近3年高考直流电路选择题赏析
2014-08-28
(江苏省仪征市陈集中学,江苏 仪征 211408)
在近3年全国各地高考物理试题中,每年或多或少都有几处对直流电路的考查,本类试题考查的知识相对简单,是高考试卷的得分点,但学生对此重视却不够.现对近3年各地高考直流电路部分的选择题进行归类,找出高频考点,以领会命题专家的命题意图,争取使得学生在2015年高考直流电路选择题这个小的点上不失分.
1 电路的动态分析
在直流电路中,无论电阻串联还是并联,只要其中一个电阻增大(或减小),则电路的总电阻一定增大(或减小),总电流一定减小(或增大),内阻不为零的电源路端电压一定增大(或减小).对于电路动态变化的分析思路是,由部分电阻变化推断外电路总电阻的变化,再由闭合电路欧姆定律得出干路电流的变化,最后根据电路情况分别确定各元件上电流电压的变化情况.也可以根据“串反并同”规律快速判断,有的问题还需要运用特殊值法和极限法.
图1
例1 (2014上海)如图1所示,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r.将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为△U1、△U2、△U3,理想电流表A示数变化量的绝对值△I,则( ).
A.A的示数增大
B.U2的示数增大
C.△U3与△I的比值大于r
D.△U1大于△U2
解析:本题考查闭合电路欧姆定律和串、并联电路的特点,电路为串联电路,滑片向下滑动时,连入电路中的电阻R减小,电路中的总电阻减小,由I=E/(R+R变+r),A表示数增大,故A正确.V2表测量的是电源的输出电压U2=E-Ir减小,故B错误.由U3=E-Ir-IR,则有△U3=△I(R+r),△U3与△I的比值等于(R+r),大于r,故C正确.由△U2=△Ir,△U1=△IR,又因为题目告知R>r,得△U1>△U2,故D正确.
2 闭合电路的功率和效率问题
图2
例2 (2012上海)直流电路如图2所示,滑动变阻器的滑片P向右移动时,则电源的( ).
A.总功率一定减小
B.效率一定增大
C.内部损耗功率一定减小
D.输出功率一定先增大后减小
3 含容电路的分析
对含容电路进行分析时,首先要明确电容器在电路中的作用是“隔直流,通交流”,在直流电路中,电容器处于稳定状态时,相当于一个阻值无限大的元件,可看作断路.此时电容器所在支路无电流,与电容器直接串联的电阻相当于一根阻值为零的导线,电容器上的电压就是与电容器并联的那条支路两端的电压,在直流电路的选择题中一般涉及两类问题,一类是含容电路的力学问题,有关平行板电容器的问题包括以下两种典型情况:(1)若两板始终跟电源连接,U保持不变,若充电后与电源断开,Q保持不变,d增大时,C将减小,U将增大,场强E将保持不变.(2)含容电路的充放电问题,当电容器两端电压增大时,电容器会充电,会形成充电电流;当电容器两端电压降低时,电容器会放电,会形成放电电流,对于这类问题,只要抓住初末两稳定状态电容器极板间的电压的变化情况,根据ΔQ=C·ΔU来分析即可.
图3
例3 (2014天津)如图3所示,电路中R1、R2均为可变电阻,电源内阻不能忽略,平行板电容器C的极板水平放置.闭合开关S,电路达到稳定时,带电油滴悬浮在两板之间静止不动.如果仅改变下列某一个条件,油滴仍能静止不动的是( ).
A.增大R1的阻值
B.增大R2的阻值
C.增大两板间的距离
D.断开开关S
4 逻辑电路
门电路有三种类型:与门电路、或门电路和非门电路,或是由上述三种基本门电路构成.如果一个事件的几个条件都满足后,该事件才能发生,这种关系叫“与”逻辑关系,具有“与”逻辑关系电路称为“与”门.如果几个条件中,只要有一个条件得到满足,某事件就会发生,这种关系叫”或”逻辑关系,具有“或”逻辑关系电路称为“或”门.输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系,叫做“非”逻辑关系,具有“非”逻辑关系的电路叫“非”门.在逻辑电路的实际问题分析中,除了熟练掌握各种逻辑电路的特点外,还要熟练掌握电路的动态变化规律的分析,准确判断出逻辑电路部分输入端的电势高低变化,这是解决这类问题的关键.
