初中物理竞赛电学辅导专题讲座.doc

初中物理辅导网第四讲 电学（教师使用）一、知识点知 识 点分 项 细 目电 量两种电荷及它们的相互作用，电量及其单位导体和绝缘体导体和绝缘体的区别，常见的导体和绝缘体电 流电流的形成及其方向的规定，电流的测量 电流的大小及其单位电 压电压及其单位，常见电源的电压值 电压的测量电 路电路的构成及各部分的作用，开路、短路及危害，常用 电路元件的符号串联电路和并联电路串联电路与并联电路的连接特点 串联电路与并联电路的电流、电压、电阻的特点电 阻电阻的定义及单位，决定导体电阻大小的因素变阻器滑动变阻器和电阻箱的构造及其在电路中的作用姆定律电流跟电压及电阻的关系 用电流表、电压表测电阻电阻的串并联串联、并联电路中的等效电阻及计算二、例题与练习例1运送汽油的汽车，在它的车尾总装有一根铁链条拖在地上，这是为什么？分析与解答：当汽车运行的过程中，汽油会不断地与油槽的壁摩擦，从而使油槽带电.而汽车的后轮是绝缘体橡胶，电荷不能通过它传到地下，会在油槽里越聚越多，当达到一定程时就有可能发出电火花，使极易燃烧的汽油着火燃烧而发生爆炸事故.在车尾装一根铁链条拖在地上，油槽里的电荷可通过铁链传到地下，从而避免产生电火花而引起爆炸事故.练习1在潮湿的天气里，做摩擦起电或一些别的静电实验时不容易成功，主是为什么？分析与解答：潮湿的的空气中含有大量的水蒸气，潮湿的空气不再是绝缘体而是导体，静电实验中产生的正负电荷会随时通过潮湿的空气导走，因而静电实验不容易成功.例2 如图所示，（甲）是一单刀双掷开关的实物图，它的符号如图（乙）所示。图（丙）是单刀双掷开关对电路控制作用的一个实例，当S与“1”接触时，灯泡L1发光，当S与“2”接触时，灯泡L2发光。现有如下器材：一个电源（两极间电压保持不变，但是电压数值未知），一个电阻箱（用R0表示），一个待测电阻（用Rx表示），一个电压表（最大量程大于电源两极间电压），一个单刀双掷开关，导线若干。（1）根据以上所给器材，设计一个能测量并计算出待测电阻Rx的规范电路图（连接好后在实验过程中不能拆卸）。（2）写出测量的操作步骤及所测量的物理量。（3）写出用测量量计算Rx的表达式 。分析与解答：依据题意，电压表要分别测出电源电压U，又要测出Rx两端电压Ux，所以电压表连接在双掷开关的中间接点上；再设想IxI0，Rx跟R0必是串联关系， .答案：（1）电路图如右图所示（2）实验步骤：a、按照左图连接实物电路，变阻箱阻值为R0。b、当S与“1”接触时，读出电源电压为U。c、当S与“2”接触时，读出Rx两端电压为Ux。（3）计算Rx值： 练习2 现要测未知电阻Rx的阻值只有电流表、已知定值电阻R0、电池组导线若干和开关两只，而缺少电压表。请设计实验方案，说明测量原理，并画出电路图。分析与解答：两种可行的方案例3如图所示的教板上面有两个小灯座，每个灯座的两端接在两个接线柱上，安装两个完全相同的灯泡，都能发光.（1）不许用其他任何仪器，怎样判断它们是串联还是并联？（2）如果只给你一个电压表和导线若干，怎样判断它们是串联还中并联？分析与解答：（1）根据串联、并联电路各自的特点，拧下一只灯泡，若另一只照常亮，则两灯为并联；若另一灯不亮，则两灯为串联.（2）在串联电路中各用电器两端电压之和等于电路总电压，在并联电路中各支路电压和电路总电压相等。将电压表依次接在任意两个接线柱上，测得两接线柱间的电压值，若六次测量值中两次为零，其余四次测量值相等，则两灯并联；若一次为零，四次测量值相等，另一次测量值是上述四次测量值的两倍，则两灯串联.