高考物理综合复习 恒定电流 专题 (二)

1高考综合复习恒定电流专题(二)●要点精析☆计算电流常见的三种模型：1．一种电荷定向移动这是计算电流最简单的一种模型，用宏观运动来比，相当于一支队伍定向前进，这种模型直接用进行求解。2．一个电荷做高速圆周运动（环型电流）对这种模型关键是理解“间断和连续”之间的转化．电荷运动时有两个特点：一是循环性，二是高速性，正是这两个特性使问题从“间断”向“连续”转化，这种模型可用来求。（T为运动的周期）如：一质量为m，电荷量为q的带电粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，其效果相当于一环形电流，求此环形电流。解析：由知3．两种电荷的定向移动这种类型的特点是：正、负电荷移动方向相反，但形成电流同向，如时间t内通过导体某一横截面的正电荷量为q1，反方向通过的负电荷量为q2，则有。如：在10s内通过电解槽某一横截面向右迁移的正离子所带的电荷量为2C，向左迁移的负离子所带的电荷量为3C。那么电解槽中电流的大小应为多少？解析：☆等效法处理稍复杂的混联电路：1．电路化简原则：①无电流的支路化简时可去除；2②等电势的各点化简时可合并；③理想导线可任意长短；④理想电流表可认为短路，理想电压表可认为断路；⑤电压稳定时电容器认为断路。2．常用等效化简方法：①电流分支法：a.先将各结点用字母标上；b.判定各支路元件的电流方向（若电路原无电流，可假设在总电路两端加上电压后判断）；c.按电流流向，自左到右将各元件、结点、分支逐一画出；d.将画出的等效图加工整理。②等势点排列法：a.将各结点用字母标出；b.判定各结点电势的高低（若原电路未加电压，可先假设加上电压）；c.将各结点电势高低自左到右排列，再将各结点之间支路画出；d.将画出的等效图加工整理。注意：若能将以上两种方法结合使用，效果更好。例：如图所示的电路进行等效变换（S未接通）。解析：假设电流从A流入，R1是干路。第1支路从C经过R3到B，第2支路从C经R2到B，第3支路从C经R4和R5到B。这3条支路并联再与R1串联，变换成如图所示的电路：3在变换过程中，我们可用切断电路的方法认识串并联关系：若切断R1，整个电路不通，说明它在干路上；若切断R4，则R5随之不通，而其它电路仍是通的，说明R4和R5是串联，而R2、R3是并联的。☆动态直流电路的分析方法：1．动态直流电路的一般步骤是：①确定电路的外电阻R如何变化：说明：a.当外电路的任何一个电阻增大（或减小时）电路的总电阻一定增大（或减小）；b.若电键的通断使串联的用电器增多时，总电阻增大；若电键的通断使并联的支路增多时，总电阻减小；c.在下图所示分压电路中，滑动变阻器可以视为由两段电阻构成，其中一段与用电器并联（以下简称并联段），另一段与并联部分相串联（以下简称串联段），设滑动变阻器的总电阻为R，灯泡的电阻为RL，与灯泡并联的那一段电阻为RB，则总电阻RZ为：由上式可以看出，当RB减小时，RZ增大；当RB增大时，RZ减小。由此可以得出结论：分压器总电阻的变化情况，与并联段电阻的变化情况相反，与串联段电阻的变化情况相同。d.在图所示电路中，滑动变阻器可以视为由上下两段电阻构成，其中上段与下段并联，并联支路电阻之和为常数：设滑动变阻器的总电阻为R，上段的电阻为Rb，下段电阻为Ra，此段电路总电阻RZ为：4，且Ra＋Rb＝R，由数学知识可知，当Ra＝Rb时取等号，即滑动端由a滑向b，电路的总电阻先变大后变小，不是单调变化，这点需要特别注意。请同学们自己分析如图所示电路随滑动端的滑动电阻的变化情况：已知：R1=R3=4Ω，R2=8Ω提示：此电路由两条支路并联，且两条支路电阻之和为定值。当滑动端滑动到B端时，此时此并联电路的两支路电阻相等（R1＋R3=R2=8Ω），电路有最大电阻；当滑动端滑动到A端时，此时此并联电路的两支路电阻相差最多，电路有最小电阻。②根据闭合电路欧姆定律，确定电路的总电流如何变化；③由U内＝Ir，确定电源的内电压如何变化；④由U外＝E－U内，确定电源的外电压（路端电压）如何变化；⑤由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化；⑥确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。