高考專題十直流電路

1、專題十 直流電路高考對本章知識的考查，多集中在電路的變化、電路故障的檢測、含容電路以及含電表(理想或非理想)電路問題的分析上，以選擇題或填空題的形式出現(xiàn)。另外，由于本章實(shí)驗(yàn)較多，因而近年高考涉及本章的實(shí)驗(yàn)頗多。由于高考加大了對實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋碱}往往需要考生用實(shí)驗(yàn)中學(xué)過的實(shí)驗(yàn)方法去自行設(shè)計(jì)或處理未遇到過的實(shí)驗(yàn)問題，要求考生要有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。故難度較高，要注意突破。第一節(jié) 電路研究策略專題求解電路問題的關(guān)鍵是對電路的分析、規(guī)律的選用和方法的選擇上。高考中的電路問題，一般可分為電路的變化、故障的檢測和含容或含電表類問題。其突破方法有：等效電路法當(dāng)電路串并聯(lián)關(guān)系不清晰時(shí)，要進(jìn)行電路簡化。簡化的依據(jù)

2、：理想安培表和無阻值導(dǎo)線連接的兩點(diǎn)視為短路，被短路的兩點(diǎn)等電勢；理想電壓表及電容器連接的兩點(diǎn)視為斷路。電勢升降法外電路電流每流經(jīng)一個(gè)電阻，電勢要降低；內(nèi)電路電流每流經(jīng)一個(gè)電源，電勢要升高)、。圖象法、整體法和隔離體法整體法是指把閉合電路作為一個(gè)整體進(jìn)行研究。用的是閉合電路的歐姆定律。隔離體法是指選取部分電路作為研究對象，用的是部分電路的歐姆定律。極端假設(shè)分析法要求在極端值所限定的區(qū)域內(nèi)，兩物理量之間有單調(diào)的函數(shù)關(guān)系。等效電源法將一個(gè)或幾個(gè)定值電阻和電池組成的部分等效為一個(gè)電源，保證等效電源的內(nèi)阻為一定值等?！镜湫屠}透析】電路變化類例1(1991年高考)如圖，三個(gè)電阻的阻值相等，電流表A1、A

3、2和A3的內(nèi)阻均可忽略，它們的讀數(shù)分別為I1、I2和I3，則I1:I2:I3= 。命題意圖考查串、并聯(lián)電路特點(diǎn)、部分電路歐姆定律，考查分析電路及應(yīng)用知識能力。解題思路根據(jù)電流表視為短路，被短路的兩點(diǎn)等電勢?？芍娮璨⒙?lián)。原電路的等效電路如圖所示。因并聯(lián)的三電阻相等，故各電阻中流過的電流都相同并都令為I。由圖知I2=2 I1，I3=2 I，I1=3 I，I1:I2:I3=3 I:2 I:2 I=3:2:2。探討評價(jià)如果安培表A和伏特表V內(nèi)阻的影響不能忽略時(shí)，以其內(nèi)阻RA、RV分別代替之，每表既是一個(gè)測量工具，又是一個(gè)電阻，通過RA的電流即是A讀數(shù)，RV兩端的電壓即是V表的讀數(shù)。含容電路類例2如

4、圖所示的電路圖中。C2=2C1，R2=2R1，下列說法正確的是： 開關(guān)處于斷開狀態(tài)，電容C2的電量大于C1的電量 開關(guān)處于斷開狀態(tài)，電容C1的電量大于C2的電量 開關(guān)處于接通狀態(tài)，電容C2的電量大于C1的電量 開關(guān)處于接通狀態(tài)，電容C1的電量大于C2的電量 A. B. C. D.命題意圖考查電容的概念、串并聯(lián)電路中電阻兩端的電壓，考查理解、分析、運(yùn)用能力。解題思路電容是電容器所帶電量與兩極間電勢差之比，電容器所帶電量等于電容器的電容和電容器兩端電壓的乘積：Q=CU；在開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)。兩電容器兩端的電壓相等(并聯(lián)電路)，因C2=2C1，故Q2=2Q1，正確；當(dāng)開關(guān)處于接通狀態(tài)時(shí)，結(jié)合題目信息