练习3如图所示为自动调温电熨斗常见的调温指示灯电路之一。接上电源时，电熨斗底板发热，能熨烫。但指示灯不亮。联入a b的电压表，时而偏转，时而不偏转。此电路的故障可能是：( ) 指示灯L短路 R断路灯丝烧断或灯L处断路 电压表未接好分析与解答：例4有如图所示的电阻分布，求ab两点间的电阻Rab如果流过4姆电阻的电流为1A。求ab两点间的电压：Uab。分析与解答：计算a、b之间的电阻可从图右边开始。第一级两个2电阻没接通，故A、B两点间及右部份电阻是4。在第二级C、D右部为5个电阻为2222412。再和6电阻并联，故C、D间及右部的电阻为。同理：E、F右部电阻REF4。最后一级是两个2和一个4的电阻串联。所以a 、b间电阻为Rab2428。 、如果知道流过4电阻的电流为1A，则流过6电阻的电流由并联分流有Icd（12/6）×12A Ucd6×Icd12V. 同理：求得流过另一6电阻的电流IEF6A。故通过最后一级2电阻的电流I3A6A9A。故通过最后一级2电阻的电流I3A6A9A。所以，UabIR总8×972(V)练习4如图所示，已知R1R2R3RnRn1RmRmlR/2，R40。电源电压60V，则通过Rn的电流大小是 。 答案：例5在图中暗箱内装有灯泡、电阻、电池，面板上有ABCD四个接线柱，为了弄清盒内电路连接情况，把电流表正接线柱始终接在A接线柱不动，负接线柱接B，灯不亮，电流表示数为零；负接线柱接C时，灯亮，电流表有示数；负接线柱接D时，灯光减弱，电流表示数减小。根据上述情况，画出盒内电路图。分析与解答：答案见右图；练习5在图中所示盒子中有若干个阻值都是R的定值电阻和导线连成的电路，盒外有4个接线柱ABCD，若测出Rab1.5Rac，Rab3Rbd。Rcd0，试据此画出盒内电阻的接线图(要求所用电阻只数最少)答案见右图：例6如图所示，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，各电表的示数如何变化？分析与解答：由图可判断出2与3并联后再与1串联，属简单的混联电路，电压表1测1两端电压，2测2（同时也是3）两端电压，电流表1测干路电流，2测通过2的电流，3测通过3的电流推导过程如下：右移3总总（1表）11（1表）2（2表）2（2表）3（3表） 电流表1示数变小，2示数变大，3示数变小；电压表1示数变小，2示数变大练习6如图所示，当滑动变阻器的滑片向右移动时，各电表示数如何变化？分析与解答：由图可知，2与3串联后再与1并联，属于简单的混联电路电压表测电源电压，其示数不变，电流表1测干路电流，2测通过2、3的电流推导过程如下： 右移3总23总（A1表）2（A2表）电流表1、2示数均减小；电压表示数不变总结以上两种类型均属于由滑动变阻器滑片的移动所引起的电表示数变化问题，对这类问题，尽管千变万化，但有规律可循：电路中总电压不变。越串联，总电阻越大；越并联，总电阻越小。原为串联或并联电路，若其中一个是定值电阻，而另一个为可变电阻，则总电阻大小的变化情况与可变电阻大小变化情况一致。例7常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表改装而成的，已知有一个电流表，本身电阻R等于1000，允许通过的最大电流为100A，要把它改装成量程为1A的电流表，怎么办?如果把它改装成量程为3V的电压表，又该怎么办?