2．熟记以下两个结论：①任一电阻R阻值增大，必引起该电阻中电流I的减小和该电阻两端电压U的增大，即5②任一电阻R阻值增大，必将引起与之并联的支路中电流I并的增大和与之串联的各电阻电压U串的减小，即参见例题1、3☆电路故障的分析方法：电路故障一般是短路或断路，常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不良等现象，检查故障的基本方法有两种：1．仪表检测法①电压表是由灵敏电流计G和分压电阻R串联组成，内部结构如图所示：②用电压表检测如果电压表示数为0，说明电压表上无电流通过，可能在并联路段之外有断路，或并联段内有短路；如果电压表有示数，说明电压表上有电流通过，则在并联段之外无断路，或并联段内无短路。如图所示，合上开关S，若电压表有示数，说明电路中有电流通过电压表，电路为通路（电压表作为一个高电阻把开关和电源接通了），则开关S和导线不断路，灯L断路即故障所在。2．假设法：已知电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分；然后逐一假设某部分电路发生故障，运用电流定律来进行正向推理，推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路；直到找出发生故障的全部可能为止，亦称排除法。参见例题2、3☆含容电路的分析与计算方法：在直流电路中，当电容器充、放电时，电路里有充、放电电流。一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大（只考虑电容器是理想的不漏电的情况）的元件，在电容器处电路可看作是断路，简化电路时可去掉它，简化后若要求电容器所带电量时，可接在相应的位置上。分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：1．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降，因此电容器两极间的电压就6等于该支路两端的电压；2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等；3．电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充（放）电。如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。参见例题4☆滑动变阻器两种接法的选择方法：1．滑动变阻器的两种接法：滑动变阻器有两种基本连接方法：限流式接法和分压式接法。下表是对两种连接方式的比较：接法电路图特点适用条件限流式接法1．用电器R0与滑动变阻器R的部分电阻串联，另一部分不起作用2．R0上电压调节范围为：R0与R的阻值差不多，或R＞R0，且不要求R0上电压能调至零分压式接法1．用电器R0与滑动变阻器的部分电阻并联后再与另一部分串联2．R0上电压调节范围为：0～E1．要求电压调节能从0开始增大2．R比R0小，一般取R≤R0/22．滑动变阻器两种接法的选择方法：通常变阻器以限流接法为主，但在下列三种情况下，必须选择分压连接方式：（1）题目所提供的实验仪器、电表量程或电阻的最大允许电流不够；（2）变阻器电阻远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻阻值；（3）要求回路中某部分电路的电压从零开始连续变化。☆伏安法测电阻两种接法的选择方法：为减小伏安法测电阻的系统误差，应对电流表外接法和内接法作出选择，其方法是：1．阻值比较法：先将待测电阻的粗略值和电压表、电流表内阻进行比较，若RxRV，宜采用电流表外接法；若RxRA，宜采用电流表内接法。72．临界值计算法：当内外接法相对误差相等时，有，所以（RA≤RV）为临界值。当（即Rx为大电阻）用内接法；当（即Rx为小电阻）用外接法；，内、外接法均可。如RA与RV间不是RA≤RV关系，则可用：当时，用电流表外接法；当时，用电流表内接法。3．