高考物理三轮冲刺 专题九 恒定电流课件.ppt

专题九恒定电流 1 欧姆定律 2 电阻定律 3 电阻的串联 并联 4 电源的电动势和内阻 5 闭合电路的欧姆定律 6 电功率 焦耳定律 1 能够应用导体的伏安特性曲线i u图象和u i图象以及闭合电路路端电压u和电流i关系图象分析有关问题 2 能够应用电路的串联 并联规律结合闭合电路的欧姆定律进行电路的动态分析 3 会计算电路中的电功 电功率 电热 4 会分析和计算含容电路和含电动机等非纯电阻电路 会分析以及检测电路中的故障 闭合电路欧姆定律 典例1 2010 新课标全国卷 电源的效率 定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比 在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示 图中u为路端电压 i为干路电流 a b为图线上的两点 相应状态下电源的效率分别为 a b 由图可知 a b的值分别为 审题视角 解答本题的关键是 电源的电动势e 路端电压u由伏安特性曲线直接读出 而电源的效率 可以通过进行计算 精讲精析 电源效率e为电源的电动势 根据图象可知所以选项d正确 答案 d 命题人揭秘 电源的u i曲线的妙用 1 电源的u i曲线的形状 u为电源的路端电压 i为干路电流 由闭合电路欧姆定律可得u e ir 图象是斜率为负值的倾斜的直线 2 利用图象求电源的电动势和内阻 根据u e ir 图线纵轴上截距为电动势e 图线斜率的绝对值为电源内阻r 同一坐标系中不同电源的u i曲线不同 因此该曲线可称为电源的特征曲线 3 利用图象求解或比较电源的不同的工作状态 图线上不同的点 i u 代表电源的不同工作状态 点与原点连线的斜率表示该状态下电源所接外电阻r 以该点与原点为顶点构成的矩形面积表示电源该状态下的输出功率p出 ui 电路的动态分析 典例2 2011 海南高考 如图 e为内阻不能忽略的电池 r1 r2 r3为定值电阻 s0 s为开关 与 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 a 的读数变大 的读数变小b 的读数变大 的读数变大c 的读数变小 的读数变小d 的读数变小 的读数变大 审题视角 解答本题可按以下思路分析 精讲精析 当s断开时 外电阻变大 总电流i变小 路端电压u外变大 所以电压表的示数变大 总电流变小 电阻r1上的电压u1减小 而路端电压变大 则电阻r3上的电压变大 所以电流表的示数变大 所以b项正确 答案 b 命题人揭秘 电路动态分析的常用方法 1 程序法 基本思路是 部分 整体 部分 2 直观法 即直接应用 部分电路中r i u的关系 中的两个结论 任一电阻r阻值增大 必引起该电阻中电流i的减小和该电阻两端电压u的增大 任一电阻r阻值增大 必将引起与之并联的支路中电流i并的增大和与之串联的各电路两端电压u串的减小 3 极限法 即因变阻器滑动引起电路变化的问题 可将变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论 4 特殊值法 对于某些双臂环路问题 可以采取代入特殊值去判定 从而找出结论 电阻的串联 并联 典例3 2008 宁夏高考 一个t型电路如图所示 电路中的电阻r1 10 r2 120 r3 40 另有一测试电源电动势为100v 内阻忽略不计 则 a 当cd端短路时 ab之间的等效电阻是40 b 当ab端短路时 cd之间的等效电阻是40 c 当ab两端接通测试电源时 cd两端的电压为80vd 当cd两端接通测试电源时 ab两端的电压为80v 审题视角 解答本题时可按以下思路分析 关键点 1 分析a b选项时首先明确三个电阻的连接关系 2 分析c d选项时知道没有电流的电阻不分压 相当于导线 精讲精析 本题考查电路的串并联知识 当cd端短路时 r2与r3并联再与r1串联 ab间等效电阻为40 选项a正确 