2023高中物理步步高大一轮 第九章 第1讲　电路的基本概念及电路分析

1、考查内容自主命题卷全国卷考情分析闭合电路欧姆定律及其应用2020北京卷T122020江苏卷T6含容电路的电流和电压2020全国卷T17电阻定律2020浙江1月选考T6含电动机的电路2019浙江4月选考T8测电阻类实验2021山东卷T142021浙江6月选考T182021广东卷T122021北京卷T162018全国卷T232018全国卷T232020全国卷T22测量电源的电动势和内电阻2021天津卷T102021湖南卷T122020山东卷T142020浙江7月选考T182021全国乙卷T23电表改装及多用电表2021辽宁卷T122018全国卷T222019全国卷T232019全国卷T23传感器及

2、其他创新实验2019全国卷T23试题情境生活实践类在日常生产生活和科技方面的主要试题情境有家用电器、电表的原理与应用等，涉及这类情境的题目往往考查纯电阻电路和非纯电阻电路的分析与计算、串并联电路的规律与应用、电路故障的分析与判断等学习探究类学习探究类涉及的主要试题情境是电学实验问题，包括实验原理的创新、实验器材的选择、实验电路的设计、实验数据的处理和实验误差的分析等问题第1讲电路的基本概念及电路分析目标要求1.了解电流的定义及Ieq f(q,t)，会推导电流的微观表达式.2.理解电阻的概念，掌握电阻定律.3.理解欧姆定律并学会应用欧姆定律分析问题.4.理解电功、电功率、焦耳定律，会区分纯电阻电

3、路和非纯电阻电路的特点考点一电流的概念及表达式1电流电荷的定向移动形成电流，Ieq f(q,t).2电流形成的条件：导体中有自由电荷；导体两端存在电压3电流的标矢性：电流是标量，但有方向，正电荷定向移动的方向规定为电流的方向1由Ieq f(q,t)可知，I与q成正比，与t成反比()2虽然电流有方向，但电流为标量()3电荷定向移动产生电流，所以，电荷的移动速率就是电流的传导速率()电流的三种表达式及其比较公式适用范围字母含义公式含义Ieq f(q,t)一切电路q为时间t内通过导体横截面的电荷量eq f(q,t)反映了I的大小，但不能说Iq、Ieq f(1,t)InqSv一切电路n：导体单位体积内

4、的自由电荷数q：每个自由电荷的电荷量S：导体横截面积v：电荷定向移动速率从微观上看n、q、S、v决定了I的大小Ieq f(U,R)金属、电解液U：导体两端的电压R：导体本身的电阻I由U、R决定，IU、Ieq f(1,R) 考向1公式Iq/t的应用例1安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流，设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，关于该环形电流的说法中正确的是()A电流大小为eq f(ve,2r)，电流方向为顺时针B电流大小为eq f(ve,r)，电流方向为顺时针C电流大小为eq f(ve,2r)，电流方向为逆时针D电流大小为e

5、q f(ve,r)，电流方向为逆时针答案C解析电子做圆周运动的周期Teq f(2r,v)，由Ieq f(e,T)得Ieq f(ve,2r)，电流的方向与电子运动方向相反，故为逆时针 考向2电流的微观表达式例2(2022四川省仪陇宏德中学高三模拟)如图所示，一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为，棒内单位体积自由电子数为n，自由电子的质量为m、电荷量为e.在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向移动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为()A.eq f(mv2,2eL) B.eq f(mv2Sn,e) Cnev D.eq f(ev,SL)答案C解析由电流定义式可知：I

6、eq f(q,t)eq f(nvtSe,t)neSv.由欧姆定律可得：UIRneSveq f(L,S)neLv，又Eeq f(U,L)，故Enev，选项C正确考点二欧姆定律及电阻定律1部分电路欧姆定律(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比(2)表达式：Ieq f(U,R).(3)适用范围：金属导电和电解质溶液导电，不适用于气态导体或半导体元件(4)导体的伏安特性曲线(IU图线)(如图)比较电阻的大小：图线的斜率keq f(I,U)eq f(1,R)，图中R1R2(选填“”“bc)的导体，将其中的两个对立面接入电路中时，最大的电阻为R，则最小的电阻为()A.eq f(

