高考物理一轮复习核心考点突破练习专题61闭合电路的动态分析 含容电路的分析 电路故障分析（2份，原卷版+解析版）

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考点三 电路故障分析（23-27T）
考点一 闭合电路的动态分析
1.串、并联电路常用的结论
1）串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻。
2）并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻，且小于其中最小的电阻。
3）无论电阻怎样连接，每一段电路消耗的总功率P总是等于各个电阻消耗的功率之和。
4）无论电路是串联还是并联，电路中任意一个电阻变大时，电路的总电阻变大。
2．闭合电路的动态分析
1)程序法：基本思路是“部分→整体→部分”。即
2)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动端分别滑至两个极端去讨论。
3)串反并同法：
“串”是指把变化的那个电阻和电源连成一个回路，凡是在这个回路上的电阻都认为与该变化的电阻是串联关系。
“反”是指与变化的电阻是串联关系的电阻的电流、电压、电功率的变化和该变化电阻的阻值的变化相反．
“并”是指不在上述串联回路的电阻，认为与变化的那个电阻是并联关系。
“同”是指与变化的电阻有并联关系的电阻的电流、电压、电功率的变化和该变化电阻的阻值的变化相同．
1．如图，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，V与A分别为电压表与电流表。初始时S0闭合，S断开，现将S闭合，则（ ）
A．V的读数变大，A的读数变小
B．V和A的读数均变小
C．V和A的读数均变大
D．V的读数变小，A的读数变大
【答案】B
【详解】S闭合，R2、R3并联，则外电阻变小，由闭合电路欧姆定律可得电路中总电流增大，路端电压减小，V的读数变小；R1两端电压增大，故R3两端电压减小，由欧姆定律可知R3中的电流减小，电流表示数减小，故选B。
2．(多选)如图甲所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻（其阻值R随光照强度E变化规律如图乙所示），当照射光强度增大时，下列说法正确的是（ ）
A．电压表的示数增大 B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大 D．电路的路端电压增大
【答案】ABC
【解析】当光照增强时，光敏电阻的阻值减小，再分析总电阻的变化，由欧姆定律即可得出电路中电流及路端电压的变化，再分析并联部分电路，可得出R2的电流变化，由功率公式可得出灯泡功率的变化；
A、当光照强度增大时，光敏电阻R3的阻值减小，外电路总电阻减小，则由闭合电路欧姆定律可得，电路中总电流增大，则由U=E−Ir可知，路端电压减小，因干路电流增大，则R1两端的电压增大，故电压表示数增大，故A正确，D错误；
B、因路端电压减小，电压表示数增大，则并联部分电压减小，故R2中的电流减小，由于干路总电流增大，则通过L的电流增大，由P=I2R可知灯泡功率增大，故BC正确．
【点睛】本题为闭合电路欧姆定律的动态分析问题，要注意明确此类问题的解题思路一般为：局部-整体-局部．
3．(多选)如图所示的电路，电源电压不变，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器（最大阻值为 R0且R0>R1），a和b为电流表或电压表。只闭合开关 S1，移动滑动变阻器滑片各电表均有示数变化，下列说法正确的是（ ）
A．a为电流表，b为电压表
B．若只闭合开关S1，滑片P向右滑动，a和b两表示数均变小
C．若只闭合开关 S1，滑片P 从最左端滑到最右端的过程中，滑动变阻器 R2的功率先变大后变小
D．若先闭合 S1、S2，再闭合 S3时，小灯泡的亮度会变亮
【答案】ACD
【解析】A．只闭合开关 S1，a和R1、R2串联，b和R2并联，移动滑动变阻器滑片各电表均有示数变化，所以a是电流表，b是电压表，故A正确；
B．若只闭合开关S1，滑片P向右滑动，R1、R2串联，R2变大，电流变小，a变小，根据分压原理，R2分压变大，故b变大，故B错误；
C．若只闭合开关S1，电路中的电流I=UR1+R2
滑动变阻器消耗的电功率P=I2R2=UR1+R22R2=U2R2−R12R2+4R1
因为R2最大阻值为 R0且R0>R1，由数学规律可知，当R2等于R1，变阻器功率最大，其他时候都比此时功率小，故当滑片P 从最左端滑到最右端的过程中，变阻器功率先变大后变小，故C正确；
D．先闭合 S1、S2，R1和L并联后再和R2串联，再闭合 S3时，R2短路，所以此操作中L分压会变大，会变亮，故D正确。
故选ACD。
4．（2022·安徽·滁州市第四中学高三开学考试）电阻应变片是一种将被测件上的形状变化转换成为一种电信号的敏感器件，其阻值会随着机械形变而发生变化。如图所示为某同学设计的利用金属丝应变电阻来研究其阻值与拉力大小之间关系的电路，其中电压表和电流表是理想电表，a、b两点之间连接的是金属丝应变电阻，把一重物悬挂在金属丝中间。当把悬挂重物的质量减小时，下列说法正确的是（ ）
A．电流表示数变小B．电压表示数变大
