新高考物理三轮冲刺知识讲练与题型归纳专题18 电学基本规律的应用（含解析）

这是一份新高考物理三轮冲刺知识讲练与题型归纳专题18 电学基本规律的应用（含解析），共27页。
TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc127992717" 题型一 欧姆定律及电阻定律的理解 PAGEREF _Tc127992717 \h 1
\l "_Tc127992718" 题型二 电功、电功率、电热及热功率在两种电路中的应用 PAGEREF _Tc127992718 \h 4
\l "_Tc127992719" 题型三 电路的动态分析 PAGEREF _Tc127992719 \h 10
\l "_Tc127992720" 题型四 电路中的功率及效率问题 PAGEREF _Tc127992720 \h 15
\l "_Tc127992721" 题型五 对电源U-I图像的理解和应用 PAGEREF _Tc127992721 \h 18
\l "_Tc127992722" 题型六 含电容器电路的分析 PAGEREF _Tc127992722 \h 22
\l "_Tc127992723" 题型七 电路故障分析 PAGEREF _Tc127992723 \h 22
[考点分析]
题型一 欧姆定律及电阻定律的理解
1．电阻
(1)定义式：R＝eq \f(U,I).
(2)物理意义：导体的电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小．
2．电阻定律：R＝ρeq \f(l,S).
3．电阻率
(1)物理意义：反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性．
(2)电阻率与温度的关系
①金属的电阻率随温度升高而增大；②半导体的电阻率随温度升高而减小；③超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小为零，成为超导体．
4．电阻与电阻率的区别
(1)电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，电阻大的导体对电流的阻碍作用大．电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量，电阻率小的材料导电性能好．
(2)导体的电阻大，导体材料的导电性能不一定差；导体的电阻率小，电阻不一定小，即电阻率小的导体对电流的阻碍作用不一定小．
(3)导体的电阻、电阻率均与温度有关．
5．电阻的决定式和定义式的区别
如图所示，横截面都是正方形的三段导体，它们的材料和长度都相同，导体B刚好能嵌入导体A，导体C刚好能嵌入导体B，现将三段导体串联接入到同一电路中，则（ ）
A．导体C的电阻最大
B．导体A两端的电压最大
C．导体B消耗的电功率最大
D．三段导体在相等时间内产生的热量相等
【解答】解：根据题意，三段导体的横截面积分别为、，SC＝L2，根据电阻计算公式，ρ、l、S均相同，所以三段导体的电阻相同，故选项A错误；
三段导体串联接入到同一电路中，电流相等，由U＝IR、P＝I2R可得电压，电功率相同，故选项B、选项C错误。
热量Q＝I2Rt，电流和电阻值相等，相同时间内热量相等，故选项D正确。
故选：D。
有一种“电测井”技术，用钻头在地上钻孔，在钻孔中进行电特性测量，可以反映地下的有关情况。如图所示为一钻孔，其形状为圆柱体，半径为10cm，设里面充满浓度均匀的盐水，其电阻率ρ＝0.314Ω•m，在钻孔的上表面和底部加上电压，测得U＝100V，I＝100mA，则该钻孔的深度为（ ）
A．50mB．100mC．1000mD．2000m
【解答】解：设孔内盐水电阻R，由部分电路欧姆定律，代入数据得：R＝1000Ω；由电阻定律，变形得：，S＝πr2，代入题干数据及R计算值，得L＝100m。故B正确，ACD错误；
故选：B。
如图所示，两根材料相同的均匀导体柱m和n，m长为l，n长为2l，串联在电路图1中时，沿x轴方向电势变化如图2φ﹣x所示，选取x＝3l处电势为零，则导体柱m、n的横截面积之比为（ ）
A．B．C．D．
【解答】解：由图象可知导体柱m电压为6V，导体柱n电压为4V．导体柱m与导体柱n串联，故电压之比等于电阻之比，由电阻定律R，可以求出截面积之比为1：3，故BCD错误，A正确。
故选：A。
题型二 电功、电功率、电热及热功率在两种电路中的应用
1．电功
(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做的功．
(2)公式：W＝qU＝IUt(适用于任何电路)．
(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程．
2．电功率
(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢．
(2)公式：P＝eq \f(W,t)＝IU(适用于任何电路)．
3．焦耳定律
(1)电热：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比．
(2)公式：Q＝I2Rt.
4．电功率P＝IU和热功率P＝I2R的应用
(1)不论是纯电阻还是非纯电阻，电流的电功率均为P电＝UI，热功率均为P热＝I2R.
