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文档介绍
浙江省2020高考物理二轮复习专题四第一讲恒定电流讲义含解析
第一讲 恒定电流 知识内容 考试要求 备考指津 1.电源和电流 c 1.本讲知识可通过选择题、实验题、计算题进行考查,命题范围广,命题角度多元化. 2.部分电路的欧姆定律、闭合电路的欧姆定律、电路的串、并联规律…均为考查重点,应予以重视. 2.电动势 c 3.欧姆定律、U-I图象及I-U图象 c 4.串联电路和并联电路 c 5.焦耳定律 c 6.导体的电阻 c 7.闭合电路的欧姆定律 d 8.多用电表的原理 a 伏安特性曲线的理解和应用 【重难提炼】 1.欧姆定律的“二同” (1)同体性:指I、U、R三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体. (2)同时性:指U和I必须是导体上同一时刻的电压和电流. 2.对伏安特性曲线的理解 (1)图甲中线a、b表示线性元件.图乙中线c、d表示非线性元件. (2)I-U图象中图线上某点与O点连线的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,电阻越小,故Ra<Rb(如图甲所示). (3)图线c的电阻减小,图线d的电阻增大(如图乙所示). (4)伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值对应这一状态下的电阻.如图乙所示,R0=. 某一导体的伏安特性曲线如图AB段(曲线)所示,关于导体的电阻,以下说法正确的是( ) A.B点的电阻为12 Ω B.B点的电阻为40 Ω C.导体的电阻因温度的影响改变了1 Ω D.导体的电阻因温度的影响改变了9 Ω - 16 - [解析] A点电阻RA= Ω=30 Ω,B点电阻RB= Ω=40 Ω,故A错误,B正确;ΔR=RB-RA=10 Ω,故C、D错误. [答案] B 【题组过关】 考向一 对伏安特性曲线的理解 1.小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示,P为图线上一点,PN为图线在P点的切线,PQ为U轴的垂线,PM为I轴的垂线,则下列说法中不正确的是( ) A.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻增大 B.对应P点,小灯泡的电阻为R= C.对应P点,小灯泡的电阻为R= D.对应P点,小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积的大小 解析:选C.由于灯泡的电阻在图线上的每一点都是R=,由图线不难看出,随电压的增大,电流的增加变得越发缓慢(I-U图线的斜率逐渐减小),电阻变大,故A、B正确,C错误;小灯泡的功率P=UI,所以D正确. 2.如图所示,图线a表示的导体的电阻为R1,图线b表示的导体的电阻为R2,则下列说法正确的是( ) A.R1∶R2=1∶3 B.把R1拉长到原来的3倍长后电阻等于R2 C.将R1与R2串联后接于电源上,则功率之比P1∶P2=1∶9 D.将R1与R2并联后接于电源上,则电流之比I1∶I2=1∶3 解析:选A.根据I-U图象知,图线的斜率表示电阻的倒数,所以R1∶R2=1∶3,A正确;根据公式R=ρ可得,把R1拉长到原来的3倍长后,横截面积减小为原来的,所以电阻变为原来的9倍,B错误;串联电路电流相等,所以将R1与R2串联后接于电源上,电流比I1∶I2 - 16 - =1∶1,根据公式P=I2R可得,功率之比P1∶P2=1∶3,C错误;并联电路电压相等,电流比等于电阻之反比,所以将R1与R2并联后接于电源上,电流比I1∶I2=3∶1,D错误. 考向二 伏安特性曲线与电路相结合 3.在如图甲所示的电路中,L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示.当开关S闭合后,电路中的总电流为0.25 A,则此时( ) A.L1两端的电压为L2两端电压的2倍 B.L1消耗的电功率为0.75 W C.L2的电阻为12 Ω D.L1、L2消耗的电功率的比值小于4 解析:选B.电路中的总电流为0.25 A,L1中电流为0.25 A,由小灯泡的伏安特性曲线可知L1两端的电压为3.0 V,L1消耗的电功率为P1=U1I1=0.75 W,选项B正确;根据并联电路规律可知,L2中的电流为0.125 A,由小灯泡的伏安特性曲线可知其两端电压大约为0.3 V,故L1两端的电压约为L2两端电压的10倍,选项A错误;由欧姆定律可知,L2的电阻为R2== Ω=2.4 Ω,选项C错误;L2消耗的电功率为P2=U2I2=0.3×0.125 W=0.037 5 W,即L1、L2消耗的电功率的比值大于4,选项D错误. 4.(多选)额定电压均为220 V的白炽灯L1和L2的U-I特性曲线如图甲所示,现将和L2完全相同的L3与L1和L2一起按如图乙所示电路接入220 V电路中.则下列说法正确的是( ) A.L2的额定功率约为99 W B.L2的实际功率约为17 W C.L2的实际功率比L3的实际功率小17 W D.L2的实际功率比L3的实际功率小82 W 解析:选ABD.