2019年高考物理備考 中等生百日捷進提升系列 專題09 恒定電流（含解析）.docx

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專題09 恒定電流第一部分名師綜述電路的分析與計算是本章的重點內(nèi)容.電路的分析與計算、電路基本概念的理解以及基本規(guī)律的掌握情況，是近幾年高考考查的重點，因此要求在熟練掌握串、并聯(lián)電路特點的基礎(chǔ)上，進一步掌握閉合電路歐姆定律的應(yīng)用問題、動態(tài)分析問題、故障判斷問題以及含電容電路問題的處理方法，同時要注意電路中的理想電表與非理想電表處理方法的不同，熟練掌握電路的簡化方法.恒定電流主要考查以電路為核心的三部分內(nèi)容:一是以部分電路的歐姆定律為中心,考查直流電路的基本概念、伏安法測電阻、電功和電熱等問題;二是以閉合電路的歐姆定律為中心,考查電源的作用、閉合電路的功率分配和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系、電路的路端電壓與電源電動勢和內(nèi)陰天的關(guān)系;三是以電路中的電工儀表的使用為中心,考查電學(xué)實驗中儀器的選取、電表的讀數(shù)、實物連接、數(shù)據(jù)處理和誤差分析等問題.尤其是電學(xué)知識聯(lián)系實際的問題和探究實驗問題是近幾年高考考查的熱點. 歐姆定律、焦耳定律往往與電磁感應(yīng)現(xiàn)象相交叉滲透；電功率、焦耳熱計算往往與現(xiàn)實生活聯(lián)系較密切，是應(yīng)用型、能力型題目的重要內(nèi)容之一，也是高考命題熱點內(nèi)容之一。歷屆高考命題形式一是以選擇、填空方式考查知識；二是與靜電、磁場和電磁感應(yīng)結(jié)合的綜合題，值得說明的是，近年來高考在對本章的考查中，似乎更熱衷于電路的故障分析.這類題通常都來自生活實際，是學(xué)生應(yīng)具備的基本技能.尤其引人關(guān)注的是電路實驗有成為必考題的趨勢.第二部分知識背一背1電功和電熱電功WqUUIt；電熱QI2Rt.（1）對純電阻電路，電功等于電熱，即電流流經(jīng)純電阻電路，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以WQUItI 2Rtt.（2）對非純電阻電路（如電動機和電解槽），電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能（如機械能或化學(xué)能等），所以電功必然大于電熱，即WQ，這時電功只能用WUIt計算，電熱只能用QI2Rt計算，兩式不能通用2閉合電路歐姆定律表達(dá)形式：EU外U內(nèi)；I（I、R間關(guān)系）；UEIr（U、I間關(guān)系）；UE（U、R間關(guān)系）注意：當(dāng)外電路斷開時（I0），路端電壓U等于電動勢E.若用理想電壓表測量，則讀數(shù)等于電動勢，在進行斷路故障分析時，常用此結(jié)論進行判斷，即何處斷路，何處兩端電壓等于電動勢但用電壓表直接測量時，讀數(shù)卻略小于電動勢（因為有微弱電流流過電源而產(chǎn)生內(nèi)壓降）當(dāng)外電路短路時（R0，因而U外0），電流最大，為Im（不允許出現(xiàn)這種情況，因為這會把電源燒壞）3電源的功率與效率（1）電源的功率P：也稱電源的總功率，是電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率，計算式為：PIE（普遍適用）；PI2（Rr）（只適用于外電路為純電阻的電路）（2）電源內(nèi)阻消耗功率P內(nèi)：是電源內(nèi)阻的熱功率，也稱電源的損耗功率，計算式為：P內(nèi)I2r.（3）電源的輸出功率P外：是外電路上消耗的功率，計算式為：P外IU外（普遍適用）；P外I2R（只適用于外電路為純電阻的電路）（4）電源的效率：.（5）電源的輸出功率（P外）與外電阻R的關(guān)系：P外與R的關(guān)系圖象如圖所示：由圖可以看出：當(dāng)Rr時，電源的輸出功率最大，Pm，此時電源效率50%.當(dāng)Rr時，隨著R的增大輸出功率越來越小當(dāng)Rr時，隨著R的增大輸出功率越來越大當(dāng)R由小于r增大到大于r時，隨著R的增大輸出功率先增大后減?。