(2)对于纯电阻而言：P电＝P热＝IU＝I2R＝eq \f(U2,R).
(3)对于非纯电阻而言：P电＝IU＝P热＋P其他＝I2R＋P其他≠eq \f(U2,R)＋P其他．
某同学想用一只半导体热敏电阻Rt制作一支能测量水温的温度计。他查阅资料获得了图1所示的该热敏电阻的R﹣t特性曲线，并设计了图2所示的温度计电路，图中R0＝100Ω，电压表的量程是0～3V，电源电动势恒定，内阻可不计。他的制作目标是温度计的测量范围是0～100℃，且水温100℃时电压表指针偏转达到最大位置。则（ ）
A．电源的输出电压为3V
B．水温越高，电压表的示数越小
C．电压表的0刻度对应水温0℃
D．水温55℃时电压表的示数为2.40V
【解答】解：A.根据图像可知，水温100℃时
Rt＝100Ω
此时电压表指针偏转达到最大位置，即3V，根据题意可知
U
解得：E＝6V，
内阻不计，所以电源输出电压为6V，故A错误；
B.根据
U
可知，水温越高，热敏电阻阻值越小，电压表的示数越大，故B错误；
C.水温0℃时
Rt＝500Ω
根据
U
可得：U＝1V
故C错误；
D.水温55℃时
Rt＝150Ω
根据
U
可得：U＝2.40V
故D正确。
故选：D。
电动机与小电珠串联接入电路，电动机正常工作时，小电珠的电阻为R1，两端电压为U1，流过的电流为I1；电动机的内电阻为R2，两端电压为U2，流过的电流为I2．则（ ）
A．I1＜I2B．
C．D．
【解答】解：A、小灯珠与电动机串联，所以：I1＝I2，故A错误；
BCD、对小灯珠，由欧姆定律可得：U1＝I1R1，电动机正常工作时由于线圈的切割磁感线产生反电动势，所以：U2＞I2R2，所以：．故BC错误，D正确。
故选：D。
智能手机耗电量大，移动充电宝应运而生，它是能直接为移动设备充电的储能装置，充电宝的转换率是指充电宝放电总量占充电宝容量的比值，一般在0.6～0.7，如图为某一款移动充电宝，其参数见表，下列说法正确的是（ ）
A．充电宝充电时将电能转化为内能
B．该充电宝最多能储存的能量为3.6×106J
C．该充电宝电量从零到完全充满所用时间约为2h
D．用该充满电的充电宝给电量为零、容量为3000mA•h的手机充电，理论上能充满4次
【解答】解：A．充电宝充电时将电能转化为化学能，故A错误；
B．电池容量为：q＝It＝20000mA•h＝20000×10﹣3×3600C＝72000C
电动势为5V，最多能储存的能量为：E＝qU＝72000×5J＝3.6×105J
故B错误；
C．用最大电流2A充电，充满所需时间为：
故C错误；
D．转化率为0.6，给容量为3000mA•h的手机充电次数为：
故D正确。
故选：D。
电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，K是感温材料制造的开关。下列说法中错误的是（ ）
A．其中R2是供加热用的电阻丝
B．当开关K接通时电饭锅为加热状态，K断开时为保温状态
C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，应为2：1
D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时一半，应为（1）：1
【解答】解：如图所示，由P得：当接通K时，电阻变小，功率变大，处于加热状态；当断开K时，电阻变大，功率变小，处于保温状态。
A、由上可知，R2是供加热用的电阻丝，故A正确；
B、由上可知，当开关K接通时电饭锅为加热状态，K断开时为保温状态，故B正确；
C、要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，由P＝I2R可得：电阻R2在保温与加热状态下的电流之比1：，所以（R1+R2）：R2：1．则R1：R2＝（1）：1．故C错误；
D、要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，由P＝I2R可得：电阻R2在保温与加热状态下的电流之比1：，所以（R1+R2）：R2：1．则R1：R2＝（1）：1，故D正确；
本题选错误的，
故选：C。
题型三 电路的动态分析
1．闭合电路欧姆定律的公式eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(I＝\f(E,R＋r)只适用于纯电阻电路,E＝U外＋U内适用于任何电路))
2．路端电压U与电流I的关系
图1
(1)关系式：U＝E－Ir.
