高考物理备考 中等生百日捷进提升系列 专题08 恒定电流（含解析）

在学生就要走出校门的时候，班级工作仍要坚持德育先行，继续重视对学生进行爱国主义教育、集体主义教育、行为规范等的教育，认真落实学校、学工处的各项工作要求专题08 恒定电流第一部分 特点描述电路的分析与计算是本章的重点内容.电路的分析与计算、电路基本概念的理解以及基本规律的掌握情况，是近几年高考考查的重点，因此要求在熟练掌握串、并联电路特点的基础上，进一步掌握闭合电路欧姆定律的应用问题、动态分析问题、故障判断问题以及含电容电路问题的处理方法，同时要注意电路中的理想电表与非理想电表处理方法的不同，熟练掌握电路的简化方法.恒定电流主要考查以电路为核心的三部分内容:一是以部分电路的欧姆定律为中心,考查直流电路的基本概念、伏安法测电阻、电功和电热等问题;二是以闭合电路的欧姆定律为中心,考查电源的作用、闭合电路的功率分配和能量转化的关系、电路的路端电压与电源电动势和内阴天的关系;三是以电路中的电工仪表的使用为中心,考查电学实验中仪器的选取、电表的读数、实物连接、数据处理和误差分析等问题.尤其是电学知识联系实际的问题和探究实验问题是近几年高考考查的热点. 欧姆定律、焦耳定律往往与电磁感应现象相交叉渗透；电功率、焦耳热计算往往与现实生活联系较密切，是应用型、能力型题目的重要内容之一，也是高考命题热点内容之一。历届高考命题形式一是以选择、填空方式考查知识；二是与静电、磁场和电磁感应结合的综合题，值得说明的是，近年来高考在对本章的考查中，似乎更热衷于电路的故障分析.这类题通常都来自生活实际，是学生应具备的基本技能.尤其引人关注的是电路实验有成为必考题的趋势.第二部分 知识背一背1电功和电热电功WqUUIt；电热QI2R t.（1）对纯电阻电路，电功等于电热，即电流流经纯电阻电路，消耗的电能全部转化为内能，所以WQUItI 2Rtt.（2）对非纯电阻电路（如电动机和电解槽），电能一部分转化为内能，另一部分转化为其他形式的能（如机械能或化学能等），所以电功必然大于电热，即WQ，这时电功只能用WUIt计算，电热只能用QI 2Rt计算，两式不能通用2闭合电路欧姆定律表达形式：EU外U内；I （I、R间关系）；UEIr（U、I间关系）；UE（U、R间关系）注意：当外电路断开时（I0），路端电压U等于电动势E.若用理想电压表测量，则读数等于电动势，在进行断路故障分析时，常用此结论进行判断，即何处断路，何处两端电压等于电动势但用电压表直接测量时，读数却略小于电动势（因为有微弱电流流过电源而产生内压降）当外电路短路时（R0，因而U外0），电流最大，为Im（不允许出现这种情况，因为这会把电源烧坏）3电源的功率与效率（1）电源的功率P：也称电源的总功率，是电源将其他形式的能转化为电能的功率，计算式为：PIE（普遍适用）；PI2（Rr）（只适用于外电路为纯电阻的电路）（2）电源内阻消耗功率P内：是电源内阻的热功率，也称电源的损耗功率，计算式为：P内I2r.（3）电源的输出功率P外：是外电路上消耗的功率，计算式为： P外IU外（普遍适用）；P外I2R（只适用于外电路为纯电阻的电路）（4）电源的效率：.（5）电源的输出功率（P外）与外电阻R的关系：P外.P外与R的关系图象如图所示：由图可以看出：当Rr时，电源的输出功率最大，Pm，此时电源效率50%.当Rr时，随着R的增大输出功率越来越小当Rr时，随着R的增大输出功率越来越大当R由小于r增大到大于r时，随着R的增大输出功率先增大后减小（非单调变化）4含容电路的分析技巧电容器两极板间的电压等于与电容器并联的电阻两端的电压，与电容器串联的电阻两端的电压一定为零（有阻无流，则无电压）第三部分 技能+方法考点一直流电路动态分析1引起电路特征发生变化的主要原因有：滑动变阻器滑片滑动，使电路的电阻发生变化；开关的闭合、断开或换向（双掷开关）使电路结构发生变化；电路发生短路和断路（电路故障）2电路动态变化问题的分析思路当电路中某处的电阻发生变化时，先由局部电阻的变化推出外电路电阻R外的变化，再由闭合电路的欧姆定律I总和U端EI总r讨论干路电流I总的变化和路端电压U端的变化，最后分析对其他部分电路产生的影响，从而分别确定各元件上其他量的变化情况（使用的公式是部分电路欧姆定律、电路中各元件上的电压关系和电流关系等）注意：电路的总电阻总是随其中任一电阻的增大而增大，随任一电阻的减小而减小；电阻并联的数目越多，总阻值越小；从电路分析角度看，断路可认为是电路中某处电阻增大到无穷大，短路可认为是电路某处电阻减小到零，因此电路故障问题可以视为特殊的动态分析问题；对电路进行简化时，电压表和电容器视为断路，电流表视为短路；电容器是一个储存电能的元件，在直流电路中，当电容器充、放电时，其所在电路中有充、放电电流，电路达到稳定状态时，电容器就相当于一个阻值无穷大的电阻，则电容器所在电路处可视为断路分析计算含有电容器的直流电路时应注意：电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，在此支路的电阻没有电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器充（放）电【例1】如图所示，电源内阻不可忽略开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中（）A电压表与电流表的示数都减小B电压表与电流表的示数都增大C电压表的示数增大，电流表的示数减小D电压表的示数减小，电流表的示数增大【答案】A【例2】如图所示，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分别为电压表与电流表初始时S0与S均闭合，现将S断开，则（） AV的读数变大，A的读数变小 