高中教科版物理選修3-1素養(yǎng)學(xué)案階段提升課第二章直流電路

溫馨提示：此套題為Word版，請按住Ctrl,滑動鼠標滾軸，調(diào)節(jié)合適的觀看比例，答案解析附后。關(guān)閉Word文檔返回原板塊。第二章知識體系·思維導(dǎo)圖考點整合·素養(yǎng)提升考點含電容器直流電路的分析1.解決含電容器的直流電路問題的一般方法:(1)通過初末兩個穩(wěn)定的狀態(tài)來了解中間不穩(wěn)定的變化過程。(2)只有當(dāng)電容器充、放電時,電容器支路中才會有電流,當(dāng)電路穩(wěn)定時,電容器對電路的作用是斷路。(3)電路穩(wěn)定時,與電容器串聯(lián)的電阻為等勢體,電容器的電壓為與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓。(4)在計算電容器的帶電荷量變化時,如果變化前后極板帶電的電性相同,那么通過所連導(dǎo)線的電荷量等于始末狀態(tài)電容器電荷量之差;如果變化前后極板帶電的電性相反,那么通過所連導(dǎo)線的電荷量等于始末狀態(tài)電容器電荷量之和。2.含容電路的分析與計算的關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)化【典例1】(多選)如圖所示,R1、R2、R3、R4均為可變電阻,C1、C2均為電容器,電源的電動勢為E,內(nèi)阻r≠0。若改變四個電阻中的一個阻值,則()A.減小R1,C1、C2所帶的電量都增加B.增大R2,C1、C2所帶的電量都增加C.增大R3,C1、C2所帶的電量都增加D.減小R4,C1、C2所帶的電量都增加【解析】選B、D。R1上沒有電流流過,R1是等勢體,故減小R1,C1兩端電壓不變,C2兩端電壓不變,C1、C2所帶的電量都不變,選項A錯誤;增大R2,C1、C2兩端電壓都增大,C1、C2所帶的電量都增加,選項B正確;增大R3,C1兩端電壓減小,C2兩端電壓增大,C1所帶的電量減小,C2所帶的電量增加,選項C錯誤;減小R4,C1、C2兩端電壓都增大,C1、C2所帶的電量都增加,選項D正確。(2020·達州高二檢測)如圖所示,平行金屬板中帶電質(zhì)點P原來處于靜止?fàn)顟B(tài),電流表和電壓表為理想電表,當(dāng)滑動變阻器R4的滑片向b端移動時,則()A.電壓表讀數(shù)增大 B.電流表讀數(shù)增大C.質(zhì)點P將向上運動 D.R3上消耗的功率逐漸增大【解析】選B。由題圖可知,R2與滑動變阻器R4串聯(lián),與R3并聯(lián)后,再與R1串聯(lián)接在電源兩端;電容器與R3并聯(lián);當(dāng)滑片向b移動時,滑動變阻器接入電路的電阻減小,則電路中總電阻減小,由閉合電路歐姆定律可知,干路中電流增大,電源的內(nèi)電壓增大,路端電壓減小,同時,R1兩端的電壓也增大,故并聯(lián)部分的電壓減小;由歐姆定律可知流過R3的電流減小,則流過并聯(lián)部分的電流增大,故電流表示數(shù)增大;因并聯(lián)部分電壓減小,而R2中電壓增大,故電壓表示數(shù)減小,故A錯誤,B正確;因R3兩端電壓減小,則電容器兩端電壓減小,故質(zhì)點P受到的向上的電場力減小,則重力大于電場力,質(zhì)點P向下運動,C錯誤;R3上電流減小,根據(jù)P=QUOTER3,則R3消耗的功率逐漸變小,選項D錯誤。故選B?？键cU-I圖像1.電源U-I圖像和電阻U-I圖像的比較:圖像上的特征物理意義電阻U-I圖像電源U-I圖像圖形圖像表述的物理量變化關(guān)系電源的路端電壓隨電路電流的變化關(guān)系電阻兩端電壓隨電阻中的電流的變化關(guān)系圖線與坐標軸交點與縱軸交點表示電源電動勢E,與橫軸交點表示短路電流QUOTE過坐標軸原點,表示沒有電壓時電流為零圖線上每一點坐標的乘積UI表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率圖線上每一點對應(yīng)的U、I比值表示外電阻的大小,不同點對應(yīng)的外電阻大小不同每一點對應(yīng)的比值均等大,表示此電阻的大小圖線斜率的絕對值大小內(nèi)電阻r電阻大小2.兩類U-I圖像關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)化:【典例2】(多選)在如圖所示的U-I圖像中,直線Ⅰ為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線,直線Ⅱ為某一電阻R的U-I圖線。用該電源直接與電阻R相連組成閉合電路,由圖像可知()A.電源的電動勢為3V,內(nèi)阻為0.5ΩB.電阻R的阻值為1ΩC.電源的輸出功率為4WD.電源的效率為50%【解析】選A、B、C。由圖線Ⅰ可知,電源的電動勢為3V,內(nèi)阻為r=QUOTE=0.5Ω;由圖線Ⅱ可知,電阻R的阻值為1Ω,該電源與電阻R直接相連組成的閉合電路的電流為I=QUOTE=2A,路端電壓U=IR=2V(可由題圖讀出),電源的輸出功率為P=UI=4W,電源的效率為η=QUOTE×100%≈66.7%,故選項A、B、C正確,D錯誤。已知兩電源1、2的電動勢分別為E1、E2,且E1>E2,當(dāng)外電路電阻為R時,外電路消耗功率正好相等。當(dāng)外電路電阻降為R'時,電源1對應(yīng)的外電路功率為P1,電源2對應(yīng)的外電路功率為P2,電源1的內(nèi)阻為r1,電源2的內(nèi)阻為r2。則()A.r1>r2,P1>P2 B.r1<r2,P1<P2C.r1<r2,P1>P2 D.r1>r2,P1<P2【解析】選D。當(dāng)兩個電源分別與阻值為R的電阻連接時,電源輸出功率相等,即(QUOTE)2R=(QUOTE)2R,QUOTE=QUOTE=I0由E1>E2,可得r1>r2;電源輸出電壓U與電路中電流I的關(guān)系為U=E-Ir。由于外電路電阻為R時,兩電路中的電流大小相等,故兩個電源的輸出電壓隨電流變化關(guān)系的圖像應(yīng)為如圖所示的兩條相交的直線,交點的電流為I0,此時輸出電壓為U0=RI0,過原點O與該點的直線即電阻R的U-I圖線。若將R減小為R',電路中R'的U-I圖線如圖所示,且U'=R'I,分別與兩個電源的輸出電壓隨電流變化關(guān)系圖線交于兩個不同的點。與電源1圖線的交點處的電流和電壓值均小于與電源2圖線的交點處的電流和電壓值,根據(jù)輸出功率的定義P=UI可知,外電阻降為R'時,電源1的輸出功率小于電源2的輸出功率,即P1<P2。故選D?？键c電學(xué)實驗1.電壓表、電流表的選擇:估算電路中的電流或電壓,指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿刻度的QUOTE以上。若無法估算電路中的電流和電壓,則應(yīng)先選用較大的量程,再逐步減小量程。2.滑動變阻器的選擇:(1)選擇的原則:(2)都不超允許通過的最大電流的情況下,選擇阻值范圍小的;分壓接法選擇阻值范圍小的。3.科學(xué)測量中的儀器選擇的關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)化:【典例3】(2019·全國卷Ⅲ)某同學(xué)欲將內(nèi)阻為98.5Ω、量程為100μA的電流表改裝成歐姆表并進行刻度和校準,要求改裝后歐姆表的15kΩ刻度正好對應(yīng)電流表表盤的50μA刻度?？蛇x用的器材還有:定值電阻R0(阻值14kΩ),滑動變阻器R1(最大阻值1500Ω),滑動變阻器R2(最大阻值500Ω),電阻箱(0～99999.9Ω),干電池(E=1.5V,r=1.5Ω),紅、黑表筆和導(dǎo)線若干。(1)歐姆表設(shè)計。將圖甲中的實物連線組成歐姆表。歐姆表改裝好后,滑動變阻器R接入電路的電阻應(yīng)為__Ω,滑動變阻器選__(選填“R1”或“R2”)。

