1、高考物理一轮复习热点题型专题21 电学基本规律的应用原卷版2020届高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题21 电学基本规律的应用【专题导航】【题型归纳】热点题型一 电路的动态分析1解决电路动态变化的基本思路“先总后分”先判断总电阻和总电流如何变化“先干后支”先分析干路部分，再分析支路部分“先定后变”先分析定值电阻所在支路，再分析阻值变化的支路2电路动态分析的方法(1)程序法：基本思路是“部分整体部分”即(2)极限法：因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论(3)串反并同法：“串反”是指某一电阻增大(或减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、
2、两端电压、电功率都将减小(或增大)“并同”是指某一电阻增大(或减小)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(或减小)3分析含容电路应注意的两点(1)电路稳定后，电容器所在支路电阻无电压降，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压在电路稳定后，与电容器串联的电阻阻值变化，不影响电路中其他电表示数和灯泡亮度(2)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充、放电如果电容器两端电压升高，电容器将充电，电荷量增大；如果电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电，电荷量减小4电路故障问题的分析方法与技巧(1)故障特点断路特点：表现为电路中的两点间电压不为零而电流为零
3、，并且这两点与电源的连接部分没有断点短路特点：用电器或电阻发生短路，表现为有电流通过电路但其两端电压为零(2)检查方法电压表检测：如果电压表示数为零，则说明可能在并联路段之外有断路，或并联路段短路欧姆表检测：当测量值很大时，表示该处是断路，当测量值很小或为零时，表示该处是短路在运用欧姆表检测时，电路一定要切断电源电流表检测：当电路中接有电源时，可用电流表测量各部分电路上的电流，通过对电流值的分析，可以确定故障的位置在运用电流表检测时，要注意电流表的极性和量程假设法：将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生某种故障，运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理阻值变化下的动态分析【例1】
4、(多选)(2019上海杨浦区模拟)如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器当R2的滑片在ab的中点时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑片向a端移动，则下列说法正确的是()A电源的总功率减小 BR3消耗的功率增大CI1增大，I2减小，U增大 DI1减小，I2不变，U减小【变式】(多选)(2019大连模拟)在如图所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为E、内电阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，、为理想电流表和电压表在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑动的过程中，下列说法中正确的是 ()A电压表示数
5、减小 B电流表示数增大C电阻R2消耗的功率增大 Da点的电势降低电路结构变化下的动态分析【例2】. (2019安徽“江南”十校联考)如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为R，L1和L2为相同的灯泡，每个灯泡的电阻和定值电阻的阻值均为R，电压表为理想电表，S为单刀双掷开关，当开关由1位置打到2位置时，下列说法中正确的是()A电压表读数将变小 BL1亮度不变，L2将变暗CL1将变亮，L2将变暗 D电源内阻的发热功率将变小含容电路的动态分析【例3】(2019石家庄模拟)在如图所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为E、内电阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，C为电容器，A、V为理想电流
6、表和电压表在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中，下列说法中正确的是()A电压表示数变小 B电流表示数变小C电容器C所带电荷量增多 Da点的电势降低如图所示，电源电动势为E，内阻为r，闭合开关S，不考虑灯丝电阻随温度的变化，电流表、电压表均为理想电表，当滑动变阻器的滑片由左端向右端滑动时，下列说法正确的是()A电流表读数减小，小灯泡L1变暗 B电压表读数变大C电流表读数增大，小灯泡L2变暗 D电容器所带电荷量增大电路故障的分析【例4】(多选)在探究电路故障时，某实验小组设计了如图所示的电路，当开关闭合后，电路中的各用电器正常工作，经过一段时间，发现小灯泡A的亮度变暗，小灯泡B的亮度变亮则
7、下列对电路故障的分析正确的是()A可能是定值电阻R1短路 B可能是定值电阻R2断路C可能是定值电阻R3断路 D可能是定值电阻R4短路【变式】如图所示的电路中，闭合开关S，灯L1、L2正常发光由于电路出现故障，突然发现L1变亮，L变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是 ()AR1断路 BR2断路 CR3短路 DR4短路热点题型二 对闭合电路欧姆定律的理解和应用在恒流电路中常会涉及两种UI图线，一种是电源的伏安特性曲线(斜率为负值的直线)，另一种是电阻的伏安特性曲线(过原点的直线)求解这类问题时要注意二者的区别电源UI图象电阻UI图象关系式UEIrUIR图形物理意义电源的路端电压随电流
