2022年新課標(biāo)高中物理模型與方法17 常見的電路模型學(xué)生版

文檔來源網(wǎng)絡(luò)整理侵權(quán)必刪PAGE1專題17常見的電路模型目錄一.電路動態(tài)分析模型 1二．含容電路模型 4三．關(guān)于，的物理意義模型 7四．電源的輸出功率隨外電阻變化的討論及電源的等效思想 13五．電路故障的分析模型 17一.電路動態(tài)分析模型1.電路的動態(tài)分析問題：是指由于斷開或閉合開關(guān)、滑動變阻器滑片的滑動等造成電路結(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?、塾秒娖鲾嗦废喈?dāng)于該處電阻增大至無窮大，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引起電路變化的問題，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?.電路動態(tài)變化的常見類型：①滑動變阻器滑片移動引起的動態(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_關(guān)的通斷引起的動態(tài)變化：開關(guān)視為電阻，接通時(shí)其阻值為零，斷開時(shí)其阻值為無窮大，所以，由通而斷阻值變大，由斷而通阻值變小。4.滑動變阻器的幾種接法限流接法分壓接法雙臂環(huán)路接法左部分為有效電阻，向←滑動，AB間總阻值減小。向←滑動，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。【模型演練1】(2020·甘肅靜寧縣第一中學(xué)月考)如圖，E為內(nèi)阻不能忽略的電池，R1、R2、R3為定值電阻，S0、S為開關(guān)，V與A分別為電壓表與電流表．初始時(shí)S0與S均閉合，現(xiàn)將S斷開，則()A．V的讀數(shù)變大，A的讀數(shù)變小B．V的讀數(shù)變大，A的讀數(shù)變大C．V的讀數(shù)變小，A的讀數(shù)變小D．V的讀數(shù)變小，A的讀數(shù)變大【模型演練2】(2021·貴州遵義市調(diào)研)如圖所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略，電表均為理想電表．開關(guān)S閉合后，在滑動變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中()A．電壓表與電流表的示數(shù)都減小B．電壓表與電流表的示數(shù)都增大C．電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小D．電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)增大【模型演練3】(2020·淮安模擬)如圖所示的電路中，現(xiàn)將滑動變阻器的滑片P向右移動，則()A.電流表的示數(shù)變小B.電壓表的示數(shù)變大C.電燈L消耗的功率變大D.電阻R1消耗的功率變大【模型演練4】(2020·北京朝陽區(qū)期末)如圖所示的電路中，電源內(nèi)阻不可忽略。開關(guān)S閉合后，在變阻器R0的滑動端向上滑動的過程中，下列說法正確的是()A．電壓表與電流表的示數(shù)都增大B．電壓表與電流表的示數(shù)都減小C．電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小D．電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)增大【模型演練5】(多選)已知磁敏電阻在沒有磁場時(shí)電阻很小，有磁場時(shí)電阻變大，并且磁場越強(qiáng)電阻值越大。為探測有無磁場，利用磁敏電阻作為傳感器設(shè)計(jì)了如圖所示電路，電源的電動勢E和內(nèi)阻r不變，在沒有磁場時(shí)調(diào)節(jié)變阻器R使電燈L正常發(fā)光。若探測裝置從無磁場區(qū)進(jìn)入強(qiáng)磁場區(qū)，則()A．電燈L變亮 B．電燈L變暗C．電流表的示數(shù)減小 D．電流表的示數(shù)增大二．含容電路模型(1)電路簡化電路穩(wěn)定后，把電容器所處的支路視為斷路，簡化電路時(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有電流，與之串聯(lián)的電阻相當(dāng)于導(dǎo)線，其兩端無電壓。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，通過所連導(dǎo)線的電荷量為Q1＋Q2。