人教版物理選修3-1講義第2章章末復(fù)習(xí)課222

[體系構(gòu)建][核心速填]1．基本概念(1)電流①定義式：I＝eq\f(q,t)。②微觀表達(dá)式：I＝nSve。③方向：與正電荷定向移動(dòng)方向相同。(2)電壓①定義式：U＝eq\f(W,q)。②計(jì)算式：U＝IR。(3)電阻①定義式：R＝eq\f(U,I)。②決定式：R＝ρeq\f(l,S)。(4)電動(dòng)勢(shì)：E＝eq\f(W,q)。2．基本規(guī)律(1)電阻定律：R＝ρeq\f(l,S)。(2)歐姆定律①部分電路歐姆定律：I＝eq\f(U,R)。②閉合電路歐姆定律：I＝eq\f(E,R＋r)。(3)電功和電熱①電功：W＝qU＝UIt。②電熱(焦耳定律)：Q＝I2Rt。(4)電功率①純電阻：P＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R)。②電源A．總功率：P總＝EI。B．發(fā)熱功率：P總＝I2r。C．輸出功率：P出＝UI。D．關(guān)系：P總＝P出＋P熱。純電阻電路和非純電阻電路1.對(duì)于純電阻電路(如白熾燈、電爐絲等構(gòu)成的電路)，電流做功將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，W＝Q＝UIt＝eq\f(U2,R)t＝Pt。2．對(duì)于非純電阻電路(如含有電動(dòng)機(jī)、電解槽等的電路)，電功大于電熱。在這種情況下，不能用I2Rt或eq\f(U2,R)t來(lái)計(jì)算電功，電功用W＝UIt來(lái)計(jì)算，電熱用Q＝I2Rt計(jì)算?！纠?】如圖所示，電解槽A和電爐B并聯(lián)后接到電源上，電源內(nèi)阻r＝1Ω，電爐電阻R＝19Ω，電解槽電阻r′＝0.5Ω。當(dāng)S1閉合、S2斷開(kāi)時(shí)，電爐消耗功率為684W；S1、S2都閉合時(shí)電爐消耗功率為475W(電爐電阻可看作不變)。試求：(1)電源的電動(dòng)勢(shì)；(2)S1、S2都閉合時(shí)，流過(guò)電解槽的電流大??；(3)S1、S2都閉合時(shí)，電解槽中電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的功率。[解析](1)設(shè)S1閉合、S2斷開(kāi)時(shí)電爐功率為P1，電爐中電流I＝eq\r(\f(P1,R))＝eq\r(\f(684,19))A＝6A電源電動(dòng)勢(shì)E＝I(R＋r)＝120V。(2)設(shè)S1、S2都閉合時(shí)電爐功率為P2，電爐中電流為I′＝eq\r(\f(P2,R))＝eq\r(\f(475,19))A＝5A電源路端電壓為U＝I′R＝5×19V＝95V，流經(jīng)電源的電流為I1＝eq\f(E－U,r)＝eq\f(120－95,1)A＝25A流過(guò)電解槽的電流為IA＝I1－I′＝20A(3)電解槽消耗的電功率PA＝IAU＝20×95W＝1900W電解槽內(nèi)熱損耗功率P熱＝Ieq\o\al(2,A)r′＝202×0.5W＝200W電解槽中電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的功率為P化＝PA－P熱＝1700W。[答案](1)120V(2)20A(3)1700[一語(yǔ)通關(guān)](1)電爐為純電阻用電器，其消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱。(2)電解槽為非純電阻用電器，其消耗的電能轉(zhuǎn)化為電熱和化學(xué)能兩部分。1．如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E＝12V，內(nèi)電阻r＝0.5Ω。將一盞額定電壓為8V，額定功率為16W的燈泡與一只線圈電阻為0.5Ω的直流電動(dòng)機(jī)并聯(lián)后和電源相連，燈泡剛好正常發(fā)光，通電100min，問(wèn)：(1)電源提供的能量是多少？(2)電流對(duì)燈泡和電動(dòng)機(jī)所做的功各是多少？(3)燈絲和電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量各是多少？[解析](1)燈泡兩端電壓等于電源兩端電壓，U＝E－Ir得總電流I＝eq\f(E－U,r)＝8A電源提供的能量E電＝IEt＝8×12×100×60J＝5.76×105J。(2)通過(guò)燈泡的電流I1＝eq\f(P,U)＝2A，電流對(duì)燈泡所做的功W1＝Pt＝16×100×60J＝9.6×104J通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流I2＝I－I1＝6電流對(duì)電動(dòng)機(jī)所做的功W2＝I2U2t＝6×8×100×60J＝2.88×105J。