BV的读数变大，A的读数变大 CV的读数变小，A的读数变小 DV的读数变小，A的读数变大 【答案】B考点二 与电功、电功率、电热相关问题的综合分析纯电阻电路中，电功率等于热功率；非纯电阻电路中，电功率只有一部分转化成热功率纯电阻电路中只有电阻元件，如电熨斗、电炉、白炽灯等；非纯电阻电路中常含有电动机、电解槽等【例3】不考虑温度对电阻的影响，对一个220 V，40 W ”的灯泡，下列说法正确的是A接在110 V的电路上时的功率为20 WB接在110 V的电路上时的功率为10 W C接在440 V的电路上时的功率为160 W D. 接在220 V的电路上时的功率为40 W 【解析】 解法l：由得灯泡的电阻所以电压为ll0 V时，.电压为440 V时，超过灯泡的额定电压一倍，故灯泡烧坏，P= 0解法2：由可知R一定时，所以当时，【例4】如图所示，已知电源电动势E20 V，内阻r1 ，当接入固定电阻R4 时，电路中标有“3 V,6 W”的灯泡L和内阻RD0.5 的小型直流电动机D都恰能正常工作试求：（1）电路中的电流大小；（2）电动机的额定电压；（3）电动机的输出功率考点三 含容电路问题的综合分析电容器是一个储存电能的元件.在直流电路中,当电容器充放电时,电路里有充放电电流.一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件,电容器所处电路看做是断路,简化电路时可去掉它.简化后若要求电容器所带电荷量时,可在相应的位置补上.在具体方法上要注意以下几点:（1）根据Q=CUQ=CU可知,要求电容器所带电荷量以及充放电时所带电荷量的变化,关键是求电容器两端的电压.（2）在电路分析时要注意电容器所在支路的连接情况.电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过,所以此支路中的电阻上无电压降,可以把与电容器串联的电阻看成导线,电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压. （3）对于较复杂的电路,经常需要将电容器两端的电势与基准点的电势进行比较后才能确定电容器两端的电压. 【例5】如图所示的电路中,已知R1=30 ,R2=15 ,R3=20 ,C=2 F,AB间电压U=6 V,且A端为正.为使电容器所带电荷量达到Q=210-6 C且电容器上极板带负电,应将电阻箱R4的阻值调节到多大?若电容器上极板带正电,R4的阻值又应调节到多大?考点四 U-I图像的意义复习时注意电源的伏安特性曲线反映的是电源自身的性质,具有丰富的内涵（如图所示）:1.图线与纵轴的截距表示电源的电动势;2.与横轴的截距表示短路电流;3.斜率的绝对值表示电源内阻;4.图线上任意一点所对应的电压和电流的比值（或者说任意一点与坐标原点O连线的斜率）表示接在外电路的电阻;5.阴影部分面积表示电流为I时,外电路电阻两端的输出功率,四边形AEOI的面积表示电源的总功率。导体的伏安特性曲线反映导体的性质.如果是遵循欧姆定律的线性元件,这是一条直线,电阻恒定不变（如图中直线b所示）;如果是不遵循欧姆定律的非线性元件,如气体半导体等,就是一条曲线.电阻不断变化,其曲线上每一点对应的电压与电流的比值就是此时导体的电阻（或说成此点与坐标原点连线的斜率表示此时导体的电阻）.【例6】为探究小灯泡L的伏安特性,连好图示的电路后闭合开关,通过移动变阻器的滑片,使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大,直到小灯泡正常发光,由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U-I图像应是（ ）【答案】C 考点五 电路故障的分析方法（1）断路故障的判断：用电压表与电源并联,若有电压时，说明电源正常；若将电压表与某段电路并联，示数不为零,而与其他各段电路并联时电压表示数为零，则这一段电路断路.（2）短路故障的判断：电流表有示数,而用电器不工作,则该支路短路；用电压表与该部分并联,若有电压时，未短路；若无电压,则该两点间可能短路或被短路.（3）分析电路故障的基本方法是假设法：如果电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可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故障，运用电路规律进行正向推理，推理结果若与题干中所述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与题干中所述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路，直到找出发生故障的全部可能为止，亦称排除法.