7、c2R,a2) B.eq f(c2R,ab)C.eq f(a2R,bc) DR答案A解析根据电阻定律Req f(l,S)，可得最大电阻Req f(a,bc)，最小电阻Req f(c,ab)，故Req f(c2R,a2)，故选A.考点三电路的串联、并联串、并联电路的特点串联电路并联电路电流II1I2InII1I2In电压UU1U2UnUU1U2Un电阻RR1R2Rneq f(1,R)eq f(1,R1)eq f(1,R2)eq f(1,Rn)功率分配eq f(P1,R1)eq f(P2,R2)eq f(Pn,Rn)P1R1P2R2PnRnP总P1P2Pn1串联电路的总电阻一定大于其中任一部分电路

8、的电阻()2并联电路的总电阻一定大于其中某一支路的电阻()3串联电路中，其中一个电阻增大，总电阻增大，并联电路中某一电阻增大，总电阻减小()例5如图为某控制电路的一部分，已知AA的输入电压为24 V，如果电阻R6 k，R16 k，R23 k，则BB不可能输出的电压是()A12 V B8 VC6 V D3 V答案D解析若两开关都闭合，则电阻R1和R2并联，再和R串联，UBB为并联电路两端电压，R并eq f(R1R2,R1R2)，UBBeq f(R并,R并R)UAA6 V；若S1闭合，S2断开，则R1和R串联，UBBeq f(R1,R1R)UAA12 V；若S2闭合，S1断开，则R2和R串联，UB

9、Beq f(R2,R2R)UAA8 V；若两者都断开，则电路断路，UBB24 V，故D项不可能考点四电功、电功率电热、热功率1电功(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做的功(2)公式：WqUIUt(适用于任何电路)(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程2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)公式：Peq f(W,t)IU(适用于任何电路)3焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比(2)公式：QI2Rt(适用于任何电路)1公式WUIteq f(U2,R)tI2Rt适用于所有电路()2在非纯电阻电路

10、中，PUII2RP其他()3焦耳定律只适用于纯电阻电路，不适用于非纯电阻电路()电功率PIU和热功率PI2R的比较1不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电流的电功率均为P电UI，热功率均为P热I2R.只有在纯电阻电路中P电P热，IUI2Req f(U2,R)才成立2对于非纯电阻电路：P电P热P其他，即IUI2RP其他，Ieq f(U,R)(欧姆定律不适用) 考向1纯电阻电路中的功率例6如图所示，当AB间加上电压时，R1、R2、R3三个电阻上消耗的功率相等，则三电阻的阻值之比R1R2R3为()A114 B111C112 D221答案A解析因R1和R2串联，电流相等，且消耗的功率相等，根据PI2R可

11、知R1R2；因并联支路电压相等，上面支路的功率等于R3功率的2倍，根据Peq f(U2,R)可知，R32(R1R2)4R1，即R1R2R3114，选项A正确 考向2非纯电阻电路中的功和功率例7(2022福建莆田市第二十四中学高三月考)如图甲所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图乙所示在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为R，则时间t内()A充电宝输出的电功率为UII2RB充电宝产生的热功率为I2RC手机电池产生的焦耳热为eq f(U2,R)tD手机电池储存的化学能为UItI2Rt答案D解析充电宝的输出电压为U、输出电流为I，所以

12、充电宝输出的电功率为PUI，A错误；手机电池充电电流为I，所以手机电池产生的热功率为PRI2R，而充电宝的热功率应为充电宝的总功率减去输出功率，根据题目信息无法求解，B错误；由于手机电池是非纯电阻，所以不能用eq f(U2,R)t计算手机电池产生的焦耳热，手机电池产生的焦耳热为I2Rt，C错误；充电宝输出的电能一部分转化为手机电池的化学能，一部分转化为手机电池的内能，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能WUItI2Rt，故D正确例8一台小型电动机在3 V电压下工作，用此电动机提升重力为4 N的物体时，通过它的电流是0.2 A在30 s内可使该物体被匀速提升3 m若不计一切摩擦和阻力，求：

