2022年高中物理二轮总复习教案闭合电路的动态变化分析电容分析及故障分析.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 命题点 2 闭合电路的动态变化分析、电容分析及故障分析本类考题解答锦囊解答“ 闭合电路的动态变化分析电容分析及故障分析” 一类试题,应把握以下内容：用掌握变量的思路 电源、电动势、内阻不变 ,按局部一整体一局部次序分析；直流电不通过电容器,故接电容器处相当于断开；电路故障无非两种：断路和短路I 高考最新热门题1 典型例题 在如图 20-2-1 所示电路中,当变阻器 R3的滑动头 p 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

2、命题目的与解题技巧：此题考查考生分析电路结构,对各部分电流电压变化的分析推理才能 解析 当 R3 的滑动头 P 向 b 端移动时, R2 接入电路的电阻将减小,整个电路的外电阻 R将减小依据闭合电路的欧姆定律 I= E 知,电路中的总电R r流 I 将增大,由于内电阻 r 不变,就内电压 U,增大,外电压 U 将减小,所以电压表的示数变小又由于流过 R1电阻的电流 I 增大,就 U1增大,而电阻 R2两端的电压为 U2=U-U1,就 U2 将减小由 I2= U 2 知,流过 R2R 2电阻的电流 I 2 将减小再依据分流关系 I 3=I-I 2 可知,流过 R3 的电流 I 3 将增大,所以电

3、流表示数变大故B项对 答案 B 2 典型例题 在如图 20-2-2 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 A的读数为 I ,电压表 V 的读数为 U. 当 Rs 的滑动触点向图中 a 端移动时A.I 变大, U 变小 B I 变大, U 变大C.I 变小, U 变大 D I 变小, U 变小答案 : D 指导： 依据电路分析,当只,的滑动触点向图中；端移动对,只：接人电路的电阻减小,就整个电路的总电阻 R 减小,由闭合电路的欧姆定律 I= E 知,电路的总电流 I 增大,内电压 U=IR,U 将增R r大,外电压 U

4、=E-U , U 将减小,就电压表 V 的读数将减小：又 U=U1+U3+U 并,而 U1、U3随总电流的增大而增大,就 U 并将减小,由 I2= U并 知将减小,就电流表 A 的读数将减小,故 D 项对U 2 U 43 典型例题 在图 20-2-3 所示的电路中,电源的电动势 =3.0V ,内阻 r=1.0；电阻R1=10,R2=10,R3=30,R4=35；电容器的电容 C=100 F,电容器原先不带电,求接通电键 S 后流过 R4 的总电量答案 : 20 10-4 C 指导： 分析电路图可知,外电路的直流通路由三个电阻组成,R2：与 R3串联再与 R1并联,当 S 接通后,电容器两端的电

5、压从始逐步增大直至最终稳固,在这个过程中电容器充电,电量逐渐增大,这些电量必定流过电阻 R4,电容器最终的电压 U 等于电阻 R3 两端的电压 U3最终的电量也是流过电阻 R4的总电量为 Q=CU ,所以求出电阻 R3 两端的电压 U3 是解决此题的关键由电阻的串并联公式,得闭合电路的总电阻为名师归纳总结 RR 1R 2R 3+R,由欧姆定律得,通过电I=rR电源端电压U=-IR 第 1 页,共 7 页R 1R 2R 3电阻 R3 两端的电压U=R 2R 3R 3U通过 R3 的总电量就是电容器的电量Q=CU ,由以上各式并代入数据解得Q=20 10-4C4 典型例题 如图 20-2-4 所示

6、的电路中,闭合电键,灯L1、 L2,正常发光,由于电路显现故障,突然- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 发觉灯 L1 变亮,灯 L2 变暗 , 电流表的读数变小,依据分析,发生的故障可能是A.R1 断路 B.R 2断路 C.R 3 短路 D.R 4短路答案 : A 指导： 此题考查同学查找电路故障过程中分析推理的才能画出等效电路如 D 20-3 所示,当R1断路时, ab 两点间的电阻将增大,由串联分压可知,ab 两点间的电压将增大,L1灯变亮, bc 两点间的电压将减小, L2,灯变暗；电阻 R2、R3、 R4 没有变化,就通过电流表的电流随 bc 间