若ab端短路时 r1与r3并联再与r2串联 cd间等效电阻为128 选项b错误 当ab两端接通测试电源时 电阻r2未接入电路 cd两端的电压即为r3的电压 为ucd 100v 80v 选项c正确 当cd两端接通测试电源时 电阻r1未接入电路 ab两端电压即为r3的电压 为uab 100v 25v 选项d错误 答案 a c 命题人揭秘 电路简化的方法与技巧 1 凡接在同样两个等势点上的用电器为并联关系 凡流过同一电流的用电器为串联关系 2 凡用导线直接连接的各点的电势必相等 包括用不计电阻的电流表 没有电流通过的电阻连接的点 3 不加声明的情况下 不考虑电表对电路的影响 电流表视为短路 电压表 电容器视为断路 含容电路的分析与计算 典例4 2010 安徽高考 如图所示 m n是平行板电容器的两个极板 r0为定值电阻 r1 r2为可调电阻 用绝缘细线将质量为m 带正电的小球悬于电容器内部 闭合电键s 小球静止时受到悬线的拉力为f 调节r1 r2 关于f的大小判断正确的是 a 保持r1不变 缓慢增大r2时 f将变大b 保持r1不变 缓慢增大r2时 f将变小c 保持r2不变 缓慢增大r1时 f将变大d 保持r2不变 缓慢增大r1时 f将变小 审题视角 解答本题关键是 电路稳定时 电容器对电路作用是断路 r1两端电压为零 故电容器两端电压等于r0两端的电压 所以可根据r0两端电压的变化分析小球所受电场力的变化 进而分析f的变化 精讲精析 保持r1不变 缓慢增大r2时 由于r0和r2串联 r0两端的电压减小 即平行板电容器的两个极板的电压u减小 带电小球受到的电场力f电 qe q 减小 悬线的拉力为将减小 选项b正确 选项a错误 保持r2不变 缓慢增大r1时 r0两端的电压不变 f电不变 悬线的拉力f不变 选项c d错误 答案 b 命题人揭秘 含容电路的分析方法 1 直流电路中的电容 只有当电容器充 放电时 电容器所在支路中才会有电流 当电路稳定时 电容器对电路的作用是断路 2 极板间的电压 电容器跟与它并联的用电器的电压相等 与电容器串联的电阻不分压即电阻两端电压为零 3 充放电电流方向 在充放电时 电容器两根引线上的电流方向总是相反的 所以一般根据正极板电荷变化情况来判断电流方向 4 计算带电量的变化 如果变化前后极板带电的电性相同 那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差 如果变化前后极板带电的电性改变 那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和 电阻定律的应用与计算 典例5 2009 全国卷 材料的电阻率 随温度变化的规律为 0 1 t 其中 称为电阻温度系数 0是材料在t 0 时的电阻率 在一定的温度范围内 是与温度无关的常数 金属的电阻一般随温度的增加而增加 具有正温度系数 而某些非金属如碳等则相反 具有负温度系数 利用具有正负温度系数的两种材料的互补特性 可制成阻值在一定温度范围内不随温度变化的电阻 已知 在0 时 铜的电阻率为1 7 10 8 m 碳的电阻率为3 5 10 5 m 在0 时 铜的电 阻温度系数为3 9 10 3 1 碳的电阻温度系数为 5 0 10 4 1 将横截面积相同的碳棒与铜棒串接成长1 0m的导体 要求其电阻在0 附近不随温度变化 求所需碳棒的长度 忽略碳棒和铜棒的尺寸随温度的变化 审题视角 解答本题时可以按以下步骤求解 关键点 1 应用电阻定律求每个棒的电阻 2 应用串联规律求解总电阻 3 总电阻的阻值在0 附近是定值 应用数学方法求长度 精讲精析 设所需碳棒的长度为l1 碳的电阻率为 1 电阻温度系数为 1 铜棒的长度为l2 铜的电阻率为 2 电阻温度系数为 2 根据题意有 1 10 1 1t 2 20 1 2t 式中 10 20分别为碳和铜在0 时的电阻率 设碳棒的电阻为r1 铜棒的电阻为r2 有r1 式中s为碳棒与铜棒的横截面积 