魯科版（2019）高中物理必修第三冊(cè)講義第4章 章末綜合提升練習(xí)（含答案）

[鞏固層·知識(shí)整合](教師用書(shū)獨(dú)具)[提升層·能力強(qiáng)化]閉合電路的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題1.引起電路特性發(fā)生變化的三種情況(1)滑動(dòng)變阻器滑片位置的改變，使電路的電阻發(fā)生變化。(2)開(kāi)關(guān)的閉合、斷開(kāi)或換向(雙擲開(kāi)關(guān))使電路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。(3)非理想電表的接入使電路的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。2．動(dòng)態(tài)分析的常見(jiàn)思路由部分電路電阻變化推斷外電路總電阻R外的變化，再由閉合電路的歐姆定律I總＝eq\f(E,R外＋r)討論干路電流I總的變化，最后再根據(jù)具體情況分別確定各元件上其他量的變化情況。3．常用三種分析方法(1)程序法：“部分→整體→部分”①由局部電阻變化判斷總電阻的變化。②由I＝eq\f(E,R＋r)判斷總電流的變化。③根據(jù)U＝E－Ir，判斷路端電壓的變化。④由歐姆定律及串、并聯(lián)電路的規(guī)律判斷各部分電路電壓及電流的變化。以上分析可形象表示為R局eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(增大,減小))→R總eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(增大,減小))→I總eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(減小,增大))→U外eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(增大,減小))?eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(I局,U局))(2)結(jié)論法——“并同串反”“并同”是指：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；某一電阻減小時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小?！按础笔侵福耗骋浑娮柙龃髸r(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??；某一電阻減小時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大。(3)極值法對(duì)含有可變電阻的電路，當(dāng)可變電阻的阻值變化而導(dǎo)致電路出現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化時(shí)，可將可變電阻的阻值推到極端(0或最大)，然后對(duì)電路加以分析從而得出正確結(jié)論?！纠?】在如圖所示的電路中，當(dāng)變阻器R3的滑片P向B端移動(dòng)時(shí)()A．電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小B．電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變大C．電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變大D．電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變小思路點(diǎn)撥：(1)滑片P向B端移動(dòng)，R3接入的阻值變小，則總阻值變小。(2)利用閉合電路歐姆定律及“并同串反”法。B[方法一：程序法基本思路：局部→整體→局部，即從阻值變化的電路入手，由串、并聯(lián)規(guī)律判知R總的變化情況，再由閉合電路歐姆定律判知I總和U外的變化情況，最后再由部分電路歐姆定律確定電路各部分電壓和電流的變化情況。當(dāng)R3的滑片P向B端移動(dòng)時(shí)，有R3↓→R外↓→R總↓→I總＝eq\f(E,R總)↑→U內(nèi)＝I總r↑→U外＝(E－U內(nèi))↓，即電壓表示數(shù)減??；I總↑→UR1＝I總R1↑→UR2＝(U外－UR1)↓→IR2＝eq\f(UR2,R2)↓→IR3＝(I總－IR2)↑，即電流表示數(shù)變大，故選項(xiàng)B正確。方法二：“并同串反”法當(dāng)變阻器R3的滑片P向B端滑動(dòng)時(shí)，R3的有效電阻減小，因電流表與R3串聯(lián)，電壓表與R3“間接并聯(lián)”，故由“并同串反”法知電流表的示數(shù)增大，電壓表的示數(shù)減小，故選項(xiàng)B正確。][一語(yǔ)通關(guān)]在閉合電路中，任何一個(gè)電阻的增大(或減小)，將引起電路總電阻的增大(或減小)，該電阻兩端的電壓一定會(huì)增大(或減小)，通過(guò)該電阻的電流一定會(huì)減小(或增大)。含電容器電路的分析與計(jì)算電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的元件。在直流電路中，當(dāng)電容器充、放電時(shí)，電路里有充、放電電流，一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當(dāng)于一個(gè)阻值無(wú)限大的元件，在電容器處電路可看作是斷路，畫(huà)等效電路時(shí)，可以先把它去掉。