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2021年高中物理 第十一章 电路及其应用 章末整合提升新人教版必修3

2021年高中物理 第十一章 电路及其应用 章末整合提升新人教版必修3

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章末整合提升

主题一　画等效电路的常用方法
在处理电路问题时,首先要认清电路的串、并联关系,如果电路较复杂,就需要画出其等效电路.
1.电路简化的原则.
(1)无电流的支路化简时可以去除.
(2)等电势的各点化简时可合并.
(3)理想导线可以任意延长或缩短.
(4)理想电流表可认为短路,理想电压表可认为断路.
(5)电压稳定时电容器可认为断路.
2.简化电路的两种常用方法.
(1)等势点法:由导线连接的各点都是等势点.首先找出各等势点,并用同一字母标注,不同电势的点用不同字母标注,并注明各点电势的高低,然后画出相邻等势点间的并联电路.
(2)电流分支法:电流是分析电路的核心,从电源的正极出发,沿着电流的方向(若电路中无电源,可以假设一个电流方向),经各用电器绕电路一周回到电源负极,电流无分支地依次流过的用电器串联,电流有分支地分别流过的用电器并联.
3.电流表、电压表的使用技巧.
理想电流表的内阻可看成0,理想电压表的内阻可看成无穷大.
如果有理想电表接入电路,可把电压表处看成断路,把电流表处看成短路;在进行电路结构分析或画出等效电路图后,再按电表所测的对象把电表接入电路.
当电表不能看成理想电表时,要考虑到电表内阻对电路的影响,可把电流表和电压表分别看成显示出电流值或电压值的电阻.
【典例1】在如图所示的电路中,电阻R1、R2、R3的阻值均为2 Ω,电流表内阻不计,在B、C两点间加上6 V的电压时,电流表的读数为 (　　)

A.0　　　　B.1 A C.1.5 A D.2 A
解析:在B、C两点间加上6 V的电压时,由题图知电阻R2与R3并联后与R1串联,电路的总电阻R=R1+R2R3R2+R3=3 Ω,根据欧姆定律,干路电流I=UR=2 A,因为R2=R3,所以通过电阻R2、R3的电流相等,即I2=I3,所以电流表示数IA=12I=1 A.选项B正确.
答案:B
【典例2】如图所示,R1、R2、R3的电阻之比是2∶3∶5,电流表内阻忽略不计,电路两端的电压恒定,试求:

(1)三个电阻中的电流之比;
(2)两个电流表的读数之比.
解析:方法一 电流分支法
(1)设A点的电势高于B点的电势,则电流从A点分为两支,一支经R1→→B,另一支经后再分为两支,即通过A点的电流共分为3支,最终在B点汇合,故R1、R2、R3并联,A1测通过R2、R3的电流,A2测通过R1、R2的电流,等效电路如下图所示.

设A、B两端的电压为U,R1=2R,R2=3R,R3=5R.由欧姆定律知,通过三个电阻的电流分别为I1=UR1=U2R,I2=UR2=U3R,I3=UR3=U5R,故I1∶I2∶I3=U2R∶U3R∶U5R=15∶10∶6.
(2)电流表A1的电流I=I2+I3=U3R+U5R=8U15R,
电流表A2的电流I'=I1+I2=U2R+U3R=5U6R,
故两表的读数之比为I∶I'=16∶25.
方法二 等势点法
理想电流表用导线代替,电势相等的点用同一字母标出,如图甲所示.可见R1、R2、R3都连接在A、B两点间,三者并联,等效电路如图乙所示.再结合电流分支法,将电流表复位后可得方法一中图,电流的计算同方法一.

甲 乙
答案:(1)15∶10∶6　(2)16∶25
主题二　多用电表的应用
1.电学黑箱的种类.
(1)纯电阻黑箱.
(2)电阻和二极管组成的闭合回路黑箱.
(3)电阻和电源组成的闭合回路黑箱.
(4)含电容器的黑箱.
2.利用多用电表探测黑箱内的电学元件.
判断元件
应用挡位
现象
电源
电压挡
两表笔正、反接时均无示数说明无电源
电阻
欧姆挡
两表笔正、反接时示数相同
二极管
欧姆挡
正接时示数很小,反接时示数很大
电容器
欧姆挡
指针先指向某一小阻值,后逐渐增大到“∞”,且指针摆动越来越慢
【典例3】某照明电路出现故障,其电路如图甲所示,该电路以标称值12 V的蓄电池为电源,导线及其接触完好.维修人员使用已调好的多用电表直流电压50 V挡检测故障.他将黑表笔接在c点,用红表笔分别探测电路的a、b点.

甲
(1)断开开关,红表笔接a点时多用电表指示如图乙所示,读数为　　　　V,说明题中　　　　(选填“蓄电池”“保险丝”“开关”或“小灯”)正常. 

乙
(2)红表笔接b点,断开开关时,指针不偏转,闭合开关后,多用电表指示仍然和图乙相同,可判定发生故障的器件是　　　　(选填“蓄电池”“保险丝”“开关”或“小灯”). 
解析:(1)多用电表调至直流电压50 V挡,接a、c两点测量的是电源两端的电压,读数为11.7 V,可见蓄电池完好.
(2)断开开关,多用电表指针不偏转,表明多用电表被断路,开关闭合后,读数与接a点时相同,表明蓄电池、保险丝、开关和多用电表能组成完好回路,开关和保险丝无问题,发生故障的是小灯,小灯断路.
答案:(1)11.7(11.5~11.9均可)　蓄电池　(2)小灯

主题三　电阻的测量
1.伏安法.
(1)电路图.

外接法 内接法
(2)原理:R=UI.
2.半偏法测电流表内阻.
(1)电路图如图所示.

(2)步骤.
①断开S2,闭合S1,调节R0,使电流表满偏,设此时的电流为I0;
②保持R0不变,闭合S2,调节R,使电流表读数为I02;
③由以上可得RA=R.
3.等效替代法测电阻.
如图所示,先让开关S接通1,调节滑动变阻器,使电流表示数为I;然后再将开关S接通2,调节电阻箱的阻值,使电流表的示数仍为I,则电阻箱的读数等于待测电阻的阻值.

【典例4】用内阻为3 000 Ω的电压表和内阻为10 Ω的电流表测电阻,在图甲、乙两种情况下,电压表的示数都是60 V,电流表的示数都是0.2 A,则R1的测量值为　　　Ω,真实值是　　　　Ω;R2的测量值为　　　　Ω,真实值是
　　　　Ω. 

甲 乙
解析:电阻R1的测量值R1测=UI=300 Ω,真实值R1真=R1测-RA=290 Ω.电阻R2的测量值R2测=UI=300 Ω,真实值R2真=UI-URV=333.3 Ω.
答案:300　290　300　333.3