5、可以知道：C1兩端的電壓是C2兩端電壓兩倍(串聯(lián)電路)，即U1=2U2，由Q=CU，知Q1=Q2，故錯(cuò)，正確選項(xiàng)為A。探討評價(jià)解答“含容電路”問題的關(guān)鍵在于：知道電容的“隔直通交”作用電壓一定時(shí)，電容器中無充放電電流；電壓變化時(shí)，電容器將充放電。)分清楚電容器兩端的電壓。電容器上的電壓等于與它并聯(lián)的元件上的電壓。如本題在斷開開關(guān)時(shí)，每個(gè)電容器的電壓等于電源電動(dòng)勢；在開關(guān)閉合時(shí)，C1的電壓U1=UR2，C2電壓U2=UR1。電容器上電量增大時(shí)，將有充電電流；電容器上電量藏小時(shí)，將有放電電流。電表讀數(shù)變化類例3(1992年高考)如圖，電源電動(dòng)勢為E。內(nèi)阻為r。R1和R2是兩個(gè)阻值固定的電阻。當(dāng)可變

6、電阻R的滑片向a點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，通過R1的電流I1和通過R2的電流I2將發(fā)生如下的變化： A. I1變大，I2變小 B. I1變大，I2變大 C. I1變小，I2變大D. I1變小，I2變小解題思路滑片向a點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，R變小，總電阻變小，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知，總電流I變大。電源路端電壓減小。再由部分電路歐姆定律可知，R1上的電流I1變小，流過R2的電流增加。正確答案為C。探討評價(jià)本題運(yùn)用了整體法和隔離體法。整體法和隔離體法的聯(lián)合應(yīng)用，是處理電表示數(shù)變化、燈泡亮暗變化題目的常用方法。在處理電表示數(shù)變化或燈亮暗問題中，常要改變外電路的電阻，外電阻增減依據(jù)有：a.串聯(lián)電阻越多電阻越大；b.并聯(lián)電路支路

7、增多。電阻變小，支路減少，電阻增大；當(dāng)支路數(shù)不變。一支路或幾個(gè)支路的電阻都變大時(shí)，總電阻變大，反之減少。例4(1994年高考)如圖所示，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r。當(dāng)可變電阻的滑片P向b點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，兩電壓表的讀數(shù)U1、U2的變化情況是： A. U1變大，U2變小 B. U1變大，U2變大 C. U1變小，U2變小D. U1變小，U2變大解題思路滑片向b點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，電阻變大，假設(shè)滑到b點(diǎn)時(shí)電阻變?yōu)闊o限大，則總電流變?yōu)榱?，相?dāng)于電源斷路，此時(shí)U1值等于電源電動(dòng)勢E，U1為最大；U2值等于零，U2為最小。正確答案為A。探討評價(jià)本題運(yùn)用了極端假設(shè)分析法。電路故障檢測類例5(2000年全國高考)圖為一電路板的

8、示意圖，a、b、c、d為接線柱，a、d與220V的交流電源連接，ab間、bc間、cd間分別連接一個(gè)電阻。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電路中沒有電流，為檢查電路故障，用一交流電壓表分別測得b、d兩點(diǎn)間以及a、c兩點(diǎn)間的電壓均為220V。由此可知： A. ab間電路通，cd間電路不通 B. ab間電路不通，bc間電路通 C. ab間電路通，bc間電路不通 D. bc間電路不通，cd間電路通命題意圖考查電路的故障分析，考查學(xué)生的應(yīng)用能力。解題思路由“ab間、bc間、cd間分別連接一個(gè)電阻，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電路中無電流”可知：原電路中必有一處斷開；又由“用一交流電壓表測得a、d兩點(diǎn)間以及a、c兩點(diǎn)間電壓均為220 V”可知，在這兩種