1．分析和計(jì)算含有電容器的直流電路的注意點(diǎn)：(1)電路穩(wěn)定時(shí)：電容器所在支路相當(dāng)于斷路。因此，該支路上無(wú)電流通過(guò)且與電容器串聯(lián)的電阻兩端無(wú)電壓，該電阻相當(dāng)于導(dǎo)線。(2)當(dāng)電容器與電阻并聯(lián)后接入電路時(shí)，電容器兩端的電壓與并聯(lián)電阻兩端的電壓相等。(3)電路中的電流、電壓變化時(shí)，將會(huì)引起電容器的充、放電。如果電容器兩端的電壓升高，電容器將充電；反之電容器將放電，與電容器串聯(lián)的電阻的電荷量等于電容器帶電荷量的變化。2．解答含電容器電路問(wèn)題的一般步驟(1)應(yīng)用電路的有關(guān)規(guī)律分析出電容器兩極板間的電壓及其變化情況。(2)根據(jù)平行板電容器的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行分析求解?！纠?】(多選)如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E＝6V，內(nèi)阻r＝1Ω，電阻R1＝6Ω，R2＝5Ω，R3＝3Ω，電容器的電容C＝2×10－5F。若將開(kāi)關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定時(shí)通過(guò)R2的電流為I；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S后，通過(guò)R1的電荷量為q。則()A．I＝0.75A B．I＝0.5AC．q＝2×10－5C D．q＝1×10－5CAD[開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，I＝eq\f(E,r＋R并＋R2)＝0.75A，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；此時(shí)UC＝UR并＝1.5V，QC＝CUC＝3×10－5C，若將開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，則電容器上所帶的電荷量通過(guò)R1、R3放掉，因I1∶I3＝R3∶R1＝1∶2，根據(jù)q＝It可知，通過(guò)R1的電荷量q＝eq\f(1,3)QC＝1×10－5C，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。][一語(yǔ)通關(guān)](1)充電或放電完畢，電容器所在電路沒(méi)有電流流過(guò)，穩(wěn)定時(shí)按斷路處理。(2)電容器兩端電壓等于與其并聯(lián)支路的電壓。(3)分析電容器要注意以下公式：C＝eq\f(Q,U)、C＝eq\f(εrS,4πkd)、E＝eq\f(U,d)。測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的方法有多種，常見(jiàn)方法匯總?cè)缦卤硭荆@些方法所依據(jù)的原理均為閉合電路歐姆定律。主要儀器原理電路圖誤差來(lái)源測(cè)量結(jié)果電流表、電阻箱eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝I1R1＋I(xiàn)1r,E＝I2R2＋I(xiàn)2r))電流表分壓電動(dòng)勢(shì)無(wú)偏差，內(nèi)電阻偏大一只電壓表(粗測(cè))U＝eq\f(ERV,RV＋r)(RV?r，U≈E)電壓表內(nèi)電阻并非無(wú)窮大或電池有內(nèi)電阻電動(dòng)勢(shì)偏小，不能測(cè)內(nèi)電阻兩只電壓表eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋U2＋\f(U1,RV1)r,E＝U1′＋\f(U1′,RV1)r))無(wú)電動(dòng)勢(shì)無(wú)偏差，不能測(cè)內(nèi)電阻電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋I(xiàn)1r,E＝U2＋I(xiàn)2r))電壓表分流電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻均偏小電流表分壓電動(dòng)勢(shì)無(wú)偏差，內(nèi)電阻偏大電壓表、電阻箱eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋\f(U1,R1)r,E＝U2＋\f(U2,R2)r))電壓表分流電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻均偏小【例3】某探究性學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的電路測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。其中電流表A1的內(nèi)阻r1＝1.0kΩ，電阻R1＝9.0kΩ，為了方便讀數(shù)和作圖，給電池串聯(lián)一個(gè)R0＝3.0Ω的電阻。(1)按圖示電路進(jìn)行連接后，發(fā)現(xiàn)aa′、bb′和cc′三條導(dǎo)線中，混進(jìn)了一條內(nèi)部斷開(kāi)的導(dǎo)線。為了確定哪一條導(dǎo)線內(nèi)部是斷開(kāi)的，將開(kāi)關(guān)S閉合，用多用電表的電壓擋先測(cè)量a、b′間電壓，讀數(shù)不為零，再測(cè)量a、a′間電壓，若讀數(shù)不為零，則一定是________導(dǎo)線斷開(kāi)；若讀數(shù)為零，則一定是________導(dǎo)線斷開(kāi)。