2019年高考物理備考 中等生百日捷進(jìn)提升系列 專(zhuān)題09 恒定電流（含解析）.docx
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專(zhuān)題09 恒定電流 第一部分名師綜述 電路的分析與計(jì)算是本章的重點(diǎn)內(nèi)容.電路的分析與計(jì)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(diǎn)，因此要求在熟練掌握串、并聯(lián)電路特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握閉合電路歐姆定律的應(yīng)用問(wèn)題、動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題、故障判斷問(wèn)題以及含電容電路問(wèn)題的處理方法，同時(shí)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(jiǎn)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(cè)電阻、電功和電熱等問(wèn)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(dòng)勢(shì)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(shí)驗(yàn)中儀器的選取、電表的讀數(shù)、實(shí)物連接、數(shù)據(jù)處理和誤差分析等問(wèn)題.尤其是電學(xué)知識(shí)聯(lián)系實(shí)際的問(wèn)題和探究實(shí)驗(yàn)問(wèn)題是近幾年高考考查的熱點(diǎn). 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(jì)算往往與現(xiàn)實(shí)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(diǎn)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(shí)；二是與靜電、磁場(chǎng)和電磁感應(yīng)結(jié)合的綜合題，值得說(shuō)明的是，近年來(lái)高考在對(duì)本章的考查中，似乎更熱衷于電路的故障分析.這類(lèi)題通常都來(lái)自生活實(shí)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(shí)驗(yàn)有成為必考題的趨勢(shì). 第二部分知識(shí)背一背 1．電功和電熱 電功W＝qU＝UIt；電熱Q＝I2Rt. （1）對(duì)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W＝Q＝UIt＝I 2Rt＝t. （2）對(duì)非純電阻電路（如電動(dòng)機(jī)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(jī)械能或化學(xué)能等），所以電功必然大于電熱，即W>Q，這時(shí)電功只能用W＝UIt計(jì)算，電熱只能用Q＝I2Rt計(jì)算，兩式不能通用． 2．閉合電路歐姆定律 表達(dá)形式：①E＝U外＋U內(nèi)；②I＝（I、R間關(guān)系）；③U＝E－Ir（U、I間關(guān)系）；④U＝E（U、R間關(guān)系）． 注意：①當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)（I＝0），路端電壓U等于電動(dòng)勢(shì)E.若用理想電壓表測(cè)量，則讀數(shù)等于電動(dòng)勢(shì)，在進(jìn)行斷路故障分析時(shí)，常用此結(jié)論進(jìn)行判斷，即何處斷路，何處兩端電壓等于電動(dòng)勢(shì)．但用電壓表直接測(cè)量時(shí)，讀數(shù)卻略小于電動(dòng)勢(shì)（因?yàn)橛形⑷蹼娏髁鬟^(guò)電源而產(chǎn)生內(nèi)壓降）． ②當(dāng)外電路短路時(shí)（R＝0，因而U外＝0），電流最大，為Im＝（不允許出現(xiàn)這種情況，因?yàn)檫@會(huì)把電源燒壞）． 3．電源的功率與效率 （1）電源的功率P：也稱(chēng)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(jì)算式為：P＝IE（普遍適用）；P＝＝I2（R＋r）（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(chēng)電源的損耗功率，計(jì)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(jì)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：η＝＝＝＝. （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)R＝r時(shí)，電源的輸出功率最大，Pm＝，此時(shí)電源效率η＝50%. 當(dāng)R＞r時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來(lái)越小． 當(dāng)R＜r時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來(lái)越大． 當(dāng)R由小于r增大到大于r時(shí)，隨著R的增大輸出功率先增大后減小（非單調(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(wú)流，則無(wú)電壓）． 第三部分技能+方法 一、直流電路動(dòng)態(tài)分析 1．引起電路特征發(fā)生變化的主要原因有：①滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)，使電路的電阻發(fā)生變化；②開(kāi)關(guān)的閉合、斷開(kāi)或換向（雙擲開(kāi)關(guān)）使電路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；③電路發(fā)生短路和斷路（電路故障）． 2．電路動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題的分析思路 當(dāng)電路中某處的電阻發(fā)生變化時(shí)，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＝E－I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(duì)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：①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??；電阻并聯(lián)的數(shù)目越多，總阻值越小； ②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(wú)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(wèn)題可以視為特殊的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題； ③對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)化時(shí)，電壓表和電容器視為斷路，電流表視為短路； ④電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的元件，在直流電路中，當(dāng)電容器充、放電時(shí)，其所在電路中有充、放電電流，電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電容器就相當(dāng)于一個(gè)阻值無(wú)窮大的電阻，則電容器所在電路處可視為斷路．分析計(jì)算含有電容器的直流電路時(shí)應(yīng)注意： 電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無(wú)電流通過(guò)，在此支路的電阻沒(méi)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(shí)，將會(huì)引起電容器充（放）電． 