碳棒和铜棒连接成的导体的总电阻和总长度分别为r r1 r2 l0 l1 l2 式中l0 1 0m联立以上各式得 要使电阻r不随温度t变化 式中t的系数必须为零 即 10 1l1 20 2l2 0 联立 得 代入数据解得 l1 3 8 10 3m答案 3 8 10 3m 阅卷人点拨 电阻 电阻定律高考指数 1 2009 天津高考 为探究小灯泡l的伏安特性 连好如图所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图象应是 解题指南 解答本题时注意以下两点 1 灯丝随温度升高 电阻率增大 2 电压增大时温度升高 解析 选c 当电压增大时温度升高 电阻率增大 灯丝电阻随之增大 在图象上某点到原点连线的斜率表示电阻 因此斜率应越来越大 选项a的电阻越来越小 选项b的电阻不变 选项c的电阻越来越大 选项d是电源的特征曲线 故选项c正确 2 2009 广东高考 导体的电阻是导体本身的一种性质 对于同种材料的导体 下列表述正确的是 a 横截面积一定 电阻与导体的长度成正比b 长度一定 电阻与导体的横截面积成正比c 电压一定 电阻与通过导体的电流成正比d 电流一定 电阻与导体两端的电压成反比 解析 选a 对于同种材料的导体 电阻率是个定值 根据电阻定律r 可知电阻r与长度l成正比 与横截面积s成反比 与导体两端的电压 通过导体的电流无关 故b c d选项错误 a选项正确 误区警示 解答本题易产生的两个误区 1 误认为导体的电压一定 电阻与通过导体的电流成反比 2 误认为导体的电流一定 电阻与导体两端的电压成正比 实际上导体的电阻由导体本身决定 电路的计算和动态分析高考指数 3 2012 浙江高考 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 hb 8 1010kw hc 8 1011kw hd 8 1013kw h 解题指南 要估算 必须形成几个具体的有关数据 全国约有4亿个家庭 每个家庭平均每天用电5小时 这样就可估算出全国一年节省的电能 解析 选b 每个家庭节省的功率为 p 0 1kw 全国约有n 4 108个家庭 每个家庭平均每天用电5小时 则全国一年节省的电能为 w p nt 0 1kw 4 108 365 5h 7 3 1010kw h 选项b正确 其他选项错误 4 2011 上海高考 如图所示电路中 闭合电键s 当滑动变阻器的滑动触头p从最高端向下滑动时 a 电压表v读数先变大后变小 电流表a读数变大b 电压表v读数先变小后变大 电流表a读数变小c 电压表v读数先变大后变小 电流表a读数先变小后变大d 电压表v读数先变小后变大 电流表a读数先变大后变小 解析 选a 电路的串并联关系是这样的 滑动变阻器的上下两部分电阻并联再与电阻r串联 当上下两部分电阻相等时 并联电路阻值最大 干路电流最小 路端电压最高 即电压表读数经历了先增大后减小的过程 所以只有a c选项可能正确 当滑动变阻器的滑动触头p在最高端时 电流表读数为零 即电流表的读数是从零开始增加的 因此 只能是a选项不可能是c选项 方法技巧 电路动态分析的方法解答电路动态分析问题 可按以下两步骤 1 理清电路的串并联关系 2 按照局部 整体 局部的逻辑方法 运用闭合电路的欧姆定律判断电压 电流的变化情况 5 2011 北京高考 如图所示电路 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 解析 选a 变阻器r0的滑动端向下滑动的过程中 使连入电路中的r0阻值减小 整个电路的电阻减小 电路中的电流i增大 路端电压u e ir减小 即电压表的示数减小 又r2与r0并联后再与r1串联 在r0减小时 使得r2两端电压减小 r2中的电流减小 即电流表示数减小 a正确 b c d错误 6 2010 上海高考 在如图所示的闭合电路中 当滑片p向右移动时 两电表读数的变化是 a a变大 v变大b a变小 v变大c a变大 v变小d