分析与解答：为了使电流表能够测量几个安培甚至更大的电流，可以给它并联一个分流电阻，分掉一部份电流，以免超过电流表的最大电流。计算如下：设电流表允许通过的最大电流Im100A0.0001A,在测量1A的电流时，分流电阻R0上通过的电流IR00.9999×R0Im×R R00.1，即并联0.1的分流电阻后，就得到量程为1A的电流表。同理，给电流表串联一个分压电阻分担电压。则电流表两端电压1000×0.0001A0.1V(所允许加的最高电压。)分压电阻应分担3V0.1V2.9V电压，则分压电阻值为29K。练习7两只读数准确的电流表，、，已知的内阻为g，的内阻不知道，若除了电源、可变电阻和导线外，不再使用其他电表，如何测量的内阻r？请说出要测量哪些量？画出电路图并写出计算式。分析与解答：将、并联接入电路，如图。读出、，由1rI2Rg。得：练习8为了确保汽车进出一厂门的安全，在厂外侧安装了额定电压都是220V的红绿交通指示灯，且公路东、西方向均能看到。要求：开关中的触片P与A接触时，公路上的绿灯和正对厂门的红灯同时正常发光；当开关中的触片P和B连通时，公路上的红灯和正对厂门的绿灯同时正常发光。请在图中画出电路连接图。例9有一种家用小型彩灯串，由44只小灯泡串联而成接在220V的电源上。每个小灯泡两端的电压为多少?人接触任意一个小灯泡是否都安全，为什么?使用中由于某一小灯泡被烧坏而使全部小灯都熄灭了，因为彩灯上涂有颜色，致使无法看清是哪一只小灯泡的灯丝被烧断。现给你一只电压表，你如何查找故障所在?若手头只有一只相同规格的小灯泡，又应如何查找故障所在?分析与解答：（1）据串联电路的电压特点，则有：（U0为各盏灯的电压）（2）对于人体的安全电压U安全36V，设人体接触第n盏灯分得电压为：UUU安全22036184(V) nU/U0184/537盏人可接触的灯数为n”nn44377盏。即人体可接触第3844盏灯是安全的。（3）方法一：用电压表逐一测每个小灯泡两端的电压，当电压表示数为220V时，表明此时电压表所测的灯泡已烧坏。方法二：将电压表的一条线接在电源线上。另一条线依次接触灯泡的各接线点。当电压表示数由0到220V（或220V到0）发生突变时，则电压表接线前后触及的两点之间的小灯泡为烧断的那只。若只有一只相同的小灯泡时，可接通电源，将这一只灯泡依次与电路中的各小灯泡并联，当这彩灯串发光时，说明此时被并联的灯泡便是断丝的灯泡。练习9甲乙两处距离为L千米，其间铺设有通讯线路，每1m长的电线电阻为r，乙处终端接有负载电阻，如果线路中途某两条导线的绝缘层损坏而短路，为了找出损坏位置，给你一台电压为U(约几十伏特)的直流稳压电源和一个量程合适的电流表，你能找出线路在离甲处始端多少千米处损坏?说出你的办法，并求出损坏处的接触电阻。分析与解答：（1）将甲处始端断开，乙处终端亦将负载电阻撤除，并在终端处接上直流稳压电源（输出电压为U伏特），将电流表串联在电路中测得电流强度为I，设通迅线路损坏处的接触电阻为R，L为损坏处离甲处始终的距离（如图1）则有： （2）终端（乙处）断开，在甲处始端接上直流稳压电源（输出电压为U伏特），将电流表串联在电路中测得电流强度为I2（如图）则有UI2（2LrR） 解和可得： 例10如图所示为自动测定油面高度的装置原理图，其中R为滑动变阻器，Ro为校准电阻，A为油量表(实际上是一只量程为006A的电流表)。如果电源电压120V，当油箱内油面高度在最高或最低位置时，滑动变阻器的滑片P恰好能分别滑至两端，且油箱内油面达到最低位置时，电流表的示数为01A。求：(1)校准电阻R。