7、电压的减小而减小,故 A项对,当 R2 断路时, bc 间的电阻将增大,bc 间的电压将增大,L2 灯变亮, bc 间的电阻将增大,bc 间的电压将增大, L2 灯变亮,故 B 项错,当 R3 短路时, bc 间的电阻将减小,bc 间的电压将减小,L2灯变暗； ab 两点间的电压将增大, L1 灯变亮, 但是通过电流表的电流不减小反而增大,由于 R3 短路时, 整个电路的电阻减小,干路电流增大,而在 bc 间的两条支路上,流过 L2 灯的电流减小,于是流过电流表支路的电流增大的更多,R4短路时的变化与 R3 短路时情形完全相同,故 C、 D 项都错 题点经典类型题 1 典型例题 调整如图 20

8、-2-5 所示电路的可变电阻 R 的阻值,使电压表 的示数增大U,在这个过程中 A. 通过 R1的电流增加,增加量肯定等于UR1 BR2两端电压减小,削减量肯定等于U C通过 R2 的电流减小,但减小量肯定小于U R2D. 路端电压增加,增加量肯定等于U 命题目的与解题技巧：此题考查对电路动态变化的敏捷把握及电路串并联中的电流、电压关系 解析 电压表的示数就是 R、R1并联部分的两端电压由 I 1=可得 I 1= U ,所以 A项是对的要完成R 1这一变化,须使 R 变大,由闭合电路欧姆定律得 U2=E-U 内-U 并 , R变大后, R2的电压和电池内阻 r 的内压分别减小了U2 和 U 内

9、 ,这样上式就可变为：U2- U2 =E-U 内- U内-U 并+ U,把式代入式得U= U2+ U内由式可以看出：B 错 C项对路端电压增加应等于内电压的减小量U,所以 D项错 答案 AC 2 典型例题 如图 20-2-6 所示的电路中,电源电动势为 E,内阻为 r , R1,和 R2是两个定值电阻当滑动变 阻器的触头向 a 滑动时 , 流过 R1的电流 I 1和流过 R2 的电流 I 2 的变化情形为 A.I 1 增大, I 2减小 BI 1 减小, I 2增大CI 1增大 ,I 2增大 DI 1 减小, I 2减小答案 : B 指导： 以 R,E 不变为基础,依据局部一整体一局部的思路分

10、析动态电路R R外 I1 U 内 U 外 I1 I23 典型例题 如图 20-2-7在电路中,闭合电键,灯L1、L2 正常发光,由于电路显现故障,突然发现灯 L1 变亮,灯 L2变暗,电流表的读数变小,依据分析,发生的故障可能是 A.R 1 断路 B R2断路C.R3 短路 D.R 4短路答案 : A 指导： 电路中 L1 与 R1并联, R4 与电流表串联 分析时可以把选项中的情形一一放入电路中试错如 R1 断,就与之并联的 L1 分压变大,功率增大；但并联部分电阻变大,干路上总电流变小,所以电流表读数变小, L2 变暗, A 项对 如 R2 断,就外电路电阻变大,总电流变小, L1、L2

11、都将变暗, 电流表读数也变小,名师归纳总结 B 项错如 R3短路,就 R2也随之短路,于是整个电路电阻减小,流过L1、L2 和电流表的电流都得变大,故c第 2 页,共 7 页项错如凡短路,就电流表示数变大,故D 项错4 典型例题 如图 20-2-8 电路中,电源的内电阻r 不能忽视,其电动势E 小于电容器 C的耐压值先闭合开关 S,待电路稳固后,再断开开关S,就在电路再次达到稳固的过程中,以下说法中正确的是- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - A. 电阻 R1 两端的电压增大 B电容器 C 两端的电压减小C. 电源两端的电压减小D. 电容器 C上所带的电量

