2022新教材高中物理习题课二闭合电路的分析练习含解析新人教版必修第三册.doc

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1、闭合电路的分析一闭合电路的动态分析1.程序判断法:遵循“局部整体局部的思路,按以下步骤分析:2.“串反并同结论法:(1)所谓“串反,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之那么增大。(2)所谓“并同,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大,反之那么减小。即:R【典例示范】在如下图的电路中,电源电动势为E、内电阻为r,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,电压表V和电流表A为理想电表。在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑动的过程中,以下说法中正确的选项是() A.电压表示数减小B.电流表示数减小C.R2两端的电压减少D

2、.R3两端的电压增加【解题探究】(1)电路总电阻怎样变化?提示:当滑片P自a端向b端滑动时,滑动变阻器的电阻R减少,R3与R2并联后的总电阻R23=,由于R3减少,那么R23电阻减少;R23与电阻R1串联后的总电阻R总=R23+R1,R23电阻减少,那么R总减少。综上所述,电路中总电阻减少。(2)电路中的总电流怎样变化?提示:由闭合电路的欧姆定律I=可知外电阻R减少,那么干路的总电流增加。(3)电路的路端电压怎样变化?提示:根据E=U外+Ir得U外=E-Ir,当电流增加时,路端电压变小。(4)R2两端的电压怎样变化?提示:电阻R1在干路上,干路电流增加了,由U1=IR1可知U1增加,电压表的示

3、数增加;U外=U2+U1,得U2=U外-U1,U1增加了,U外减少了,所以R2两端的电压U2减少了。【解析】选C。滑片P自a端向b端滑动的过程中,滑动变阻器的电阻减小,电路总电阻减小,由闭合电路的欧姆定律可得,干路电流增大,由UR1=IR1可知R1两端电压即电压表的示数变大,选项A错误;由U=E-Ir可知路端电压U减小;由UR2=U-UR1可得R2两端的电压减小,由图可知R2和R3并联,R3两端的电压也减少,C正确,D错误;又由I2=可得流过R2的电流变小,在干路电流增大的情况下,电流表的示数将变大,选项B错误。应选C。【规律方法】电路动态问题分析的程序(1)明确局部电路变化时所引起的局部电路

4、电阻的变化。(2)由局部R的变化确定R总的变化(3)由I总=确定I总的变化(4)由U内=I总r确定U内的变化(5)由U外=E-U内确定U外的变化(6)由U=IR确定干路上定值电阻两端的电压变化再确定各支路电压、电流的变化情况。【素养训练】1.如下图电路,闭合开关S,在滑片由a端滑向b端的过程中,以下表述正确的选项是() A.路端电压变小B.电流表的示数变大C.电源内阻消耗的功率变小D.电路的总电阻变大【解析】选A。在滑片由a端向b端滑动的过程中,滑动变阻器接入电路中的电阻减小,使得总电阻减小,D错误;根据I=,可知总电流增加,根据闭合电路的欧姆定律有E=Ir+U外,可知路端电压减小,A正确;电

5、流表的示数为IA=,可知电流表示数减小,B错误;根据P=I2r,可知内阻消耗的功率增大,C错误。2.(多项选择)在如下图电路中,闭合电键S,当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时,四个理想电表的示数都发生变化,电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示,电表示数变化量的大小分别用I、U1、U2和U3表示,以下比值正确的选项是()A.不变,不变B.变大,变大C.变大,不变D.变大,不变【解析】选A、C、D。当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时,电路的电阻变大,总电流减少,路端电压变大,=R1,=R2,=R1+r。=R2+R1,=r,故A、C、D正确。【补偿训练】1.如下图的电路中,电源内阻不可忽略,开关

6、S闭合前灯泡A、B、C均已发光。那么,当开关S闭合时,A、B、C三个灯泡的亮度变化情况是() A.A亮度不变,B变亮,C变暗B.A变暗,B变亮,C变暗C.A变亮,B变暗,C变亮D.A变暗,B变亮,C亮度不变【解析】选B。当开关S闭合时,C、D并联,电阻减小,外电路总电阻R减小,根据闭合电路欧姆定律可知,总电流I增大,A的电压UA=E-Ir减小,电流IA减小,A变暗。B的电流IB=I-IA,增大,电压UB增大,B变亮。C的电压UC=UA-UB,UA减小,UB增大,那么UC减小,C变暗。故B正确。2.如下图,E为内阻不能忽略的电池,R1、R2、R3为定值电阻,S0、S为开关,V与A分别为电压表和电