(3)燈絲產(chǎn)生的熱量Q1＝W1＝9.6×104J電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量Q2＝Ieq\o\al(2,2)rt＝62×0.5×100×60J＝1.08×105J。[答案](1)5.76×105J(2)9.6×104J2.88×105J(3)9.6×104J1.08×105J電阻的測(cè)量1.多用電表法(粗測(cè))選用多用電表的歐姆擋直接測(cè)量即可。2．伏安法原理是歐姆定律。用電流表與電壓表測(cè)出電阻的電流和電壓，根據(jù)R＝eq\f(U,I)即可求得電阻。(1)電流表內(nèi)、外接法的選擇測(cè)量大電阻選電流表內(nèi)接法，測(cè)量結(jié)果偏大；測(cè)量小電阻選電流表外接法，測(cè)量結(jié)果偏小。內(nèi)接法外接法(2)滑動(dòng)變阻器接法的選擇如圖所示的兩種電路中，滑動(dòng)變阻器(最大阻值為R0)對(duì)負(fù)載RL的電壓、電流都起控制調(diào)節(jié)作用，通常把圖甲電路稱為限流式接法，圖乙電路稱為分壓式接法。采用分壓式接法負(fù)載電壓可從零開(kāi)始調(diào)節(jié)，電壓調(diào)節(jié)范圍大。甲乙3．替代法利用“替代法”測(cè)量電阻的電路圖如圖所示。圖中R1為滑動(dòng)變阻器，R2為電阻箱，Rx為待測(cè)電阻，為電流表，利用該電路，經(jīng)過(guò)如下步驟可以測(cè)得待測(cè)電阻Rx的阻值：①閉合S1和S3，斷開(kāi)S2，調(diào)節(jié)R1的阻值，使電流表讀數(shù)等于某個(gè)數(shù)值I0；②閉合S1和S2，斷開(kāi)S3，保持R1不變，調(diào)節(jié)R2，使電流表讀數(shù)等于I0，然后讀出R2的值，則待測(cè)電阻Rx＝R2.4．半偏法電路如圖所示。測(cè)電壓表內(nèi)阻時(shí)用圖甲；測(cè)電流表內(nèi)阻用圖乙。甲乙主要步驟：(1)將電阻箱調(diào)為0，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器使電表滿偏，不再移動(dòng)其觸頭。(2)調(diào)節(jié)電阻箱，使電表示數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的一半，則電阻箱示數(shù)等于電表的內(nèi)阻?！纠?】實(shí)際電流表有內(nèi)阻，可等效為理想電流表與電阻的串聯(lián)。測(cè)量實(shí)際電流表G1內(nèi)阻r1的實(shí)驗(yàn)中，可供選擇的器材如下：①待測(cè)電流表G1(0～5mA，內(nèi)阻約300Ω)②電流表G2(0～10mA，內(nèi)阻約100Ω)③定值電阻R1(300Ω)④定值電阻R2(10Ω)⑤滑動(dòng)變阻器R3(0～1000Ω)⑥滑動(dòng)變阻器R4(0～20Ω)⑦干電池(1.5V)⑧開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干(1)定值電阻應(yīng)選________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________。(在空格內(nèi)填寫序號(hào))(2)先在框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，再連接實(shí)物圖乙。甲乙丙(3)補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)步驟：①按電路圖連接電路，______________________________。②閉合開(kāi)關(guān)S，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭至某一位置，記錄G1、G2的讀數(shù)I1、I2。③_________________________________________________。④以I2為縱坐標(biāo)，I1為橫坐標(biāo)，作出相應(yīng)圖線，如圖丙所示。(4)根據(jù)I2-I1圖線的斜率k及定值電阻，寫出待測(cè)電流表內(nèi)阻的表達(dá)式________。[解析](1)根據(jù)電路連接特點(diǎn)，G2的電流為定值電阻和電流表G1的總電流，若定值電阻選10Ω，則易使流過(guò)G2的總電流超過(guò)其滿偏值，故選③。滑動(dòng)變阻器應(yīng)選⑥。(2)由題意可知，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用滑動(dòng)變阻器分壓接法；同時(shí)因待測(cè)電阻較小，故應(yīng)采用電流表外接法；原理圖、實(shí)驗(yàn)圖如圖所示。(3)①將滑動(dòng)觸頭移至最左端。③多次移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，記錄相應(yīng)的G1、G2讀數(shù)I1、I2。