2019年高考物理备考中等生百日捷进提升系列专题09恒定电流含解析
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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W =qU =UIt ;电热Q =I 2Rt.(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W =Q =UIt=I 2Rt =U 2Rt .(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W>Q ,这时电功只能用W =UIt 计算,电热只能用Q =I 2Rt 计算,两式不能通用. 2.闭合电路欧姆定律表达形式:①E =U 外+U 内;②I =ER +r(I 、R 间关系);③U =E -Ir (U 、I 间关系);④U =RR +rE (U 、R 间关系).注意:①当外电路断开时(I =0),路端电压U 等于电动势E .若用理想电压表测量,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).②当外电路短路时(R =0,因而U 外=0),电流最大,为I m =E r(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:P =IE (普遍适用);P =E 2R +r=I 2(R +r )(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=I 2r. (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(普遍适用);P 外=I 2R =E 2RR +r2(只适用于外电路为纯电阻的电路). (4)电源的效率:η=P 外P =UI EI =U E =R R +r. (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R =r 时,电源的输出功率最大,P m =E 24r,此时电源效率η=50%.当R >r 时,随着R 的增大输出功率越来越小. 当R <r 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:①滑动变阻器滑片滑动,使电路的电阻发生变化;②开关的闭合、断开或换向(双掷开关)使电路结构发生变化;③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=ER外+r和U端=E-I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:①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;②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;③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;④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=CU、ΔQ=CΔU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,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A EOI的面积表示电源的总功率。
2019年物理高考真题和模拟题 知识点分项汇编《恒定电流》一、电流、欧姆定律1.电流:①定义式:I =q /t ;②微观式:I =nqvS ;③I =UR .2.欧姆定律:I =U /R .二、电阻、电阻率、电阻定律1.电阻定义式:R =UI .2.电阻决定式:R =ρlS .3.电阻率:ρ=R Sl.①金属的电阻率随温度的升高而增大. ②半导体的电阻率随温度的升高而减小.三、电功、电功率、焦耳定律1.电功公式:W =qU =UIt . 2.电功率公式:P =Wt=UI .3.焦耳定律:Q =I 2Rt ,用于计算电热。
4.热功率:P =Qt=I 2R .四、电源的电动势和内阻1.电动势(1)定义:电动势在数值上等于非静电力把1 C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功. (2)表达式:E =Wq.(3)物理意义:反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量. 2.内阻电源内部也是由导体组成的,也有电阻,叫做电源的内阻,它是电源的另一重要参数.五、闭合电路欧姆定律1.内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比.2.公式⎩⎪⎨⎪⎧I =E R +r 只适用于纯电阻电路E =U 外+U 内适用于任何电路3.路端电压U 与电流I 的关系 (1)关系式:U =E -Ir .(2)U -I 图象如图所示.①当电路断路即I =0时,纵坐标的截距为电源电动势. ②当外电路电压为U =0时,横坐标的截距为短路电流. ③图线的斜率的绝对值为电源的内阻【方法归纳总结】“柱体微元”模型的应用1.模型构建:物质微粒定向移动,以速度方向为轴线从中选取一小圆柱作为研究对象,即为“柱体微元”模型.2.模型特点(1)柱体内的粒子沿轴线可认为做匀速运动.(2)柱体长度l =v ·Δt (v 为粒子的速度),柱体横截面积S =πr 2(r 为柱体半径). 3.处理思路(1)选取一小柱体作为研究对象.(2)确定柱体微元中的总电荷量为Q =nv ΔtSq . (3)计算柱体中的电流I =QΔt=nvSq .4.“柱体微元”模型主要解决类流体问题,如微观粒子的定向移动、液体流动、气体流动等问题.电路动态变化的分析方法(1)程序法:电路结构的变化→R 的变化→R 总的变化→I 总的变化→U 端的变化→固定支路⎩⎪⎨⎪⎧并联分流I串联分压U →变化支路.