a变小 v变小 解题指南 解答本题要注意以下两点 1 部分电路的变化会影响整体 2 整体的变化又会影响局部 解析 选b 滑片p向右移动时 电阻变大 根据欧姆定律可知 电流变小 内电压减小 路端电压变大 故选项b正确 7 2009 江苏高考 在如图所示的闪光灯电路中 电源的电动势为e 电容器的电容为c 当闪光灯两端电压达到击穿电压u时 闪光灯才有电流通过并发光 正常工作时 闪光灯周期性短暂闪光 则可以判定 a 电源的电动势e一定小于击穿电压ub 电容器所带的最大电荷量一定为cec 闪光灯闪光时 电容器所带的电荷量一定增大d 在一个闪光周期内 通过电阻r的电荷量与通过闪光灯的电荷量一定相等 解析 选d 理解此电路的工作过程是解决本题的关键 电容器两端的电压与闪光灯两端的电压相等 当电源给电容器充电 达到闪光灯击穿电压u时 闪光灯被击穿 电容器放电 放电后闪光灯两端电压小于u 断路 电源再次给电容器充电 达到电压u时 闪光灯又被击穿 电容器放电 如此周期性充放电 使得闪光灯周期性短暂闪光 要使得充电后达到电压u 则电源电动势一定大于等于u a选项错误 电容器两端的最大电压为u 故电容器所带的最大电荷量为cu b选项错误 闪光灯闪光时电容器放电 所带电荷量减少 c选项错误 充电时电荷通过r 电容器通过闪光灯放电 故充放电过程中通过电阻r的电荷量与通过闪光灯的电荷量一定相等 d选项正确 误区警示 解答含容电路易产生的两个误区 1 误认为电容器两端的电压等于电源电动势 2 搞不清楚电容器何时充放电 8 2009 重庆高考 某实物投影机有10个相同的强光灯l1 l10 24v 200w 和10个相同的指示灯x1 x10 220v 2w 将其连接在220v交流电源上 电路如图 若工作一段时间后 l2灯丝烧断 则 a x1的功率减小 l1的功率增大b x1的功率增大 l1的功率增大c x2的功率增大 其他指示灯的功率减小d x2的功率减小 其他指示灯的功率增大 解析 选c 显然l1和x1并联 l2和x2并联 然后它们再串联接在220v交流电源上 l2灯丝烧断 则总电阻变大 电路中电流i减小 又l1和x1并联的电流分配关系不变 则x1和l1的电流都减小 功率都减小 同理可知除x2和l2外各灯功率都减小 a b d选项均错误 由于电流i减小 各并联部分的电压都减小 交流电源电压不变 则x2上电压增大 根据p u2 r可知x2的功率变大 c选项正确 9 2009 广东高考 如图所示 电动势为e 内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接 只合上开关s1 三个灯泡都能正常工作 如果再合上s2 则下列表述正确的是 a 电源输出功率减小b l1上消耗的功率增大c 通过r1上的电流增大d 通过r3上的电流增大 解题指南 解答本题时应注意以下三点 1 合上s2后 明确外阻的变化 进而明确干路电流的变化 2 内阻不计 电源的输出功率等于总功率p出 ei 3 根据串联 并联的规律分析支路电流的变化 解析 选c 在合上s2之前 三个灯泡都能正常工作 合上s2之后 电路中的总电阻r总减小 则i总增大 即流过r1的电流增大 由于不计内阻 电源的输出功率p出 ei总 可见电源的输出功率增大 选项a错误 r1两端的电压增大 则与其并联部分两端的电压减小 i3减小 i2减小 i1减小 可见选项b d错误 选项c正确 10 2009 广东高考 如图所示是一实验电路图 在滑动触头由a端滑向b端的过程中 下列表述正确的是 a 路端电压变小b 电流表的示数变大c 电源内阻消耗的功率变小d 电路的总电阻变大 解析 选a 当滑片向b端滑动时 接入电路中的电阻减小 使得总电阻减小 选项d错误 根据可知总电流在增加 根据闭合电路中的欧姆定律有e i总r u外 可知路端电压在减小 选项a正确 流过电流表的电流为可知电流在减小 选项b错误 根据p i总2r 可知内阻消耗的功率在增大 选项c错误 欧姆定律 闭合电路欧姆定律高考指数 