C．电压表与电流表示数之比变大D．电压表与电流表示数变化之比不变
【答案】D
【解析】AB．当悬挂物体变轻时金属丝的长度变短，
由于金属丝的体积不变再结合电阻定律有V = SL，R=ρLS=ρL2V
可知金属丝电阻变小，由闭合电路欧姆定律可知，电流表示数变大，电压表示数变小，AB错误；
C．电压表与电流表示数之比为金属丝的阻值，根据选项AB的分析知金属丝电阻变小，故电压表与电流表示数比值变小，C错误；
D．电压表与电流表示数变化之比为电源内阻与滑动变阻器阻值之和，故保持不变，D正确。
故选D。
5．酒精测试仪常用于对机动车驾驶员是否酒后驾驶的现场检测，它利用了一种电阻随酒精气体浓度的变化而变化的二氧化锡半导体型酒精气体传感器。如图所示的电路中，若传感器电阻与酒精气体的浓度c成反比，且酒精气体的浓度c=0时，传感器电阻极大。电压表示数为U，下列说法正确的是（ ）
A．U越大，表示c越小，c与U成反比
B．U越大，表示c越大，c与U成正比
C．U越大，表示c越小，c与U不成反比
D．U越大，表示c越大，c与U不成正比
【答案】D
【解析】由题可知，传感器的电阻R′与酒精气体的浓度c之间的关系为R′=kc
其中k为比例常数。由闭合电路的欧姆定律得I=Er+R0+R+R′
所以U=IR0=ER0r+R0+R+kc
由上式可知，U越大，表示c越大，但是c与U不成正比关系。
故选D。
6.如图所示，电源电动势为E，内电阻为r。两电压表可看作理想电表，当闭合开关，将滑动变阻器的滑片由右向左滑动时，下列说法中正确的是( )
A.小灯泡L1、L2均变暗
B.小灯泡L1变亮，电压表V1的读数变大
C.小灯泡L2变亮，电压表V2的读数不变
D.小灯泡L1变暗，电压表V1的读数变小
【答案】D
【解析】由题图知：滑动变阻器与小灯泡L1并联后再与小灯泡L2串联。电压表V1测量路端电压，电压表V2测量小灯泡L2两端的电压。将滑动变阻器的滑片由右向左滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变小，滑动变阻器与小灯泡L1并联的电阻变小，外电路总电阻减小，路端电压减小，电压表V1的读数变小。由闭合电路欧姆定律可知，干路电流增大，小灯泡L2变亮，电压表V2的读数变大。小灯泡L1两端的电压U1＝E－I(r＋RL2)减小，灯泡L1变暗。故A、B、C错误，D正确。
7．（2022·山东德州·高三阶段练习）(多选)某同学设计了一个加速度计，如图所示。电池电动势均恒为E，内阻不计，滑动变阻器阻值均匀，总电阻为R，总长度为L，滑块2质量为m，轻质滑动片4与电阻接触良好。轻质弹簧3的劲度系数均为k，按图连接电路后，电压表指针的零点调到中央，此时弹簧恰处在原长位置，滑动片4恰好在电阻中间位置。当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转，则（ ）
A．当物体向左加速时，电压表的指针向右偏转
B．当物体向左减速时，电压表的指针向右偏转
C．当电压表的读数大小为U时，弹簧形变量均为x=UL2E
D．当电压表的读数大小为U时，物体加速的大小为a=kUL2mE
【答案】AC
【解析】AB．当滑片在中点时有φP−φQ=E−IR右=0
当物体向左加速时，R右变小，I不变，则φP>φQ
则电压表的指针向右偏转；同理当物体向左减速时，电压表的指针向左偏，选项A正确，B错误；
CD．设振子偏离中间位置x距离时，电压表的示数为U，由牛顿第二定律得2kx=ma
设电阻器单位长度的电阻为r，则电路中的电流为I=2ER=2ELr
电压表的示数为U=Ixr
由以上各式解得x=UL2E a=kULmE 选项C正确，D错误。
故选AC。
8．在如图所示的电路中，R1为定值电阻，将滑动变阻器R2的滑片从最左端移动至最右端，电压表示数变化了△U，电流表示数变化了△I，则这一过程中（ ）
A．ΔU>0B．ΔI>0C．ΔUΔI增大D．ΔUΔI减小
【答案】B
【解析】根据闭合电路欧姆定律得 U=E−Ir
滑动变阻器R2的滑片从最左端移动至最右端，电阻减小，电流增大，所以 ΔI>0
由于 ΔUΔI=r 所以ΔUΔI不变。 故选B。
9．(多选)在如图所示电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片Р向下滑动时，各电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示，电表示数变化量的大小分别用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示。下列说法正确的是（ ）
A．U1I不变， 大于ΔU3ΔI B．U2I变大，ΔU2ΔI不变
C．U2I变大，ΔU2ΔI小于ΔU3ΔI D．U3I变大，ΔU2ΔI可能等于ΔU1ΔI
【答案】BD
【解析】A．由电路图可知，U1、U2分别是R1、R2两端的电压，电流表测通过这个电路的总电流，U3是路端电压，因R1是定值电阻，由部分欧姆定律得ΔU1ΔI=U1I=R1
根据闭合电路的欧姆定律，则有U3=E−Ir
则有ΔU3ΔI=r
由于不知道R1与r的大小关系，故无法判断U1I与ΔU3ΔI的大小关系，故A错误；
BC．由部分欧姆定律有U2I=R2
由闭合电路欧姆定律有U2=E−IR1+r
则有ΔU2ΔI=R1+r
滑片Р向下滑动R2变大，则U2I变大，ΔU2ΔI保持不变，且有ΔU3ΔI=r