2012高考物理高考知识点巡查专题16电路的分析与计算

专题十六  电路的分析与计算 雷区扫描 本部分常见的失分点有： 1.不能识别电路的结构； 2.不能正确对待非纯电阻电路； 3.全电路问题不能正确分析. 造成失误的根源在于： 1.不熟悉串并联电路的基本概念和规律，对电路的基本特点理解不清； 2.对内外电路的电压、电流及能量转化关系理解不透彻，导致解题时出现问题； 3.对非纯电阻电路的有关知识掌握不准，高考中出现此类题目时，解题失误； 4.在电路的分析与计算时，有时涉及到数学的极值、数学归纳法等知识，一些学生数学与物理知识衔接不够好，导致解题错误. 排雷示例 例1.(1999年全国) 两个定值电阻R1、R2串联接在U稳定于12 V的直流电源上，有人把一个内阻不是远大于R1、R2的电压表接在R1的两端，如图16—1所示，电压表示数为8 V，如果把它改接在R2的两端，则电压表的示数将 图16—1 A.小于4 V                    B.等于4 V C.大于4 V而小于8 V D.等于或大于8 V 雷区探测 此题考查学生运用串、并联规律分析问题的能力，其中对电压表是否对电路造成了影响的判断是一个关键. 雷区诊断 本试题主要考查了学生串并联的有关知识和伏特表的基本特点，选择错误答案的学生就是这两方面的知识掌握不牢固，或根本就没有弄清楚. 一方面，错选B项的学生可能认为：用电压表测某一段电路两端的电压，都是将电压表与这段电路并联.电压表的示数就是这段电路两端的电压，而没有考虑电压表内阻对电路的影响. 另一方面，有些考生错选了C项或D项.这样做的学生虽然人数不多，但是也可以反映出他们对导体的串并联知识掌握的不够，理解的不深，甚至是一窍不通.另外对伏特表内阻的特点以及当它的电阻不是无穷大时对电路的影响缺乏正确的认识.当弄不清根源所在时，就胡乱猜选了答案C或D. 电压表指针的偏转角度取决于通过电压表的电流，电压表的示数则等于通过电压表的电流强度与电压表内阻RV的乘积.当电压表并联在电阻R1两端后，ab间的电阻是R1与电压表内阻RV并联后的等效电阻Rab，根据电阻并联的公式推知它要小于R1.由于ac间电压为12 V，于是由电压表的示数8 V可推出电阻R2两端电压为4 V，由此根据欧姆定律就推出Rab∶R2=2∶1，这样由Rab＜R1得出R1∶R2＞2∶1.由于ac之间电压稳定在12 V不变，由此可以推断，当不用电压表测量时，电阻R2的电压小于4 V.当把伏特表并在R2上时，bc上电阻Rbc为R2和RV的并联电阻，所以，Rbc＜R2，因而，bc间电压一定小于4 V. 正确解答  A 例2.(1999年广东) 一盒子上有两个接线柱a和b，与盒内电路相连，把电压表(内阻很大)接在两接线柱之间，其读数为3 Ｖ；把电流表(内阻可忽略)接在两接线柱之间，其读数为3 A，则下列4个电路中(电源内阻不计)可能为盒内电路的是 图16—2 雷区探测 本题考查考生对欧姆定律和电路的设计及连接方面的知识的理解、掌握情况，也考查了考生分析和解决问题的基本能力. 雷区诊断 1.有些学生选B项，他们只看到电流表的短路作用，而没有分析电压表的断路作用.类似地，有些学生认为C选项是正确的.这些考生只分析出电压表接在a、b间时，由于其内阻很大，而示数恰为3 Ｖ，而没有认真分析电流表接在电路中时示数是否为3 A，另外一些选择B或C项的学生可能是根本不清楚电路的特点而猜选的. 2.有些考生只选择了A项，而漏掉了D项.这些学生没有答全答对的原因是，审题不认真，没有看到题中给出的电源内阻不计的条件，致使他们出现了不应有的丢分现象.题干中说明，把内阻很大的电压表接在盒子两个接线柱a、b之间，电压表的读数是3 V.这句话的含义是：当接线柱a、b之间断开未接通电路时的电压(即盒子开路时的电压)为3 V.从题中所给的四个可能的电路中可以看出，电路(A)和(C)的开路电压显然为3 V；在电路B中，并联的两个支路构成一个回路，这两个并联支路中一支只有1 Ω的电阻，另一支有一电动势为  3 Ｖ.内阻可以忽略的电源与一阻值为1 Ω的电阻串联.因而这个回路中有电流流过电源.所以电路C的开路电压要小于3 Ｖ.在D电路中，并联的两个电池构成一个回路，但题干中说明这两个电池的电动势均为3 Ｖ，内阻均不计，因而此回路中无电流.所以电路D中的开路电压也等于3 Ｖ，所以单由“把内阻很大的电压表接在盒子两个接线柱a、b之间，电压表的读数是3 Ｖ”这句话就可判断电路B不可能是盒内电路.题干中还说明，把内阻可忽略的电流表接在盒子两接线柱a、b之间，电流表的读数是3 A.这句话的含义是：当接线柱a、b之间短路时流过a、b之间的电流为3 A.