12、增加答案 : D 指导： 电容 C 没有电流通过, 因而它这一支路始终是断开的,当 S闭合时,C 与 R2并联S 闭合时, RH1、 R2 串联接入电路,R1、R2 各分得电压的一部分,电容 C 与 R2 电压相等, S断开之后,整个电路不通,所以 R1 中无电流,因而 R1两端的电压为零,A 项错； S 断开后, C相当于直接接在电源两端,电压变大,所以电量也变大,因而 变大 新高考命题方向猜测B 项错 D 项正确； S 断开后,电源端电压等于电源电势,其值1 如图 20-2-9 所示电路中 R3 是光敏电阻,当开关 S 闭合后,在没有光照耀时,a、b 两点等电势,当用光照耀电阻 R3,时,

13、就 A.R 3 的电阻变小, a 点电势高于 b 点电势 B.R 3 的电阻变小, a 点电势低于 b 点电势 C.R 3 的电阻变大, a 点电势高于 b 电势D.R3 的电阻变大, a 点电势低于 b 电势答案 :A 指导： 依据光敏电阻的特性光照耀电阻 R3 时, R3 的电阻小,闭合电路的外电阻减小,总电流增大而路端电压变小,故通过 R1、R 2,的电流减小, R 2两端的电压变小,b 点电势降低,通过 R3、R1 的电流增大,R4两端的电压变大,a 点电势上升,所以 a点电势高于 b 点电势, A 选项正确2 在图 20-2-10 所示电路中, E 为电源电动势,r 为电源内阻, R

14、1 为可变电阻,当 R1 调大时 A.R 2 上的功率增大 B R3 上的功率增大CRo上的功率增大 D.R 上的功率增大答案 : AD 指导： 当 R1增大时,整个电路的电阻增大,通过电源电路的电流减小,由 P=I 2R 可知 R0,上的功率必减小,选项 C 错误,既然总电流减小,所以 R 与 R0 上的电压降减小,但电源电动势不变,可知 R两端的电压变大,只上的电功率增大,D 选项正确只两端电压增大,电流也增大,但流过 R0的电流减小,所以流过 R3 的电流必减小,故 R3 上功率减小, B 选项错误 R3 上电流减小,其两端电压减小,而及两端电压增大,所以 R2 两端电压必增大,即R2,

15、上功率必增大,故 A 选项正确3 如图 20-2-11 所示的电路中,闭合电键 S 后,灯 a 和灯 b 都正常发光,后来由于某种故障使灯 b 突然变亮,电压表读数增加,由此推断,这故障可能是 A.a 灯灯丝烧断 B. 电阻 R2 断路 C. 电阻 R2 短路D电容器被击穿短路答案 : 指导： 由电压表读数增加,说明路端电压增大,外电阻增大,短路不行能,故 C、D错误,如 a 灯丝烧断,总电阻增大,总电流减小,b 灯两端电压减小,b 灯变暗, A 选项错误,如 R1 断路,总电阻增大,电压表读数增大,总电流减小,而 就 b 灯两端电压增大,b 灯变亮, B 选项正确a 灯与 R1 并联部分两端

16、电压减小,4 如图 20-2-12 所示,电容器 C1=6 F,C2=3 F,电阻 R1=6, R2=3,当开关 S 断开时, A、B 两点间的电压 UAB 多大 .当 S 闭合时,电容器 C1的电量转变了多少 . 设电压 U=18V 答案 : 电量削减 36 10 5C 指导： 当 S 断开时, 电路中无电流, B、 C 等势, A、D等势,因此, UAB=UAC=UDB=18V电容器 C1 电量为 Q1=C1UAC=6 10 18C=1 08 10 +C 名师归纳总结 当 S 闭合时,电阻R1 和 R2 串联, R1 两端的电压即,两端电压,由串联电路的电压安排关系得第 3 页,共 7 页