11 2009 全国卷 图为测量某电源电动势和内阻时得到的u i图线 用此电源与三个阻值均为3 的电阻连接成电路 测得路端电压为4 8v 则该电路可能为 解析 选b 由测量某电源电动势和内阻时得到的u i图线可知 该电源的电动势为6v 内阻为0 5 此电源与三个均为3 的电阻连接成电路时测得路端电压为4 8v 选项a中的路端电压为4v 选项b中的路端电压为4 8v 选项b正确 选项c中的路端电压为5 7v 选项d中的路端电压为为5 4v a c d选项错误 12 2009 上海高考 如图所示电路中 r1 12 r2 6 滑动变阻器r3上标有 20 2a 字样 理想电压表的量程有0 3v和0 15v两挡 理想电流表的量程有0 0 6a和0 3a两挡 闭合电键s 将滑片p从最左端向右移动到某位置时 电压表 电流表示数分别为2 5v和0 3a 继续向右移动滑片p到另一位置 电压表指针指在满偏的1 3 电流表指针指在满偏的1 4 则此时电流表示数为 a 该电源的电动势为 v 解析 由题意当 继续向右移动滑片p到另一位置 电压表示数一定大于2 5v 电流表示数一定小于0 3a 再结合电压表指针指在满偏的1 3 电流表指针指在满偏的1 4 可知电压表的量程为0 15v 电流表的量程为0 0 6a 因此当滑片滑到下一位置时电流表的示数为 i1 0 6a 0 15a 电压表的示数为u3 15v 5v 由串 并联电路规律得 0 3 12 i2 6 得i2 0 6a 由闭合电路欧姆定律得 0 3 0 6 r 2 5 0 3 12 e 同理 0 15 12 i2 6 得i2 0 3a 由闭合电路欧姆定律 0 15 0 3 r 5 0 15 12 e 以上各式联立解得 e 7 5v 答案 0 157 5 13 2012 四川高考 四川省 十二五 水利发展规划指出 若按现有供水能力测算 我省供水缺口极大 蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一 某地要把河水抽高20m 进入蓄水池 用一台电动机通过传动效率为80 的皮带 带动效率为60 的离心水泵工作 工作电压为380v 此时输入电动机的电功率为19kw 电动机的内阻为0 4 已知水的密度为1 103kg m3 重力加速度取10m s2 求 1 电动机内阻消耗的热功率 2 将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间 不计进 出水口的水流速度 解析 1 设电动机的电功率为p 则p ui 设电动机内阻r上消耗的热功率为pr 则pr i2r 代入数据解得pr 1 103w 2 设蓄水总质量为m 抽水所用时间为t 已知抽水高度为h 容积为v 水的密度为 则m v 设质量为m的河水增加的重力势能为 ep 则 ep mgh 设电动机的输出功率为p0 则p0 p pr 根据能量守恒定律得p0t 60 80 ep 代入数据解得t 2 104s 答案 1 1 103w 2 2 104s 电流 电阻 电动势1 电流 1 电流的一层含义 大量自由电荷定向移动形成电流的现象 物体中有大量的自由电荷是形成电流的内因 电压是形成电流的外因 2 电流的另一层含义 意义 表示电流强弱的物理量 定义 通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间的比值叫电流 3 方向 规定正电荷定向运动的方向为电流方向 注意 电流是标量 4 大小 定义式 i 单位 a 微观表达式 i nqsv 决定式 i 部分电路欧姆定律 只适用于金属或电解液导电 2 电阻 1 意义 反映了导体对电流的阻碍作用 2 定义式 r 国际单位 3 决定式 电阻定律 r 取决于导体的材料 形状 温度 4 5 导体的伏安特性曲线 导体的电流随电压的变化关系曲线叫做伏安特性曲线 线性元件与非线性元件比较 注 斜率的倒数表示电阻 3 电动势 1 意义 