9、情況下均把電壓表串聯(lián)接入電路，即b、d兩點(diǎn)間和a、c兩點(diǎn)間的公共部分?jǐn)嚅_，所以b、c間電路不通，其余部分都通。對這樣的故障分析選擇題也可將選項(xiàng)逐一分析，看能否滿足題設(shè)要求。對A選項(xiàng)。“cd間電路不通”情況下，“用電壓表測a、c兩點(diǎn)間電壓”時(shí)，電壓表示數(shù)為零，故A選項(xiàng)不對；對B選項(xiàng)，“ab間電路不通”的情況下，“用電壓表測bd間電壓”時(shí)，電壓表示數(shù)也為零，故B選項(xiàng)也不對。對CD兩選項(xiàng)，均滿足題設(shè)要求，所以該題正確答案應(yīng)為CD。探討評價(jià)本題加的是交流電壓，故測電壓時(shí)要用交流電壓表，測的瀆數(shù)為有效值。若加的電壓為直流電壓，測電壓要用直流電壓表。電路檢測方法：a.斷路故障的判斷：用伏特表逐段與電路并聯(lián)

10、。若伏特表指針偏轉(zhuǎn)，則該段電路有斷點(diǎn)。b.短路故障的判斷：用伏特表與電源并聯(lián)，若有示數(shù)，說明外路未全部發(fā)生短路，再逐段與電路并聯(lián)，若伏特表示數(shù)為零，則該電路被短路。若伏特表示數(shù)不為零，則該電路不被短路或不完全被短路。例6(2000年北京、安徽春季高考)AB兩地間鋪有通訊電纜，長為L，它是由兩條并在一起彼此絕緣的均勻?qū)Ь€組成的，通常稱為雙線電纜。在一次事故中經(jīng)檢查斷定是電纜上某處的絕緣保護(hù)層損壞，導(dǎo)致兩導(dǎo)線之間漏電，相當(dāng)于該處電纜的兩導(dǎo)線之間接了一個(gè)電阻。檢查人員經(jīng)過下面的測量可以確定損壞處的位置：令B端的雙線斷開，在A處測出雙線兩端間的電阻RA；令A(yù)端的雙線斷開，在B處測出雙線兩端的電阻RB；

11、在A端的雙線間加一已知電壓UA。在B端用內(nèi)阻很大的電壓表測出兩線間的電壓UB。試由以上測量結(jié)果確定損壞處的位置。命題意圖考查歐姆定律和電阻定律?？疾榭忌`活運(yùn)用所學(xué)物理知識解決實(shí)際問題的能力。解題思路設(shè)雙線電纜每單位長度的電阻為r，漏電處電阻為R。漏電處距A為x，題設(shè)測量過程可用如圖電路表示，則AA間電阻；BB間電阻。當(dāng)AA間加電壓UA時(shí)，在BB間用內(nèi)阻很大的電壓表測出的電壓UB等于R兩端電壓(電纜上近似看作無電流無電勢降落)。根據(jù)歐姆定律 聯(lián)立解得：。求最大值類例7如圖所示的電路中，電池的電動(dòng)勢E=5V，內(nèi)電阻r=10，固定電阻R=90，R0是可變電阻，在R0由零增加到400的過程中，求：

12、可變電阻R0上消耗熱功率最大的條件和最大的熱功率。 電池的內(nèi)電阻r和固定電阻R上消耗的最小熱功率之和。解題思路解法1電路中的電流強(qiáng)度：，可變電阻R0上消耗的熱功率為： 當(dāng)=0，即R0=100n時(shí)，P1最大， r和R消耗的熱功率： 。解法2若根據(jù)電源輸出功率最大的條件，用“等效電源”法求解將更簡捷，即將固定電阻R與電源合起來看作電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為(R+r)的等效電源，R0為外電路負(fù)載，則當(dāng)R0=R+r=100時(shí)，電源對外電路R0輸出功率最大。 探討評價(jià)功率的最大及最小求解方法： 電路消耗的最大功率 先找電路允許通過的最大電流Im，(方法參見例8的探討評價(jià))，然后利用總計(jì)算。 某元件功率的最大值