(4)根據(jù)歐姆定律：I1r1＝(I2－I1)R1解得I2＝eq\f(R1＋r1,R1)I1，即k＝eq\f(r1＋R1,R1)，所以r1＝(k－1)R1。[答案](1)③⑥(2)見(jiàn)解析圖(3)將滑動(dòng)觸頭移至最左端多次移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，記錄相應(yīng)的G1、G2讀數(shù)I1、I2(4)r1＝(k－1)R12．為了測(cè)量阻值范圍在200～300Ω之間的電阻Rx的阻值，實(shí)驗(yàn)室提供了如下器材：A．電阻箱R(阻值范圍0～999.9Ω)B．毫安表(量程0～3mA，內(nèi)阻約100Ω)C．直流電源(電動(dòng)勢(shì)約3V，內(nèi)阻不計(jì))D．兩個(gè)單刀單擲開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線若干(1)甲同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮吞峁┑膶?shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)出如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，設(shè)計(jì)的操作步驟如下。甲乙①按電路圖連好電路，閉合開(kāi)關(guān)S1，記下毫安表的讀數(shù)。②斷開(kāi)S1，閉合開(kāi)關(guān)S2，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使毫安表的讀數(shù)和①中相同，記下此時(shí)電阻箱的示數(shù)R1。假設(shè)該同學(xué)的設(shè)計(jì)合理，則待測(cè)電阻Rx＝________。(2)乙同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮吞峁┑膶?shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)出如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)電路，設(shè)計(jì)的操作步驟如下。①按電路圖連好電路，將R調(diào)到最大，然后閉合S1、S2，調(diào)節(jié)R，使毫安表達(dá)到滿偏，記下此時(shí)電阻箱的示數(shù)R2。②斷開(kāi)S2，調(diào)節(jié)R，仍使毫安表滿偏，記下此時(shí)電阻箱的示數(shù)R3。假設(shè)該同學(xué)的設(shè)計(jì)合理，則待測(cè)電阻Rx＝________。(3)上述兩位同學(xué)的設(shè)計(jì)中有一位是不合理的，不合理的是________，理由是___________________________________________________________________________________________。[解析](1)根據(jù)甲同學(xué)的實(shí)驗(yàn)電路，該同學(xué)采用了等效替代法，故待測(cè)電阻Rx＝R1。(2)根據(jù)乙同學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟可知：R2＝R3＋Rx，則Rx＝R2－R3。(3)甲電路中，開(kāi)關(guān)接通后，電流表的讀數(shù)最小為I＝eq\f(E,Rx)＝eq\f(3,300)A＝10mA，已超過(guò)了電流表的量程，故此設(shè)計(jì)不合理。[答案](1)R1(2)R2－R3(3)甲電流表超程含容電路的有關(guān)問(wèn)題含容電路的分析要抓住這樣幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：(1)電容器在穩(wěn)定的直流電路中是斷路，無(wú)電流通過(guò)電容器，與之相連的電阻相當(dāng)于一根導(dǎo)線，但電容器兩端可能有電勢(shì)差，可能儲(chǔ)有電荷。(2)電容器兩極板間的電勢(shì)差就是電容器與電路的兩個(gè)連接點(diǎn)的電勢(shì)之差，與電勢(shì)高的點(diǎn)相連的電容器極板上帶正電，與電勢(shì)低的點(diǎn)相連的電容器極板上帶負(fù)電。(3)電容器在充、放電時(shí)，對(duì)于單個(gè)放電回路，流過(guò)某個(gè)元件的電荷量即為電容器所帶電荷量的變化量；對(duì)于多個(gè)回路，電荷量的分配遵守電流的分配規(guī)律。(4)平行板電容器與電場(chǎng)知識(shí)結(jié)合時(shí)，要把握好平行板間電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)，弄清是電容器帶的電荷量不變還是兩板間的電勢(shì)差不變，抓好受力分析，結(jié)合C＝eq\f(Q,U)、C＝eq\f(εrS,4πkd)和E＝eq\f(U,d)靈活應(yīng)用?！