高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題十三 恒定電流

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專題十三 恒定電流 考綱解讀 章 內(nèi)容 考試要求 說明 必考 加試 恒定 電流 電源和電流 b c 1.不要求計算液體導(dǎo)電時的電流 2．不要求解決與導(dǎo)線內(nèi)部自由電子定向運動速率相聯(lián)系的問題 3．不要求解決無窮網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜電路的問題 4．電表改裝只限于改裝成單量程電壓表和電流表 5．不要求用螺旋測微器測量金屬絲的直徑 6．不要求定量分析伏安法測金屬絲電阻的實驗中電表電阻對測量結(jié)果的影響 7．不要求分析外電路為混聯(lián)電路的動態(tài)電路問題 8．不要求了解多用電表的電路結(jié)構(gòu) 電動勢 b c 歐姆定律、U－I圖象 及I－U圖象 c c 串聯(lián)電流和并聯(lián)電路 c c 焦耳定律 c c 導(dǎo)體的電阻 c c 閉合電路的歐姆定律 c d 多用電表的原理 a 一、電流和電動勢 1．形成電流的條件 (1)導(dǎo)體中有能夠自由移動的電荷． (2)導(dǎo)體兩端存在電壓． 2．電流 (1)定義式：I＝. 其中q是某段時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量． (2)方向：電流是標(biāo)量，為研究問題方便，規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向．在外電路中電流由電源正極到負(fù)極，在內(nèi)電路中電流由電源負(fù)極到正極． (3)微觀表達式：假設(shè)導(dǎo)體單位體積內(nèi)有n個可自由移動的電荷，電荷定向移動的速率為v，電荷量為q，導(dǎo)體橫截面積為S，則I＝nqSv. 3．電動勢 (1)電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的裝置．在電源內(nèi)部，非靜電力做正功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，在電源外部，靜電力做功，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能． (2)電動勢：在電源內(nèi)部，非靜電力把正電荷從負(fù)極移送到正極所做的功W與被移送電荷q的比值． 定義式：E＝. (3)物理意義：反映電源非靜電力做功本領(lǐng)大小的物理量． 二、電阻定律及歐姆定律 1．電阻 (1)定義式：R＝. (2)物理意義：反映了導(dǎo)體對電流的阻礙作用． 2．電阻定律 (1)內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體，其電阻與它的長度成正比，與它的橫截面積成反比，導(dǎo)體的電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)． (2)表達式：R＝ρ. 3．電阻率 (1)計算式：ρ＝R. (2)物理意義：反映導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，是表征材料性質(zhì)的物理量． (3)電阻率與溫度的關(guān)系： ①金屬：電阻率隨溫度升高而增大． ②半導(dǎo)體：電阻率隨溫度升高而減?。? ③一些合金：幾乎不受溫度的影響． 4．部分電路歐姆定律 (1)內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比． (2)表達式：I＝. (3)適用范圍 ①金屬導(dǎo)電和電解液導(dǎo)電(對氣體導(dǎo)電不適用)． ②純電阻電路(不含電動機、電解槽等的電路)． 5．導(dǎo)體的伏安特性曲線 (1)I－U圖線：以電流為縱軸、電壓為橫軸所畫出的導(dǎo)體上的電流隨電壓的變化曲線稱為I－U圖線，如圖1所示． 