2019年高考物理备考优生百日闯关系列专题09恒定电流含解析.pdf
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1、专题 09 恒定电流专题 09 恒定电流 第一部分名师综述第一部分名师综述 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
2、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. 第二部分精选试题第二部分精选试题 一、单选题 1毕节,是全国唯一一个以“开发扶贫、生态建设”为主题的试验区,是国家“西电东送”的主要能源基 地。如图所示,赫章的韭菜坪建有风力发电机,风力带动叶片转动,叶片再带动转了(磁极)转动,使定子 (线圈,不计电阻)中产
3、生电流,实现风能向电能的转化。若叶片长为l,设定的额定风速为 v,空气的密度 为 ,额定风速下发电机的输出功率为 P,则风能转化为电能的效率为 ABCD 2P l2v3 6P l2v3 4P l2v3 8P l2v3 【答案】 A 【解析】 【详解】 风能转化为电能的工作原理为将风的动能转化为输出的电能,设风吹向发电机的时间为 t,则在 t 时间内吹 向发电机的风的体积为,则风的质量,因此风吹过的动能为V = vt s = vt l2M = V = vt l2 , 在此时间内发电机输出的电能, 则风能转化为电能的效率为Ek= 1 2Mv 2 = 1 2vt l 2 v 2 E = p t =
4、,故 A 正确,BCD 错误。 E Ek = 2p l2v3 2如图所示,理想变压器原线圈两端A、B接在电动势E8V、内阻r2 的交流电源上,理想变压器的 副线圈两端与滑动变阻器R相连,滑动变阻器阻值可在 010 范围内变化,变压器原、副线圈的匝数比 为 12 ,下列说法正确的是 A副线圈两端输出电压U2=16V B副线圈中的电流I22A C当电源输出功率最大时,滑动变阻器接入电路中的阻值R8 D当电源输出功率最大时,滑动变阻器接入电路中的阻值R4 【答案】 C 【解析】 【详解】 设原副线圈中的匝数分别为n1和n2,电流分别为I1和I2,电压分别为U1和U2,则有:U1=E-I1r,电阻R消
5、 耗的功率为:P=U2I2=U1I1,即为:P=(E-I1r)I1=-I12r-EI1,可见电流为:时,P有I1= E 2r = 8 2 2A = 2A 最大值,此时U1=4V,副线圈两端输出电压 U2=2U1=8V,副线圈中的电流I2 2A=1A,此时滑动变阻器接 1 2 入电路中的阻值,故 C 正确、ABD 错误。R = U2 I2 = 8 3如图所示电路,初始时滑动变阻器的滑片 恰好位于中点位置,当开关 闭合时,三个小灯泡PSL1、L2、L3 恰好都正常发光,且亮度相同,电源电动势为 ,内阻为 ,下列说法正确的是Er A三个灯泡的额定电压相同 B此时三个灯泡的电阻按从大到小排列是L2、L
6、3、L1 C当滑片 稍微向左滑动,灯和变暗,灯变亮PL1L3L2 D当滑片 稍微向右滑动,灯和变暗,灯变亮PL1L3L2 【答案】 D 【解析】 【详解】 AB由图知,变阻器 R 与 3 灯并联后与 2 灯串联,最后与 1 灯并联。三个小灯泡 L1、L2、L3都正常发光,且 亮度相同,说明额定功率相同;因灯 1 两端电压大于灯 2、3 两端电压,根据 P= U2/R 可知灯 1 的电阻最大; 对于灯 2、 3: 通过 2 的电流大于 3 的电流, 当两灯泡的功率相同时, 由公式 P=I2R 分析可知, 2 的电阻小于 3 的电阻。 可见, 1 灯电阻最大, 2 灯电阻最小。 根据 P= U2/
7、R 可知, 额定功率相等, 电阻不等, 额定电压不等, 故 AB 错误。 CD若将滑片 P 向左滑动时,变阻器在路电阻增大,外电阻增大,根据闭合电路欧姆定律得知,干路电流 I 减小,路端电压 U 增大,则 L1变亮。通过 L2电流 I2=I-I1,I 减小,I1增大,则 I2减小,故 L2变暗。L3电 压 U3=U-U2,U 增大,U2减小,则 U3增大,故 L3变亮。故 C 错误;同理当滑片 P 稍微向右滑动,灯 L1和 L3 变暗,灯 L2变亮,D 正确。 故选 D。 【点睛】 本题首先要搞清电路的连接方式,其次按“局部整体局部”的思路进行分析三个灯比较电阻的大小, 可两两进行比较,根据条
