新高考物理二輪復(fù)習(xí)重難點(diǎn)專練熱點(diǎn)09 直流電路常見(jiàn)物理模型（原卷版）

熱點(diǎn)09直流電路常見(jiàn)物理模型熱點(diǎn)09直流電路常見(jiàn)物理模型1.高考命題中，直流電路部分主要考查歐姆定律、電阻定律、焦耳定律、閉合電路歐姆定律、直流電路的功率問(wèn)題、包含電容的電路分析，電路故障和黑箱問(wèn)題。2.掌握規(guī)律的基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)考查電學(xué)部分物理核心素養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)操作能關(guān)鍵能力。一.電路動(dòng)態(tài)分析模型1.電路的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題：是指由于斷開(kāi)或閉合開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器滑片的滑動(dòng)等造成電路結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，某處電路變化又引起其他電路的一系列變化；對(duì)它們的分析要熟練掌握閉合電路歐姆定律，部分電路歐姆定律，串、并聯(lián)電路中電壓和電流的關(guān)系．2.電路動(dòng)態(tài)分析的三種常用方法（1）程序法【需要記住的幾個(gè)結(jié)論】：①當(dāng)外電路的任何一個(gè)電阻增大（或減?。r(shí)，整個(gè)電路的總電阻一定增大（或減?。＂谌綦婃I的通斷使串聯(lián)的用電器增多時(shí)，總電阻增大；若電鍵的通斷使并聯(lián)的用電器增多時(shí)，總電阻減小③用電器斷路相當(dāng)于該處電阻增大至無(wú)窮大，用電器短路相當(dāng)于該處電阻減小至零。（2）“串反并同”結(jié)論法①所謂“串反”，即某一電阻增大時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小，反之則增大。②所謂“并同”，即某一電阻增大時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大，反之則減小。即：eq\b\lc\\rc\)(\a\vs4\al\co1(U串↓,I串↓,P串↓))←R↑→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(U并↑,I并↑,P并↑))【注意】此時(shí)電源要有內(nèi)阻或有等效內(nèi)阻，“串反并同”的規(guī)律僅作為一種解題技巧供參考。（3）極限法因變阻器滑片滑動(dòng)引起電路變化的問(wèn)題，可將變阻器的滑片分別滑至兩個(gè)極端，讓電阻最大或?yàn)榱阍儆懻摗?.電路動(dòng)態(tài)變化的常見(jiàn)類型：①滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)變化：限流接法時(shí)注意哪部分是有效電阻，分壓接法兩部分電阻一增一減，雙臂環(huán)路接法有最值；②半導(dǎo)體傳感器引起的動(dòng)態(tài)變化：熱敏電阻、光敏電阻、壓敏電阻等隨溫度、光強(qiáng)、壓力的增大阻值減?。虎坶_(kāi)關(guān)的通斷引起的動(dòng)態(tài)變化：開(kāi)關(guān)視為電阻，接通時(shí)其阻值為零，斷開(kāi)時(shí)其阻值為無(wú)窮大，所以，由通而斷阻值變大，由斷而通阻值變小。4.滑動(dòng)變阻器的幾種接法限流接法分壓接法雙臂環(huán)路接法SKIPIF1<0左部分為有效電阻，向←滑動(dòng)，AB間總阻值減小。向←滑動(dòng)，R并增大，R串減小，AB間總電阻減小。兩部分電阻并聯(lián)，RAB先增大后減小，當(dāng)并聯(lián)的兩部分阻值相等時(shí)RAB最大。二．含容電路模型(1)電路簡(jiǎn)化電路穩(wěn)定后，把電容器所處的支路視為斷路，簡(jiǎn)化電路時(shí)可以去掉，求電荷量時(shí)再在相應(yīng)位置補(bǔ)上。(2)電路穩(wěn)定時(shí)電容器的電壓電路穩(wěn)定時(shí)，電容器所在的支路中沒(méi)有電流，與之串聯(lián)的電阻相當(dāng)于導(dǎo)線，其兩端無(wú)電壓。