圖1 (2)比較電阻的大?。簣D線的斜率k＝＝，圖中R1>R2. (3)線性元件：伏安特性曲線是直線的電學(xué)元件，適用歐姆定律． (4)非線性元件：伏安特性曲線為曲線的電學(xué)元件，不適用歐姆定律． 三、電功率、焦耳定律 1．電功 (1)定義：導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的電場力做的功． (2)公式：W＝qU＝IUt(適用于任何電路)． (3)電流做功的實質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程． 2．電功率 (1)定義：單位時間內(nèi)電流所做的功，表示電流做功的快慢． (2)公式：P＝＝IU(適用于任何電路)． 3．焦耳定律 (1)電熱：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比． (2)公式：Q＝I2Rt. 4．電功率P＝IU和熱功率P＝I2R的應(yīng)用 (1)不論是純電阻電路還是非純電阻電路，電流的電功率均為P電＝UI，熱功率均為P熱＝I2R. (2)對于純電阻電路而言：P電＝P熱＝IU＝I2R＝. (3)對于非純電阻電路而言：P電＝IU＝P熱＋P其他＝I2R＋P其他≠＋P其他． 四、閉合電路歐姆定律 1．閉合電路 (1)組成 (2)內(nèi)、外電壓的關(guān)系：E＝U內(nèi)＋U外． 2．閉合電路歐姆定律 (1)內(nèi)容：在外電路為純電阻的閉合電路中，電流的大小跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比． (2)公式： ①I＝(只適用于純電阻電路)． ②E＝U外＋Ir(適用于所有電路)． 1．關(guān)于電流，下列說法中正確的是(　　) A．通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流越大 B．導(dǎo)體兩端沒有電壓時，導(dǎo)體中的自由電荷也在運動，所以導(dǎo)體中也有電流 C．單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流越大 D．因為電流有方向，所以電流是矢量 答案　C 解析　電流為單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，是由電荷量與時間共同決定的，電荷量多電流不一定大，故選項A錯誤；單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量多，則電流大，故選項C正確；電荷的定向移動形成電流，若不是定向移動則不能形成電流，選項B錯誤；一個量有方向并不能定義為矢量，矢量的運算必須遵循平行四邊形定則，電流有方向但不符合矢量合成法則，不是矢量，選項D錯誤． 2．(2015浙江10月選考10)如圖2所示是我國某10兆瓦(1兆瓦＝106 W)光伏發(fā)電站，投入使用后每年可減少排放近萬噸二氧化碳．已知該地區(qū)每年能正常發(fā)電的時間約為1 200 h，則該電站發(fā)電量約為(　　) 圖2 A．1.2106 kWh B．1.2107 kWh C．1.2109 kWh D．1.21010 kWh 答案　B 解析　每年發(fā)電量W＝Pt＝1.2107 kWh，故B正確． 3．(2015浙江1月學(xué)考29)如圖3所示是一個電熱水壺的銘牌，小沈同學(xué)利用所學(xué)知識，結(jié)合該銘牌上獲取的信息，得出該電熱水壺(　　) 圖3 A．正常工作時的電流約為6.8 A B．正常工作5 min耗電約0.5 kWh C．只能在直流電下工作 D．只能在220 V電壓下工作 答案　A 解析　I＝＝ A≈6.8 A，A項正確；W＝Pt≈0.125 kWh，B項錯誤；銘牌標(biāo)示的額定電壓為220 V的交流電，220 V是正常工作時的電壓，故C、D項錯誤． 4．一個標(biāo)有“220 V,60 W”的白熾燈泡，加上的電壓U由零逐漸增大到220 V，在此過程中，電壓(U)和電流(I)的關(guān)系可用圖線表示．