【模型演練1】(多選)（2021屆云南省保山市智源高級中學(xué)高三第四次月考）在如圖所示的電路中，電源的負(fù)極接地，其電動勢為E、內(nèi)電阻為r，R1、R2為定值電阻，R3為滑動變阻器，C為電容器，A、V分別為理想電流表和電壓表。在滑動變阻器的滑片P自a端向b端滑動的過程中，下列說法正確的是()A．電壓表示數(shù)減小B．電流表示數(shù)增大C．電容器C所帶電荷量增多D．a(chǎn)點(diǎn)的電勢降低【模型演練2】(多選)(2021·福建師大附中期末)如圖所示，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r.電路中的R2、R3均為總阻值一定的滑動變阻器，R0為定值電阻，R1為光敏電阻(其電阻隨光照強(qiáng)度增大而減小)．當(dāng)電鍵S閉合時(shí)，電容器中一帶電微粒恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)．有關(guān)下列說法中正確的是()A．只逐漸增大R1的光照強(qiáng)度，電阻R0消耗的電功率變大，電阻R3中有向上的電流B．只調(diào)節(jié)滑動變阻器R3的滑動端P2向上端移動時(shí)，電源消耗的功率變大，電阻R3中有向上的電流C．只調(diào)節(jié)滑動變阻器R2的滑動端P1向下端移動時(shí)，電壓表示數(shù)變大，帶電微粒向下運(yùn)動D．若斷開電鍵S，帶電微粒向下運(yùn)動【典例分析3】(2021·湖北宜昌市四月調(diào)研)如圖所示，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，平行板電容器兩金屬板水平放置，開關(guān)S是閉合的，兩板間一質(zhì)量為m、電荷量為q的油滴恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，G為靈敏電流計(jì)。則以下說法正確的是()A．在將滑動變阻器滑片P向上移動的過程中，油滴向上加速運(yùn)動，G中有從b到a的電流B．在將滑動變阻器滑片P向下移動的過程中，油滴向下加速運(yùn)動，G中有從b到a的電流C．在將滑動變阻器滑片P向上移動的過程中，油滴仍然靜止，G中有從a到b的電流D．在將S斷開后，油滴仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，G中無電流通過【模型演練4】（2021屆云南省昆明市第一中學(xué)月考）在如圖所示的電路中，R1＝11Ω，r＝1Ω，R2＝R3＝6Ω，當(dāng)開關(guān)S閉合且電路穩(wěn)定時(shí)，電容器C帶電荷量為Q1；當(dāng)開關(guān)S斷開且電路穩(wěn)定時(shí)，電容器C帶電荷量為Q2，則Q1與Q2的比值為()A．1∶3 B．3∶1C．1∶5 D．5∶1【模型演練5】(多選)如圖所示，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r。當(dāng)滑動變阻器R2的滑片P向左滑動時(shí)，下列說法正確的是()A.R3消耗的功率變大B.電容器C上的電荷量變大C.燈泡L變暗D.R1兩端的電壓變化量的絕對值小于R2兩端的電壓變化量的絕對值【模型演練6】(2020·河北衡水月考)如圖所示的電路中，兩平行金屬板之間的帶電液滴處于靜止?fàn)顟B(tài)，電流表和電壓表均為理想電表，由于某種原因L2的燈絲突然燒斷，其余用電器均不會損壞，下列說法正確的是()A．電流表、電壓表的讀數(shù)均變小B．電源內(nèi)阻消耗的功率變大C．帶電液滴將向上運(yùn)動D．電源的輸出功率變大三．關(guān)于，的物理意義模型【引例分析】引例1：如圖所示，電源的電動勢為，內(nèi)阻為，調(diào)整電路的可變電阻的阻值，使電壓表的示數(shù)增大，則在這個(gè)過程中（）A.通過的電流增大，增加量一定等于B兩端的電壓減小，減少量一定等于C.通過的電流減小，但減少量一定小于D.路端電壓增大，增加量一定等于分析與解答：電路結(jié)構(gòu)為與并聯(lián)，再與串聯(lián)，再連在電源兩端。①，由題意可得，增大，由“串反并同”得增大，減小，減小，如果規(guī)定表示增加，表示減少，則有：②，如果規(guī)定表示變化量的絕對值，由②—①式可得：