13、由P=I2R知，流過某元件的電流最大時(shí)，它的功率就最大。 電路消耗的最小功率 當(dāng)電路兩端的電壓恒定時(shí)，由P=IU知，P最小的條件是I最小。 電源輸出的最大功率如圖，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r。外電阻為R。則：電源輸出功率 或 討論： 當(dāng)E、R一定時(shí)，由式知，電源輸出功率最大的條件是：讓電源內(nèi)阻r最小。(屬選電源類型) 當(dāng)R、r一定時(shí)，由式知，電源輸出功率最大的條件是：讓電源電動(dòng)勢E最大。(屬選電源類型) 當(dāng)E、r一定時(shí)，由式知，電源輸出功率最大的條件是：通過改變外電路的阻值R，讓R=r。(屬選外電阻類型) 由以上討論可知，只有屬選外電阻類型電源輸出功率最大的條件。才是“R = r”。例8四個(gè)同樣

14、的電阻R1、R2、R3、R4，額定電壓都為9V，把它們連成如圖所示的電路。則這個(gè)電路允許加的最大電壓為多少？解題思路令每個(gè)電阻的阻值都為R，額定電壓為U。因R2、R3、R4都相同。故并聯(lián)部分允許加的最大電壓U并=U，并聯(lián)部分允許通過的最大電流。電阻R1的額定電流，因I1I并，故這段混聯(lián)電路允許通過的最大電流Im= I1，允許加的最大電壓Um=ImR總=12V。探討評價(jià)本例屬求最大電流或電壓類問題，該類問題的求解方法如下：串聯(lián)電路的最大電流串聯(lián)電路允許通過的最大電流，等于串聯(lián)各元件額定電流中最小的那個(gè)電流值。并聯(lián)電路的最大電壓并聯(lián)電路兩端允許加的最大電壓，等于并聯(lián)各元件額定電壓中最小的那個(gè)電壓值

15、?；炻?lián)電路的最大電壓及最大電流并聯(lián)部分的最大允許電壓U并等于并聯(lián)各元件額定電壓中最小的那個(gè)電壓值，并聯(lián)部分允許通過的最大電流I并=；混聯(lián)電路的最大電流Im等于各串聯(lián)部分允許通過電流中的最小那個(gè)電流值，混聯(lián)電路允許加的最大電壓Um=ImR總。 第二節(jié) 電路設(shè)計(jì)與創(chuàng)新專題2000年的高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)題是開放型試題，它不僅要求考生會自行設(shè)計(jì)合理電路。而且由于電路的設(shè)計(jì)不同還會得出不同的答案，這與一題多解、答案歸一的問題是絕對不同的，開放型試題能充分展現(xiàn)考生的創(chuàng)新思維，是近年高考的新題型，是素質(zhì)教育的產(chǎn)物。開放型電路考題離不開元件的選取和電路選擇，要用到部分或全電路歐姆定律。在電路的選擇上，是選用分壓電路

16、還是限流電路，是歷年考生棘手的問題。得分率極低，究其原因，就是還未弄清這兩種電路選取的原則。對限流電路和分壓電路的選擇，一定要把握以下原則：電路確保安全；電流或電壓調(diào)節(jié)范圍大；電路要節(jié)能。從節(jié)能看，限流電路要比分壓電路消耗的電能少：但從電流電壓的調(diào)節(jié)范圍看，分壓電路要比限流電路的電流、電壓的調(diào) 節(jié)范圍都大。因此，選擇電路一定要綜合考慮。一定選用分壓電路的情況有三種：用電器電阻遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的全值電阻時(shí)，要選用分壓電路；用電器的電壓要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)，要選分壓電路；采用限流電路時(shí)，電路中的最小電流仍超過用電器的額定電流時(shí)，要選擇分壓電路。當(dāng)分壓和限流都滿足時(shí)，優(yōu)先選擇限流電路。下面就結(jié)合歷