圖中給出的四個圖線中，比較符合實際的是(　　) 答案　B 5．(2013浙江6月學(xué)考33)太陽能電池由許多片電池板組成．某電池板不接負(fù)載時兩極間電壓是6.010－4 V，短路電流是3.010－5 A，則這塊電池板的內(nèi)阻為(　　) A．20 Ω B．5 Ω C．0.2 Ω D．0.05 Ω 答案　A 解析　電池板不接負(fù)載時兩極間電壓是6.010－4 V，說明電池的電動勢為6.010－4 V，由I短＝可得r＝20 Ω.故A項正確． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　電路的基本概念與規(guī)律 1．電阻的決定式和定義式的區(qū)別 公式 R＝ρ R＝ 區(qū)別 電阻的決定式 電阻的定義式 說明了導(dǎo)體的電阻由哪些因素決定，R由ρ、l、S共同決定 提供了一種測電阻的方法——伏安法，R與U、I均無關(guān) 只適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體和濃度均勻的電解液 適用于任何純電阻導(dǎo)體 2.純電阻電路與非純電阻電路的比較 純電阻電路 非純電阻電路 實例 白熾燈、電爐、電飯鍋、電熱毯、電熨斗及轉(zhuǎn)子被卡住的電動機等 電動機、電解槽、日光燈等 電功與電熱 W＝UIt，Q＝I2Rt＝t W＝Q W＝UIt，Q＝I2Rt　W>Q 電功率與熱功率 P電＝UI，P熱＝I2R＝，P電＝P熱 P電＝UI，P熱＝I2R，P電>P熱 例1　有一臺標(biāo)有“220 V,50 W”的電風(fēng)扇，其線圈電阻為0.4 Ω，在它正常工作時，下列求其每分鐘產(chǎn)生的電熱的四種解法中，正確的是(　　) A．I＝＝ A，Q＝UIt＝3 000 J B．Q＝Pt＝3 000 J C．I＝＝ A，Q＝I2Rt＝1.24 J D．Q＝t＝60 J＝7.26106 J 答案　C 解析　電風(fēng)扇是一種在消耗電能過程中既產(chǎn)生機械能，又產(chǎn)生內(nèi)能的用電器，其功率P＝IU，則I＝＝ A，而產(chǎn)生的熱量只能根據(jù)Q＝I2Rt進行計算．因此，選項C正確． 電功和電熱的處理方法 (1)首先要分清所研究的電路是純電阻電路還是非純電阻電路，正確選擇計算公式． (2)處理非純電阻電路的計算問題時，要善于從能量轉(zhuǎn)化的角度出發(fā)，緊緊圍繞能量守恒定律，利用“電功＝電熱＋其他能量”尋找等量關(guān)系求解. 變式題組 1．(2016浙江10月學(xué)考9)一根細(xì)橡膠管中灌滿鹽水，兩端用短粗銅絲塞住管口．管中鹽水柱長為40 cm時測得電阻為R.若溶液的電阻隨長度、橫截面積的變化規(guī)律與金屬導(dǎo)體相同．現(xiàn)將管中鹽水柱均勻拉長至50 cm(鹽水體積不變，仍充滿橡膠管)．則鹽水柱電阻變?yōu)?　　) A.R B.R C.R D.R 答案　D 解析　由于總體積不變，設(shè)40 cm長時的橫截面積為S.所以長度變?yōu)?0 cm后，橫截面積S′＝S ，根據(jù)電阻定律R＝ρ ，R′＝ρ ，聯(lián)立兩式則R′＝R ，選項D正確． 2．有兩個相同的電流表，允許通過的最大電流(滿偏電流)為Ig＝1 mA，表頭電阻Rg＝30 Ω，若改裝成一個量程為3 V的電壓表和一個量程為0.6 A的電流表應(yīng)分別(　　) A．串聯(lián)一個2 990 Ω的電阻和并聯(lián)一個0.15 Ω的電阻 B．并聯(lián)一個2 990 Ω的電阻和串聯(lián)一個0.15 Ω的電阻 C．串聯(lián)一個2 970 Ω的電阻和并聯(lián)一個0.05 Ω的電阻 D．并聯(lián)一個2 970 Ω的電阻和串聯(lián)一個0.05 Ω的電阻 答案　C 解析　若改裝成一個量程為3 V的電壓表需串聯(lián)一個分壓電阻，由U＝Ig(R＋Rg)得，所串聯(lián)分壓電阻阻值R＝－Rg＝ Ω－30 Ω＝2 970 Ω；若改裝成一個量程為0.6 A的電流表需并聯(lián)一個分流電阻，由IgRg＝(I－Ig)R得，所并聯(lián)的分流電阻R＝＝ Ω≈0.05 Ω.