电动势表征了电源把其他形式的能转换为电能的本领的物理量 2 大小 在数值上等于电源没有接入电路时电源两极间的电压 在数值上等于电路中通过1c的电量时电源所提供的电能 在闭合电路中等于内外电路电压之和 e u内 u外 3 决定因素 电源的电动势是由电源的本身性质决定的 与外电路无关 名师点睛 1 关于电流的几个性质 1 电流既有大小也有方向 但是标量 其运算遵守算术运算规则 2 电流的单位安培 a 是国际单位制中七个基本单位之一 3 电流的分类 方向不改变的电流叫直流电流 方向和大小都不改变的电流叫恒定电流 方向改变的电流叫交流电 2 电阻与电阻率的比较 3 电阻的决定式和定义式的比较 电功 电功率 电热1 电功 1 定义 电流流过导体时把电能转化为其他形式能的多少 2 计算式 w uit2 电功率 1 定义 单位时间内电流所做的功 表示电流做功的快慢 2 定义式 p ui 3 电热 1 定义 电流通过导体时电能转化为内能的多少 2 计算式 焦耳定律 q i2rt 3 热功率 单位时间内发热的功率 p热 i2r 4 纯电阻电路与非纯电阻电路 1 纯电阻用电器 电流通过用电器以发热为目的 例如电炉 电熨斗 电饭锅 电烙铁等 2 非纯电阻用电器 电流通过用电器是以转化为热能以外的形式的能为目的 发热不是目的 而是不可避免的热能损失 例如电动机 电解槽 给蓄电池充电 日光灯等 名师点睛 电功和电热的区别 1 在纯电阻电路中 电能全部转化为热能 电功等于电热 即 w uit i2rt 是通用的 没有区别 同理p ui i2r 也无区别 2 在非纯电阻电路中 电路消耗的电能 即w uit分为两部分 一大部分转化为其他形式的能 另一小部分不可避免地转化为电热q i2rt 这里w uit不再等于q i2rt 应该是w e其他 q 电功就只能用w uit计算 电热就只能用q i2rt计算 p电 p其他 p热即iu p其他 i2r 电阻的连接1 串联与并联 2 电压表 电流表的改装 1 电流表g 表头 表头的内阻rg 满偏电流ig 满偏电压ug三者的关系是ug igrg 2 电压表及大量程电流表的改装 状元心得 关于电阻串 并联的几个结论1 串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻 并联电路的总电阻小于电路中任意一条支路的电阻 2 串联电路中任意一个电阻变大 或变小 时 总电阻变大 或变小 并联电路中任意一个电阻变大 或变小 时 总电阻变大 或变小 3 串联电路中增加 或减少 电阻个数时 总电阻变大 或变小 并联电路中增加 或减少 支路条数 总电阻变小 或变大 4 一种典型的极值电路 如图电路所示 试讨论滑动头p由a向b滑动过程中rab怎样变化 由于故当r1 rap r2 rpb时 rab最大 即当p a b时 rab是先增大后减小 注意 上述结论成立的条件是 0 r1 r2 r3如果 1 r1 r2 r3 则当p a b时 rab将一直变小 2 r2 r1 r3 则当p a b时 rab将一直增大 闭合电路的欧姆定律1 闭合电路欧姆定律 1 内容 闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比 跟内 外电路的电阻之和成反比 2 表达式 i 电流的决定式 适用于纯电阻电路 e u ir 电压关系式 适用于任意电路 3 路端电压u与外电阻r的关系 外电路断路时 r等于无穷大 i 0 u外 e 外电路短路时 r 0 i u内 e 4 路端电压跟电流的关系 关系式 u e ir u i图象 纵轴截距为e 斜率的绝对值为r 2 电源的功率和效率 1 电源的功率 电源的总功率 pe ei 2 电源的输出功率 外电路的功率 p出 ui电源的输出功率 可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示 而当内外电阻相等时 电源的输出功率最大 为 3 电源内部消耗的功率pr i2r 4 电源的效