【专项题库+高考领航】2016届高考物理大一轮复习热点集训(七)电路动态分析+电学设计实验

-1-热点一电路动态分析电路的动态分析在高考中以选择题形式出现，命题角度通常是根据欧姆定律及串、并联电路的性质来分析电路结构变化或电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况．1．(2015·石家庄质量检测)在如图所示的电路中，电压表和电流表均为理想电表，电源内阻不能忽略．闭合开关S后，将滑动变阻器的滑片P向下调节，则下列叙述正确的是()A．电压表和电流表的示数都增大B．灯L2变暗，电流表的示数减小C．灯L1变亮，电压表的示数减小D．电源的效率增大，电容器C所带电荷量增加解析：选C.滑动变阻器的滑片P向下调节，其接入电路的电阻值减小，导致总电阻减小，根据“串反并同”规律可知：电压表读数U减小、灯L2变暗，电流表读数变大、灯L1变亮，电容器C两端的电压等于灯L2两端的电压，而其两端电压减小，则电容器C所带电荷量减少，电源的效率η＝UE×100%减小，选项C正确，A、B、D错误．2．在某控制电路中，需要连成如下图所示的电路，主要由电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及电位器(滑动变阻器)R连接而成，L1、L2是红、绿两个指示灯．闭合开关S，当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向a端时，下列说法中正确的是()-2-A．L1、L2两个指示灯都变亮B．L1、L2两个指示灯都变暗C．L1变亮，L2变暗D．L1变暗，L2变亮解析：选B.当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向a端时，电位器接入电路的电阻减小，根据串、并联电路特点可知电路中总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可得干路电流I增大，内电压增大，路端电压减小，L1灯变暗，通过其电流I1减小；由U1＝I2R1及I2＝I－I1可知R1分担电压U1增大，则L2及R2两端电压减小，L2功率减小而变暗，B正确．3.如图所示电路中，电源内阻r＝2Ω，R2＝8Ω，L为“12V12W”的小灯泡．当滑动变阻器的滑片位于如图所示的位置时，电流表示数为1.5A，小灯泡正常发光，电压表示数刚好为零，则下列判断正确的是()A．电阻R1＝24Ω，电源电动势为E＝20VB．电源电动势为E＝23V，电源的输出功率为30WC．滑片P向下滑动时，小灯泡将变暗，电流表示数变小D．滑片P向下滑动时，小灯泡将变亮，电压表示数变大，电流表示数变小解析：选B.电压表示数为零说明小灯泡两端的电压与电阻R1两端的电压相等，而IL＝PLUL＝1A，所以电阻R1＝ULI－IL＝24Ω，电阻R2两端的电压为U2＝ILR2＝8V，即路端电压为U＝UL＋U2＝20V，所以电源电动势为E＝U＋Ir＝23V，电源的输出功率为P出＝IU＝30W，A错误，B正确；滑片P向下滑动时，R的有效阻值减小，由“串反并同”原则知，小灯泡将变暗，电流表示数变大，C、D错误．-3-4.如图所示，A和B为竖直放置的平行金属板，在两极板间用绝缘线悬挂一带电小球．开始时开关S闭合且滑动变阻器的滑动触头P在a处，此时绝缘线向右偏离竖直方向，电源的内阻不能忽略，则下列判断正确的是()A．小球带负电B．当滑动触头从a向b滑动时，绝缘线的偏角θ变大C．当滑动触头从a向b滑动时，电流表中有电流，方向从上向下D．当滑动触头停在b处时，电源的输出功率一定大于滑动触头在a处时电源的输出功率解析：选C.