一般情况下,用“1”表示高电势,“0”表示低电势,只有正确地列出真值表,才能正确地分析电路的通断.
例4 (2013上海)在车门报警电路中,两个按钮开关分别装在汽车的两扇门上,只要有开关处于断开状态,报警灯就发光.能实现此功能的电路是图4中的( ).
图4
解析:在A电路中,只断开一个开关,报警灯不会发光.在B电路中,只要有开关断开,报警灯都不会发光.在C电路中,两个开关同时断开时,报警灯才能发光.在D电路中,只要有一个开关断开,报警灯就会发光,故答案为D.2012年上海高考物理卷也对逻辑电路做了相应考查.
5 复杂电路的计算
遇到复杂电路时,先要能找出等效电路图,电路等效变换的基本原则为:(1)无电流的支路可除去;(2)电势相等的各点可合并;(3)理想导线可任意伸缩;(4)理想电流表看成短路,理想电压表看成断路;(5)非理想电流表和电压表分别看成串入和并入电路的一个电阻;(6)直流电路中电容器支路可看成断路而撤走,需求电容器电荷量时再补上.然后运用闭合电路欧姆定律,结合串并联电路的特点求解电流、电阻、功率等,一些特殊电路,如惠斯通电桥,电阻R1、R2、R3、R4叫做电桥的四个臂,G为检流计,用以检查它所在的支路有无电流.当G无电流通过时,电桥达到平衡.此时四个臂的阻值满足一个简单的关系,即R1∶R2=R3∶R4,利用这一关系可测量电阻.
图5
例5 (2013安徽理综)用图5所示的电路可以测量电阻的阻值.图中Rx是待测电阻,R0是定值电阻,是灵敏度很高的电流表,MN是一段均匀的电阻丝.闭合开关,改变滑动头P的位置,当通过电流表的电流为零时,测得MP=L1,PN=L2,则Rx的阻值为( ).
解析:当通过电流表的电流为零时,说明电流表的两端电势相等,MP与R0上的电压相等,PN与Rx上的电压相等,根据串并联关系有解之有故答案为C.
6 直流电路中电能消耗计算
此类问题考查部分电路欧姆定律中电功率的计算,联系生活中的实例设计问题,问题在书外,知识在书中,此类问题只要将教材中的知识理解透了,联系生活加以必要的估算,就能轻易地被解决.
例6 (2012浙江)功率为10W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60W的白炽灯相当.根据国家节能战略,2016年前普通白炽灯应被淘汰.假设每户家庭有2只60W的白炽灯,均用10W的LED灯替代.估算出全国一年节省的电能最接近( ).
A.8×108kW·h B.8×1010kW·h
C.8×1011kW·h D.8×1013kW·h
解析:每户家庭功率节省100W,中国人口约13亿,大概4亿户家庭,每天开灯5h,则一年全国节省电能E=0.1×5×365×4×108kW·h=7.3×1010kW·h,故答案为B.
例7 (2012全国理综)一台电风扇的额定电压为交流220V.在其正常工作过程中,用交流电流表测得某一段时间内的工作电流I随时间t的变化如图6所示.这段时间内电风扇的用电量为( ).
图6
A.3.9×10-2度 B.5.5×10-2度
C.7.8×10-2度 D.11.0×10-2度
解析:用电量为W=U(I1t1+I2t2+I3t3)=220×(0.3×600+0.4×600+0.2×2400)J=1.98×105J=5.5×10-2KW·h,故答案为B.
直流电路的选择题每年在各地高考卷中都有所体现,电路的动态分析、电路中功率、电阻、电能消耗等计算都是考查的热点,对纯电阻和非纯电阻电路要加以区分,理解闭合电路欧姆定律,结合串并联电路的特点分析,对超导现象、黑盒问题、传感器、逻辑电路等知识与生产、生活实际联系密切的问题,要结合各地的考纲有选择的加以注意,只有这样,在高考选择题中偶尔出现的直流电路问题才不是难点,变成真正的得分点.