電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓。(3)電容器的帶電荷量及變化電容器兩端電壓的變化引起電容器充、放電。①利用Q＝UC計(jì)算電容器初、末狀態(tài)所帶的電荷量Q1和Q2。②如果變化前后極板帶電的電性相同，通過(guò)所連導(dǎo)線的電荷量為|Q1－Q2|。③如果變化前后極板帶電的電性相反，通過(guò)所連導(dǎo)線的電荷量為Q1＋Q2。三．關(guān)于SKIPIF1<0，SKIPIF1<0的物理意義模型對(duì)任何導(dǎo)體均有：導(dǎo)體的伏安特性曲線上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)比值為電阻的阻值，即SKIPIF1<0；對(duì)定值電阻有：導(dǎo)體的伏安特性曲線的斜率同樣表示導(dǎo)體的電阻SKIPIF1<0，對(duì)阻值變化的電阻有：導(dǎo)體的伏安特性曲線的斜率表示將阻值變化的電阻做為唯一的外電路時(shí)的等效電源的內(nèi)阻，即SKIPIF1<0四．電源的輸出功率隨外電阻變化的討論及電源的等效思想當(dāng)外電阻為純電阻電路時(shí)1．電源的輸出功率P出＝I2R＝eq\f(E2,(r＋R)2)·R＝eq\f(E2,\f((R－r)2,R)＋4r)(輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖所示)．ErR圖1s(1)當(dāng)R＝r時(shí)，P出最大＝eq\f(E2,4r)＝eq\f(E2,4R).ErR圖1s(2)當(dāng)P出<P出最大時(shí)，每個(gè)輸出功率值對(duì)應(yīng)兩個(gè)可能的外電阻R1和R2，且r＝eq\r(R1·R2).(3)R<r時(shí)，P出隨R的增大而增大；R>r時(shí)，P出隨R的增大而減小．2．電源的效率η＝eq\f(I2R,I2(R＋r))＝eq\f(R,R＋r)＝eq\f(1,1＋\f(r,R))，η隨著R的增大而增大，當(dāng)R＝r時(shí)，電源有最大輸出功率時(shí)，效率僅為50%.3、圖2所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，R1為定值電阻，那么負(fù)載電ErR圖2R1阻ErR圖2R1將定值電阻R1和電源看成一個(gè)等效電源，如圖3虛線框所示。則等效電源的電動(dòng)勢(shì)SKIPIF1<0，內(nèi)阻SKIPIF1<0，ErR圖3R1ABEErR圖3R1ABE'r'SKIPIF1<0驗(yàn)證：SKIPIF1<0顯然，SKIPIF1<0時(shí)，SKIPIF1<0（正確）ErR圖4R14、圖4所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，R1為定值電阻，那么負(fù)載電阻ErR圖4R1ErR圖5R1ABE'r'圖5中，虛線框內(nèi)等效電源的電動(dòng)勢(shì)SKIPIF1<0（UAB為外電路從ErR圖5R1ABE'r'因此，當(dāng)SKIPIF1<0時(shí)，SKIPIF1<0驗(yàn)證：SKIPIF1<0顯然，當(dāng)SKIPIF1<0時(shí)，SKIPIF1<0正確五．電路故障的分析模型電路故障一般是短路或斷路，常見(jiàn)的情況有導(dǎo)線斷芯、燈泡斷絲、燈座短路、電阻器內(nèi)部斷路、接觸不良等，檢查故障的基本方法有兩種。(1)電壓表檢測(cè)若電壓表示數(shù)等于電源電壓，說(shuō)明電路中有電流通過(guò)電壓表，電路為通路(電壓表作為一個(gè)大電阻把開(kāi)關(guān)和電源接通了)，則開(kāi)關(guān)S和導(dǎo)線不斷路，燈L斷路即故障所在。(2)假設(shè)法已知電路發(fā)生某種故障，尋找故障發(fā)生位置時(shí)，可將整個(gè)電路劃分為若干部分，然后逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生故障，運(yùn)用歐姆定律進(jìn)行正向推理。推理結(jié)果若與題述物理現(xiàn)象不符合，則故障不是發(fā)生在這部分電路，若推理結(jié)果與題述物理現(xiàn)象符合，則故障可能發(fā)生在這部分電路。直到找出發(fā)生故障的全部可能為止，亦稱排除法。（建議用時(shí)：60分鐘）一、單選題1．