路总电流如何变化。
(4)由U内=I总r确定电源内电压如何变化。
(5)由U=E-U内确定路端电压如何变化。
(6)确定支路两端的电压及通过各支路的电流如何变化。
二.例题精析
题型一:部分电路中的电流、电压及功率变化
例1.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.R1的电流增大
题型二:闭合电路中电源的输出功率与效率变化
例2.如图所示,已知电源的内阻为r,外电路的固定电阻R0=r,可变电阻Rx的总电阻为2r,在Rx的滑动触头从A端滑向B端的过程中( )
A.Rx消耗的功率减小
B.Rx消耗的功率先增大后减小
C.电源内部消耗的功率减小
D.R0消耗的功率减小
题型三:巧用等效电源
(多选)例3.如图所示,电路中定值R的阻值大于电源内阻r的阻值,开关S闭合,将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3的示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3,理想电流表示数变化量的绝对值为ΔI,下列说法正确的是( )
A.理想电压表V3的示数变大
B.电源的效率增大
C.r
D.ΔU3>ΔU1>ΔU2
三.举一反三,巩固练习。
在如图所示的电路中,电源内阻不能忽略。当滑动变阻器的滑片P向a端滑动时( )
A.流过电源的总电流增大
B.R1消耗的功率增大
C.电源内部消耗的功率增大
D.R2所在支路的电流增大
如图电路中,R1为定值电阻,电表均为理想电表。移动滑动变阻器R2的滑片,V、V1、V2和A三个电表的示数分别记为U、U1、U2和I,则必有( )
A.B.
C.D.
利用某半导体的电阻随温度升高而减小的特征可以制作电子温度计。图甲表示该半导体的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把该半导体与电动势为E、内阻为r的电源,理想电压表和保护电阻R0连成如图乙所示的电路。用该半导体作测温探头,把电压表的电压刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简易的电子温度计。下列说法正确的是( )
A.电压较大的刻度对应较高的温度
B.电压刻度0V对应的就是0℃
C.该电子温度计表盘上温度的刻度是均匀的
D.若电池用久后内阻r变大,用该温度计测量的温度要比真实值偏高
如图甲所示,条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时,遇到黑色线条,发光二极管发出的光线将被吸收,光敏三极管接收不到反射光,呈高阻抗;遇到白色间隔,光线被反射到光敏三极管,三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号,信号经信号处理系统处理,即完成对条形码信息的识别,等效电路图如图乙所示,其中R为光敏三极管的等效电阻,R0为定值电阻,下列判断正确的是( )
A.当扫描笔头在白色线条上移动时,信号处理系统获得高电压
B.当扫描笔头在黑色间隔上移动时,信号处理系统获得高电压
C.扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响
D.扫描笔头外壳出现破损漏光,仍然能正常工作
利用某半导体的电阻随温度升高而减小的特征可以制作电子温度计。图甲表示该半导体的电阻R随温度t变化的情况。把该半导体与电动势为E、内阻为r的电源,理想电压表和保护电阻R0连成如图乙所示的电路。用该半导体作测温探头,把电压表的电压刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简易的电子温度计。下列说法正确的是( )
A.温度升高后,电源的效率将升高
B.该电子温度计表盘上温度的刻度是均匀的
C.tA和tB相比,tA应标在电压较小的刻度上
D.若电池用久后内阻r变大,用该温度计测量的温度要比真实值偏高
在如图所示的电路中,R1、R2、R3和R4皆为定值电阻,R5为可变电阻,电源的电动势为E,内阻为r,设电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,电压表V1的示数为U1,电压表V2的读数为U2,当R5的滑片向b端移动过程中,电流表A1的读数变化量的绝对值为ΔI1,电流表A2的读数变化量的绝对值为ΔI2,电压表V1的读数变化量的绝对值为ΔU1,电压表V2的读数变化量的绝对值为ΔU2,则( )
A.U1变大,U2变大,不变
B.I1变小,ΔU1<ΔU2,变大
C.I1变大,I2变小,变小
D.I1变小,ΔU1>ΔU2,不变
(多选)如图所示,电路中开关S闭合,两平行金属板间带电微粒P处于静止状态,当滑动变阻器R2的滑片向b端移动时,下列说法正确的是( )
A.微粒P将向上运动B.电流表读数增大
C.R3上消耗的电功率增大D.电源的效率减小
(多选)如图所示,R1、R2和R3都是阻值为R0的定值电阻,R是滑动变阻器,V1、V2和A都是理想电压表和电流表,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片由图示位置向左缓慢滑动时,下列说法中正确的是( )
A.V1表示数减小
B.V2表示数减小
C.
D.电压表V1示数的变化量ΔU1的绝对值小于电压表V2示数的变化量ΔU2的绝对值
如图所示,电源电动势E=6V,内阻r=2Ω,滑动变阻器R1总阻值为6Ω,定值电阻R2=10Ω,电流表A以及电压表V1、V2是理想电表。在调整滑动变阻器R1的过程中,下面说法正确的是( )
A.电压表V1读数改变量与电流表读数改变量之比为2Ω
B.电压表V2读数改变量与电流表读数改变量之比为60Ω
C.电阻R2消耗的最小功率为2.5W
D.电源的最大输出功率为2.5W
如图所示,Rt为金属热电阻,R1为光敏电阻,R2和R3均为定值电阻,电源电动势为E,内阻为r,V为理想电压表,现发现电压表示数增大,可能的原因是( )
A.金属热电阻温度升高,其他条件不变
B.金属热电阻温度降低,光照减弱,其他条件不变
C.光照增强,其他条件不变
D.光照增强,金属热电阻温度升高,其他条件不变一般情况
U=IR=eq \f(E,R+r)·R=eq \f(E,1+\f(r,R))当R增大时,U增大
特殊情况
①当外电路断开时,I=0,U=E
②当电源两端短路时,I=eq \f(E,r),U=0
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