(2)极限法:因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论.(3)总电阻变化情况的判断①当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小).②若开关的通、断使串联的用电器增多时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路增多时,电路的总电阻减小.电源的功率及效率问题纯电阻电路:P出=I2R=E2RR+r2P U2019年物理高考真题和模拟题相关题目1.(2019·江苏卷)如图所示的电路中,电阻R=2 Ω.断开S后,电压表的读数为3 V;闭合S后,电压表的读数为2 V,则电源的内阻r为A.1 ΩB.2 ΩC.3 ΩD.4 Ω【答案】A【解析】开关s 断开时有:3V E =,开s 闭合时有:2ER R r=+,其中2R =Ω,解得:1r =Ω, 故A 正确。
专题09 恒定电流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ρ,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A .B .C .D .2P πρl 2v 36Pπρl 2v 34P πρl 2v 38Pπρl 2v 3【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 ⋅πl 2M =ρV =ρvt ⋅πl 2,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E k =12Mv 2=12ρvt ⋅πl 2⋅v 2E =p ⋅t η=,故A 正确,BCD 错误。
专题九恒定电流1、(2019全国Ⅰ卷)某同学要将一量程为250μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表。
该同学测得微安表内阻为1 200 Ω,经计算后将一阻值为R的电阻与微安表连接,进行改装。
然后利用一标准毫安表,根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。
(1)根据图(a)和题给条件,将(b)中的实物连接。
(2)当标准毫安表的示数为16.0mA时,微安表的指针位置如图(c)所示,由此可以推测出改装的电表量程不是预期值,而是_______。
(填正确答案标号)A.18 mA A.21 mAC.25mA D.28 mA(3)产生上述问题的原因可能是________。
(填正确答案标号)A.微安表内阻测量错误,实际内阻大于1 200 ΩB.微安表内阻测量错误,实际内阻小于1 200 ΩC.R值计算错误,接入的电阻偏小D.R值计算错误,接入的电阻偏大(4)要达到预期目的,无论测得的内阻值是都正确,都不必重新测量,只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可,其中k=_______。
【答案】 (1).(2). C (3). AC (4).9979【解析】(1)电表改装时,微安表应与定值电阻R 并联接入虚线框内,则实物电路连接如下图所示:(2)由标准毫安表与该装表的读数可知,改装后的电流表,实际量程被扩大的倍数为:31610016010mAn mA-==⨯倍。
故当原微安表表盘达到满偏时,实际量程为:32501010025mA -⨯⨯=,故本小题选C ;(3)根据()g g g I R I I R =-,得:1gg R I I R ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭,改装后的量程偏大的原因可能是,原微安表内阻测量值偏小,即电表实际内阻g R 真实值,大于1200Ω;或者因为定值电阻R 的计算有误,计算值偏大,实际接入定值电阻R 阻值偏小。
故本小题选AC ;(4)由于接入电阻R 时,改装后的表实际量程为25mA ,故满足()25g g g I R I R =-;要想达到预期目的,即将微安表改装为量程为20mA 电流表,应满足()20g g g I R I kR =-, 其中250μA 0.25mA g I ==,联立解得: 1.25k =或9979k =。
姓名,年级:时间:专题09 恒定电流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。
该模块的复习重点为:1。
掌握电路基本概念,会用欧姆定律、电阻定律、焦耳定律分析问题.2.掌握闭合电路欧姆定律,能够结合串、并联电路的特点分析问题,会分析电路动态变化问题。
3.掌握各种电学仪器的使用、电学各实验的方法和原理,能够设计电路、连接电路、分析电路故障,能够用表格、图象等分析实验数据。
第二部分知识背一背一、电流1.电流形成的条件:(1)导体中有能够自由移动的电荷;(2)导体两端存在持续的电压.2.电流的方向:与正电荷定向移动的方向相同,与负电荷定向移动的方向相反.电流虽然有方向,但它是标量.3.电流(1)定义式:I=错误!。
(2)微观表达式:I=nqvS,式中n为导体单位体积内的自由电荷数,q是自由电荷的电荷量,v是自由电荷定向移动的速率,S为导体的横截面积.(3)单位:安培(安),符号是A,1 A=1 C/s。
二、电阻定律1.电阻定律:R=ρ错误!,电阻的定义式:R=错误!。
2.电阻率(1)物理意义:反映导体导电性能的物理量,是导体材料本身的属性.(2)电阻率与温度的关系①金属的电阻率随温度升高而增大;②半导体的电阻率随温度升高而减小;③超导体:当温度降低到绝对零度附近时,某些材料的电阻率突然减小为零成为超导体.三、欧姆定律(1)内容:导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比.(2)公式:I=错误!。