纠?】如圖所示，已知路端電壓U＝18V，電容器C1＝6μF、C2＝3μF，電阻R1＝6Ω、R2＝3Ω。當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UAB等于多少？當(dāng)S閉合時(shí)，電容器C1的電荷量改變了多少？[解析]在電路中，電容器C1、C2相當(dāng)于斷路。當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，電路中無(wú)電流，B、C等勢(shì)，A、D等勢(shì)，因此UAB＝UAC＝UDC＝18V。當(dāng)S閉合時(shí)，R1和R2串聯(lián)，C1兩端的電壓等于R1兩端電壓，C2兩端的電壓等于R2兩端電壓，C1電荷量變化的計(jì)算首先從電壓變化入手。當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，UAB＝UAC＝UDC＝18V，電容器C1帶電荷量為Q1＝C1UAC＝C1UDC＝6×10－6×18C＝1.08×10－4C當(dāng)S閉合時(shí)，電路R1、R2導(dǎo)通，電容器C1兩端的電壓即電阻R1兩端的電壓，由串聯(lián)電路的電壓分配關(guān)系得UAC′＝eq\f(R1,R1＋R2)U＝eq\f(6,6＋3)×18V＝12V此時(shí)電容器C1的帶電荷量為Q′＝C1UAC′＝6×10－6×12C＝7.2×10－5電容器C1帶電荷量的變化量為ΔQ＝Q′－Q1＝－3.6×10－5負(fù)號(hào)表示減少，即C1的帶電荷量減少了3.6×10－5C[答案]18V減少了3.6×10－5[一語(yǔ)通關(guān)]含容電路問(wèn)題是高考中的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，在高考試題中多次出現(xiàn)。求解含容電路問(wèn)題時(shí)，要注意電容器兩端的電勢(shì)差等于電路中與它相連的兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差。3．如圖所示，在A、B兩點(diǎn)間接一電動(dòng)勢(shì)為4V、內(nèi)阻為1Ω的直流電源，電阻R1、R2、R3的阻值均為4Ω，電容器的電容為30μF，電流表的內(nèi)阻不計(jì)，求：(1)電流表的讀數(shù)；(2)電容器所帶的電荷量；(3)斷開(kāi)電源后，通過(guò)R2的電荷量。[解析](1)I＝eq\f(E,R3＋r)＝0.8A。(2)Q＝CU3＝CIR3＝9.6×10－5C(3)斷開(kāi)電源，R1與R2并聯(lián)，再與R3、C構(gòu)成放電回路，R1＝R2，所以通過(guò)R2的電荷量Q2＝eq\f(Q,2)＝4.8×10－5C。[答案](1)0.8A(2)9.6×10－5C(3)4.8×10非線性電路的求解問(wèn)題非線性電路通常是指含有非線性元件(如含二極管、含熱敏電阻)的電路，電阻絲、燈絲在實(shí)驗(yàn)條件下也會(huì)表現(xiàn)出非線性。對(duì)于非線性元件，電阻動(dòng)態(tài)變化，諸如其電壓與電流的關(guān)系等很難用公式表達(dá)，為此人們常用圖象來(lái)描述各物理量間的關(guān)系。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，非線性電路問(wèn)題中物理量間的關(guān)系常常用圖象來(lái)描述，因而求解非線性電路問(wèn)題要注意理解圖象的物理意義，理解圖象交點(diǎn)的意義，從圖象展現(xiàn)出的物理情景中獲取信息，從而使問(wèn)題得以解決。【例4】如圖所示是某半導(dǎo)體器件的U-I圖象，將該器件與標(biāo)有“9V18W”的用電器串聯(lián)后接入電動(dòng)勢(shì)為12V的電源兩端，用電器恰能正常工作，則此時(shí)電源的輸出功率是多少？[解析]半導(dǎo)體器件與標(biāo)有“9V18W”的用電器串聯(lián)時(shí)，流過(guò)它的電流I1＝eq\f(P,U)＝eq\f(18,9)A＝2A，從圖象中得對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體器件兩端的電壓是1V，故電源的輸出電壓是U1＝9V＋1V＝10V，輸出功率P1＝I1U1＝2×10W＝20W。[答案]20W15W4．在如圖所示的U-I圖象中，直線Ⅰ為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，直線Ⅱ?yàn)槟骋浑娮鑂的U-I圖線，曲線Ⅲ為某燈泡L的U-I曲線，曲線Ⅲ與直線Ⅰ的交點(diǎn)為(1.5A，0.75V)，該點(diǎn)的切線與橫軸交點(diǎn)坐標(biāo)為(1.0A，0)，用該電源直接與電阻R或小燈泡L連接成