（2023·山東濰坊·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下電路，已知滑動(dòng)變阻器總阻值為R，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，開(kāi)關(guān)閉合時(shí)小燈泡正常發(fā)光，現(xiàn)將滑片從右向左滑動(dòng)，各元件均可安全工作，下列說(shuō)法正確的是（）A．小燈泡變亮 B．電流表A示數(shù)先變小后變大C．電壓表V示數(shù)先變小后變大 D．電源的總功率先變小后變大2．在如圖所示的電路中，電壓表為理想表，電源內(nèi)阻為r，滑動(dòng)變阻器總電阻為R2，R1+R2＞r＞R1，滑動(dòng)變阻器滑片由a滑向b，下列說(shuō)法正確的是（）A．電源的效率先變大再減小B．電源輸出功率先增大再減小C．電壓表示數(shù)先增大再減小D．靈敏電流計(jì)G的電流方向d→c3．（2024·四川甘孜·統(tǒng)考一模）在如圖所示的電路中，定值電阻SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0電容器的電容SKIPIF1<0，電源的電動(dòng)勢(shì)SKIPIF1<0，內(nèi)阻不計(jì)，當(dāng)開(kāi)關(guān)SKIPIF1<0閉合電流達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，處在電容器中間帶電量SKIPIF1<0的油滴恰好保持靜止，當(dāng)開(kāi)關(guān)SKIPIF1<0閉合后，則以下判斷正確的是（）A．電容器上極板是高電勢(shì)點(diǎn)B．帶電油滴加速向上運(yùn)動(dòng)C．SKIPIF1<0兩點(diǎn)的電勢(shì)差SKIPIF1<0D．通過(guò)SKIPIF1<0的電量SKIPIF1<04．（2023·海南·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）閉合電路內(nèi)、外電阻的功率隨外電路電阻變化的兩條曲線如圖所示，曲線A表示內(nèi)電阻的功率隨外電阻變化的關(guān)系圖線，曲線B表示外電阻的功率隨外電阻變化的關(guān)系圖線。下列說(shuō)法正確的是（）

A．電源的電動(dòng)勢(shì)為SKIPIF1<0B．電源的內(nèi)阻為SKIPIF1<0C．曲線A的最大功率為SKIPIF1<0D．外電阻取SKIPIF1<0時(shí)外電阻的功率是外電阻取SKIPIF1<0時(shí)外電阻的功率的SKIPIF1<05．如圖甲所示為一個(gè)超聲波加濕器，如圖乙所示為其內(nèi)部濕度監(jiān)測(cè)裝置的簡(jiǎn)化電路圖。已知電源電壓為SKIPIF1<0，定值電阻SKIPIF1<0的阻值為SKIPIF1<0，電流表的量程為SKIPIF1<0，電壓表的量程為SKIPIF1<0，濕敏電阻R的阻值隨濕度SKIPIF1<0變化的關(guān)系圖像如圖丙所示，其阻值最大為SKIPIF1<0（圖中未畫(huà)出）。則在電路安全工作的前提下，下列說(shuō)法正確的是（）A．濕敏電阻R的電流最小值為SKIPIF1<0 B．定值電阻R0的電功率范圍為SKIPIF1<0C．電路消耗的總功率最大值為SKIPIF1<0 D．此裝置能監(jiān)測(cè)的濕度范圍為SKIPIF1<0二、多選題6．如圖所示，圖甲中M表示電動(dòng)機(jī)，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片從一端滑到另一端的過(guò)程中，兩電壓表的讀數(shù)隨電流表讀數(shù)的變化情況如圖乙所示。已知電流表讀數(shù)在0.2A以下時(shí)，電動(dòng)機(jī)沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，不考慮電表對(duì)電路的影響，以下判斷正確的是（）A．電路中電源電動(dòng)勢(shì)為3.6VB．滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí)，電壓表V2的讀數(shù)逐漸減小C．電動(dòng)機(jī)的線圈電阻為4SKIPIF1<0D．滑動(dòng)變阻器的最大阻值為30SKIPIF1<07．