2019年高考物理备考中等生百日捷进提升系列专题09恒定电流含解.docx
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1、试题为word版 下载可打印编辑专题09 恒定电流第一部分名师综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
2、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
3、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QI2Rt.(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QI2Rt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
4、,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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、,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.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
10、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).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
11、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.第四部分基础练+测一、单选题1如图所示,R1和R2是同种材料、厚度相同、上下表面为正方形的金属导体,但 R1的尺寸比R2的尺寸大。将两导体同时放置在同一匀强磁场B中,磁场方向垂直于两导体正方形表面,在两导体上加相同的电压,
12、形成图所示方向的电流;电子由于定向移动,会在垂直于电流方向受到洛伦兹力作用,从而产生霍尔电压,当电流和霍尔电压达到稳定时,下列说法中正确的是()AR1中的电流大于R2中的电流BR1 中的电流小于R2中的电流CR1 中产生的霍尔电压小于R2中产生的霍尔电压DR1中产生的霍尔电压等于R2中产生的霍尔电压【答案】 D【解析】【详解】AB电阻R=LS,设正方形金属导体边长为a,厚度为b,则R=aab=b,则R1=R2,在两导体上加上相同电压,则R1中的电流等于R2中的电流,故AB错误。CD根据电场力与洛伦兹力平衡,则有evB=eUHa,解得:UH=Bav=BaIneab=1neBIb,则有R1中产生的
13、霍尔电压等于R2中产生的霍尔电压,故C错误,D正确。2如图所示电路中,电源内阻为r,电流表A和电压表V均为理想电表。平行板电容器C内部有一个用绝缘细线悬挂的带电小球,稳定时细线偏离竖直方向一个小角度,当滑动变阻器滑片P从右端向左端滑动的过程中,下列说法正确的是A电流表示数增大B电压表示数增大C细线与竖直方向的偏角减小D滑片P移动中可能有两个位置使电源输出功率相等【答案】 D【解析】【详解】AB、当滑动变阻器的触头P从右端滑至左端的过程中,变阻器接入电路的电阻减小,滑动变阻器与灯L并联的电阻减小,外电路总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律分析得知,电路中总电流I增大,路端电压减小,则电压表V的示数减
14、小,滑动变阻器与灯L并联的电压U并=E-I(R0+r)减小,通过灯L的电流减小,电流表示数减小,故A、B错误;C、电容器C的电压UC=IR0,I增大,UC增大,根据E=UCd和F=qE可电场力增大,根据平衡条件可知线与竖直方向的偏角增大,故C错误;D、若电源内阻的阻值大于电阻R0的阻值,当滑动变阻器的触头P从右端滑至左端的过程中,可能会外电阻先大于电源内阻后小于电源内阻,则有电源输出功率先增大后减小,所以滑片P移动中可能有两个位置使电源输出功率相等,故D正确;故选D。3某同学设计了一个加速度计,如图所示。电池电动势均恒为E,内阻不计,滑动变阻器阻值均匀,总电阻为R,总长度为L,滑块2质量为m,
15、轻质滑动片4与电阻接触良好。轻质弹簧3的弹劲度系数均为k,按图连接电路后,电压表指针的零点调到中央,此时弹簧恰处在原长位置,滑动片4恰好在电阻中间位置。当P端的电势高于Q端时,指针向零点右侧偏转A当物体向右加速时,电压表的指针向右偏转B当物体向左减速时,电压表的指针向右偏转C当电压表的读数大小为U时,弹簧形变量均为x=ULED当电压表的读数大小为U时,物体加速的大小为a=kULmE【答案】 D【解析】【详解】当滑片在中点时:UP-UQ=E-IR右=0,当物体向右加速时,R右变大,I不变,则UPUQ,则电压表的指针向左偏转;同理当物体向左减速时,电压表的指针向左偏,选项AB错误;设滑动变阻器总长
16、度为L,振子偏离中间位置x距离时,电压表的示数为U,由牛顿第二定律得2kx=ma;设电阻器单位长度的电阻为r,则电路中的电流为I=2ER=2ELr;电压表的示数为 U=Ixr;由以上各式解得:x=UL2E,a=kULmE,则选项C错误,D正确;故选D.4用多用电表探测图甲所示的黑箱发现:用直流电压挡测量,E、G 两点间和 F、G 两点间均有电压,E、F 两点间无电压;用欧姆表测量,黑表笔(与电表内部电源的正极相连)接 E 点,红表笔(与电表内部电源的负极相连)接 F 点,阻值很小,但反接阻值很大那么该黑箱内元件的接法可能是()ABC【答案】 B【解析】【详解】用直流电压挡测量,E、G两点间和F