的阻值应为多大? (2)滑动变阻器的阻值变化范围多大?(3)若油箱内油面最高为120m，最低为020m，应在电流表上何处刻上最大及最小油量值?若油箱的横截面积为20m2，这两个油量值分别是多少?(4)当油箱内油量值为14m3时，滑动变阻器的滑片P恰在中点，则这一油量值应对应电流表刻度的何处?分析与解答：（1）（2） 所以则滑动变阻器的阻值变化范围为01000（3）油箱内油面最高处应对应电流表的0.6A，最低处应对应电流表的0.1A。因为油箱的横截面积为2.0m2，所以最大油量值为1.2m×2m22.4m3 (4)因为滑片P在中点，所以R中500，此时电流。即在0.17A处刻上1.4m3练习10电饭锅的原理如图所示，煮饭时开关S是闭合时。红色指示灯亮，饭熟后(当时的温度大约为103)保温时开关S自动断开，黄灯亮。电阻R1作用是保护红色指示灯不致因电流过大而烧毁，与电饭锅发热板的等效电阻相比。二者的大小应有什么关系?为什么?通常情况下，用这种电饭锅烧水时它的自动断电功能不起作用，这是为什么? 分析与解答：R1应在远大于发热板的等效电阻 因为R1与红灯只起指示作用。消耗的电功率远小于发热板的功率。两者又是并联接入电路。电压相同。所以R1应该远大于发热板的等效电阻。 水的沸腾温度为100，烧水时，水温不会达到103。所以自动断电功能不起作用。例11用粗细均匀的同种电阻丝制成三个相同的圆圈，并焊接成如图所示的球形框架，用伏安法测出球形框架在A、B两点间的总电阻为R，其中AB这一段电阻丝的电阻为R。，若用同AB等长，但粗于AB三倍的同种电阻丝将AB替换下来，求替换后的球形框架的总电阻R分析与解答：把球形框架中除AB电阻丝以外的部分用一个电阻来代替，即等效电阻R0，这一部份跟AB电阻丝是并联连接，所以AB间总电阻R跟R0，R0的关系是： 将AB电阻丝换成粗于AB三倍的同种电阻丝，设电阻丝的电阻值应为，除此之外，球形框架的其客观存在部分电阻值应不变，仍为R0，那么R0跟R0/3并联，此时AB间总电阻R应有关系如下： 、联立解得例12图8为一种摩托车转向灯的电路原理图。其中“RJ开关”为由继电器控制的开关，可以使电路间歇地通断，D为指示灯。当S拨至1位置时，RD1、pD2前后两个右转向灯发光，向外界发出右转信号，同时D灯闪亮，向驾驶员显示转向灯工作正常。左转时道理与右转一样。若四只转向灯都用“6V、10W”的灯泡，D用“6V、1.5W”的灯泡，电源两端电压为6V。试通过计算说明，为什么把S拨至l、2中的任何位置时D灯都会发光，而左、右转向灯不同时发光。因为灯D的规格是“6V、1.5W”，所以灯D的电阻为RD=U2/PD=24W                                转向灯的规格都是6V、10W”，所以转向灯的电阻均为RU2/P=3.6左（或右）两只转向灯和灯D总电阻： R总=RDR/225.8W 当摩托车向右（或左）转时，开关S接至位置1（或位置2），此时右转（或左）向灯RD1、RD2两端的电压为6V，正常发光。 而通过灯D的电流：ID=U/R总=0.23A 所以灯D上获得的功率：PD=I2RD=1.3W 由于PD与灯D的额定功率（1.5W）差不多，所以此时灯D也能发光。 与此同时，通过左（或右）转向灯中每只灯泡上的电流：IID/2=0.12A 所以每个左（或右）转向灯的实际功率为：P实=I2R0.052W 由于左（或右）转向灯的P实远小于其额定功率10W，所以左（或右）转向灯不能发光。京翰教育中心