，變形可得：，即電壓表V示數(shù)的增加量等于兩端電壓的減少量和電源內(nèi)阻上電壓的減少量。為定值電阻，有，變形可得，A正確；，B正確；為定值電阻，，，C正確；，，所以路端電壓的增加量小于電壓表V示數(shù)的增加量，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。引例二在如圖所示電路中，閉合開頭，當(dāng)滑動變阻器的滑片向下滑動時(shí)，四個(gè)理想電表的示數(shù)都發(fā)生變化，電表的示數(shù)分別用、、和表示，電表示數(shù)變化量的大小分別用、、和表示.下列比值正確的是（）A、不變，不變B、變大，變大C、變大，不變D、變大，不變分析與解答：將電路進(jìn)行簡化，可得與串聯(lián)后接在電源兩端。對定值電阻來說，其導(dǎo)體的伏安特性曲線為過原點(diǎn)的直線，由部分電路歐姆定律得圖像上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)比值為定值電阻的阻值，即；由圖像形狀可得，圖像上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)比值等于該圖像的斜率，即；所以，對定值電阻來講，結(jié)論為。對阻值變化的電阻來說，其導(dǎo)體的伏安特性曲線的表達(dá)式為，形狀為傾斜的直線，為了研究的方便，可將看成唯一的外電路，其余部分等效成內(nèi)電路，其等效電路如圖所示，等效電動勢為E，等效內(nèi)阻為，從等效電路圖可以看出，兩端的電壓就是等效電源的路端電壓，所以的導(dǎo)體的伏安特性曲線（）就是等效電源的伏安特性曲線，由等效電路圖可得，，。由部分電路歐姆定律得圖像上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)比值為在該時(shí)刻的阻值，即，由圖像形狀可得，圖像的斜率為等效電源的內(nèi)阻，即；所以，對阻值變化的電阻來講，結(jié)論為，，。將和的串聯(lián)部分看成一個(gè)新的電阻，為電源的外電路，隨的減小而減小，所以的導(dǎo)體的伏安特性曲線就是電源的伏安特性曲線，所以，，隨的減小而減??；為定值?？偨Y(jié)：對任何導(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；對定值電阻有：導(dǎo)體的伏安特性曲線的斜率同樣表示導(dǎo)體的電阻，對阻值變化的電阻有：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【模型演練1】.(多選)(2020·遼寧沈陽市第一次質(zhì)檢)(多選)在如圖所示電路中，閉合開關(guān)S，當(dāng)滑動變阻器的滑片P向下滑動時(shí)，各電表的示數(shù)分別用I、U1、U2和U3表示，電表示數(shù)變化量的大小分別用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示．下列說法正確的是()A.eq\f(U1,I)不變，eq\f(ΔU1,ΔI)不變B.eq\f(U2,I)變大，eq\f(ΔU2,ΔI)變大C.eq\f(U2,I)變大，eq\f(ΔU2,ΔI)不變D.eq\f(U3,I)變大，eq\f(ΔU3,ΔI)不變【模型演練2】(多選)(2020·重慶巴蜀中學(xué)期中)如圖所示，電源電動勢為E，內(nèi)電阻為r.理想電壓表V1、V2示數(shù)為U1、U2，其變化量的絕對值分別為ΔU1和ΔU2；流過電源的電流為I，其變化量的絕對值為ΔI.當(dāng)滑動變阻器的觸片從右端滑到左端的過程中(燈泡電阻不變化)()A．小燈泡L3變暗，L1、L2變亮B．ΔU1>ΔU2C.eq\f(ΔU1,ΔI)變小D.eq\f(ΔU2,ΔI)變大【模型演練3】.(多選)(2020·江西贛州市期末)如圖所示，電源的電動勢為E、內(nèi)阻為r，合上開關(guān)S后，電壓表和電流表的讀數(shù)分別為U、I，定值電阻R2消耗的功率為P，電容器所帶的電荷量為Q，兩電表均為理想電表．當(dāng)滑動變阻器的滑片向右移動時(shí)，下列有關(guān)物理量之間變化關(guān)系圖象正確的是()【模型演練4】(2020·上海市寶山區(qū)質(zhì)量檢測)在如圖所示的電路中，R為滑動變阻器，R1、R2為定值電阻，電源內(nèi)阻為r.閉合開關(guān)K后，電壓表有示數(shù)，移動滑動變阻器滑片，使電壓表示數(shù)增大量為ΔU，則在此過程中()A．滑動變阻器R阻值增大，流過它的電流增大B．電阻R2兩端的電壓減小，變化量等于ΔUC．通過電阻R2的電流減小，變化量小于eq\f(ΔU,R2)D．路端電壓一定增大，變化量大于ΔU【模型演練5】如圖所示，電源電動勢為E，內(nèi)電阻恒為r，R是定值電阻，熱敏電阻RT的阻值隨溫度降低而增大，C是平行板電容器．閉合開關(guān)S，帶電液滴剛好靜止在C內(nèi)．在溫度降低的過程中，分別用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示電流表、電壓表1、電壓表2和電壓表3示數(shù)變化量的絕對值．