ǚ菃握{(diào)變化）4含容電路的分析技巧電容器兩極板間的電壓等于與電容器并聯(lián)的電阻兩端的電壓，與電容器串聯(lián)的電阻兩端的電壓一定為零（有阻無流，則無電壓）第三部分技能+方法一、直流電路動態(tài)分析1引起電路特征發(fā)生變化的主要原因有：滑動變阻器滑片滑動，使電路的電阻發(fā)生變化；開關(guān)的閉合、斷開或換向（雙擲開關(guān)）使電路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；電路發(fā)生短路和斷路（電路故障）2電路動態(tài)變化問題的分析思路當(dāng)電路中某處的電阻發(fā)生變化時，先由局部電阻的變化推出外電路電阻R外的變化，再由閉合電路的歐姆定律I總和U端EI總r討論干路電流I總的變化和路端電壓U端的變化，最后分析對其他部分電路產(chǎn)生的影響，從而分別確定各元件上其他量的變化情況（使用的公式是部分電路歐姆定律、電路中各元件上的電壓關(guān)系和電流關(guān)系等）注意：電路的總電阻總是隨其中任一電阻的增大而增大，隨任一電阻的減小而減?。浑娮璨⒙?lián)的數(shù)目越多，總阻值越??；從電路分析角度看，斷路可認(rèn)為是電路中某處電阻增大到無窮大，短路可認(rèn)為是電路某處電阻減小到零，因此電路故障問題可以視為特殊的動態(tài)分析問題；對電路進行簡化時，電壓表和電容器視為斷路，電流表視為短路；電容器是一個儲存電能的元件，在直流電路中，當(dāng)電容器充、放電時，其所在電路中有充、放電電流，電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，電容器就相當(dāng)于一個阻值無窮大的電阻，則電容器所在電路處可視為斷路分析計算含有電容器的直流電路時應(yīng)注意：電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，在此支路的電阻沒有電壓降，因此電容器兩極間的電壓就等于該支路兩端的電壓電路中的電流、電壓變化時，將會引起電容器充（放）電二、與電功、電功率、電熱相關(guān)問題的綜合分析純電阻電路中，電功率等于熱功率；非純電阻電路中，電功率只有一部分轉(zhuǎn)化成熱功率純電阻電路中只有電阻元件，如電熨斗、電爐、白熾燈等；非純電阻電路中常含有電動機、電解槽等三、含容電路問題的綜合分析電容器是一個儲存電能的元件.在直流電路中,當(dāng)電容器充放電時,電路里有充放電電流.一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),電容器在電路中就相當(dāng)于一個阻值無限大的元件,電容器所處電路看做是斷路,簡化電路時可去掉它.簡化后若要求電容器所帶電荷量時,可在相應(yīng)的位置補上.在具體方法上要注意以下幾點:（1）根據(jù)Q=CUQ=CU可知,要求電容器所帶電荷量以及充放電時所帶電荷量的變化,關(guān)鍵是求電容器兩端的電壓.（2）在電路分析時要注意電容器所在支路的連接情況.電路穩(wěn)定后,由于電容器所在支路無電流通過,所以此支路中的電阻上無電壓降,可以把與電容器串聯(lián)的電阻看成導(dǎo)線,電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓.（3）對于較復(fù)雜的電路,經(jīng)常需要將電容器兩端的電勢與基準(zhǔn)點的電勢進行比較后才能確定電容器兩端的電壓.四、U-I圖像的意義復(fù)習(xí)時注意電源的伏安特性曲線反映的是電源自身的性質(zhì),具有豐富的內(nèi)涵（如圖所示）:1.圖線與縱軸的截距表示電源的電動勢;2.與橫軸的截距表示短路電流;3.斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻;4.圖線上任意一點所對應(yīng)的電壓和電流的比值（或者說任意一點與坐標(biāo)原點O連線的斜率）表示接在外電路的電阻;5.陰影部分面積表示電流為I時,外電路電阻兩端的輸出功率,四邊形AEOI的面積表示電源的總功率。導(dǎo)體的伏安特性曲線反映導(dǎo)體的性質(zhì).