【例7】某学生在研究串联电路电压特点时，接成如图所示电路，接通K后，他将高内阻的电压表并联在A、C两点间时，电压表读数为U；当并联在A、B两点间时，电压表读数也为U；当并联在B、C两点间时，电压表读数为零，则出现此种情况的原因可能是（R1、R2阻值相差不大）（ ）A. AB段断路B.BC段断路C.AB段短路D.BC段短路【答案】AD【解析】电路的故障可以由电压表示数判断.由于AB间的电压和AC间电压相同，BC间电压为零，故可确定可能是AB段断路或BC段短路，故A、D正确.第四部分 基础练+测1【2016云南玉溪一中高三第一次月考】如图为甲、乙两灯泡I-U图象，根据图象计算甲、乙两灯泡并联在电压220V的电路中，实际发光的功率约（ ） A15W，30W B30W，40W C40W，60W D60W，100W【答案】C 考点：U-I图线；电功率.2【2016河南省洛阳市第一高级中学第4次周练】如图为两个不同电源的UI图象，则下列说法正确的是（ ） A电动势E1=E2，内阻r1r2 B电动势E1=E2，内阻r1r2C接入相同电阻时，电源1的输出功率大 D接入相同电阻时，电源2的输出功率大【答案】BC 考点：闭合电路欧姆定律,电功率.3【2016黑龙江省牡丹江市第一中学高三10月月考】如图所示，为A.B两电阻的伏安特性曲线，关于两电阻的描述正确的是（ ）A. 电阻A的电阻随电流的增大而减小，电阻B阻值不变B.在两图线交点处，电阻A的阻值等于电阻B C.在两图线交点处，电阻A的阻值大于电阻BD.在两图线交点处，电阻A的阻值小于电阻B【答案】B【解析】由图可知，电阻A的图象的斜率越来越大，故A的电阻随电流的增大而增大，电阻B阻值不变；故A错误；两图象的交点处，电流和电压均相同，则由欧姆定律可知，两电阻的阻值大小相等；故B正确，CD错误；故选B。考点：U-I图线；欧姆定律.4【2016黑龙江省牡丹江市第一中学高三10月月考】有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子的定向移动速度为v，在 t时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为（ ）AnvS BnvSt C D【答案】BC考点：电流的微观定义.5【2016黑龙江省牡丹江市第一中学高三10月月考】有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子的定向移动速度为v，在 t时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为（ ）AnvS BnvSt C D【答案】BC【解析】根据电流的微观表达式I=nqvs，在t时间内通过导体横截面的自由电子的电量Q=It，则在t时间内，通过导体横截面的自由电子的数目为，将I=nevS代入得，故BC正确，AD错误考点：电流的微观定义.6【2016黑龙江省大庆市铁人中学高三上期中】如图所示电路，R1为定值电阻，R2为可变电阻，E为电源电动势，r为电源内阻，以下说法中正确的是（ ）A当R2=R1+r时，R2获得最大功率 B当R1=R2+r时，R1获得最大功率C当R2=0时，R1获得最大功率 D当R2=0时，电源输出功率最大【答案】AC考点：直流电路极值问题7【2016重庆市一中高三上期中】如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r（），电表均视为理想电表。闭合开关S后，调节R的阻值，使电流表的示数增大，在这一过程中电压表示数的变化量的大小为，则A.通过R的电流增大，但增大量小于 B.的大小随R的变化而变化C.电源的输出功率一定增大了 D.电源的效率降低了【答案】D【解析】试题分析：A、要使电流表示数增大，则R应减小；由串反并同知，则，因此流过R的电流增大，且增大量大于I，故A错误；B、由，故其大小不会随R的变化而变化，故B错误；C、当内外电阻相等时，电源的输出功率最大；因不明确内外电阻的关系，故无法明确功率的变化情况，故C错误；D、电源的效率，因电压的改变量为，故说明电源的效率降低了，故D正确。考点：本题考查闭合电路的欧姆定律、动态分析电路8【2016重庆市巴蜀中学高三上第三次月考】如图所示的电路中，电源的输出电压恒为U，电动机M的线圈电阻与电炉L的电阻相同，电动机正常工作，在相同的时间内，下列判断正确的是（ ）A、电炉放出的热量大于电动机放出的热量B、电炉两端的电压小于电动机两端的电压C、电炉两端的电压等于电动机两端的电压D、电动机消耗的电功率等于电炉消耗的电功率【答案】B考点：考查了电功率的计算9【2016辽宁省抚顺市一中高三上第一次模拟】如图所示电路中，电源内阻不计，三个小灯泡完全相同且外电路变化时每个灯泡两端的电压都不会超过其额定电压，开始时只有闭合，当也闭合后，下列说法正确的是（ ）A、灯泡变亮B、灯泡变亮C、电容器C的带电量增加D、闭合的瞬间流过电流表的电流方向自右向左【答案】AD考点：考查了含电容电路10【2016银川一中高三第四次月考】如图，a、b分别表示一个电池组和一只电阻