7、流表。初始时S0与S均闭合,现将S断开,那么()A.V的读数变大,A的读数变小B.V的读数变大,A的读数变大C.V的读数变小,A的读数变小D.V的读数变小,A的读数变大 【解析】选B。当S断开时,R2所在支路断路,总电阻R变大,由I=知,干路电流I变小,根据U=E-Ir知,路端电压变大,即V读数变大;根据U=IR知,R1两端电压U1=IR1变小,而U=U1+U3,所以R3两端的电压U3=U-U1要变大,通过R3的电流I3=变大,即A的读数变大,故B正确。二含容电路的分析1.电容器充放电过程中:电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。假设电容器两端电压升高,电容器将充电;假设电压降低,

8、电容器将通过与它连接的电路放电。2.电容器接入电路中,电流稳定后:(1)把电容器处的电路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上。(2)与电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,即电阻不起降压的作用,但电容器两端可能出现电势差。(3)如果电容器与电源并联,且电路中有电流通过,那么电容器两端的电压不是电源电动势E,而是路端电压U。3.电路连接方式改变时:如果变化前后极板带电的电性相同,那么通过每根引线的电荷量等于始、末状态电容器带电荷量之差;如果变化前后极板带电的电性改变,那么通过每根引线的电荷量等于始、末状态电容器带电荷量之和。【典例示范】在如下图的电路中,电源电动

9、势为E、内电阻为r,C为电容器,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。开关闭合后,灯能正常发光,当滑动变阻器的滑片向右移动时,以下判断正确的选项是() A.路端电压变小B.灯泡L将变亮C.电容器C的电量将减小D.电容器C的电量将增大【解析】选D。当滑动变阻器的滑片向右移动时,变阻器电阻增大,外电阻增大,电路中电流减小,路端电压增大,故A错误;电路中电流减小,灯L变暗,故B错误;电容器的电压等于路端电压,可见其电压是增大的,那么由Q=CU知,电容器C的电荷量将增大,故C错误,D正确,应选D。【素养训练】1.如下图的电路中,E为电池,R1、R2为可变电阻,R为定值电阻,C为平行板电容器。闭合开关S后,能

10、使电容器带电荷量增加的方法是()A.增大R1的阻值B.增大电容器两极板间的距离C.减小R2的阻值D.将电容器的两极板错开些【解析】选C。电容器与R1串联,改变R1的阻值对电容器两端电压无影响,A项错误;增大电容器两极板的距离和将电容器的两极板错开些,电容C减小,电压不变,带电荷量减小,B、D选项错误;减小R2可以增大R两端电压,C项正确。2.在如下图的电路中,当滑动变阻器的滑片向下移动时,关于电灯L的亮度及电容器C所带电荷量Q的变化判断正确的选项是()A.L变暗,Q增大 B.L变暗,Q减小C.L变亮,Q增大 D.L变亮,Q减小【解析】选B。当滑动变阻器的滑片向下移动时,变阻器接入电路的电阻减小

11、,外电路总电阻减小,由闭合电路欧姆定律得知,干路电流增大,电源的内电压增大,那么路端电压减小,灯L变暗。电容器板间电压等于变阻器两端的电压,由上得知,路端电压减小,那么通过L灯的电流减小,L灯变暗,而干路电流增大,那么通过R1的电流增大,R1的电压也增大,那么变阻器两端的电压减小,电容器所带电量Q减小,故B正确。3.在如下图的电路中,电源电动势E=3.0 V,内电阻r=1.0 ;电阻R1=10 ,R2=10 ,R3=30 ,R4=35 ;电容器的电容C=100 F,电容器原来不带电。求接通开关S后流过R4的总电荷量。【解析】由电阻的串并联公式得闭合电路的总电阻R总=+r,由欧姆定律得通过电源的

12、电流I=,电源的路端电压U=E-Ir,R3两端的电压U=U。通过R4的总电荷量就是电容器的电荷量Q=CU由以上各式并代入数据解得Q=2.010-4 C。答案:2.010-4 C三电表内阻的测量1.半偏法测电流表电阻的电路及其工作原理:(1)按图接线,图中R1 、R2 为电阻箱,电源为蓄电池,内阻可以不计。(2)闭合S1 ,调节R1使电流表指针满偏。(3)闭合S2,保持电阻R1不变,调节R2使电流表指针半偏,记下R2的值。(4)RG测=R2。2.半偏法测电压表电阻的电路及其工作原理:(1)按图接线,图中R0 为电阻箱;(2)闭合S,调节R0=0,再调节R使电压表指针满偏;(3)保持变阻器电阻R不