如果是遵循歐姆定律的線性元件,這是一條直線,電阻恒定不變（如圖中直線b所示）;如果是不遵循歐姆定律的非線性元件,如氣體半導(dǎo)體等,就是一條曲線.電阻不斷變化,其曲線上每一點對應(yīng)的電壓與電流的比值就是此時導(dǎo)體的電阻（或說成此點與坐標(biāo)原點連線的斜率表示此時導(dǎo)體的電阻）.五、電路故障的分析方法（1）斷路故障的判斷：用電壓表與電源并聯(lián),若有電壓時，說明電源正常；若將電壓表與某段電路并聯(lián)，示數(shù)不為零,而與其他各段電路并聯(lián)時電壓表示數(shù)為零，則這一段電路斷路.（2）短路故障的判斷：電流表有示數(shù),而用電器不工作,則該支路短路；用電壓表與該部分并聯(lián),若有電壓時，未短路；若無電壓,則該兩點間可能短路或被短路.（3）分析電路故障的基本方法是假設(shè)法：如果電路發(fā)生某種故障，尋求故障發(fā)生在何處時，可將整個電路劃分為若干部分；然后逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生故障，運用電路規(guī)律進行正向推理，推理結(jié)果若與題干中所述物理現(xiàn)象不符合，則故障不是發(fā)生在這部分電路；若推理結(jié)果與題干中所述物理現(xiàn)象符合，則故障可能發(fā)生在這部分電路，直到找出發(fā)生故障的全部可能為止，亦稱排除法.第四部分基礎(chǔ)練+測一、單選題1如圖所示，R1和R2是同種材料、厚度相同、上下表面為正方形的金屬導(dǎo)體，但 R1的尺寸比R2的尺寸大。將兩導(dǎo)體同時放置在同一勻強磁場B中，磁場方向垂直于兩導(dǎo)體正方形表面，在兩導(dǎo)體上加相同的電壓，形成圖所示方向的電流；電子由于定向移動，會在垂直于電流方向受到洛倫茲力作用，從而產(chǎn)生霍爾電壓，當(dāng)電流和霍爾電壓達(dá)到穩(wěn)定時,下列說法中正確的是（）AR1中的電流大于R2中的電流BR1 中的電流小于R2中的電流CR1 中產(chǎn)生的霍爾電壓小于R2中產(chǎn)生的霍爾電壓DR1中產(chǎn)生的霍爾電壓等于R2中產(chǎn)生的霍爾電壓【答案】 D【解析】【詳解】AB電阻R=LS，設(shè)正方形金屬導(dǎo)體邊長為a，厚度為b，則R=aab=b，則R1=R2，在兩導(dǎo)體上加上相同電壓，則R1中的電流等于R2中的電流，故AB錯誤。CD根據(jù)電場力與洛倫茲力平衡，則有evB=eUHa，解得：UH=Bav=BaIneab=1neBIb，則有R1中產(chǎn)生的霍爾電壓等于R2中產(chǎn)生的霍爾電壓，故C錯誤，D正確。2如圖所示電路中，電源內(nèi)阻為r，電流表A和電壓表V均為理想電表。平行板電容器C內(nèi)部有一個用絕緣細(xì)線懸掛的帶電小球，穩(wěn)定時細(xì)線偏離豎直方向一個小角度,當(dāng)滑動變阻器滑片P從右端向左端滑動的過程中,下列說法正確的是A電流表示數(shù)增大B電壓表示數(shù)增大C細(xì)線與豎直方向的偏角減小D滑片P移動中可能有兩個位置使電源輸出功率相等【答案】 D【解析】【詳解】AB、當(dāng)滑動變阻器的觸頭P從右端滑至左端的過程中，變阻器接入電路的電阻減小，滑動變阻器與燈L并聯(lián)的電阻減小，外電路總電阻減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律分析得知，電路中總電流I增大，路端電壓減小，則電壓表V的示數(shù)減小，滑動變阻器與燈L并聯(lián)的電壓U并=E-I(R0+r)減小，通過燈L的電流減小，電流表示數(shù)減小，故A、B錯誤；C、電容器C的電壓UC=IR0，I增大，UC增大，根據(jù)E=UCd和F=qE可電場力增大，根據(jù)平衡條件可知線與豎直方向的偏角增大，故C錯誤；D、若電源內(nèi)阻的阻值大于電阻R0的阻值，當(dāng)滑動變阻器的觸頭P從右端滑至左端的過程中，可能會外電阻先大于電源內(nèi)阻后小于電源內(nèi)阻，則有電源輸出功率先增大后減小，所以滑片P移動中可能有兩個位置使電源輸出功率相等，故D正確；故選D。3某同學(xué)設(shè)計了一個加速度計，如圖所示。