8、的变化关系电阻两端电压与电阻中的电流的关系截距与纵轴交点表示电源电动势E，与横轴交点表示电源短路电流过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零坐标U、I的乘积表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率坐标U、I的比值表示外电阻的大小表示该电阻的大小斜率(绝对值)电源电阻r的大小若图象为过原点的直线，图象斜率表示电阻的大小两曲线在同一坐标系中的交点表示电阻的工作点，即将电阻接在该电源上时，电阻中的电流和两端的电压闭合电路欧姆定律的计算【例5】飞行器在太空飞行，主要靠太阳能电池提供能量若有一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA.若将该电池板与一阻值为20 的电阻器连成一闭合电路，
9、则它的路端电压是()A0.10 V B0.20 V C0.30 V D0.40 V【变式】两个相同的电阻R，当它们串联后接在电动势为E的电源上，通过一个电阻的电流为I；若将它们并联后仍接在该电源上，通过一个电阻的电流仍为I，则电源的内阻为()A4R BR C D无法计算电源与电阻UI图象的对比1利用两种图象解题的基本方法利用电源的UI图象和电阻的UI图象解题，无论电阻的UI图象是线性还是非线性，解决此类问题的基本方法是图解法，即把电源和电阻的UI图线画在同一坐标系中，图线的交点坐标的意义是电阻直接接在该电源两端时工作电压和电流，电阻的电压和电流可求，其他的量也可求2非线性元件有关问题的求解，关
10、键在于确定其实际电压和电流，确定方法如下：(1)先根据闭合电路欧姆定律，结合实际电路写出元件的电压U随电流I的变化关系(2)在原UI图象中，画出U、I关系图象(3)两图象的交点坐标即为元件的实际电流和电压(4)若遇到两元件串联或并联在电路中，则要结合图形看电压之和或电流之和确定其实际电流或实际电压的大小 【例6】(多选) 如图所示的UI图象中，直线为某电源的路端电压与电流的关系图线，直线为某一电阻R的UI 图线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图象可知()AR的阻值为1.5 B电源电动势为3 V，内阻为0.5 C电源的输出功率为3.0 W D电源内部消耗功率为1.5 W【变式】(2019
11、南昌模拟)如图所示，图线甲、乙分别为电源和某金属导体的UI图线，电源的电动势和内阻分别用E、r表示，根据所学知识分析下列选项正确的是 ()AE50 V Br C当该导体直接与该电源相连时，该导体的电阻为 20 D当该导体直接与该电源相连时，电路消耗的总功率为80 W热点三电功电功率电热热功率1.电功和电热、电功率和热功率的区别与联系意义公式联系电功电流在一段电路中所做的功WUIt对纯电阻电路，电功等于电热，WQUItI2Rt；对非纯电阻电路，电功大于电热，WQ电热电流通过导体产生的热量QI2Rt电功率单位时间内电流所做的功PUI对纯电阻电路，电功率等于热功率，P电P热UII2R；对非纯电阻电路
12、，电功率大于热功率，P电P热热功率单位时间内导体产生的热量PI2R2.非纯电阻电路的分析方法(1)抓住两个关键量：确定电动机的电压UM和电流IM是解决所有问题的关键若能求出UM、IM，就能确定电动机的电功率PUMIM，根据电流IM和电动机的电阻r可求出热功率PrIr，最后求出输出功率P出PPr.(2)坚持“躲着”求解UM、IM：首先，对其他纯电阻电路、电源的内电路等，利用欧姆定律进行分析计算，确定相应的电压或电流然后，利用闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压和电流(3)应用能量守恒定律分析：要善于从能量转化的角度出发，紧紧围绕能量守恒定律，利用“电功电热其他能量”寻找等量
13、关系求解【例7】(多选)(2019安徽六安模拟)如图所示，一台电动机提着质量为m的物体，以速度v匀速上升，已知电动机线圈的电阻为R，电源电动势为E，通过电源的电流为I，当地重力加速度为g，忽略一切阻力及导线电阻，则 ()A电源内阻rR B电源内阻rRC如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变大D如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变小【变式】如图，电路中电源电动势为3.0 V，内阻不计，L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡，小灯泡的伏安特性曲线如图所示当开关闭合后，下列说法中正确的是 ()AL1中的电流为L2中电流的2倍 BL3的电阻约为1.875
14、CL3的电功率约为0.75 W DL2和L3的总功率约为3 W4.如图所示，电源电动势为12 V，电源内阻为1.0 ，电路中的电阻R0为1.5 ，小型直流电动机M的内阻为0.5 ，闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0 A则以下判断中正确的是 ()A电动机的输出功率为14 W B电动机两端的电压为7.0 VC电动机产生的热功率为4.0 W D电源输出的功率为24 W热点题型四 电源的功率和效率电源总功率任意电路：P总EIP出P内电源内部消耗的功率纯电阻电路：P总I2(Rr)P内I2rP总P出电源的输出功率任意电路：P出UIP总P内纯电阻电路：P出I2RP出与外电阻R的关系电源的效率任意