由L2的伏安特性曲线可得,在额定电压220 V 时的电流为0.45 A,则L2的额定功率为P额=U额I额=99 W,选项A正确;图示电路为L1和L2串联再与L3并联,所以L1 - 16 - 和L2串联后两端的总电压为220 V,那么流过L1和L2的电流及两灯的电压满足I1=I2,U1+U2=220 V,由L1和L2的U-I图线可知,I1=I2=0.25 A,U1=152 V,U2=68 V,故灯L2的实际功率P2=I2U2=17 W,故选项B正确;由于L3两端的电压为220 V,故P3=P额=99 W,则P3-P2=82 W,故选项C错误,选项D正确. 1.运用伏安特性曲线求电阻应注意的问题 (1)如图所示,非线性元件的I-U图线是曲线,导体电阻Rn=,即电阻等于图线上点(Un,In)与坐标原点连线的斜率的倒数,而不等于该点切线斜率的倒数. (2)I-U图线中的斜率k=,斜率k不能理解为k=tan α(α为图线与U轴的夹角),因坐标轴的单位可根据需要人为规定,同一电阻在坐标轴单位不同时倾角α是不同的. 2.电阻的伏安特性曲线的应用技巧 (1)用I-U图线来描述电阻的伏安特性时,图线上每一点对应一组U、I值,为该状态下的电阻值,UI为该状态下的电功率. (2)如果I-U图线为直线,图线斜率的绝对值为该电阻的倒数.如果I-U图线为曲线,则图线上某点切线斜率的绝对值不表示该点电阻的倒数,电阻的阻值只能用该点的电压和电流的比值来计算. 电路的动态分析问题 【重难提炼】 1.电路动态分析的方法 (1)程序法:基本思路是“部分→整体→部分”.即 (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)串反并同法:“串反”是指某一电阻增大(或减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(或增大).“并同”是指某一电阻增大(或减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(或减小). 2.含容电路的分析和计算 (1)当含有电容器的直流电路达到稳定状态时,电容器处可视为断路,与之串联的电阻中无电流,不起降压作用. - 16 - (2)电容器电压等于与之并联的电阻的电压. (3)电容器(或串联一个电阻)接到某电源两端时,电容器的电压等于路端电压. (4)在计算电容器所带电荷量的变化时,如果变化前后极板所带电荷的电性相同,那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量之差;如果变化前后极板带电的电性相反,那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量之和. 3.电路故障问题的分析方法与技巧 (1)故障特点 ①断路特点:表现为电路中的两点间电压不为零而电流为零,并且这两点与电源的连接部分没有断点. ②短路特点:用电器或电阻发生短路,表现为有电流通过电路但其两端电压为零. (2)检查方法 ①电压表检测:如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联路段短路. ②欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处是断路,当测量值很小或为零时,表示该处是短路.在运用欧姆表检测时,电路一定要切断电源. ③电流表检测:当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电流值的分析,可以确定故障的位置.在运用电流表检测时,要注意电流表的极性和量程. ④假设法: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某种故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理. (多选)如图,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r.将滑动变阻器的滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3,理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则( ) A.A的示数增大 B.V2的示数增大 C.ΔU3与ΔI的比值大于r D.ΔU1大于ΔU2 [审题突破] 先分析电路的结构,当滑动变阻器连入电路的阻值变化时,会引起V1、V2、V3、A表的变化,结合图形得出的含义. [解析] 变阻器滑片向下滑动,连入电路中的电阻R变减小,由I=,A - 16 - 表示数增大,故A正确;V2表测量的是电源的输出电压,U2=E-Ir减小,故B错误;由于R是定值电阻,则=R,如图甲所示,又由U2=E-Ir,则=r,如图乙所示,所以,ΔU1=ΔI×R,ΔU2=ΔI×r,又因R>r,得ΔU1大于ΔU2,故D正确;同理,U3=E-I(r+R),=r+R,故C正确. [答案] ACD 【题组过关】 考向一 直流电路的动态分析 1.如图所示,电源内阻不能忽略,电流表、电压表均可视为理想电表,在滑动变阻器R的触头从a端滑到b端的过程中( ) A.电压表V的示数先增大后减小,电流表A的示数增大 B.电压表V的示数先增大后减小,电流表A的示数减小 C.