8、件关系选择恰当的公式,功率相同的条件下,已知电压的大小关系,根据公式 P=U2 /R ,比较电阻的大小;已知电流的大小关系,根据公式 P=I2R 比较电阻的大小 4如图所示,已知R1R40.5 ,r1,R26 ,R3的最大阻值为 6 。在滑动变阻器R3的滑片K 由最下端向最上端滑动过程中,下列说法不正确的是( ) A定值电阻R4的功率、电源的总功率均减小 B电源的输出功率变小 C电源的效率先增大后减小 DMN并联部分的功率先增大后减小 【答案】 C 【解析】 【分析】 在滑动变阻器 R3 的滑片 K 由最下端向最上端滑动过程中,滑动变阻器的电阻变大,总电阻变大,总电流减 小, 从而分析选项 A
9、; 当外电路电阻等于电源内阻时电源输出功率最大, 分析选项 B; 电源的效率 = IU IE = ,从而分析 C;若将 R1+R4等效为电源的内阻,则此时等效电源内阻为 r=2;因当外 U E = IR I(R + r) = 1 1 + r R 电路电阻等于电源内阻时电源输出功率最大,从而分析选项 D. 【详解】 在滑动变阻器R3的滑片K由最下端向最上端滑动过程中, 滑动变阻器的电阻变大, 总电阻变大, 总电流减小, 则根据 P4=I2R4可知定值电阻R4的功率减小,根据 P=IE 可知电源的总功率减小,选项 A 正确;因当外电路 电阻等于电源内阻时电源输出功率最大,而 R1+R4=r,则当变
10、阻器电阻变大时,外电路电阻远离电源内阻, 则电源的输出功率减小, 选项 B 正确 ; 电源的效率, 则当外电路电阻 R 变大时, = IU IE = U E = IR I(R + r) = 1 1 + r R 电源的效率变大,选项 C 错误;若将 R1+R4等效为电源的内阻,则此时等效电源内阻为 r=2;滑动变阻 器R3的滑片K由最下端向最上端滑动过程中,MN 之间的电阻从 0 增加到 3,则因当外电路电阻等于电源 内阻时电源输出功率最大,可知当 MN 之间的电阻等于 2 时,MN 之间的功率最大,则在滑动变阻器 R3的 滑片 K 由最下端向最上端滑动过程中,MN 并联部分的功率先增大后减小,
11、选项 D 正确;此题选择不正确的 选项,故选 C. 【点睛】 此题是动态电路的分析问题;关键是知道当外电路电阻等于电源内阻时电源输出功率最大,并且会将电路 进行必要的等效,再进行分析. 5某同学将一电路中电源的总功率、输出功率和电源内部发热功率随电流I变化的图线画在了同一PEPRPr 坐标上,如图所示。则该电路 () A电源的电动势,内电阻E = 3Vr = 3 B电流为 1A时,外电阻为2 Cb表示电源的输出功率,最大值为 9W D外电阻为时,电源输出功率为14.5W 【答案】 B 【解析】 【分析】 三种功率与电流的关系是 : 直流电源的总功率,内部的发热功率,输出功率,PE= EIPr=
12、 I2rPR= EI - I2r 根据数学知识选择图线。根据图线a斜率求解电源的电动势。由图读出电流时,发热功率,I = 3APr= I2r 求出电源的内阻。当电流为 1A时,结合欧姆定律求出外电阻。 【详解】 根据直流电源的总功率,内部的发热功率,输出功率,可知反映变化的图PE= EIPr= I2rPR= EI - I2rPr 线是b, 反映变化的是图线a, 反映变化的是图线c。 图线a的斜率等于电源的电动势, 由得到,PEPRE = 9 3V = 3V 内部的发热功率,内阻为,电源的最大输出功率,故A、C错误 ;Pr= I2rr = 9 32 = 1Pm= E2 4r = 32 4 1 =