恒定电流1.(多选)如图所示,电源E对电容器C充电,当C两端电压达到80 V时,闪光灯瞬间导通并发光,C放电.放电后,闪光灯断开并熄灭,电源再次对C充电.这样不断地充电和放电,闪光灯就周期性地发光.该电路()A. 充电时,通过R的电流不变B. 若R增大,则充电时间变长C. 若C增大,则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大D. 若E减小为85 V,闪光灯闪光一次通过的电荷量不变【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理(江苏卷)【答案】 BCD点睛:本题源自于2009年江苏高考物理卷的第5题,以闪光灯发光问题为背景考查电容器的充放电问题,解题的关键是要弄清电路的工作原理和电容器2.【2016·北京卷】某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻,他们提出的实验方案中有如下四种器材组合。
为使实验结果尽可能准确,最不可取的一组器材是:()A.一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器B.一个伏特表和多个定值电阻C.一个安培表和一个电阻箱D.两个安培表和一个滑动变阻器【答案】D【考点定位】考查了闭合回路欧姆定律的应用【方法技巧】对于闭合回路欧姆定律的应用,一定要注意公式形式的变通,如本题中E U Ir =+,,,结合给出的仪器所测量的值,选择或者变通相对应的公式。
3.【2015·北京·19】如图所示,其中电流表A 的量程为0.6A ,表盘均匀划分为30个小格,每一小格表示0.02A ;1R 的阻值等于电流表内阻的12;2R 的阻值等于电流表内阻的2倍。
若用电流表A 的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值,则下列分析正确的是: ( )A .将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.04AB .将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.02AC .将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.06AD .将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.01A 【答案】C【解析】 A 、B 、当接线柱1、2接入电路时,电阻1R 与电流表内阻并联后等效阻值为电流表电阻的13,由于电流表的满偏电压为定值,故量程扩大为原来的3倍,则每小格变为0.02×3=0.06A,选项A 、B 均错误。
核心考点考纲要求欧姆定律电阻定律电阻的串联、并联电源的电动势和内阻闭合电路的欧姆定律电功率、焦耳定律ⅡⅠⅠⅡⅡⅠ考点1闭合电路欧姆定律一、电源的电动势和内阻1.电源:通过非静电力做功使导体两端存在持续电压,将其他形式的能转化为电能的装置。
2.电动势(1)定义:电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
(2)表达式:。
(3)物理意义:反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量。
注意:电动势由电源中非静电力的特性决定,跟电源的体积无关,跟外电路无关。
(4)方向:电动势虽然是标量,但为了研究电路中电势分布的需要,规定由负极经电源内部指向正极的方向(即电势升高的方向)为电动势的方向。
(5)电动势与电势差的比较电动势电势差物理意义反应电源内部非静电力做功把其他形式的能转化为电能的情况反应电路中电场力做功把电能转化为其他形式的能的情况定义式E=W/qW为电源的非静电力把正电荷从电源内部由负极移到正极所做的功U=W/qW为电场力把电荷从电源外部由正极移到负极所做的功量度式E=IR+Ir=U外+U内U=IR测量利用欧姆定律间接测量利用电压表测量决定因素与电源的性质有关与电源、电路中的用电器有关特殊情况当电源断开时,路段电压值=电源的电动势电源内部也是由导体组成的,也有电阻,叫做电源的内阻,它是电源的另一重要参数。
注意:内阻和电动势是电源的重要参数。
二、电源的功率和效率1.电源的功率(1)任意电路:P总=IE=IU外+IU内=P出+P内。
(2)纯电阻电路:。
2.电源内部消耗的功率:。
3.电源的输出功率(1)任意电路:P出=UI=EI–I2r=P总–P内。
(2)纯电阻电路:。
(3)输出功率和外阻的关系①当R=r时,电源的输出功率最大,为2m4EPr。
②当R>r时,随着R的增大,输出功率越来越小。
③当R<r时,随着R的增大,输出功率越来越大。
④当P出<P m时,每个输出功率对应两个不同的外电阻R1和R2,且满足R1R2=r2。
恒定电流纵观近几年高考试题,预测2019年物理高考试题还会考:1、非纯电阻电路的分析与计算,将结合实际问题考查电功和电热的关系.能量守恒定律在电路中的应用,是高考命题的热点,多以计算题或选择题的形式出现.2、应用串、并联电路规律、闭合电路欧姆定律及部分电路欧姆定律进行电路动态分析,稳态、动态含电容电路的分析,以及电路故障的判断分析,多以选择题形式出现.3、通过对电路的动态分析、电路故障的检测,来考查学生对基本概念、规律的理解和掌握.考向01 电阻定律欧姆定律焦耳定律及电功率1.讲高考(1)考纲要求理解欧姆定律、电阻定律、焦耳定律的内容,并会利用进行相关的计算与判断;会用导体的伏安特性曲线I-U图象及U-I图象解决有关问题;能计算非纯电阻电路中的电功、电功率、电热.(2)命题规律非纯电阻电路的分析与计算,将结合实际问题考查电功和电热的关系.能量守恒定律在电路中的应用,是高考命题的热点,多以计算题或选择题的形式出现.案例1.【2016·上海卷】电源电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的能力,因此:()A.电动势是一种非静电力B.电动势越大,表明电源储存的电能越多C.电动势的大小是非静电力做功能力的反映D.电动势就是闭合电路中电源两端的电压【答案】C【考点定位】电动势【方法技巧】本题需要理解电动势的物理意义,电源电动势在闭合电路中的能量分配。