17、- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - UACR 1R 1U=663 18 V=12V,此时电容器C1 的带电量为Q1V=C1UAC= 6 10-6 12C=072 10-4C,电容R 2器 C,带电量的变化量为Q=Q1,=Q1=-36 10-3C 负号表示电荷量削减,即C1 的带电量削减36 10-3C考场热身探究性命题综合测试1 一太阳能电池板,测得它的开路电压为800mV,短路电流为40mA,如将该电池板与一阻值为20的电阻器连成一闭合电路,就它的路端电压是 A.0.10V B.0.20 V C.0.30V D 0.40V E r端答案 : D 指导：

18、令太阳能电池板的电动势为E,内阻为 r,开路电压即为电动势的数值,短路电流 I 短 =所 以r=IE800 mV=20ll当 外 接20ll的 电 阻 器 时 , 由 于 内 外 电 阻 相 等 , 就 路 端 电 压U短40 mV=E800mV400mV.040mV.22 2 如图 Z20-1 所示,当滑动变阻器的滑动片P向上端移动时,就各电表示数的变化情形是 A.V1 减小, V2增大, A 增大 B.V1 增大, V2减小, A 增大 C.V1 增大, V2增大, A 减小D.V1 减小 ,V2减小, A 减小答案 : C 指导： 第一弄清 V2 表测量的是 R2 和 R3 并联支路上的

19、电压,V1,表测量的是路端电压,再利用闭合电路欧姆定律判定主干电路上的物理量变化；P 向上滑,置 3 的有效电阻增大,外电阻 R 外增大,干路电流 I 减小, 路端电压增大, 从而判定 V1 表示数增大, 再进行支路上的物理量的变化情形分析：由于减小,引起内电压 U内及电阻 R外上电压 URI减小, 而 U并 =EU内+URI,由此可知, 并联电阻 R2 和 R3 上的电压 U2增加,判定 V2 表示数增大；由于 U2增大, R2所在支路的电流 I2 增大,通过 R3 的电流 I3=I-I2,因 I 减小, I2 增大,故I3减小,判定电流表 A 示数减小,所以此题应选 C 3 图 Z20-2

20、 为一电路板的示意图,a、b、c、d 为接线柱, a、d 与 220V 的沟通电源连接,ab 间、bc 间、cd 间分别连接一个电阻现发觉电路中没有电流,为检查电路故障,用一沟通电压表分别测得 b、d 两点间以及 a、 c 两点间的电压均为,220V,由此可知 A.ab 间电路通, cd 间电路不通 Bab 间电路不通, bc 间电路通 C.ab 间电路通, bc 间电路不通Dbc 间电路不通, cd 间电路通答案 : CD 指导： b,d 间电压为 220 V,说明 ab 间电路通, Ac或 cd 间有不通之外；ac 间电压为 220 V,说明 cd 间电路通,而 ab 或 bc 有不通之处

21、,综上所述,bc 间电路不通其他皆通4 图 Z20-3 所示电路中,已知电容 C=2 F,电源电动势 E=12V,内电阻不计, R1： R2：R3：R4=1：2：6：3,就电容器极板 a 所带的电荷量为A-8 12022C B4 12022C C -4 12022C D8 12022C 名师归纳总结 答案 : D 指导： 电容器对直流电是断路的,因此电流稳固后,APB支路中电流第 4 页,共 7 页I1R 1ER 2R12R4A2R- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - AQB支路中电流I2E 126123R4AR 3R 4R3 R令 UA=0, 就UpI1

22、R 14RR4 V8 VRUQI3R 3463 R可见 UPQ=UP-UQ=4V 故电容器极板 a 带正电荷,电荷量为 Q=CUPQ=2 10-6 4 =8 10-6C 综上所述,此题正确选项 D 正确5 如图 Z20-4 所示电路中, 灯泡 A 和 B 都是正常发光的, 突然 B 比原先变暗了一些,而灯泡 A 比原先亮了一些试判定电路中什么地方显现了断路故障答案 :R2 所在支路断路指导： 假设 R1 所在支路断路,就外电路总电阻增大,A、B两灯的电压均增大,两灯消耗的电功率也增大,两灯都应变亮,这与题设现象不符,可见R1支路完好再假设 R2 所在支路断路,就 A 所在并联支路的电阻增大,导