在如圖甲所示的電路中，閉合開(kāi)關(guān)S，在滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向下滑動(dòng)的過(guò)程中，四個(gè)理想電表的示數(shù)都發(fā)生變化，圖乙中三條圖線分別表示了三個(gè)電壓表示數(shù)隨電流表示數(shù)變化的情況，以下說(shuō)法正確的是（）A．圖線a表示的是電壓表SKIPIF1<0的示數(shù)隨電流表示數(shù)變化的情況B．圖線c表示電壓表SKIPIF1<0的示數(shù)隨電流表示數(shù)變化的情況C．此過(guò)程中電壓表SKIPIF1<0示數(shù)的變化量SKIPIF1<0和電流表示數(shù)變化量SKIPIF1<0的比值變大D．此過(guò)程中電壓表SKIPIF1<0示數(shù)的變化量SKIPIF1<0和電流表示數(shù)變化量SKIPIF1<0的比值不變8．如圖所示，直線A為某電源的U—I圖像，曲線B為某小燈泡L1的U—I圖像的一部分，用該電源和小燈泡L1串聯(lián)起來(lái)組成閉合回路時(shí)小燈泡L1恰能正常發(fā)光，則下列說(shuō)法中正確的是（

）

A．此電源的電動(dòng)勢(shì)為4V，內(nèi)電阻為SKIPIF1<0B．小燈泡L1的額定電壓為3V，額定功率為6WC．把小燈泡L1換成阻值恒為1Ω的純電阻，電源的輸出功率將變大D．把小燈泡L1換成阻值恒為1Ω的純電阻，電源的輸出功率不變?nèi)?、解答題9．如圖所示，水平面內(nèi)的光滑導(dǎo)軌平行放置，左端SKIPIF1<0與電路相連，右端NN'垂直放置導(dǎo)體ab，處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T，導(dǎo)軌間距d=0.2m，導(dǎo)體ab的質(zhì)量SKIPIF1<0，電源電動(dòng)勢(shì)。SKIPIF1<0，內(nèi)阻SKIPIF1<0，電容C=1000μF。開(kāi)關(guān)S先接1，穩(wěn)定后再接到2，導(dǎo)體ab水平飛出，電容器還殘留SKIPIF1<0電荷。求：（1）開(kāi)關(guān)S接1穩(wěn)定時(shí)電容器上的電荷量Q：（2）導(dǎo)體ab飛出時(shí)的速度v。

10．某實(shí)驗(yàn)小組想測(cè)量元電荷的電量大小。裝置如圖所示，在真空容器中有正對(duì)的兩平行金屬板A和B，兩板與外部電路連接，兩板間相距d=0.3m。外部電路電源電動(dòng)勢(shì)ε=300V，內(nèi)阻r=1.0Ω，保護(hù)電阻R0=19.0Ω，電阻箱的阻值R可調(diào)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，電鍵S1閉合、S2斷開(kāi)時(shí)，小組從顯微鏡發(fā)現(xiàn)容器中有一個(gè)小油滴正好在兩板中間處于靜止?fàn)顟B(tài)，該油滴質(zhì)量為SKIPIF1<0，取g=10m/s2，求：（1）該油滴帶電性質(zhì)及所帶電量q；（2）調(diào)節(jié)電阻箱R=20.0Ω，閉合電鍵S2，油滴將加速下落，求油滴下落到B板的時(shí)間t（結(jié)果可以保留根號(hào)）。（建議用時(shí)：60分鐘）一、單選題1．（2023·上海奉賢·統(tǒng)考二模）如圖所示的電路中，R1、R2是定值電阻，電表均為理想電表，RB是磁敏材料制定的元件（其特點(diǎn)無(wú)磁場(chǎng)時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)，有磁場(chǎng)出現(xiàn)時(shí)導(dǎo)通）。閉合開(kāi)關(guān)S，滑動(dòng)變阻器R的滑片處于某位置，當(dāng)有磁鐵靠近RB附近時(shí)，（）A．電流表讀數(shù)減小 B．R1的功率減小C．電壓表讀數(shù)增大 D．電源總功率增大2．（2023·海南省直轄縣級(jí)單位·統(tǒng)考二模）如圖所示電路中，電源的內(nèi)電阻為r，R1、R3、R4均為定值電阻，電表均為理想電表。閉合電鍵S，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R2的滑動(dòng)觸頭P向右滑動(dòng)時(shí)，電表的示數(shù)都發(fā)生變化，電流表和電壓表的示數(shù)變化量的大小分別為ΔI、ΔU，下列說(shuō)法不正確的是（）A．