故選項C正確． 3．一臺發(fā)電機用0.5 A的電流向外輸電，在1 min內(nèi)有180 J的機械能轉(zhuǎn)化為電能，則發(fā)電機的電動勢為(　　) A．6 V B．360 V C．120 V D．12 V 答案　A 解析　發(fā)電機是電源，將機械能轉(zhuǎn)化為電能.1 min內(nèi)有180 J的機械能轉(zhuǎn)化為電能，非靜電力做功180 J，由q＝It和E＝可知E＝＝ V＝6 V. 　　　　　電路的動態(tài)分析 1．路端電壓 外電路兩端的電壓，即電源的輸出電壓U＝E－Ir. (1)當(dāng)外電阻R增大時，I減小，內(nèi)電壓減小，路端電壓增大，當(dāng)外電路斷開時，I＝0，U＝E. (2)當(dāng)外電阻R減小時，I增大，內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，當(dāng)電源兩端短路時，外電阻R＝0，I＝，U＝0. (3)路端電壓也可以表示為U＝IR＝R＝，也可以得到路端電壓隨外電阻增大而增大的結(jié)論． 2．判定總電阻變化情況的規(guī)律 (1)當(dāng)外電路的任何一個電阻增大(或減小)時，電路的總電阻一定增大(或減小)． 圖4 (2)若開關(guān)的通、斷使串聯(lián)的用電器增多時，電路的總電阻增大；若開關(guān)的通、斷使并聯(lián)的支路增多時，電路的總電阻減?。? (3)在如圖4所示分壓電路中，滑動變阻器可視為由兩段電阻構(gòu)成，其中一段R并與用電器并聯(lián)，另一段R串與并聯(lián)部分串聯(lián)．A、B兩端的總電阻與R串的變化趨勢一致． 例2　(2016余姚市調(diào)研)電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源與定值電阻R1、R2及滑動變阻器R連接成如圖5所示的電路，當(dāng)滑動變阻器的觸頭由中點滑向b滑時，下列說法正確的是(　　) 圖5 A．電壓表和電流表讀數(shù)都增大 B．電壓表和電流表讀數(shù)都減小 C．電壓表讀數(shù)增大，電流表讀數(shù)減小 D．電壓表讀數(shù)減小，電流表讀數(shù)增大 答案　A 解析　由圖可知滑動變阻器的觸頭由中點滑向b端時，滑動變阻器連入電路中的阻值R增大，則外電路的總阻值R總增大，干路電流I＝減?。宦范穗妷篣＝E－Ir，因I減小，所以U增大，即電壓表的讀數(shù)增大；R2兩端電壓U2＝E－I(R1＋r)，因I減小，所以U2增大；由I2＝知，I2增大，即電流表的讀數(shù)增大．故正確答案為A. 電路動態(tài)分析的兩種方法 1．程序法：電路結(jié)構(gòu)的變化→R的變化→R總的變化→I總的變化→U端的變化→固定支路→變化支路. 2．極限法：即因滑動變阻器滑片滑動引起的電路變化問題，可將滑動變阻器的滑片分別滑至兩個極端去討論． 變式題組 4．(2015浙江1月學(xué)考34)小吳同學(xué)設(shè)計了一種煙霧警報裝置，其設(shè)計原理如圖6所示．M為煙霧傳感器，其阻值RM隨著煙霧濃度的變化而變化，R為定值電阻．當(dāng)裝置所在區(qū)域出現(xiàn)煙霧且濃度增大時，將導(dǎo)致a、b兩端電壓減小，觸發(fā)警報裝置發(fā)出警報．則煙霧濃度增大時(　　) 圖6 A．RM增大，電流表示數(shù)增大 B．RM增大，電流表示數(shù)減小 C．RM減小，電流表示數(shù)增大 D．RM減小，電流表示數(shù)減小 答案　C 解析　U＝E－Ir，U減小，E、r不變，故I增大，由I＝得RM減小，故C項正確． 5．(多選)如圖所示，A、B、C、D四個電路中，電源電動勢為E，電阻為r，定值電阻為R0，當(dāng)滑動變阻器R的滑片P從a向b滑動時，電壓表示數(shù)將變大的電路是(　　) 答案　BD 解析　在電路A、B中，當(dāng)滑動變阻器R的滑片P從a向b滑動時，滑動變阻器連入電路的電阻變小．