近3年高考直流電路選擇題賞析

(江蘇省儀征市陳集中學(xué)，江蘇 儀征 211408)

在近3年全國各地高考物理試題中，每年或多或少都有幾處對直流電路的考查，本類試題考查的知識相對簡單，是高考試卷的得分點(diǎn)，但學(xué)生對此重視卻不夠．現(xiàn)對近3年各地高考直流電路部分的選擇題進(jìn)行歸類，找出高頻考點(diǎn)，以領(lǐng)會命題專家的命題意圖，爭取使得學(xué)生在2015年高考直流電路選擇題這個小的點(diǎn)上不失分．

1 電路的動態(tài)分析

在直流電路中，無論電阻串聯(lián)還是并聯(lián)，只要其中一個電阻增大(或減小)，則電路的總電阻一定增大(或減小)，總電流一定減小(或增大)，內(nèi)阻不為零的電源路端電壓一定增大(或減小)．對于電路動態(tài)變化的分析思路是，由部分電阻變化推斷外電路總電阻的變化,再由閉合電路歐姆定律得出干路電流的變化，最后根據(jù)電路情況分別確定各元件上電流電壓的變化情況．也可以根據(jù)“串反并同”規(guī)律快速判斷，有的問題還需要運(yùn)用特殊值法和極限法．

圖1

例1 (2014上海)如圖1所示，電路中定值電阻阻值R大于電源內(nèi)阻阻值r．將滑動變阻器滑片向下滑動，理想電壓表V1、V2、V3示數(shù)變化量的絕對值分別為△U1、△U2、△U3，理想電流表A示數(shù)變化量的絕對值△I，則( )．

A．A的示數(shù)增大

B．U2的示數(shù)增大

C．△U3與△I的比值大于r

D．△U1大于△U2

解析：本題考查閉合電路歐姆定律和串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，電路為串聯(lián)電路,滑片向下滑動時(shí)，連入電路中的電阻R減小，電路中的總電阻減小,由I=E/(R+R變+r)，A表示數(shù)增大，故A正確．V2表測量的是電源的輸出電壓U2=E-Ir減小，故B錯誤．由U3=E-Ir-IR，則有△U3=△I(R+r),△U3與△I的比值等于(R+r)，大于r，故C正確．由△U2=△Ir,△U1=△IR,又因?yàn)轭}目告知R>r,得△U1>△U2，故D正確．

2 閉合電路的功率和效率問題

圖2

例2 (2012上海)直流電路如圖2所示，滑動變阻器的滑片P向右移動時(shí)，則電源的( )．

A.總功率一定減小

B.效率一定增大

C.內(nèi)部損耗功率一定減小

D.輸出功率一定先增大后減小

3 含容電路的分析

對含容電路進(jìn)行分析時(shí)，首先要明確電容器在電路中的作用是“隔直流，通交流”，在直流電路中，電容器處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，相當(dāng)于一個阻值無限大的元件，可看作斷路．此時(shí)電容器所在支路無電流，與電容器直接串聯(lián)的電阻相當(dāng)于一根阻值為零的導(dǎo)線，電容器上的電壓就是與電容器并聯(lián)的那條支路兩端的電壓，在直流電路的選擇題中一般涉及兩類問題，一類是含容電路的力學(xué)問題，有關(guān)平行板電容器的問題包括以下兩種典型情況：(1)若兩板始終跟電源連接，U保持不變,若充電后與電源斷開，Q保持不變,d增大時(shí)，C將減小，U將增大，場強(qiáng)E將保持不變．(2)含容電路的充放電問題，當(dāng)電容器兩端電壓增大時(shí)，電容器會充電，會形成充電電流；當(dāng)電容器兩端電壓降低時(shí)，電容器會放電，會形成放電電流,對于這類問題，只要抓住初末兩穩(wěn)定狀態(tài)電容器極板間的電壓的變化情況，根據(jù)ΔQ=C·ΔU來分析即可．

圖3

例3 (2014天津)如圖3所示，電路中R1、R2均為可變電阻，電源內(nèi)阻不能忽略，平行板電容器C的極板水平放置．閉合開關(guān)S，電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動．如果僅改變下列某一個條件，油滴仍能靜止不動的是( )．

A．增大R1的阻值

B．增大R2的阻值

C．增大兩板間的距離

D．?dāng)嚅_開關(guān)S

4 邏輯電路

門電路有三種類型：與門電路、或門電路和非門電路，或是由上述三種基本門電路構(gòu)成．如果一個事件的幾個條件都滿足后,該事件才能發(fā)生，這種關(guān)系叫“與”邏輯關(guān)系，具有“與”邏輯關(guān)系電路稱為“與”門．如果幾個條件中,只要有一個條件得到滿足,某事件就會發(fā)生，這種關(guān)系叫”或”邏輯關(guān)系，具有“或”邏輯關(guān)系電路稱為“或”門．輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)呈相反的邏輯關(guān)系,叫做“非”邏輯關(guān)系,具有“非”邏輯關(guān)系的電路叫“非”門．在邏輯電路的實(shí)際問題分析中，除了熟練掌握各種邏輯電路的特點(diǎn)外，還要熟練掌握電路的動態(tài)變化規(guī)律的分析，準(zhǔn)確判斷出邏輯電路部分輸入端的電勢高低變化，這是解決這類問題的關(guān)鍵．