(2)排除故障后，該小組順利完成實(shí)驗(yàn)。通過(guò)多次改變滑動(dòng)變阻器滑片位置，得到電流表A1和A2的多組I1、I2數(shù)據(jù)，作出圖像如圖所示。由I1-I2圖像得到電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。[解析](1)測(cè)a、b′間電壓，讀數(shù)不為零，說(shuō)明cc′沒(méi)有斷開(kāi)，若測(cè)a、a′間電壓，讀數(shù)不為零，說(shuō)明bb′沒(méi)有斷開(kāi)，所以aa′斷開(kāi)，若測(cè)a、a′間電壓，讀數(shù)為0，說(shuō)明aa′沒(méi)有斷開(kāi)，是bb′斷開(kāi)。(2)根據(jù)閉合電路的歐姆定律得E＝I1(R1＋r1)＋(I1＋I(xiàn)2)(R0＋r)，因?yàn)镮1?I2，上式可簡(jiǎn)化為E＝I1(R1＋r1)＋I(xiàn)2(R0＋r)，讀出兩點(diǎn)坐標(biāo)：(60mA,0.12mA)和(260mA,0.05mA)，代入方程解得電動(dòng)勢(shì)E＝1.41V，內(nèi)阻r＝0.5Ω。[答案](1)aa′bb′(2)1.41(1.36～1.44均可)0．5(0.4～0.6均可)[一語(yǔ)通關(guān)](1)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的理論依據(jù)是閉合電路歐姆定律(2)用圖像法處理數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，誤差小(3)有圖像時(shí)要根據(jù)縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)畫(huà)出直線方程(因?yàn)槎鄶?shù)圖線都是直線)找斜率、找截距。[培養(yǎng)層·素養(yǎng)升華](教師用書(shū)獨(dú)具)為測(cè)定某舊干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室提供了如下器材：A．舊干電池一節(jié)；B．電壓表(視為理想電壓表，量程為0～3V)；C．電阻箱R(0～999.9Ω)；D．定值電阻R0＝10Ω；E．多用電表；F．開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干。1．實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的思路(1)改變測(cè)量電路電流的方法。(2)改變測(cè)量路端電壓的方法。2．實(shí)驗(yàn)步驟(1)閉合開(kāi)關(guān)，讀出電壓表的示數(shù)U1和電阻箱的示數(shù)R1。(2)改變電阻箱的阻值，多次測(cè)量，分別讀出電阻箱的阻值R2、R3、R4……。電壓表的示數(shù)U2、U3、U4……(3)計(jì)算出電路中電流的示數(shù)eq\f(U1,R0)，eq\f(U2,R0)，eq\f(U3,R0)，(4)利用閉合電路的歐姆定律列方程E＝________(5)將舊干電池接入如圖甲所示的電路，規(guī)范操作得到如圖乙所示的圖像。該同學(xué)所描繪的圖像中，橫坐標(biāo)表示的是________。甲乙A．RB.eq\f(1,R)C.eq\f(1,R＋R0)(6)按照(5)中所選的橫坐標(biāo)，已知圖像的斜率為k，縱截距為b，則舊干電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________，內(nèi)阻r＝________(用k、b、R0表示)提示：(5)U＝IR0＝eq\f(E,R0＋R＋r)R0，變形得：eq\f(1,U)＝eq\f(1,E)＋eq\f(r,ER0)＋eq\f(R,ER0)，故應(yīng)作出eq\f(1,U)－R圖像；(6)根據(jù)題圖乙可知，b＝eq\f(1,E)＋eq\f(r,ER0)，k＝eq\f(1,ER0)，解得：E＝eq\f(1,kR0)，r＝eq\f(b,k)－R0。[答案](4)eq\f(U,R0)(r＋R0＋R)(5)A(6)eq\f(1,kR0)eq\f(b,k)－R0[深度思考]為了測(cè)量由兩節(jié)干電池組成的電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，其中R為電阻箱，R0＝5Ω為保護(hù)電阻(1)按照?qǐng)D甲所示的電路圖，將圖乙所示的實(shí)物連接成實(shí)驗(yàn)電路。(2)保持開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，調(diào)整電阻箱的阻值，再閉合開(kāi)關(guān)S，讀取并記錄電壓表的示數(shù)及電阻箱接入電路中的阻值。多次重復(fù)上述操作，可得到多組電壓值U及電阻值R。以eq\f(1,U)為縱軸，以eq\f(1,R)為橫軸，畫(huà)出eq\f(1,U)－eq\f(1,R)的關(guān)系圖線(該圖線為一傾斜的直線)，如圖12-3-48丙所示。由圖線可求得電池組的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。(保留兩位有效數(shù)字)[解析](1)實(shí)驗(yàn)連接圖如答圖所示；(2)由閉合電路歐姆定律得E＝U＋eq\f(U,R)(R0＋r)，變形得eq\f(1,U)＝eq\f(1,E)＋eq\f(R0＋r,E)·eq\f(1,R)，結(jié)合題圖丙eq\f(1,U)－eq\f(1,R