電壓表示數(shù)變大 B．電流表示數(shù)變小C．SKIPIF1<0＜r D．SKIPIF1<0＞r3．如圖所示的電路中，閉合開(kāi)關(guān)S后，a、b、c三盞燈均能正常發(fā)光，電源電動(dòng)勢(shì)E恒定且內(nèi)阻r不可忽略?，F(xiàn)將滑動(dòng)變阻器R的滑片稍微向上滑動(dòng)一些，三盞燈亮度變化的情況是（）A．a(chǎn)燈變亮，b燈和c燈變暗B．a(chǎn)燈和b燈變暗，c燈變亮C．a(chǎn)燈和c燈變暗，b燈變亮D．a(chǎn)燈和c燈變亮，b燈變暗4．（2024·四川成都·?？家荒＃┤鐖D所示，電源內(nèi)阻等于燈泡的電阻，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合．滑動(dòng)變阻器滑片位于某位置時(shí)，水平放置的平行板電容器間一帶電液滴恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，燈泡L正常發(fā)光，現(xiàn)將滑動(dòng)變阻器滑片由該位置向a端滑動(dòng)，則（

）A．燈泡將變亮，R中有電流流過(guò)，方向豎直向上B．液滴帶正電，在滑片滑動(dòng)過(guò)程中液滴將向下做勻加速運(yùn)動(dòng)C．電源的路端電壓增大，輸出功率也增大D．滑片滑動(dòng)過(guò)程中，帶電液滴電勢(shì)能將減小5．在如圖所示的電路中，干電池、開(kāi)關(guān)和額定電壓為1.5V的燈泡組成串聯(lián)電路。當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光。在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的情況下，某同學(xué)用多用電表歐姆擋進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如下表所示，已知電路僅有一處故障，由此做出的判斷中正確的是（）測(cè)試點(diǎn)A、CD、EE、FF、B多用表示數(shù)00∞0A．A、C間導(dǎo)線斷路B．D、E間導(dǎo)線斷路C．燈泡斷路D．F、B間導(dǎo)線斷路6．某同學(xué)在測(cè)量電阻SKIPIF1<0實(shí)驗(yàn)時(shí)，按圖所示連接好實(shí)驗(yàn)電路。閉合開(kāi)關(guān)后發(fā)現(xiàn)：電流表示數(shù)很小、電壓表示數(shù)接近于電源電壓，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片時(shí)兩電表示數(shù)幾乎不變化，電表及其量程的選擇均無(wú)問(wèn)題。請(qǐng)你分析造成上述結(jié)果的原因可能是（）A．電流表斷路B．滑動(dòng)變阻器滑片接觸不良C．開(kāi)關(guān)接觸部位由于氧化，使得接觸電阻太大D．待測(cè)電阻和接線柱接觸位置由于氧化，使得接觸電阻很大二、多選題7．交警使用的某型號(hào)酒精測(cè)試儀如圖甲，其工作原理如圖乙所示，傳感器電阻R的電阻值隨酒精氣體濃度的增大而減小，電源的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r，電路中的電表均為理想電表，且SKIPIF1<0．當(dāng)一位酒駕駕駛員對(duì)著測(cè)試儀吹氣時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是（）

A．電流表的示數(shù)減小B．電壓表的示數(shù)減小C．電源對(duì)外輸出功率增大D．電壓表示數(shù)變化量SKIPIF1<0與電流表示數(shù)變化量SKIPIF1<0的絕對(duì)值之比減小8．（2024·湖北黃岡·統(tǒng)考一模）如圖所示電路中，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，電源電動(dòng)勢(shì)E=3V，內(nèi)阻SKIPIF1<0。電流表示數(shù)為I，電壓表示數(shù)為U。在滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從a滑到b的過(guò)程中，電表均為理想電表，下列判斷正確的是（）A．I減小，U減小 B．SKIPIF1