电压表V的示数先减小后增大,电流表A的示数增大 D.电压表V的示数先减小后增大,电流表A的示数减小 解析:选A.在滑动变阻器R的触头从a端滑到b端的过程中,外电阻先增大后减小,路端电压先增大后减小,电压表V的示数先增大后减小,电流表A的示数一直增大,选项A正确. 2.如图所示,电源电动势为E,内阻为r.当滑动变阻器的滑片P从左端滑到右端时,理想电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2,干路电流为I,下列说法正确的是(灯泡电阻不变)( ) A.小灯泡L1、L3变暗,L2变亮 B.ΔU1与ΔI的比值不变 C.ΔU1<ΔU2 D.ΔU1=ΔU2 解析:选B.图中L1与滑动变阻器串联后与L3并联,然后再与L2串联,最后接在电源上构成闭合电路,V1测并联部分电压,V2测L2两端的电压.当滑动变阻器的滑片P右移,其连入电路的阻值变大,总阻值变大,由闭合电路的欧姆定律得,干路电流I变小,L2 - 16 - 中电流变小,灯L2变暗,A错;干路电流变小,内电压变小,L2两端电压变小,并联部分电压变大,由闭合电路知识得:ΔU1=ΔUr+ΔU2,两边同除以ΔI可得:=+=r+RL2,则C、D错,B对. 考向二 含容电路的动态分析 3.在如图所示的电路中,电源的负极接地,其电动势为E、内电阻为r,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C为电容器,A、V为理想电流表和电压表.在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中,下列说法中正确的是( ) A.电压表示数变小 B.电流表示数变小 C.电容器C所带电荷量增多 D.a点的电势降低 解析:选D.在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中,变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,干路电流I增大,电阻R1两端电压增大,则电压表示数变大.电阻R2两端的电压U2=E-I(R1+r),I增大,则U2变小,电容器两板间电压变小,其带电荷量减小.根据外电路中顺着电流方向,电势降低,可知a点的电势大于零.a点的电势等于R2两端的电压,U2变小,则a点的电势降低,通过R2的电流I2减小,通过电流表的电流IA=I-I2,I增大,I2减小,则IA增大,即电流表示数变大,A、B、C错误,D正确. 4.将电学元件按照如图所示的方式连接,已知两电表均为理想电表,电源有一定的内阻.现闭合电键,将滑动变阻器的触头向下缓慢移动,则( ) A.两电表的读数均增大 B.小灯泡b的亮度变暗,电流表的读数变小 C.小灯泡a的亮度变亮,电压表的读数变小 D.电容器两极板所带的电荷量增加 解析:选C.滑动变阻器的触头向下缓慢移动时,其接入电路的电阻值减小,导致总电阻减小,根据“串反并同”规律可知:电压表读数减小、小灯泡b变暗,电流表读数变大、小灯泡a变亮,电容器C两端的电压等于小灯泡b两端的电压,逐渐减小,所以电容器C所带电荷量减少,C正确,A、B、D错误. 考向三 对电路的故障分析 - 16 - 5.如图所示的电路,闭合开关,灯L1、L2正常发光.由于电路出现故障,突然发现L1变亮,L2变暗,电流表的读数变小,根据现象分析,发生的故障可能是( ) A.R1断路 B.R2断路 C.R3短路 D.R4短路 解析:选A.等效电路如图所示.若R1断路,电路的外电阻变大,总电流减小,路端电压变大,L1两端电压变大,L1变亮;ab部分电路结构没变,电流仍按原比例分配,总电流减小,通过L2、R4的电流都减小,故A项正确.若R2断路,总电阻变大,总电流减小,ac部分电路结构没变,电流仍按原比例分配,R1、L1中电流都减小,与题意相矛盾,故B项错误.若R3短路或R4短路,总电阻减小,总电流增大,电流表A中电流变大,与题意相矛盾,故C、D项错误. 6.(多选)在探究电路故障时,某实验小组设计了如图所示的电路,当电键闭合后,电路中的各用电器正常工作,经过一段时间,发现小灯泡A的亮度变暗,小灯泡B的亮度变亮.则下列对电路故障的分析正确的是( ) A.可能是定值电阻R1短路 B.可能是定值电阻R2断路 C.可能是定值电阻R3断路 D.可能是定值电阻R4短路 解析:选BC.由于小灯泡A串联于干路中,且故障发生后小灯泡A变暗,可知电路中总电流变小,即电路总电阻变大,由此推知,故障应为某一电阻断路,排除选项A、D.若R2断路,则R1和小灯泡B所在支路的电压增大,而R2的断路又使小灯泡B分配的电压增大,故小灯泡B变亮,选项B对;若R3断路,必引起与之并联的支路(即R1所在支路)中电流增大,小灯泡B分得的电流也变大,小灯泡B变亮,故选项C对. 闭合电路的功率及效率 - 16 - 【重难提炼】 电源总功率 任意电路:P总=EI=P出+P内 纯电阻电路:P总=I2(R+r)= 电源内部消 耗的功率 P内=I2r=P总-P出 电源的输出 任意电路:P出=UI=P总-P内 纯电阻电路:P出=I2R= P出与外电 阻R的关系 电源的效率 任意电路:η=×100%=×100% 纯电阻电路:η=×100% 由P出与外电阻R的关系图象可知: ①当R=r时,电源的输出功率最大,为P出m=. ②当R>r时,随着R的增大,输出功率越来越小. ③当R查看更多