所以从所给的四个可能的电路可以看出，电路A的短路电流显然等于3 A；而C的短路电流显然小于3 A；至于电路D，由于两个完全相同的电源并联构成的等效电源的电动势应仍为ε，内电路为 ，而对于D电路来说，这两个电源的电动势均为3 Ｖ，内电阻为0，因而电路D的短路电流仍为3 A. 综上所述，只有电路A和电路D能同时满足“把内阻很大的电压表接在盒子两个接线柱a、b之间，电压表的读数为3 Ｖ”和“把内阻可以忽略的电流表接在盒子两个接线柱a、b之间，电流表的读数为3 A”两个条件.所以在题给的四个电路中只有电路A和D是可能为盒内电路的. 正确解答  AD 例3.(2001年上海) 如图16—3所示的电路中，闭合电键，灯L1、L2正常发光.由于电路出现故障，突然发现L1变亮，灯L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是 图16—3 A.R1断路    B.R2断路    C.R3短路 D.R4短路 雷区探测 此题考查考生分析电路结构的能力和灵活运用欧姆定律和串、并联规律分析电路故障的能力. 雷区诊断 等效电路如图16—4所示.若R1断路，总外电阻变大，总电流减小，路端电压变大，L1两端电压变大，L1变亮；ab部分电路结构没变，电流仍按原比例分配，总电流减小，通过L2、电流表的电流都减小，故A选项正确.若R2断路，总外电阻变大，总电流减小，ac部分电路结构没变，电流仍按原比例分配，R1、L1中电流都减小，与题意相矛盾，故B选项错.若R3短路或R4短路，总外电阻减小，总电流增大，A中电流变大，与题意相矛盾，故C、D选项错，正确选项只有A. 正确解答 A 图16—4 例4.(1998年上海) 某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380 V的电动机带动下以0.4 m/s的恒定速率向斜上方移动，电动机的最大输出功率为4.9 kW.不载人时测得电动机的电流为5 A，若载人时扶梯的移动速率和不载人时相同，则这台自动扶梯可同时乘载的最多人数为____.(设人的平均质量为60 kg，g=10 m/s2) 雷区探测 解答此题须理解各种功率的意义及其关系，主要考查考生运用能的转化和守恒观点分析实际问题的能力. 雷区诊断 此题要注意的问题是扶梯上是否有人，只要扶梯在运动，就要消耗电功.题目中的空载电流本身就是给定的扶梯在运动时要消耗的电能值，即P自身=IU.另外，扶梯对人做功的过程本身是克服重力做功的过程，注意重力的功率的意义，即P=mg·vsinθ=mgsinθ·v. 这台自动扶梯最多可同时载人数的意义是电梯仍能以0.4 m/s的恒定速率运动.依题意应有电动机以最大输出功率工作，电动机做功应包含两部分内容：一是电梯不载人自动上升；二是对人做功.所以应有： 4.9 kW=I·U+mgsinθ·v 整理得mg=(4.9×103－5×380）/sin30°×0.4=15000 N 所以最多可载人数n=15000/60×10=25(个) 正确解答  25人 例5.(2001年北京春季) 如图16—5所示，AB、CD为两根平行的相同的均匀电阻丝，EF为另一根电阻丝，其电阻为R，它可以在AB、CD上滑动并保持与AB垂直，EF与AB、CD接触良好，图中电压表为理想电压表，电池的电动势和内阻都不变，B、D与电池两极连接的导线的电阻可忽略.当E、F处于图中位置时，电压表的读数为U1=4.0 V.已知将E、F由图中位置向右移动一段距离ΔL后，电压表的读数为U2=3.0 V.若将EF由图中位置向右移动一段距离ΔL,电压表的读数U3是多少？ 图16—5 雷区探测 本题考查考生灵活运用闭合电路欧姆定律分析电路的能力. 雷区诊断 由于电压表为理想电压表，这就使电路较为简单，AE、CF段的电阻对电路无影响，不论EF滑至何处，电压表测量的均是EF两端的电压，只要恰当运用欧姆定律列方程即可. 正确解答  令ρ表示AB、CD上单位长度电阻丝的电阻，当EF处于图中位置时，设EB、FD两段电阻丝的长度皆为l.由于电压表是理想电压表，故电压表的读数就是EF两端的电压.由分压关系得， ＝Ｕ1                                                    ① 当EF由图示位置向左移动一段距离ΔＬ，EB、FD两段电阻丝的总电阻为2ρ（l＋    ΔＬ）.由分压关系得 ＝Ｕ2                                                ② 当EF由图示位置向右移动一段距离ΔＬ，EB、FD两段电阻丝的总电阻为2ρ（l－    ΔＬ）. 