13、(1)电动机的输入功率；(2)在提升重物的30 s内，电动机线圈所产生的热量；(3)电动机线圈的电阻答案(1)0.6 W(2)6 J(3)5 解析(1)电动机的输入功率为P入UI30.2 W0.6 W(2)物体被匀速提升的速度veq f(x,t)eq f(3,30) m/s0.1 m/s电动机提升物体的机械功率P机Fvmgv0.4 W根据能量关系有P入P机PQ产生的热功率PQP入P机(0.60.4) W0.2 W产生热量QPQt0.230 J6 J(3)由焦耳定律得QI2Rt电动机线圈电阻R5 .课时精练1(2022上海市徐汇区模拟)一定值电阻两端加上某一稳定电压，经一段时间通过该电阻的电荷量

14、为0.2 C，消耗的电能为0.6 J为在相同时间内使通过该电阻的电荷量为0.6 C，则在其两端需加的电压为()A1 V B3 VC6 V D9 V答案D解析设开始电阻两端电压为U，则有Ueq f(E,q)eq f(0.6,0.2) V3 V，根据qIt可知，为在相同时间内使通过该电阻的电荷量为0.6 C，增大为原来的3倍，则电流增大为原来的3倍，根据欧姆定律UIR，可知相同电阻，其电压与电流成正比，则在其两端需加的电压为9 V.2(多选)两个电阻R1、R2的伏安特性曲线如图所示，由图可知()AR1的电阻R1tan 45 1 BR1为线性元件，R2为非线性元件CR2的电阻随电压的增大而减小D当U

15、1 V时，R2的电阻等于R1的电阻答案BD解析R1的电阻R1eq f(U,I)eq f(1,0.5) 2 ，选项A错误；R1为线性元件，R2为非线性元件，选项B正确；R2的图线上各点的横坐标U与纵坐标I的比值随电压的增大而增大，则R2的电阻随电压的增大而增大，选项C错误；当U1 V时，R2的电阻等于R1的电阻，均等于2 ，选项D正确3(多选)离地面高度5.0104 m以下的大气层可视为电阻率较大的漏电介质，假设由于雷暴对大气层的“电击”，使得离地面高度5.0104 m处的大气层与带负电的地球表面之间形成稳定的电场，其电势差约为3105 V已知，雷暴每秒钟给地球充电的电荷量约为1.8103 C，

16、地球表面积近似为5.01014 m2，则()A该大气层的等效电阻约为600 B该大气层的平均漏电电流约为1.8103 AC该大气层的平均电阻率约为1.71012 mD该大气层的平均电阻率约为1.7108 m答案BC解析该大气层的平均漏电电流约为Ieq f(q,t)eq f(1.8103,1) A1.8103 A，该大气层的等效电阻为Req f(U,I)eq f(3105,1.8103) 167 ，故A错误，B正确；根据Req f(l,S)可得，该大气层的平均电阻率约为eq f(RS,l)eq f(1675.01014,5.0104) m1.71012 m，故C正确，D错误4电阻R1、R2的IU

17、图像如图所示，则下列说法正确的是()AR1R231B将R1与R2串联后接于电源上，则电压比U1U213C将R1与R2并联后接于电源上，则电流比I1I213D将R1与R2并联后接于电源上，则功率比P1P213答案B解析由题图可知，当I1 A时，U11 V，U23 V，所以R1eq f(U1,I)1 ，R2eq f(U2,I)3 ，则R1R213，A错误；R1与R2串联时U1U2R1R213，B正确；R1与R2并联时I1I2R2R131，P1P2R2R131，C、D错误5某直流电动机，线圈电阻是0.5 ，当它两端所加的电压为6 V时，通过电动机的电流为2 A由此可知()A电动机发热的功率为72 W