15、电路：100%100%纯电阻电路：100%电源输出功率的极值问题的处理方法对于电源输出功率的极值问题，可以采用数学中求极值的方法，也可以采用电源的输出功率随外电阻的变化规律来求解但应当注意的是，当待求的最大功率对应的电阻值不能等于等效电源的内阻时，此时的条件是当电阻值最接近等效电源的内阻时，电源的输出功率最大假设一电源的电动势为E，内阻为r，外电路有一可调电阻R，电源的输出功率为：P出I2R.由以上表达式可知电源的输出功率随外电路电阻R的变化关系为：(1)当Rr时，电源的输出功率最大，为Pm；(2)当Rr时，随着R的增大，电源的输出功率越来越小；(3)当Rr时，随着R的增大，电源的输出功率越来
16、越大；(4)当P出Pm时，每个输出功率对应两个外电阻阻值R1和R2，且R1R2r2. 【例7】(2019西安模拟)如图所示，E8 V，r2 ，R18 ，R2为变阻器接入电路中的有效阻值，问：(1)要使变阻器获得的电功率最大，则R2的取值应是多大？这时R2的功率是多大？(2)要使R1得到的电功率最大，则R2的取值应是多大？R1的最大功率是多大？这时电源的效率是多大？(3)调节R2的阻值，能否使电源以最大的功率输出？为什么？【变式】将一电源与一电阻箱连接成闭合回路，测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示，由此可知 ()A电源最大输出功率可能大于45 W B电源内阻一定等于5 C电源
17、电动势为45 V D电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率大于50%【变式2】图甲为某元件R的UI特性曲线，把它连接在图乙所示电路中已知电源电动势E5 V，内阻r1.0 ，定值电阻R04 .闭合开关S后，求：(1)该元件的电功率；(2)电源的输出功率【题型演练】1如图所示，关于闭合电路，下列说法正确的是()A电源正、负极被短路时，电流很大 B电源正、负极被短路时，电压表示数最大C外电路断路时，电压表示数为零 D外电路电阻增大时，电压表示数减小2如图所示，直线A为某电源的UI图线，曲线B为某小灯泡的UI图线，用该电源和小灯泡组成闭合电路时，电源的输出功率和电源的总功率分别是()A4 W,8 W B2
18、 W,4 W C2 W,3 W D4 W,6 W3如图所示，已知电源电动势为6 V，内阻为1 ，保护电阻R00.5 ，则当保护电阻R0消耗的电功率最大时，这个电阻箱R的读数和电阻R0消耗的电功率的最大值为()A1 ，4 W B1 ，8 W C0,8 W D0.5 ，8 W4(2019湖南十校联考)如图所示为某闭合电路电源的输出功率随电流变化的图象，由此图象可以判断() A电源的内耗功率最大为9 W B电源的效率最大为50%C输出功率最大时，外电路的总电阻为4 D电源的电动势为12 V5(2019河北石家庄模拟)在如图所示电路中，L1、L2为两只完全相同、阻值恒定的灯泡，R为光敏电阻(光照越强，
19、阻值越小)闭合电键S后，随着光照强度逐渐增强()AL1逐渐变暗，L2逐渐变亮 BL1逐渐变亮，L2逐渐变暗C电源内电路消耗的功率逐渐减小 D光敏电阻R和L1消耗的总功率逐渐增大6.(2019河南南阳模拟)硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点如图所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图象(电池内阻不是常量)，图线b是某电阻R的UI图象在该光照强度下将它们组成闭合回路时，硅光电池的内阻为()A5.5 B7.0 C12.0 D12.5 7(2019重庆江津中学模拟)两位同学在实验室利用如图甲所示的电路测定值电阻R0、电源的电动势E和内电阻r，调节滑动变阻器的滑动触头P向某
20、一方向移动时，一个同学记录了电流表A和电压表V1的测量数据，另一同学记录的是电流表A和电压表V2的测量数据根据数据描绘了如图乙所示的两条UI直线则图象中两直线的交点表示的物理意义是()A滑动变阻器的滑动头P滑到了最右端 B电源的输出功率最大C定值电阻R0上消耗的功率为1.0 W D电源的效率达到最大值8.(2019河北沧州模拟)在如图所示的电路中，电源电动势E3 V，内电阻r1 ，定值电阻R13 ，R22 ，电容器的电容C100 F，则下列说法正确的是()A闭合开关S，电路稳定后电容器两端的电压为1.5 VB闭合开关S，电路稳定后电容器所带电荷量为3.0104 CC闭合开关S，电路稳定后电容器
21、极板a所带电荷量为1.5104 CD先闭合开关S，电路稳定后断开开关S，通过电阻R1的电荷量为3.0104 C9(2019广东华南三校联考)如图所示电路，电源内阻不能忽略，R1阻值小于变阻器的总电阻，初态滑片P位于变阻器的中点，P由中点向上移动到顶端的过程中()A电源的内功率先减小后增大 B电源的效率先减小后增大C电流表的示数先减小后增大 D电压表的示数先增大后减小10.如图所示，直线、分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线，曲线是一个小灯泡的伏安特性曲线，曲线与直线、相交点的坐标分别为P(5.2，3.5)、Q(6，5)如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法正确的是()A电源1与电源2的内阻之比是32 B电源1与电源2的电动势之比是11C在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是12 D在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是710