一般情況下，用“1”表示高電勢，“0”表示低電勢，只有正確地列出真值表，才能正確地分析電路的通斷．

例4 (2013上海)在車門報(bào)警電路中，兩個按鈕開關(guān)分別裝在汽車的兩扇門上，只要有開關(guān)處于斷開狀態(tài)，報(bào)警燈就發(fā)光．能實(shí)現(xiàn)此功能的電路是圖4中的( )．

圖4

解析：在A電路中，只斷開一個開關(guān)，報(bào)警燈不會發(fā)光．在B電路中，只要有開關(guān)斷開，報(bào)警燈都不會發(fā)光．在C電路中，兩個開關(guān)同時(shí)斷開時(shí)，報(bào)警燈才能發(fā)光．在D電路中，只要有一個開關(guān)斷開，報(bào)警燈就會發(fā)光，故答案為D．2012年上海高考物理卷也對邏輯電路做了相應(yīng)考查．

5 復(fù)雜電路的計(jì)算

遇到復(fù)雜電路時(shí)，先要能找出等效電路圖，電路等效變換的基本原則為：(1)無電流的支路可除去；(2)電勢相等的各點(diǎn)可合并；(3)理想導(dǎo)線可任意伸縮；(4)理想電流表看成短路，理想電壓表看成斷路；(5)非理想電流表和電壓表分別看成串入和并入電路的一個電阻；(6)直流電路中電容器支路可看成斷路而撤走，需求電容器電荷量時(shí)再補(bǔ)上．然后運(yùn)用閉合電路歐姆定律，結(jié)合串并聯(lián)電路的特點(diǎn)求解電流、電阻、功率等，一些特殊電路，如惠斯通電橋，電阻R1、R2、R3、R4叫做電橋的四個臂，G為檢流計(jì)，用以檢查它所在的支路有無電流．當(dāng)G無電流通過時(shí)，電橋達(dá)到平衡．此時(shí)四個臂的阻值滿足一個簡單的關(guān)系，即R1∶R2=R3∶R4，利用這一關(guān)系可測量電阻．

圖5

例5 (2013安徽理綜)用圖5所示的電路可以測量電阻的阻值．圖中Rx是待測電阻，R0是定值電阻，是靈敏度很高的電流表，MN是一段均勻的電阻絲．閉合開關(guān)，改變滑動頭P的位置，當(dāng)通過電流表的電流為零時(shí)，測得MP=L1，PN=L2，則Rx的阻值為( )．

解析：當(dāng)通過電流表的電流為零時(shí)，說明電流表的兩端電勢相等，MP與R0上的電壓相等，PN與Rx上的電壓相等，根據(jù)串并聯(lián)關(guān)系有解之有故答案為C．

6 直流電路中電能消耗計(jì)算

此類問題考查部分電路歐姆定律中電功率的計(jì)算，聯(lián)系生活中的實(shí)例設(shè)計(jì)問題，問題在書外，知識在書中，此類問題只要將教材中的知識理解透了，聯(lián)系生活加以必要的估算，就能輕易地被解決．

例6 (2012浙江)功率為10W的發(fā)光二極管(LED燈)的亮度與功率為60W的白熾燈相當(dāng)．根據(jù)國家節(jié)能戰(zhàn)略，2016年前普通白熾燈應(yīng)被淘汰．假設(shè)每戶家庭有2只60W的白熾燈，均用10W的LED燈替代．估算出全國一年節(jié)省的電能最接近( )．

A.8×108kW·h B.8×1010kW·h

C.8×1011kW·h D.8×1013kW·h

解析：每戶家庭功率節(jié)省100W，中國人口約13億，大概4億戶家庭，每天開燈5h，則一年全國節(jié)省電能E=0.1×5×365×4×108kW·h=7.3×1010kW·h，故答案為B．

例7 (2012全國理綜)一臺電風(fēng)扇的額定電壓為交流220V．在其正常工作過程中，用交流電流表測得某一段時(shí)間內(nèi)的工作電流I隨時(shí)間t的變化如圖6所示．這段時(shí)間內(nèi)電風(fēng)扇的用電量為( )．

圖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：用電量為W=U(I1t1+I2t2+I3t3)=220×(0.3×600+0.4×600+0.2×2400)J=1.98×105J=5.5×10-2KW·h，故答案為B．

直流電路的選擇題每年在各地高考卷中都有所體現(xiàn)，電路的動態(tài)分析、電路中功率、電阻、電能消耗等計(jì)算都是考查的熱點(diǎn)，對純電阻和非純電阻電路要加以區(qū)分，理解閉合電路歐姆定律，結(jié)合串并聯(lián)電路的特點(diǎn)分析，對超導(dǎo)現(xiàn)象、黑盒問題、傳感器、邏輯電路等知識與生產(chǎn)、生活實(shí)際聯(lián)系密切的問題，要結(jié)合各地的考綱有選擇的加以注意，只有這樣，在高考選擇題中偶爾出現(xiàn)的直流電路問題才不是難點(diǎn)，變成真正的得分點(diǎn)．