实验试探法：按如图接好电路：让电压表一根接线P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化（电流表的分压作用明显），而电流表的示数变化不大（电压表分流作用不大），则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表的内接法。参见例题5、6、7☆黑盒问题：1．纯电阻黑盒解答思路①将电阻为零的两接线柱短接；②根据题给测试结果，分析计算各接线柱之间的电阻分配，并画出电阻数目最多的两接线柱之间的部分电路；③画出电路的剩余部分。2．闭合电路黑盒解答思路①将电势差为零的两接线柱短接；②在电势差最大的两接线柱间画电源；③根据题给测试结果，分析计算各接线柱之间的电阻分配，并将电阻接在各接线柱之间。8例：一个盒子内有一个电动势为3V、内阻不计的电源和三个阻值相等的电阻组成的电路，盒外有四个接线柱，如图所示。用电压表测量电压得到U12＝3V，U13＝2V，U34=1V，U24=0，试画出盒内电路图。解析：由于不考虑电源内阻，U12＝3V，1、2间接电源；由U24=0V，2、4间用导线连接；因为U13＝2V，U34=1V，1、3间与2、4间电压比为2：1，所以电阻比为2：1。电路如图（a）、（b）所示：●精题精讲例题1.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A的读数为I，电压表V的读数为U.当R5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变小解析：当滑动头向a移动时，R5的阻值变小，使R2、R4、R5的总阻值R并变小，从而引起总的外阻R变小。由知I总变大，由U=E－I总r得U变小，因U=U1+U3+U并＝I总R1+I总R3+U并得到U并变小，所以电流表A的数值变小。答案：D点评：在讨论电路中电组发生变化后引起电流、电压发生变化的问题时，应根据电路的结构，由局部到整体的思路，得到9总电流的变化情况，然后再由局部分析出电压和支路电流的变化情况。拓展1：在如图所示电路中，R2、R3是定值电阻，R1是滑动变阻器，当R1的滑键P向右滑动时，各个电表的示数怎样变化？解析:当R1的滑键P向右滑动时，由R1和R2组成的分压器的串联电阻减小，所以电路的总电阻减小；根据可知干路中的电流增大，电流表A的示数增大，再根据U＝E－Ir，可知路端电压减小，电压表V的示数减小；因为R3为定值电阻，当干路中电流增大时，其两端电压随之增大，所以电压表V3的示数增加；根据U1＝U－U3，因U减小，U3增大，所以U1减小，电压表V1的示数减小；当滑动变阻器的滑键向右滑动时，R1的左段电阻RL与R2并联部分的电阻增大，且干路中的电流增大，根据部分电路欧姆定律，可知电压表V2的示数增大；由于R2为定值电阻，且U2增大，根据部分电路欧姆定律，可知电流表A2示数增大；根据并联分流原理，通过电流表A1的电流:在上式中，分子为恒量，分母为关于R左的二次函数，且二次项的系数小于零，分母有极大值，由此可见，电流表A1的示数先减小后增大。答案：电压表V1示数变小；V2的示数增大；V3的示数增大；V的示数减小；电流表A2示数增大；A1示数先减小后增大。拓展2：如图所示电路，电源内阻不能忽略，电流表、电压表均为理想电表，当滑动变阻器R的滑动头从a端滑到b端过程中，求A、V的示数如何变化？10解析：设变阻器R的滑动触头为P，在外电路中RaP与RbP并联再与R0串联，滑动头P由a滑到b的过程中，电路总电阻先增大后减小，总电流先减小后增大，内电压U'先减小后增大，外电压U先增大后减小，V示数先增大后减小。当P由a滑至中点，，而故，即A的示数减小；当P由中点滑至b时，，而故，即A的示数减小。例题2.如图所示是某同学连接的实验实物图，A、B灯都不亮，他采用下列两种方法进行故障检查：①应用多用电表的直流电压进行检查，那么选择开关应置于什么档？A.2.5V；B.10V；C.50V；D.250V。该同学测试结果如表1所示，在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触＿＿＿（填“a”或“b”）。11根据测试结果，可以判定的故障是：（）A．灯A短路；B.灯B短路；C.c、d段断路；D.d