二、與電功、電功率、電熱相關(guān)問(wèn)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(dòng)機(jī)、電解槽等． 三、含容電路問(wèn)題的綜合分析 電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的元件.在直流電路中,當(dāng)電容器充放電時(shí),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(gè)阻值無(wú)限大的元件,電容器所處電路看做是斷路,簡(jiǎn)化電路時(shí)可去掉它.簡(jiǎn)化后若要求電容器所帶電荷量時(shí),可在相應(yīng)的位置補(bǔ)上.在具體方法上要注意以下幾點(diǎn): （1）根據(jù)Q=CU?ΔQ=CΔU可知,要求電容器所帶電荷量以及充放電時(shí)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(shí)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(wú)電流通過(guò),所以此支路中的電阻上無(wú)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(duì)于較復(fù)雜的電路,經(jīng)常需要將電容器兩端的電勢(shì)與基準(zhǔn)點(diǎn)的電勢(shì)進(jìn)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(shí)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(dòng)勢(shì);2.與橫軸的截距表示短路電流;3.斜率的絕對(duì)值表示電源內(nèi)阻;4.圖線上任意一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓和電流的比值（或者說(shuō)任意一點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)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(shí),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(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓與電流的比值就是此時(shí)導(dǎo)體的電阻（或說(shuō)成此點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率表示此時(shí)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(shí)，說(shuō)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(shí)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(shí)，未短路；若無(wú)電壓,則該兩點(diǎn)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(shí)，可將整個(gè)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(yùn)用電路規(guī)律進(jìn)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(chēng)排除法. 第四部分基礎(chǔ)練+測(cè) 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(shí)放置在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，磁場(chǎng)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(dòng)，會(huì)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(shí),下列說(shuō)法中正確的是（） A．R1中的電流大于R2中的電流 B．R1 中的電流小于R2中的電流 C．R1 中產(chǎn)生的霍爾電壓小于R2中產(chǎn)生的霍爾電壓 D．R1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=ρLS，設(shè)正方形金屬導(dǎo)體邊長(zhǎng)為a，厚度為b，則R=ρa(bǔ)ab=ρb，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(cuò)誤。 CD．根據(jù)電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡，則有evB=eUHa，解得：UH=Bav=Ba?Ineab=1ne?BIb，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(cuò)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(gè)用絕緣細(xì)線懸掛的帶電小球，穩(wěn)定時(shí)細(xì)線偏離豎直方向一個(gè)小角度,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P從右端向左端滑動(dòng)的過(guò)程中,下列說(shuō)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(dòng)中可能有兩個(gè)位置使電源輸出功率相等 【答案】 D 【解析】 【詳解】 AB、當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸頭P從右端滑至左端的過(guò)程中，變阻器接入電路的電阻減小，滑動(dòng)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(dòng)變阻器與燈L并聯(lián)的電壓U并=E-I(R0+r)減小，通過(guò)燈L的電流減小，電流表示數(shù)減小，故A、B錯(cuò)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(chǎng)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(cuò)誤； D、若電源內(nèi)阻的阻值大于電阻R0的阻值，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸頭P從右端滑至左端的過(guò)程中，可能會(huì)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(dòng)中可能有兩個(gè)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(jì)了一個(gè)加速度計(jì)，如圖所示。電池電動(dòng)勢(shì)均恒為E，內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器阻值均勻，總電阻為R，總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，滑塊2質(zhì)量為m，輕質(zhì)滑動(dòng)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(diǎn)調(diào)到中央，此時(shí)彈簧恰處在原長(zhǎng)位置，滑動(dòng)片4恰好在電阻中間位置。當(dāng)P端的電勢(shì)高于Q端時(shí)，指針向零點(diǎn)右側(cè)偏轉(zhuǎn) A．當(dāng)物體向右加速時(shí)，電壓表的指針向右偏轉(zhuǎn) B．當(dāng)物體向左減速時(shí)，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(shí)，彈簧形變量均為x=ULE D．當(dāng)電壓表的讀數(shù)大小為U時(shí)，物體加速的大小為a=kULmE 【答案】 D 【解析】 【詳解】 當(dāng)滑片在中點(diǎn)時(shí)：UP-UQ=E-IR右=0，當(dāng)物體向右加速時(shí)，R右變大，I不變，則UP下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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