13、变,调节R0使电压表指针半偏,记下R0的值;(4)=R0。【典例示范】某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:电阻箱R(最大阻值99 999.9 ),滑动变阻器R1(最大阻值50 ),滑动变阻器R2(最大阻值5 k),直流电源E(电动势3 V)。开关1个,导线假设干。实验步骤如下:按电路原理图(a)连接线路;将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置,闭合开关S;调节滑动变阻器,使电压表满偏;保持滑动变阻器的滑片位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00 V,记下电阻箱的阻值。答复以下问题:(1)

14、实验中应选择滑动变阻器(选填“R1或“R2)。(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。(3)实验步骤中记录的电阻箱阻值为630.0 ,假设认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的内阻为(结果保存到个位)。(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为(填正确答案标号)。A.100 AB.250 AC.500 AD.1 mA【解析】(1)由于电压表的总电阻较大,根据并联电路电压分配特点,只有当滑动变阻器电阻较小时,调节变阻箱电阻,才能近似认为接入滑动变阻器的并联支路总电压不变化,即滑动变阻器选最大阻值小的R1。(2)实物图连线如下图(3)近似

15、认为电压表所在电路的总电压不变,根据串联电路的分压规律:=那么RV=4R=2 520 (4)由欧姆定律可知,I满= A1 mA答案:(1)R1(2)见解析图(3)2 520(4)D【素养训练】1.某同学欲将电流表改装成电压表,需要测量电流表的内阻,可供选择的实验器材有:A.待测电流表G1;B.一个标准电流表G2(G2的量程大于G1的量程);C.电阻箱R;D.滑动变阻器R;E.电池组、导线、开关。采用如图甲所示的电路测定电流表内阻时,该同学的实验步骤为:按电路图接好电路,将滑动变阻器R调至最大;闭合S1,断开S2,调节滑动变阻器R,使电流表G1表头指针满偏;再闭合S2,保持滑动变阻器R不变,调节

16、电阻箱R,使表头指针半偏。读出此时电阻箱R的示数。(1)用上述方法得到的电流表G1内阻的测量值与真实值相比(选填“偏大“偏小或“相等)。(2)为了使测量更准确,请你利用上述实验器材重新设计实验,从设计原理上看可以消除上述实验中的系统误差,请你在给定图乙中完成实验电路图。(3)使用重新设计的实验电路的测量数据,写出电流表G1内阻表达式Rg=,说明各测量量的物理意义 。【解析】(1)由闭合电路的欧姆定律知,当开关S2闭合,电路的总电阻减小,电路的总电流变大,通过电阻箱的电流大于通过待测电流表的电流,由并联电路规律可知,电阻箱示数(即电表内阻的测量值)小于电流表的内阻。(2)利用提供的另一电流表测量

17、干路总电流,两电流表示数之差即为通过电阻箱的电流。(3)由并联电路电流规律=得Rg=R,公式中I2为G2的示数,I1为G1的示数,R为电阻箱的示数。答案:(1)偏小(2)如下图(3)I2为G2的示数,I1为G1的示数,R为电阻箱的示数2.实验室备有以下实验器材:一个已校准的电流表A(量程1 mA,内阻约几百欧)一个标准电压表V(量程3 V)一个电源E(电动势约为4 V)一个电阻箱R1(阻值范围:09 999 )一个滑动变阻器R2(阻值范围:020 )一个单刀单掷开关S、另有导线假设干()现要先测出电流表A的内阻,然后将其改装成量程也为3 V的电压表,最后利用上述标准电压表对改装成的电压表V进行

18、校对,那么标准电压表与改装的电压表(选填“串联或“并联)。()假设要求只设计一个电路,既可以较精确地测量A表的内阻,又能对改装后的电压表进行校对。请在虚线框中画出你设计的实验电路图。假设在测A表内阻的实验中,调节电阻箱R1,使其接入电路中的电阻为R时,读出A表和V表的示数分别为I和U,那么电流表内阻的大小表达式为。(用I、U和R表示)将A表改装成量程为3 V的电压表后,在进行校对时,发现改装后的电压表的示数总比标准电压表的示数小,这可能是因为电流表A的内阻测量值比实际值(选填“大或“小),应适当调节电阻箱使其接入的电阻值(选填“增大或“减小)。【解析】()利用标准电压表对改装成的电压表V进行校对时,标准电压表与改装的电压表应该并联;()电路图如图:由欧姆定律可知,电流表内阻的大小为RA=-R;电压表的示数偏小,那么所串联的电阻阻值R=-RA太大,那么电流表内阻测量值偏小,要纠正那么应减小电阻箱阻值。答案:()并联()见解析图-R小减小- 8 -