18、B电动机消耗的电功率为72 WC电动机输出的机械功率为10 WD电动机的工作效率为20%答案C解析电动机消耗的电功率为PUI62 W12 W，故B错误；发热功率为P热I2R220.5 W2 W，故A错误；根据能量守恒定律，其输出的机械功率为P出PP热12 W2 W10 W，故C正确；电动机的工作效率为eq f(P出,P)100%83.3%，故D错误6(2020全国卷17)图(a)所示的电路中，K与L间接一智能电源，用以控制电容器C两端的电压UC.如果UC随时间t的变化如图(b)所示，则下列描述电阻R两端电压UR随时间t变化的图像中，正确的是()答案A解析电阻R两端的电压URIR，其中I为线路上

19、的充电电流或放电电流对电容器，QCUC，而Ieq f(Q,t)Ceq f(UC,t)，由UCt图像知：12 s内，电容器充电，令I充I；23 s内，电容器电压不变，则电路中电流为0；35 s内，电容器放电，则I放eq f(I,2)，I充与I放方向相反，结合URIR可知，电阻R两端的电压随时间的变化图像与A对应7如图所示，同种材料制成的厚度相同的长方体合金块A和B，上表面为正方形，边长之比21.A、B分别与同一电源相连，电源内阻忽略不计，则()A通过A、B的电流之比为21B通过A、B的电流之比为12CA、B中自由电荷定向移动速率之比为21DA、B中自由电荷定向移动速率之比为12答案D解析设正方形

20、边长为L，厚度为d，则Req f(L,Ld)eq f(,d)，可知RARB，与同一电源相连时，通过A、B的电流之比为11，A、B错误；根据IneSv，因SASB21，则vAvB12，C错误，D正确8(2022湖北恩施市模拟)如图所示为示波器衰减电路的示意图，ab之间为信号电压的输入端，cd为衰减电路的输出端，P是和衰减旋钮固连在一起的开关，R1、R2、R3、R4为四个定值电阻，当P接通1时电压没有被衰减，当P分别接通2、3、4时电压被衰减10倍、100倍、1 000倍(即输出电压变为输入电压的0.1、0.01、0.001)，若某个示波器的衰减电路中，R41 ，不计导线电阻，则其他电阻的阻值分别

21、为()AR1900 ，R290 ，R39 BR1999 ，R299 ，R39 CR110 ，R2100 ，R31 000 DR11 000 ，R2100 ，R310 答案A解析当P接通4时，输出电压变为输入电压的0.001，即eq f(R4,R1R2R3R4)eq f(1,1 000)，解得R1R2R3999 ，只有A满足要求，当P接通3时，输出电压变为输入电压的0.01，即eq f(R3R4,R1R2R3R4)eq f(1,100)，当P接通2时，输出电压变为输入电压的0.1，即eq f(R2R3R4,R1R2R3R4)eq f(1,10)，A均满足要求，故A正确，B、C、D错误9一根横截面

22、积为S的铜导线，通过电流为I.已知铜的密度为，铜的摩尔质量为M，电子电荷量为e，阿伏加德罗常数为NA，设每个铜原子只提供一个自由电子，则铜导线中自由电子定向移动速率为()A.eq f(MI,NASe) B.eq f(MINA,Se)C.eq f(INA,MSe) D.eq f(INASe,M)答案A解析设自由电子定向移动的速率为v，导线中自由电子从一端定向移动到另一端所用时间为t，对铜导线研究，每个铜原子可提供一个自由电子，则铜原子数目与自由电子的总数相等，为neq f(Svt,M)NA，t时间内通过导线横截面的电荷量为qne，则电流大小为Ieq f(q,t)eq f(SveNA,M)，得 veq f(MI,NASe)，故B、C、D错误，A正确10.两根材料相同的均匀导线x和y，其中，x长为l，y长为2l，串联在电路上时沿长度方向的电势随位置的变化规律如图所示，那么，x和y两导线的电阻和横截面积之比分别为()A3116 B2316C3215 D3151答案A解析由题图可知导线x两端的电压U16 V，导线y两端的电压U22 V，由串联电路特点可知x和y两导线的电阻之比为R1R2U1U231，故B、C错误；由Req f(l,S)可知x和y两导线的横截面积之比S1S216，故A正确，D错误11.如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图电动