(2)刻度歐姆表表盤。通過計算,對整個表盤進行電阻刻度,如圖乙所示。表盤上a、b處的電流刻度分別為25和75,則a、b處的電阻刻度分別為__、__。

(3)校準。紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使歐姆表指針指向__kΩ處;將紅、黑表筆與電阻箱連接,記錄多組電阻箱接入電路的電阻值及歐姆表上對應(yīng)的測量值,完成校準數(shù)據(jù)測量。若校準某刻度時,電阻箱旋鈕位置如圖丙所示,則電阻箱接入的阻值為____Ω。

【解析】(1)實物連線如圖所示:根據(jù)歐姆表的改裝原理,由短接時的歐姆定律和中值電阻的意義可得出R0+R+98.5Ω+r=15kΩ,代入數(shù)據(jù)可求得R=900Ω,為了電路安全,應(yīng)選擇R1。(2)由歐姆表表盤的刻度原理可知Rx=E(QUOTE-QUOTE),代入具體數(shù)據(jù)。當(dāng)I=25μA時,求得Rx=45kΩ;當(dāng)I=75μA時,求得Rx=5kΩ。故a、b處的電阻刻度分別為45、5。(3)校準時,應(yīng)將紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使歐姆表指針指向0kΩ處。由圖丙可知,電阻箱接入的阻值為3×10kΩ+5×1kΩ+0×100Ω+0×10Ω+0×1Ω+0×0.1Ω=35000.0Ω。答案:(1)圖見解析900R1(2)455(3)035000.0(2019·天津高考)現(xiàn)測定長金屬絲的電阻率。(1)某次用螺旋測微器測量金屬絲直徑的結(jié)果如圖所示,其讀數(shù)是____mm。

(2)利用下列器材設(shè)計一個電路,盡量準確地測量一段金屬絲的電阻。這段金屬絲的電阻Rx約為100Ω,畫出實驗電路圖,并標明器材代號。電源E(電動勢10V,內(nèi)阻約為10Ω)電流表A1(量程0～250mA,內(nèi)阻R1=5Ω)電流表A2(量程0～300mA,內(nèi)阻約為5Ω)滑動變阻器R(最大阻值10Ω,額定電流2A)開關(guān)S及導(dǎo)線若干(3)某同學(xué)設(shè)計方案正確,測量得到電流表A1的讀數(shù)為I1,電流表A2的讀數(shù)為I2,則這段金屬絲電阻的計算式Rx=____。從設(shè)計原理看,其測量值與真實值相比____(選填“偏大”“偏小”或“相等”)。

【解析】(1)根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)法則可知讀數(shù)為0+20.0×0.01mm=0.200mm。(2)因該實驗沒有電壓表,電流表A1的內(nèi)阻已知,故用A1表當(dāng)電壓表使用;由于滑動變阻器的總