17、年高考題談?wù)剝煞N電路的選擇。典型例題透析例1(1997年全國高考)某電壓表的內(nèi)阻在20k50k之間，現(xiàn)要測量其內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室提供下列可選用的器材：待測電壓表V(量程3V)、電流表A1(量程200A)、電流表A2(量程5 mA)、電流表A3(量程0.6A)，滑動(dòng)變阻器R(最大阻值1 k)、電源E(電動(dòng)勢4 V)，電鍵K。所提供的電流表中，應(yīng)選用 (填寫字母代號)。為了盡量減小誤差，要求測多組數(shù)據(jù)，試在方框中畫出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖(其中電源電鍵及其連接已畫出)。命題意圖考查定值電阻的伏安法測定。要求考生理解伏安法測電阻的原理，會正確選擇電路，合理選擇儀表。解題思路由于電壓表內(nèi)阻是滑動(dòng)變阻器全值電阻

18、的幾十倍，如用限流電路，不僅電壓調(diào)節(jié)范圍小，而且超過了電壓表的量程，故選擇分壓電路。用電壓表最大量程3V除以電壓表最小電阻20k，估算得到最大電流為150A，故應(yīng)選擇電流表量程200A的A1表，電路圖如圖所示。探討評價(jià)該題在1997年全國高考試題中屬于難題，設(shè)置的物理情境新穎，許多考生感到束手無策。解此題，要突破常規(guī)思維，將待測電壓表看作一個(gè)能讀出其兩端電壓的待測電阻。與電流表串聯(lián)后，測出通過電壓表的電流。這樣就利用了伏安法測電阻?；瑒?dòng)變阻器有兩種接法：是限流式；是分壓式。若用限流式接法，由于變阻器的阻值在01 k之間變化，與電壓表內(nèi)阻相比，這種變化很小，電路中電流變化不大，不利于多次測量從而

19、達(dá)到減少偶然誤差的目的，也由于電源電動(dòng)勢4V大于待測電壓表的額定電壓，故滑動(dòng)變阻器要采用分壓電路。例2(2000年全國高考)從下表中選出適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一電路來測量電流表小的內(nèi)阻r1，要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù)。器材(代號)規(guī) 格電流表(A1)量程10mA，內(nèi)阻r1，待測(約40)電流表(A2)量程500A，內(nèi)阻r2=750電壓表(V)量程10V，內(nèi)阻r3=10k電阻(R1)阻值約100，作保護(hù)電阻用滑動(dòng)變阻器(R2)總阻值約50電池(E)電動(dòng)勢1.5 V，內(nèi)阻很小電鍵(K)導(dǎo)線若干在虛線方框中畫出電路圖，標(biāo)明所用器材的代號。 測量數(shù)據(jù)中的一組來計(jì)算r1，則所用的

20、表達(dá)式為r1= 。命題意圖考查伏安法測定值電阻，考查選用器材和設(shè)計(jì)電路的能力。解題思路設(shè)計(jì)電路的基本方法首先是選擇元件，然后再考慮電路的連接問題。在本題中，電阻(R1)、滑動(dòng)變阻器(R：)、電池(E)、電鍵(K)、導(dǎo)線若干必須要選。問題出在是選用電流表A1，還是選用電壓表V。本題中電池電動(dòng)勢E=1.5V，而電壓表量程為10V，如用電壓表，則電壓表上最大讀數(shù)約為，該數(shù)僅是電壓表量程的4.3，這樣，讀數(shù)誤差太大，所以不選電壓表V，而選電流表A2。在本題中由于測A1內(nèi)阻，選用A2，只有兩表并聯(lián)，對限流、分壓均可。答案見下圖。（最好選甲圖，對丙圖，調(diào)R2時(shí)，要注意不要超出兩表量程）由上圖可看出，A1、A2兩端電壓相等，。其中I1、I2分別為電流表A1、A2的讀數(shù)，r1、r2分別為電流表A1、A2的內(nèi)阻。探討評價(jià)學(xué)生對測定值電阻的電路比較熟悉，但像例1和本題測電表內(nèi)阻的情況還比較陌生，盡管還是采用伏安法，但像例1減少了再用伏特表去測待測伏特表兩端的電壓，本例減少了用另一安培表測流過待測安培表電流了，待測電表自身的讀數(shù)就告訴了自己消耗的電壓或流過自身的電流。本例用到的原理仍是測電阻阻值的伏安法，但把電阻改成了電表，與平時(shí)的題設(shè)情境發(fā)生了改變，這就看考