關(guān)于該電路工作狀態(tài)的變化，下列說法正確的是()A.eq\f(ΔU1,ΔI)、eq\f(ΔU2,ΔI)、eq\f(ΔU3,ΔI)一定都變大B.eq\f(ΔU1,ΔI)和eq\f(ΔU3,ΔI)一定不變，eq\f(ΔU2,ΔI)一定變大C．帶電液滴一定向下加速運(yùn)動D．電源的工作效率一定變大【模型演練6】（2021·江西省南昌市蓮塘一中臨川二中高三上學(xué)期1月月考）如圖所示電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，定值電阻的阻值R1＝r，當(dāng)滑動變阻器R2的滑片向右滑動過程中，理想電流表A1、A2的示數(shù)變化量的絕對值分別為ΔI1、ΔI2，理想電壓表示數(shù)變化量的絕對值為ΔU，下列說法正確的是（）A.電壓表V的示數(shù)減小 B.電流表A1、A2的示數(shù)均減小C.ΔU與ΔI1的比值等于電源內(nèi)阻r D.電源的輸出功率逐漸增大四．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?。?．電源的效率ErR圖2R1η＝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%.ErR圖2R13、圖2所示的電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，R1為定值電阻，那么負(fù)載電阻R取何值時(shí)，負(fù)載R上將獲得最大功率?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。則等效電源的電動勢，內(nèi)阻，ErR圖3RErR圖3R1ABE'r'驗(yàn)證：顯然，時(shí)，（正確）ErR圖4R14、圖4所示的電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，R1為定值電阻，那么負(fù)載電阻ErR圖4R1ErR圖5R1ABE'rErR圖5R1ABE'r'因此，當(dāng)時(shí)，驗(yàn)證：顯然，當(dāng)時(shí)，正確【模型演練1】(2020·貴州黔東南州一模)(多選)直流電路如圖所示，閉合開關(guān)，在滑動變阻器的滑片P向右移動時(shí)，電源的()A．總功率一定減小B．效率一定增大C．內(nèi)部損耗功率一定減小D．輸出功率一定先增大后減小【模型演練2】.(多選)(2021·福建廈門市3月質(zhì)檢)(多選)某同學(xué)將一直流電源的總功率PE、電源內(nèi)部的發(fā)熱功率Pr和輸出功率PR隨電流I變化的圖線畫在了同一坐標(biāo)系中，如圖8中的a、b、c所示．以下判斷正確的是()A．在a、b、c三條圖線上分別取橫坐標(biāo)相同的A、B、C三點(diǎn)，這三點(diǎn)的縱坐標(biāo)一定滿足關(guān)系PA＝PB＋PCB．b、c圖線的交點(diǎn)與a、b圖線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)之比一定為1∶2，縱坐標(biāo)之比一定為1∶4C．電源的最大輸出功率Pm＝9WD．電源的電動勢E＝3V，內(nèi)電阻r＝1Ω【模型演練3】.如圖所示，電源電動勢E＝2V，內(nèi)阻r＝1Ω，電阻R0＝2Ω，可變電阻的阻值范圍為0～10Ω。求可變電阻為多大時(shí)，R上消耗的功率最大，最大值為多少？【模型演練4】(多選)(2020·貴州安順市上學(xué)期質(zhì)量監(jiān)測)如圖所示，曲線C1、C2分別是純電阻電路中，內(nèi)、外電路消耗的電功率隨電流變化的圖線．由該圖可知下列說法中正確的是()A．兩條圖線的交點(diǎn)表示內(nèi)、外電路消耗的總功率為4WB．電源的內(nèi)電阻為1ΩC．電源輸出功率最大值為4WD．電源的效率最大可達(dá)50%【模型演練5】(2020·湖南長沙市月考)如圖甲所示的電路中，R1、R2均為定值電阻，且R1＝100Ω，R2的阻值未知，R3是一個(gè)滑動變阻器，在其滑片從最左端滑至最右端的過程中，測得電源的路端電壓U隨電流I的變化圖線如圖乙所示，其中圖線上的A、B兩點(diǎn)是滑片在變阻器兩個(gè)不同的端點(diǎn)時(shí)分別得到的．求：(1)電源電動勢和內(nèi)電阻；(2)定值電阻R2的阻值；(3)滑動變阻器R3的最大值；(4)上述過程中R1上得到的最大功率以及電源的最大輸出功率．五．電路故障的分析模型電路故障一般是短路或斷路，常見的情況有導(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