(2)U－I图象如图1所示．
①当电路断路即I＝0时，纵坐标的截距为电源电动势．
②当外电路短路即U＝0时，横坐标的截距为短路电流．
③图线的斜率的绝对值为电源的内阻．
3．电路动态分析的方法
(1)程序法：电路结构的变化→R的变化→eq \x(R总的变化)→eq \x(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))→eq \x(变化支路).
(2)极限法：即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．
在如图所示的电路中，当变阻器R2的滑动头P由a端向b端移动时（ ）
A．电压表示数变大，电流表示数变小
B．电压表示数变小，电流表示数变大
C．电压表示数变大，电流表示数变大
D．电压表示数变小，电流表示数变小
【解答】解：当滑动变阻器的滑动头P由a端向b端移动时，滑动变阻器接入电路的阻值减小，并联部分电阻减小，外电路总电阻R减小，由闭合电路欧姆定律得知：干路电流I增大，内电压增大，路端电压U＝E﹣Ir减小，则电压表的示数减小。电路中并联部分的电压U并＝E﹣I（r+R1），I增大，U并减小，流过灯泡L的电流减小，电流表和灯泡L串联，电流表示数减小。故ABC错误，D正确。
故选：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
【解答】解：AB、温度为tA时电阻R的阻值大于温度tB时的阻值，由串联电路分压规律可知，R的电压：UE，R越大，U越大，所以tA应标在电压较大的刻度上，tB应标在电压较小的刻度上，故AB错误；
C、由UE知，U与R是非线性关系，而R与t是线性关系，则U与t是非线性关系，电压表刻度是均匀的，所以电子温度计表盘上温度刻度不均匀，故C错误；
D、若电池用久后内阻r变大，由I知电路中电流变小，R的电压变小，则用该温度计测量的温度要比真实值偏高，故D正确。
故选：D。
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
【解答】解：当R5的滑片向b端移动过程中，R5变大，外电路总电阻变大，由闭合电路欧姆定律知，总电流I1变小，路端电压变大，即U1变大，根据闭合电路欧姆定律知
U1＝E﹣I1r
U2＝E﹣I1（r+R1+R3）
可知
ΔU1＜ΔU2
U2变大，根据欧姆定律得I2变大，由
R2+R4，
r，
可知不变，不变，故A正确，BCD错误。
故选：A。
一款微型机器人的直流电动机额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在电动势为E，内阻为r的直流电源的两极间，电动机恰好能正常工作，下列说法正确的是（ ）
A．电源的输出功率为I2R
B．电源的效率为
C．电动机消耗的热功率为UI
D．电动机消耗的总功率为EI
【解答】解：A、电源的输出电压等于电动机的额定电压，所以电源的输出功率为P出＝UI，故A错误；
B、电源的效率η，故B正确；
C、电动机恰好能正常工作，则通过电动机的电流等于额定电流，因此发热功率为P'＝I2R，故C错误；
D、电动机消耗的总功率P＝UI，故D错误。
故选：B。
如图所示，玩具电动机、电流表、开关盒电池组成闭合电路。闭合开关S，发现电动机启动时电流表的读数比正常工作时的读数要大；当正常运转后用手轻触电动机转轴，使转速逐渐变慢，发现电流表读数逐渐变大，则以下说法中正确的是（ ）
A．电动机启动时产生的反电动势较小，因此电流表的读数较大
B．电动机启动时产生的反电动势较大，因此电流表的读数较大
C．用手轻触使电动机停止转动，这时电动机消耗热功率最小
D．用手轻触电动机产生的反电动势较大，因此电流表的读数较大
【解答】解：AB、电动机启动时转速低，产生的反电动势较小，因此电流表的读数较大，故A正确，B错误；
C、用手轻触使电动机停止转动，反电动势为零，电流最大，根据P＝I2r，电动机内阻消耗的热功率最大，故C错误；
D、用手轻触电动机，电动机的转速降低，产生的反电动势变小，因此电流表的读数较大，故D错误。
故选：A。
题型四 电路中的功率及效率问题
1．电源的总功率
(1)任意电路：P总＝IE＝IU外＋IU内＝P出＋P内．
(2)纯电阻电路：P总＝I2(R＋r)＝eq \f(E2,R＋r).
2．电源内部消耗的功率：P内＝I2r＝IU内＝P总－P出．
3．电源的输出功率
(1)任意电路：P出＝IU＝IE－I2r＝P总－P内．
(2)纯电阻电路：P出＝I2R＝eq \f(E2R,R＋r2)＝eq \f(E2,\f(R－r2,R)＋4r).
(3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系
①当R＝r时，电源的输出功率最大为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