案例2.【2015·安徽·17】一根长为L,横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为ρ。
棒内单位体积自由电子数为n,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、自由电子定向运动的平均速率为v。
则金属棒内的电场强度大小为:()A. B. C.ρnev D.【答案】C【解析】,I=neSv,,,联立得E=ρnev,故选C。
考点:考查电路和电场知识【规律总结】考查公式组合,公式组合在高中物理的考察是很多的,哪几个容易组合出题,要总结出来,记在心里,当看到类似的的题时,就联想它们案例3.【2015·上海·12】重粒子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发生+5价重离子束,其电流强度为,则在1s内发射的重离子个数为():()A. B. C. D.【答案】B【考点定位】电流的定义【名师点睛】本题考查了电流的定义式,意在考查考生的理解能力。
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W =qU =UIt ;电热Q =I 2Rt.(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W =Q =UIt =I 2Rt =U 2Rt .(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W>Q ,这时电功只能用W =UIt 计算,电热只能用Q =I 2Rt 计算,两式不能通用. 2.闭合电路欧姆定律表达形式:①E =U 外+U 内;②I =ER +r(I 、R 间关系);③U =E -Ir (U 、I 间关系);④U =RR +rE(U 、R 间关系).注意:①当外电路断开时(I =0),路端电压U 等于电动势E .若用理想电压表测量,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). ②当外电路短路时(R =0,因而U 外=0),电流最大,为I m =E r(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:P =IE (普遍适用);P =E 2R +r=I 2(R +r )(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=I 2r. (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(普遍适用);P 外=I 2R =E 2R R +r2(只适用于外电路为纯电阻的电路).(4)电源的效率:η=P 外P =UI EI =U E =R R +r. (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R =r 时,电源的输出功率最大,P m =E 24r,此时电源效率η=50%.当R >r 时,随着R 的增大输出功率越来越小. 当R <r 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:①滑动变阻器滑片滑动,使电路的电阻发生变化;②开关的闭合、断开或换向(双掷开关)使电路结构发生变化;③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=E R 外+r和U 端=E -I 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:①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;②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;③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;④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=CU、ΔQ=CΔU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,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A EOI的面积表示电源的总功率。
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,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()A.R 1中的电流大于R2中的电流B.R1 中的电流小于R2中的电流C.R1 中产生的霍尔电压小于R2中产生的霍尔电压D.R1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,设正方形金属导体边长为a,厚度为b,则,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,解得:U H=Bav=Ba•=,则有R1中产生的霍尔电压等于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,减小,通过灯路端电压减小,则电压表V的示数减小,滑动变阻器与灯L并联的电压并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,I增大,U C增大,根据和可电场力增大,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,轻质滑动片4与电阻接触良好。