17、、G两点间均有电压,说明E、G与F、G间可能有电源存在;用欧姆档测量,因电流从黑表笔出来通过导体再从红表笔进入欧姆表,故若黑表笔接E点红表笔接F点时电阻小,说明电流容易从E通过导体,若黑表笔接F点红表笔接E点时电阻很大,说明电流不能从F通过,这就说明E、F间有二级管且E是正极,故该黑箱内元件的接法为B,故选项B正确,AC错误。5如图所示电路,电表都是理想电表,R2=r当闭合开关 S,触片 P 向左滑动过程中,四块电表的读数均发生变化,设在滑动过程中 A1、A2、V1、V2在同一时刻的读数分别是 I1、I2、U1、U2;电表示数的变化量的绝对值分别是I1、I2、U1、U2,那么下列说法正确的是(
18、)AI1减小,I2增大BU1增大,U2减小CU2I2为定值、U1I2增大D电源的输出功率在减小,效率在降低【答案】 B【解析】【详解】A、当触片P向左滑动过程中,导致电阻变大,则总电阻变大,总电流变小,即I2减小,因内电压变小,那么外电压增大,由于电阻R2电压减小,即V2示数U2减小,则V1的示数U1增大,因此通过电阻R0的电流在增大,则流过I1的电流在减小,故A错误,B正确;C、由图可知U1I2=R2+r,U2I2=R2均为定值,故C错误;D、根据推论:外电阻等于电源的内阻时,电源的输出功率最大,由题意,开始时外电阻大于电源内阻,则当变阻器的滑动触头P向左移动时,外电路总电阻增大,电源输出的
19、电功率减小,而电源的供电效率=UIEI=UE,外电阻增大,路端电压U增大,电源的供电效率提高,故D错误。6某同学将一直流电源的总功率 PE、输出功率 PR和电源内部的发热功率 Pr随电流 I 变化的图线画在了同一坐标系中,如图中的 a、b、c 所示。下列说法中错误的是()A直线 a 表示电源的总功率 PEI 图线B曲线 c 表示电源的输出功率 PRI 图线C电源的电动势 E=3V,内阻 r=1D电源的最大输出功率 Pm=2W【答案】 D【解析】【详解】A、由电源总功率和电源内阻消耗功率表达式PE=EI,Pr=I2r,可知,a是直线,表示的是电源的总电功率,b是抛物线,表示的是电源内电阻上消耗的
20、功率,c表示外电阻的功率即为电源的输出功率PR,所以AB正确;C、由图可知,当短路时,电流为3A,总功率PE=9W,则由PE=EI可知电动势为E=3V,内阻为r=33=1,故C正确;D、当内电阻和外电阻相等时,电源输出的功率最大,此时即为b、c线的交点时的电流,此时电流的大小为ER+r=E2r,功率的大小为P=E24r=3241W=2.25W,故选项D错误。7“电子眼”又称“电子警察”,是“智能交通违章监摄管理系统”的俗称。某种“电子眼”采用硅光电池供电,其原理如图所示,a、b是硅光电池的两个电极,P、N是两块硅半导体,E区是两块半导体自发形成的匀强电场区,P的上表面镀有一层增透膜,光照射到半
21、导体P上,使P内受束缚的电子成为自由电子(不计重力),自由电子经E区匀强电场从P区向N区的电场力作用后到达半导体N,从而产生电动势,形成电流。下列说法正确的是Ab电极为硅光电池的正极BE区匀强电场的电场强度方向由N指向PC硅光电池内部的电流方向由P指向ND若将硅光电池移至光照较强处,则其产生的电动势变小【答案】 B【解析】【分析】根据负电荷的电场力从而确定电场强度的方向,由电流的方向与负电荷的运动方向相反,可确定电源的内部电流方向【详解】A.B.C、根据题意,E区电场能使P逸出的自由电子向N运动,因负电荷受到的电场力与电场方向相反,所以电场方向由N指向P,由于电流的方向与负电荷的运动方向相反,
22、所以电源内部的电流方向由N指向P,则可知,a为电源的正极;故AC错误,B 正确;D、将硅光电池移至光照较强处,P内受束缚的电子成为自由电子变多,转化的光能变多,产生的电动势变大。故D错误。【点睛】本题考查根据电荷的电场力的方向来确定电场强度的方向,并掌握电流的方向与负电荷的运动方向关系,同时理解电源内部的电流的方向8自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的,很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献,下列说法错误的是()A奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系B欧姆发现了欧姆定律,说明了热现象和电现象之间存在联系C法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系D焦耳发
23、现了电流的热效应,定量得出了电能和热能之间的转换关系【答案】 B【解析】【分析】根据物理学史和常识解答,记住著名物理学家的主要贡献即可.【详解】A、奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系,故A正确;B、D、欧姆发现了欧姆定律,说明了流过导体的电流与导体两端的电压、导体的电阻之间的联系;焦耳发现了焦耳定律,说明了热现象和电现象之间存在联系。故B错误,D正确;C、法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系,故C正确;此题选择不正确的故选B.【点睛】本题考查物理学史,是常识性问题,对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆,这也是考试内容之一.9如图所示,电源电动
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