13、 9 4W 当电流为 1A时,由,代入得到,故B正确。外电阻为,等于内阻时,电源输出功率最I = E R + r R = 2.1 大为故D错误。 E2 4r = 9 4W. 故选:B。 【点睛】 本题首先考查读图能力,物理上往往根据解析式来理解图象的物理意义 6在如图所示的电路中,闭合开关,将滑动变阻器的滑片向右移动一段距离,待电路稳定后,与滑片移动 前比较 A灯泡 L 变亮 B电容器 C 上的电荷量不变 C电源消耗的总功率变小 D电阻 R0两端电压变大 【答案】 C 【解析】 A、C、滑动变阻器的滑片向右移动一点,变阻器接入电路的电阻增大,外电路总电阻增大,根据闭合电路 欧姆定律分析得知,流
14、过电源的电流减小,则由知电源的总功率变小,且流过灯泡的电流减小,灯P总= EI 泡 L 亮度变暗,故 A 错误,C 正确;B、电源的路端电压U=E-Ir增大,即电容器电压增大将充电,电荷量将 增大故 B 错误D、电阻 R0 只有在电容器充放电时有短暂的电流通过,稳定状态无电流,则其两端的电 压为零不变,D 错误;C、 故 C 正确故选 C 【点睛】本题电路动态变化分析问题对于电容器,关键是分析其电压,电路稳定时,与电容器串联的电 路没有电流,电容器的电压等于这条电路两端的电压 7激光闪光灯的电路原理如图所示,电动势为 300V 的电源向电容为 6000F 的电容器 C 充电完毕后,通 过外加高
15、压击穿 “火花间隙” 间空气, 使电容器一次性向激光闪光灯放电, 提供所有能量使闪光灯发出强光, 则电容器放电过程释放的电量和通过闪光灯的电流方向为 A1.8C 向左 B1.8C 向右 C2105C 向左 D2105C 向右 【答案】 B 【解析】 【详解】 电容器充电后所储存的电量为:,Q = CU = 6000 10 - 6 300C = 1.8C 在放电过程中将所有的电量放出,所以电容器放电过程释放的电量为 1.8C 电容器充电后左极板带正电,所以在放电过程中通过闪光灯的电流方向向右, 故应选 B。 8如图是一个多用电表的简化电路图。S 为单刀多掷开关,通过操作开关,接线柱O可以接通 1
16、,也可以 接通 2、3、4、5 或 6。下列说法正确的是( ) A当开关 S 分别接 1 或 2 时,测量的是电流,其中 S 接 2 时量程较大 B当开关 S 分别接 3 或 4 时,测量的是电阻,其中A是红表笔 C当开关 S 分别接 5 或 6 时,测量的是电阻,其中A是黑表笔 D当开关 S 分别接 5 和 6 时,测量的是电压,其中 S 接 5 时量程较大 【答案】 B 【解析】 【分析】 要熟悉多用表的原理和结构,根据电表的结构选出欧姆表、电压表和电流表。 【详解】 A 项:其中 1、2 两档用来测电流,接 1 时分流电阻相对更小,故接 1 时电表的量程更大,第 1 档为大量程, 那么
17、S 接 2 时量程较小,故 A 错误; B 项:3、4 两档用来测电阻,其中黑表笔连接表内电池的正极,故 B 为黑表笔;A 与电源的负极相连,故 A 为红表笔,B 正确; C 项:当开关 S 分别接 5 或 6 时,测量的是电压,故 C 错误; D 项:要测量电压,电流表应与电阻串联,由图可知当转换开关 S 旋到位置 5、6 时;测量电压,电流表所 串联的电阻越大,所测量电压值越大,故当转换开关 S 旋到 6 的量程比旋到 5 的量程大,故 D 错误。 【点睛】 本题考查多用表的原理,应熟练掌握其测量原理,及电表的改装办法明确电流表时表头与电阻并联,电 压表时,表头与电阻串联;而欧姆表时内部要
18、接有电源。 9电动势为 E,内阻为 r 的电源与可变电阻 R1、R2、R3以及一平行板电容器连成如图所示的电路当开关 S 闭合后,两平行金属板A、B间有一带电液滴恰好处于静止状态下列说法正确的是( ) A将R1的滑片向右移动一小段距离,带电液滴将向下运动 B将R2的滑片向右移动一小段距离,电容器两极板的电荷量将增加 C增大电容器两板间的距离,电容器两极板的电荷量将增加 D减小R3的阻值,R2两端的电压的变化量小于R3两端的电压的变化量 【答案】 D 【解析】 A、将R1的滑片向右移动一小段距离,电容器两端电压与R3两端电压相等,保持不变,故液滴受到的电场 力不变,那么,液滴受力不变,仍保持静止