根据电路图可知φA＞φB，A、B间电场强度方向水平向右，小球受电场力方向也向右，故小球带正电，A错误．当滑动触头从a向b滑动时，R1两端电压减小，板间场强减小，绝缘线的偏角变小，所以B错误．当极板间电压减小时，由Q＝CU可知Q减小，电容器放电，电流表中有电流，方向从上向下，所以C正确．由于电源的内阻与外电阻的关系不确定，所以无法判断电源的输出功率变化情况，D错误．热点二电学设计实验电学中设计性实验也就是知识、方法迁移型实验题，利用教材中的实验知识和方法，设置的新实验题，此类题的特点是应用的实验器材来源于已做过的实验，应用的知识来源于已学过的知识，而实验的情境新、实验的过程新．5．(2013·高考重庆卷)某同学对有故障的电热毯进行探究．图1是电热毯的电路示意图，其中电热线和导线通过金属接线片连接．图2为测试电路实物图，A、B为测试表笔，电压表内阻很大，可视为理想电表．(1)请在下面虚线框内画出与图2对应的电路图．(2)断开K1，用上述测试电路在1和1′之间检测得知电热线无故障，然后测得电-4-热线的U­I曲线如图3所示．已知电热线材料的电阻率为2.8×10－7Ω·m，电热线的直径为0.200mm，可求得此电热线的电阻为________kΩ，总长度为________m．(结果均保留两位有效数字)③为了进一步检查故障，该同学闭合开关K1和K2，用表笔A和B分别对图1中所示的各点进行测试，部分测试结果如下表所示．由此测试结果可判断出电-5-路有断路，位置在________之间(在“1和2”、“1′和2′”、“2和3”、“2′和3′”中选填一项)．测试点3和3′1和1′1和31和2′2′和3′电表指针有无偏转电压表有有无有无电流表无有有无有解析：(1)依照实物图，先画出一个最小的回路：电源正极→开关K2→滑动变阻器下侧两接线柱→电源负极．再画出与此回路并联的部分电路：滑动变阻器左上接线柱→毫安表→电压表→滑动变阻器左下接线柱．最后再处理剩余部分：测试表笔A接于电压表与电源负极之间，测试表笔B接于电压表与毫安表之间．(2)由U－I图线的斜率可求得电热线的阻值：R＝ΔUΔI.再由电阻定律R＝ρlS，面积公式S＝14πd2可得电热线的总长度l＝πRd24ρ.(3)因电压表是理想电表，由电路图可以看出：当A、B间断路时电压表有示数、电流表无示数；当A、B间被短路时电压表无示数、电流表有示数；当A、B间接有阻值不为零的导体即A、B为通路时两电表才同时有示数．结合测试结果可知：第一组数据表明3和3′间有断路；第二组数据表明1与1′间完好；第三组数据表明1与3间连接良好；第四组数据表明1和2′间有断路，第五组数据表明2′和3′间连接也是良好的，则断点只能在1′和2′间的接线片上．答案：(1)电路图如图(2)0.58(0.57到0.59均可)65(64到66均可)(3)1′和2′6．(2014·高考广东卷)某同学设计的可调电源电路如图(a)所示，R0为保护电阻，P-6-为滑动变阻器的滑片，闭合电键S.(1)用电压表测量A、B两端的电压：将电压表调零，选择0～3V挡，示数如图(b)，电压值为________V.(2)在接通外电路之前，为了保证外电路的安全，滑片P应先置于________端．(3)要使输出电压U变大，滑片P应向________端滑动．(4)若电源电路中不接入R0，则在使用过程中，存在________的风险(填“断路”或“短路”)．解析：(1)由题图(b)知电压表0～3V挡的最小分度为0.1V，故由“十分之一”估读法可得读数为1.30V.(2)因外电路并联在AP间，要使外电路接通时获得的电压最小以保证电路安全，应使滑片P先置于A端．(3)输出电压U等于A、P间的电压，故P向B端滑动时A、P间分得的电压增大，输出电压增大．(4)当P滑到B端时，若输出电路所接负载的阻值极小，则电源就有可能被短路．