23、致外电路总电阻增大,干路中电流减小,电源的路端电压 U 增大,流过 R1 的电流 I1,增大流过电灯所在并联支路的电流 I2I2=I总 -I1减小, B 灯的电压 UB=I2RB并减小, B 灯的电功率也变小,B 灯变暗； A 灯的电压UAUA=U-UB增大,由于上述结论与题设现象相符,故 R2所在支路断路用假设法同样可以判定除 R2 支路外,其余支路的完好6 在图 Z20-5 所示的电路中,电源的电动势E=3.0V,内阻 r=10,电阻 R1=10,R2=10,R3=30,R4=35,电容器的电容 C=100 F电容器原先不带电求接通开关 S 后流过 R4的总电荷量答案 : 201 0-4

24、C 指导： 电流稳固后,电容器相当于断路,解题的突破点是求出其两端电压由电阻的串并联公式,得闭合电路的总电阻为RR 1R 2R 3r, S 断开时,电压表示数为16 V,S 闭合时,示数为10 V,R 1R 2R 3由欧姆定律得,通过电源的电流I=ER电源的路端电压U=E-Ir 电阻 R3 两端的电压U=R 2R 3R 3U通过 R4 的总电荷量就是电容器的电荷量Q=CU由以上各式并代入数据解得Q=2 0 10-4C7 如图 Z20-6 甲所示电路中, R1=R2=R3=10如电压表可视为抱负的,求：1 电源电动势和内阻各为多大 . 2 闭合 S 前后只,消耗的功率分别多大 . 3 如将原电路

25、改为下图 Z20-6 乙所示电路, 其他条件不变, 就 S 断开和闭合时电压表的示数分别为多大 . 答案 : 120V ,5ll 264W,25W 38V ,5 V 指导： 1 在图甲中,当断开 S 时, R3 中电流可视为零 因抱负电压表内阻可视为无限大 R3 两端电压也可视为零,故电压表指示的是电源的路端电压,又此时外电路是 R1、 R2,串联,所以,电路中总电流名师归纳总结 I=R 1UR 216A0 .8A R1 与 R3并联,再跟R2串联,此时电路中总电流第 5 页,共 7 页1010由闭合电路欧姆定律得E=U+Ir 代入数值 E=16+08r 当闭合 S 时,电压表指示的是R2 两

26、端电压,外电路结构是：- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - IU210A1AR10外电路总电阻为RR 1R 3R 215 R 1R 3由 E=I R+r 得 E =I 15+r 由式,式得E=20V,r=5 ll 2 闭合 S 前后, R1消耗的功率分别为P1=I 2R1=08 10W=6 4 W 0 5 10W=2 5W 3 如将原电路改为乙,就断开S 时,外电路由R1,R3 串联组成,电压表指示的是R1,两端电压,此时总电流IR 1Er10205A08.A电压表示数R 310U1=IR1=0 8 10V=8 V 闭合 S 时,外电路结构是 R1, R2

27、并联再与 R3串联,电压表示数是 R1, R2组成的并联电路两端的电压,此时情形下,外电路总电阻为 R R 1 R 2 R 3 15R 1 R 2总电流 I= E 20 A 1 AR r 15 5伏特表示数为 U2= 1 R 2 0 . 5 10 V 5 V28 如图 Z20-7a 所示电路中, Ro为肯定值电阻,不计电表内阻的影响,转变滑动变阻器的滑片位置,测得电压表 V1 和 V2随电流表 A 的示数变化的两条试验图线如图 Z20-7b 所示, 关于这两条试验图线,以下说法不正确选项 A线 b 的延长线不肯定过坐标的原点 O B线 a 的延长线与纵轴交点的坐标值等于电源的电动势 C. 图线