由分压关系得 ＝Ｕ3                                                ③ 由以上三式，代入数值解得 Ｕ3＝6 Ｖ                                                            ④ 排雷演习 1.两个电阻R1=8 Ω，R2=2 Ω，并联在电路中，欲使这两个电阻消耗的功率相等，可行的方法是 A.用一个阻值为2 Ω的电阻与R2串联 B.用一个阻值为6 Ω的电阻与R2串联 C.用一个阻值为6 Ω的电阻与R1串联 D.用一个阻值为2 Ω的电阻与R1串联 2.图16—6所示的两种电路中，电源相同，各电阻器阻值相等，各电流表的内阻相等且不可忽略不计.电流表A1、A2、A3和A４读出的电流值分别为Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3和Ｉ４.下列关系式中正确的是 图16—6 A.Ｉ1＝Ｉ3 B.Ｉ1＜Ｉ４ C.Ｉ2＝2Ｉ1 D.Ｉ2＜Ｉ3＋Ｉ４ 3.在图16—7所示的电路中，电容器C的上极板带正电，为了使该极板仍带正电且电量增大，下列 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 中可采用的是 图16—7 A.增大R1，其他电阻不变 B.增大R2，其他电阻不变 C.增大R3，其他电阻不变 D.增大R4，其他电阻不变 4.在如图16—8电路中，电键K1、K2、K3、K4均闭合.C是极板水平放置的平行板电容器，板间悬浮着一油滴P，断开哪一个电键后P会向下运动 图16—8 A.K1                                  B.K2      C.K3                                  D.K4 5.超导材料电阻降为零的温度称为临界温度，1987年我国科学家制成了临界温度为90K的高温超导材料. ①上述临界温度对应的摄氏温度为 A.100℃                                B.-100℃        C.-183℃                                D.183℃ ②利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电.现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 Ω，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V.如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为 A.1 kW B.1.6×103 kW C.1.6×10 kW D.10 kW 6.在图16—9所示电路中，R1＝9 Ω，R2＝24 Ω，R3＝6 Ω，若电键S由断开到闭合，电流表的示数无变化.则R４的值为___________Ω. 图16—9 7.如图16—10所示电路中，R1＝R2＝6 Ω，变阻器R的总阻值为12 Ω，A、B间电阻的取值范围为________. 图16—10 8.（2003年江苏,16)如图16—11所示的电路中，电源的电动势E=3.0 V,内阻r=1.0 Ω,电阻R1=10 Ω，R2=10 Ω，R3=30 Ω，R4=35 Ω；电容器的电容C=100 μF.电容器原来不带电.求接通电键K后流过R4的总电量. 图16—11 9.如图16—12所示，电池组的电动势E＝9.0 Ｖ，内电阻r=2.0 Ω，定值电阻R1＝    1.0 Ω，R2为可变电阻，其阻值在0～10 Ω范围内调节. 图16—12 (1)R2取何值时，R2上消耗的功率最大? (2)R2取何值时，R1上消耗的功率最大? 10.某房间的入户电源线如图16—13所示.现有工作电压为220 V的电器如下：100 W的灯泡6只，200 W的电视机1台，1000 W的电冰箱1台，1500 W的洗衣机1台，700 W的微波炉1台和1000 W的暖风机1台，还有三只额定电流均为8 A的保险盒.如何将上述电器全部合理地接入电路？要求画出接线图，电器用后面指定的符号表示，例如功率为100 W的灯泡用表示，功率为200 W的电视机用电视机200W表示，保险盒用  表示.图中a是火线，b是零线. 图16—13 11.电阻R1，R2，R3连接成如图16—14所示的电路，放在一个箱中(虚框所示)，箱面上有三个接线柱A、B、C，请用多用表和导线设计一个实验，通过在A、B、C的测量，确定各个电阻的阻值，要求写出实验步骤并用所测值表示电阻R1、R2、R3. 图16—14