答案：(1)1.30(2)A(3)B(4)短路7．(2015·江西八校联考)小汽车仪表台内的鼓风机靠的是一种电动势约为10V，内阻约为30Ω的电池驱动的，已知该电池允许输出的最大电流为55mA，为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图甲所示电路进行实验，图中电流表的内阻RA＝15Ω，R为电阻箱，阻值范围为0～999.9Ω，R0为定值电阻，对电源起保护作用．-7-(1)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了如图乙所示的图线，则根据图线可求得该电池的电动势为E＝________V，r＝________Ω.(2)冬天为了防止汽车仪表盘上的玻璃“起雾”，可用通电电阻加热，用图丙所示10根阻值皆为30Ω的电阻条和上述电池，现在要使整个电路中电阻条上消耗的功率最大，且要求电阻条数最少，请在图丙中画出电路连线．解析：(1)在图甲中，根据闭合电路欧姆定律有：E＝I(R＋R0＋RA＋r)，得1I＝1E(R＋R0)＋1E(RA＋r)，再结合图乙得5＝1E(15＋r)，1E＝110，联立解得E＝10V，r＝35Ω.(2)现要使整个电路中电阻条上消耗功率最大，则知此时有R外＝r＝35Ω，又知每根电阻条电阻为30Ω，且要求电阻条数最少，则可把6根电阻条并联(总电阻值为5Ω)，然后再串联一根电阻条，如答案图所示．答案：(1)1035(2)如图所示-8-8．某物理实验小组利用实验室提供的器材测量一螺线管两接线柱之间金属丝的长度．可选用的器材如下：A．待测螺线管L(符号)：绕制螺线管的金属丝电阻率为ρ，直径为D，阻值约几十欧B．电流表A1：量程10mA，内阻r1＝40ΩC．电流表A2：量程500μA，内阻r2＝750ΩD．电压表V：量程为10V，内阻为10kΩE．保护电阻R1：阻值为100ΩF．滑动变阻器R2：总阻值约为10ΩG．电源E，电动势约为1.5V，内阻忽略不计H．开关一个及导线若干(1)用多用电表粗测线圈的电阻，选择倍率“×1”和“×10”，经正确操作后，多用电表表盘示数如下图所示，则金属丝的电阻约为________Ω.(2)为了尽可能准确的测量RL，要求电表的指针偏转至少要达到满刻度的13，请你设计一种适合的电路，将你设计的电路画在虚线框中，并标明所用器材的代号．(3)已知金属丝的直径为D，要测量的物理量是通过电流表A1的电流I1，通过电流表A2的电流I2.用已知量和测得量的符号表示金属丝的长度l，则l＝________．解析：(1)由于欧姆表指针指在欧姆表中值电阻附近时的读数较准，所以应按-9-“×1”倍率读数，读数为R＝1×48Ω＝48Ω.(2)由于电源电动势为1.5V，小于电压表量程的13，所以不能使用电压表V来测量电压，由于两电流表的满偏电压分别为U1＝I1mr1＝0.4V，U2＝I2mr2＝0.375V，可将待测电阻与电流表A2串联后再与A1并联，如电路图甲所示；(或因电流表A2的满偏电流小于A1的满偏电流，可将待测电阻与电流表A2并联再与A1串联，如电路图乙所示)；又由于滑动变阻器的最大电阻远小于待测电阻，所以变阻器应用分压式接法．(3)电路图甲：L与A2两端电压U1＝I1r1，L两端电压U1′＝I1r1－I2r2，通过L的电流为I2，由欧姆定律及电阻率公式得l＝πD2（I1r1－I2r2）4ρI2；电路图乙：L的电压与A2的电压相同，流过L的电流I2′＝I1－I2，由欧姆定律及电阻率公式得l＝πD2I2r24ρ（I1－I2）.答案：(1)48(2)见解析图甲或乙(画出其中一个即可)(3)电路图甲：l＝πD2（I1r1－I2r2）4ρI2电路图乙：l＝πD2I2r24ρ（I1－I2）