28、 a、b 交点的横坐标和纵坐标值的乘积等于电源瞬时输出功率D图线 a、b 交点的横坐标和纵坐标值的乘积等于电阻 Ro 瞬时消耗的电功率答案 : A 指导： 据电流表 A 和电压表 V1,的读数可画出图线 a,据电流表 A 和电压表 V2 的读数可画出图线 b,二 线交点意味着 R=R0U1=U2图线 a 表示路端电压与电流强度的关系,图线 b 就表示电阻 R0的伏安特性曲线,可得出 B、C、I 正确, A 错9 下面是测量一节干电池的电动势 E和内电阻 r 的试验1 用一个多用电表先粗测该电池的电动势,挑选开关和表针指示如图 _. Z20-8 ,就该电池电动势的值为2 再供应电流表 A 内阻约

29、 1 ,滑动变阻器 R10 1700n ,滑动变阻器 R20 20 ,开关 S 及导线如干某同学正确挑选器材和电路,用伏安法按正确的操作步骤测得 6 组电流 I 、电压 U 的值,如图 Z20-9中 6 个点所示写出依据该图求 E、 r 的步骤： _. 从图中求得电动势 E=_ 内电阻 r=_ 答案保留 3 位有效数字 在下面的方框中画出该同学试验电路图 多用电表的电压档可视为一个电压表 3 另一位同学也用上述器材测定同一电池电动势和内电阻,他连接的实物电路图如图Z20-10 所示指出该同学在连接的实物电路图中有哪些错误之处 _. 答案 : 11 45 V1 42 147 V 均可以 名师归纳

30、总结 2 a. 作 U-I 直线,舍去左起第5 点,其余 5 个点尽量靠近直线且匀称分布在直线两侧, b 延长 U-I第 6 页,共 7 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 直线,就直线在 U 轴上的截距为电源电动势E,求该直线的斜率 k ,就 r=k E=148 V1 451 49V均可 R=0873ll08000910ll 均可 电路图如 D 20-4 电路图有任何错误都不能得分 3 滑动变阻器接线错误；多用电表 选电压档,接入电路日拉线错误 指导： 1 多用电表的挑选开关指向 25 V ,这是测量量程再在表盘上面其次条标度 标有 V 表示直流电压

31、 读数 :1 45 V 2 题见答案10 用电流表和电压表测定电池的电动势E 和内电阻 r,所用的电路如图Z20-14 所示,一位同学测得的 6 组数据如下表中所示组别 I/ （A）U/ （V）1 0.12 1.37 2 0.20 1.32 3 0.31 1.24 4 0.32 1.18 5 0.50 1.10 6 0.57 1.05 1试依据这些数据在图 Z20-12 中作出 U-I 图线2 根 据 图 线 得 出 电 池 的 电 动 势 r=_ .E=_V, 根 据 图 线 得 出 的 电 池 内 阻3如不作出图线, 只选用其中两组 U 和 I的数据,可利用公式 E=U1+I1r和 E=U

32、2+I2r,算出 E 和 r,这样做可能得出误差很大的结果,选用第 _组和第 _组的数据,求出 E 和 r 误差最大1 图线如图 D 20-5 所示3 第 3 组和第 4 组数据作图线时应把个别不合理的数据排除,由直线与纵轴的交点可读出电动势 E=1 45 V,再读出直线与横轴的交点的坐标 U、I ,连同得出的 E 值代入 E=U+Ir ,得 r= E U 1 . 45 1 . 00 . 70I 0 . 50选用第 3 组和第 4 组数据求得的 E 和 r 误差最大,不需要利用所给的 6 组数据分别进行运算,利用作图就可看出这一点,选用这两组数据求 E和 r,相当于过图中 3 和 4 两点作始终线,利用此直线求出 E 和 r,而此直线与所画的直线偏离最大,实际上,第 4 组数据不合理,已经排除指导： 用图象法处理数据是该试验的一个重点,在高考中常常显现,需要留意两点1 作图时,应使尽量多的点分布在直线上,个别离直线较远的点可忽视不在直线上的点匀称分布在直线两侧,2假如 U-I 图象坐标原点是 U 轴、 I 轴的零点,那么图线与 u 轴交点表示电动势 E,与 I 轴交点坐标表示电源短路电流,内阻 r= E ；当然,电源内阻也可以用I 短R名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页