對電路A，電壓表測量的是路端電壓，由于外電路電阻減小，使路端電壓隨之減小，不符合題意；對電路B，電壓表測量的是定值電阻R0兩端的電壓，由閉合電路歐姆定律知此時電路電流變大，則電壓表示數(shù)將變大，符合題意；對電路C，由于電壓表位置的特殊性，其示數(shù)將不變；而電路D，盡管電路電流不變，但當(dāng)滑動變阻器R的滑片P從a向b滑動時，電壓表測量的電阻增加，則電壓表示數(shù)將變大． 　　　　 電路中的功率及效率問題 1．電源的總功率 (1)任意電路：P總＝IE＝IU外＋IU內(nèi)＝P出＋P內(nèi)． (2)純電阻電路：P總＝I2(R＋r)＝. 2．電源內(nèi)部消耗的功率 P內(nèi)＝I2r＝IU內(nèi)＝P總－P出． 3．電源的輸出功率 (1)任意電路：P出＝IU＝IE－I2r＝P總－P內(nèi)． (2)純電阻電路：P出＝I2R＝＝. (3)純電阻電路中輸出功率隨R的變化關(guān)系 ①當(dāng)R＝r時，電源的輸出功率最大為Pm＝. ②當(dāng)R>r時，隨著R的增大輸出功率越來越?。? ③當(dāng)R50%，得R一定要大于1 Ω；又電阻功率P＝()2R>2 W得，0.5 Ωrb B．Ia>Ib C．R0接到a電源上，電源的輸出功率較大，但電源的效率較低 D．R0接到b電源上，電源的輸出功率較小，電源的效率較低 答案　ABC 解析　在電源路端電壓與電流的關(guān)系圖象中斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻，則ra>rb，A正確．在圖象中作出定值電阻R0的伏安特性曲線，與電源的伏安特性曲線交點表示電路工作點，則Ia>Ib，B正確．R0接到a電源上，電源的輸出功率較大，但電源的效率較低，R0接到b 電源上，電源的輸出功率較小，但電源的效率較高，C正確，D錯誤． 15．(多選)(2016杭州聯(lián)考)如圖10所示，一直流電動機與阻值R＝9 Ω的電阻串聯(lián)，電源電動勢E＝30 V，內(nèi)阻r＝1 Ω，用理想電壓表測出電動機兩端電壓U＝10 V，已知電動機線圈電阻RM＝1 Ω，則下列說法中正確的是(　　) 圖10 A．通過電動機的電流為10 A B．通過電動機的電流小于10 A C．電動機的輸出功率大于16 W D．電動機的輸出功率為16 W 答案　BD 解析　根據(jù)閉合電路歐姆定律有：E＝U＋I(r＋R)，解得I＝2 A，A錯誤，B正確；電動機的輸出功率P出＝P－P熱＝UI－I2RM＝16 W，故C錯誤，D正確． 16．(多選)如圖11所示，圖線Ⅰ為某燈泡兩端的電壓隨電流變化的曲線，圖線Ⅱ是某電池路端電壓隨電流變化的曲線，現(xiàn)將圖線Ⅰ對應(yīng)的燈泡直接接在圖線Ⅱ?qū)?yīng)的電池兩端，經(jīng)過較長一段時間后，電池的電動勢基本不變，電池的內(nèi)阻明顯變大，則(　　) 圖11 A．燈泡的電阻一定減小 B．電源的輸出功率一定增大 C．電源的總功率一定減小 D．電源的效率一定增大 答案　AC 解析　由于過一段時間后，電池的電動勢基本不變，而內(nèi)阻明顯增大，則電池的路端電壓隨電流變化的曲線如圖中虛線Ⅲ所示，此圖線與燈泡的U－I圖線的交點對應(yīng)的電壓、電流均變小，因此電源的輸出功率變小，電源的總功率IE也變小，B項錯誤，C項正確；交點與原點連線的斜率也減小，燈泡的電阻減小，A項正確；由η＝100%可知，電源的效率也減小，D項錯誤． 17．(多選)(2016嵊州市調(diào)研)把標(biāo)有“220 V,100 W”的A燈和“220 V,200 W”的B燈串聯(lián)起來，接在電壓恒為220 V的電源兩端，不計導(dǎo)線電阻及燈泡電阻隨溫度的變化，則下列判斷中正確的是(　　) A．兩燈的電阻之比RA∶RB＝2∶1 B．兩燈的實際電壓之比UA∶UB＝1∶2 C．兩燈實際消耗的功率之比PA∶PB＝1∶2 D．在相同時間內(nèi)，兩燈實際發(fā)熱之比QA∶QB＝2∶1 答案　AD 解析　由P＝可知兩燈的電阻之比RA∶RB＝2∶1，兩燈串聯(lián)，故通過兩燈的電流相等，由U＝IR可知，兩燈的實際電壓之比UA∶UB＝2∶1，由P＝I2R可知，兩燈實際消耗的功率之比為2∶1；相同時間內(nèi)，兩燈實際發(fā)熱之比為2∶1.