19、,故 A 错误;B、将R2的滑片向右移动一小段距离,那么,接入 电路的电阻增大,故电流减小,所以,R3两端电压减小,即电容器两极板电压减小,故电荷量Q=CU减小, 故 B 错误 ; C、增大电容器两板间的距离,电容器两极板的电压不变,电容器电容减小,那么电荷C = r s 4kd 量Q=CU减小,故 C 错误;D、减小R3的阻值,电路电阻减小,电流增大,故内压降增大;那么R2两端的电 压的变化量+r上电压的变化量=R3两端的电压的变化量,所以R2两端的电压的变化量小于R3两端的电压的 变化量,故 D 正确;故选 D。 【点睛】电路问题一般先根据电路变化得到总电阻变化,从而由欧姆定律得到总电流的
20、变化,即可由欧姆 定律得到电压的变化,从而得到支路电流的变化。 10 如图所示的电路中, 闭合开关后各元件处于正常工作状态, 当某灯泡突然出现故障时, 电流表读数变小, 电压表读数变大下列关于故障原因或故障后其他物理量的变化情况的说法中正确的是( ) AL1灯丝突然短路 BL2灯丝突然烧断 C电源的输出功率一定变小 D电容器C上电荷量减少 【答案】 B 【解析】 安培表在干路上, 读数变小, 说明总电阻变大, A、 L1灯丝突然短路, 总电阻减小, 电流表读数变大, A 错误;B、 L2 灯丝突然烧断,总电阻增大,电流表读数变小,电压表读数变大,B 正确,C、电源的输出功率P=UI,电压 增大
21、而电流减小,输出功率不一定变小,C 错误;D、电流表读数变小,灯泡 1 的分压减小,并联支路的电 压增大,电容器两端的电压增大,根据Q=CU知电容器的带电量增大,D 错误,故选 B. 【点睛】本题考查了电路的动态分析,方法是 : 先从支路的变化,分析总电流和路端电压的变化,再到支路, 分析各用电器的电压和电流的变化关系 二、多选题 112015 年 8 月,河南等地出现 39以上的高温,为了解暑,人们用电扇降温如图所示为降温所用的一 个小型电风扇电路简图,其中理想变压器的原、副线圈的匝数比为 n :1,原线圈接电压为 U 的交流电源, 输出端接有一只电阻为 R 的灯泡和风扇电动机 D,电动机线
22、圈电阻为 r接通电源后,电风扇正常运转,测 出通过风扇电动机的电流为 I,则下列说法正确的是() A风扇电动机 D 两端的电压为Ir B理想变压器的输入功率为 UI n U2 n2R C风扇电动机 D 输出的机械功率为 I2r UI n D若电风扇由于机械故障被卡住,则通过原线圈的电流为 U(Rr) n2Rr 【答案】 BCD 【解析】 【分析】 电压比等于匝数之比,电动机为非纯电阻器件,风扇消耗的功率为内阻消耗+输出的机械功率,被卡住后相 当于纯电阻 【详解】 由变压器的原理可知,风扇电动机 D 两端的电压为 U/n,因为电风扇中含有线圈,故不能利用欧姆定律求电 压,A 错误;由变压器功率特
23、点可知,理想变压器的输入功率等于输出功率为,BP2= U2I + U22 R = UI n + U2 n2R 正确;风扇电动机 D 输出的机械功率为,C 正确;因为副线圈两端的电压为 U/n,若电U2I - I2r = UI n - I2r 风扇由于机械故障被卡住,则副线圈回路可视为纯电阻电路,该回路的等效电阻为,所以副线圈中的电 Rr R + r 流为,通过原线圈的电流为,D 正确;故选 BCD。 U(R + r) nRr U(R + r) n2Rr 12 如图所示, 滑动变阻器的总阻值当滑动变阻器的触头位于它的中点时, 电压表的读数为U,R0 R1 0. 电流表的读数为I,则滑动变阻器的触
24、头继续向上移动的过程中 () A电压表的读数总小于U B电压表的读数先增大后减小 C电流表的读数总大于I D电流表的读数先增大后减小 【答案】 BC 【解析】 【分析】 由滑片的移动可知滑动变阻器接入电阻的变化,则由闭合电路欧姆定律可得出电路中总电流的变化,同时 可得出内阻及路端电压的变化,则可得出电压表示数的变化。 【详解】 滑动变阻器的触头向上移动的过程中,因,先简化电路,除去两电表,相当于两个电阻并联后R0 R1 0 与串联,滑动变阻器位于中点时,上、下两并联支路电阻不等,滑动触头移到两支路电阻相等时,总电阻R2 最大,总电流最小,不难看出电压表的示度先增大后减小。 将整个过程分为两阶段
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