電池電動勢均恒為E，內(nèi)阻不計，滑動變阻器阻值均勻，總電阻為R，總長度為L，滑塊2質(zhì)量為m，輕質(zhì)滑動片4與電阻接觸良好。輕質(zhì)彈簧3的彈勁度系數(shù)均為k，按圖連接電路后，電壓表指針的零點調(diào)到中央，此時彈簧恰處在原長位置，滑動片4恰好在電阻中間位置。當(dāng)P端的電勢高于Q端時，指針向零點右側(cè)偏轉(zhuǎn)A當(dāng)物體向右加速時，電壓表的指針向右偏轉(zhuǎn)B當(dāng)物體向左減速時，電壓表的指針向右偏轉(zhuǎn)C當(dāng)電壓表的讀數(shù)大小為U時，彈簧形變量均為x=ULED當(dāng)電壓表的讀數(shù)大小為U時，物體加速的大小為a=kULmE【答案】 D【解析】【詳解】當(dāng)滑片在中點時：UP-UQ=E-IR右=0，當(dāng)物體向右加速時，R右變大，I不變，則UPUa可知，電容器下板帶正電b、a兩點間的電勢差UbaUbUa5.0 V，電容器所帶的電量為QCUba1.0105C.(2)R1斷路，當(dāng)再度達(dá)到穩(wěn)定后，電容器電壓等于R4兩端的電壓，此時電容器所帶電量QCU4C2106 C1.6105 C.由UbUd可知，電容器下板仍帶正電由QQ知，R1斷路后電容器經(jīng)歷了一次再充電過程，電容器極板上增加的電量為qQQ(1.61051.0105) C6.0106 C29如圖所示，四個電阻阻值均為R，電鍵S閉合時，有一質(zhì)量為m，帶電量為q的小球靜止于水平放置的平行板電容器的中點現(xiàn)打開電鍵S，這個帶電小球便向平行板電容器的一個極板運動，并和此板碰撞，碰撞過程中小球沒有機械能損失，只是碰后小球所帶電量發(fā)生變化，碰后小球帶有和該板同種性質(zhì)的電荷，并恰能運動到另一極板，設(shè)兩極板間距離為d，不計電源內(nèi)阻，求：（1）電源電動勢E多大？（2）小球與極板碰撞后所帶的電量為多少？【答案】（1）、；（2）【解析】試題分析: (1)當(dāng)S閉合時，設(shè)電容器電壓為U，則有：對帶電小球受力分析得：聯(lián)立解得：(2)斷開S，設(shè)電容器電壓為U，則有：UU，則電容器間場強減小，帶電小球?qū)⑾蛳逻\動對帶電小球運動的全過程，根據(jù)動能定理得：聯(lián)立解得：考點：動能定理；閉合電路歐姆定律30兩足夠長的平行金屬導(dǎo)軌間的距離為L，導(dǎo)軌光滑且電阻不計，導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角為在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布磁感應(yīng)強度為B、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場把一個質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，在外力作用下保持靜止，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直、且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點間的電阻為R1完成下列問題：(1)如圖甲，金屬導(dǎo)軌的一端接一個內(nèi)阻為r的直流電源。撤去外力后導(dǎo)體棒仍能靜止求直流電源電動勢；(2)如圖乙，金屬導(dǎo)軌的一端接一個阻值為R2的定值電阻，撤去外力讓導(dǎo)體棒由靜止開始下滑在加速下滑的過程中，當(dāng)導(dǎo)體棒的速度達(dá)到v時，求此時導(dǎo)體棒的加速度；(3)求(2)問中導(dǎo)體棒所能達(dá)到的最大速度?！敬鸢浮浚?）；（2）a=gsingq；（3）【解析】試題分析：(1）回路中的電流為導(dǎo)體棒受到的安培力為對導(dǎo)體棒受力分析知聯(lián)立上面三式解得：(2）當(dāng)ab桿速度為v時，感應(yīng)電動勢E=BLv，此時電路中電流導(dǎo)體棒ab受到安培力F=BIL=根據(jù)牛頓運動定律，有 ma=mgsinqF = mgsinqa=gsingq（3）當(dāng)=mgsinq時，ab桿達(dá)到最大速度vm考點：安培力的計算；牛頓第二定律。