步步高2015届高考物理一轮复习--恒定电流

考点内容要求考纲解读欧姆定律1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2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3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4实验及相关电路的设计，几乎已成为每年高考必考的题型.电阻定律电阻的串、并联电源的电动势和内阻闭合电路的欧姆定律电功率、焦耳定律实验：测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)实验：描绘小电珠的伏安特性曲线实验：测定电源的电动势和内阻实验：练习使用多用电表第1课时电阻定律欧姆定律焦耳定律及电功率考纲解读 1.理解欧姆定律、电阻定律、焦耳定律的内容，并会利用它们进行相关的计算与判断.2.会用导体的伏安特性曲线IU图象及UI图象解决有关问题.3.能计算非纯电阻电路中的电功、电功率、电热1电阻定律的理解导体的电阻是导体本身的一种性质，对于同种材料的导体，下列表述正确的是()A横截面积一定，电阻与导体的长度成正比B长度一定，电阻与导体的横截面积成正比C电压一定，电阻与通过导体的电流成正比D电流一定，电阻与导体两端的电压成反比答案A解析对于同种材料的导体，电阻率是个定值，根据电阻定律R可知A对，B错导体的电阻不随电流或电压的变化而变化故C、D错2欧姆定律的理解根据部分电路欧姆定律，下列判断正确的有()A导体两端的电压越大，电阻就越大B导体中的电流越大，电阻就越小C比较几只电阻的IU图象可知，电流变化相同时，电压变化较小的图象是属于阻值较大的那个电阻的D由I可知，通过一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比答案D解析导体的电阻表征导体阻碍电流的能力，由导体本身决定，与U、I无关，选项A、B错误；在电阻的IU图象中，阻值R，当I相同时，U越小，表示该导体的阻值越小，选项C错误；根据欧姆定律公式I可知，通过一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，选项D正确3非纯电阻电路中的电功和电功率如图1所示，用输出电压为1.4 V，输出电流为100 mA的充电器对内阻为2 的镍氢电池充电下列说法正确的是()图1A电能转化为化学能的功率为0.12 WB充电器输出的电功率为0.14 WC充电时，电池消耗的热功率为0.02 WD充电器把0.14 W的功率储存在电池内答案ABC解析充电器对电池的充电功率为P总UI0.14 W，电池充电时的热功率为P热I2r0.02 W，所以转化为化学能的功率为P化P总P热0.12 W，因此充电器把0.12 W的功率储存在电池内，故A、B、C正确，D错误4对导体的伏安特性曲线的理解某导体中的电流随其两端电压的变化如图2所示，则下列说法中正确的是()图2A加5 V电压时，导体的电阻约是5 B加11 V电压时，导体的电阻约是1.4 C由图可知，随着电压的增大，导体的电阻不断减小D由图可知，随着电压的减小，导体的电阻不断减小答案AD解析对某些导体，其伏安特性曲线不是直线，但曲线上某一点的值仍表示该点所对应的电阻值本题中给出的导体加5 V电压时，值为5，所以此时电阻为5 ，A正确；当电压增大时，值增大，即电阻增大，综合判断可知B、C错误，D正确一、电流1电流的定义式：I，其中q为通过导体某横截面的电荷量，t为通过这些电荷量所用的时间2微观表达式对于导体有InqvS，其中n为单位体积内的自由电子个数，S为导体的横截面积，q为自由电荷的电荷量，v为自由电荷的定向移动速率二、电阻、电阻定律1电阻(1)定义式：R.(2)物理意义：导体的电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小2电阻定律：R.3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金属的电阻率随温度升高而增大；半导体的电阻率随温度升高而减小；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、部分电路欧姆定律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.3适用条件：适用于金属导体和电解质溶液导电，适用于纯电阻电路四、电功、电热、电功率1电功(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做的功(2)公式：WqUIUt(适用于任何电路)(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程2电功率(1)定义：单位时间内电流做的功，表示电流做功的快慢(2)公式：PW/tIU(适用于任何电路)3焦耳定律(1)电热：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比(2)计算式：QI2Rt.4热功率(1)定义：单位时间内的发热量(2)表达式：PI2R.考点一对电阻、电阻定律的理解和应用1电阻与电阻率的区别(1)电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，电阻大的导体对电流的阻碍作用大电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量，电阻率小的材料导电性能好(2)导体的电阻大，导体材料的导电性能不一定差；导体的电阻率小，电阻不一定小，即电阻率小的导体对电流的阻碍作用不一定小(3)导体的电阻、电阻率均与温度有关2电阻的决定式和定义式的区别公式RR区别电阻的决定式电阻的定义式说明了电阻的决定因素提供了一种测定电阻的方法，并不说明电阻与U和I有关只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解质溶液适用于任何纯电阻导体例1一段长为L，电阻为R的均匀电阻丝，把它拉成3L长的均匀细丝后，切成等长的三段，然后把它们并联在一起，其电阻值为()A. B3R C. DR解析根据R可知，原电阻丝被拉长3倍后的总阻值为9R，再切成三段后每段的阻值为3R，把它们并联后的阻值为R，故选项D正确答案D突破训练1根据R可以导出电阻率的表达式，对温度一定的某种金属导线来说，它的电阻率()A跟导线的电阻R成正比B跟导线的横截面积S成正比C跟导线的长度l成反比D只由其材料的性质决定答案D解析对于某种金属导线来说，电阻率只由其材料的性质决定，而不是由R、S、l来决定，对比各选项可知，A、B、C错误，D正确考点二对伏安特性曲线的理解1图3中，图线a、b表示线性元件，图线c、d表示非线性元件2图线a、b的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小，故RaQ.电功只能用公式WUIt来计算，焦耳热只能用公式QI2Rt来计算对于非纯电阻电路，欧姆定律不再适用例3一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正常工作用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A，则下列说法中正确的是()A电饭煲的电阻为44 ，洗衣机电动机线圈的电阻为440 B电饭煲消耗的电功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 WC1 min内电饭煲消耗的电能为6.6104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6103 JD电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍解析由于电饭煲是纯电阻元件，所以R144 ，P1UI11 100 W其在1 min内消耗的电能W1UI1t6.6104 J洗衣机为非纯电阻元件，所以R2，P2UI2110 W其在1 min内消耗的电能W2UI2t6.6103 J其热功率P热P2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍答案C电功和电热的处理方法1PUI、WUIt、QI2Rt在任何电路中都能使用在纯电阻电路中，WQ，UItI2Rt，在非纯电阻电路中，WQ，UItI2Rt.2在非纯电阻电路中，由于UItI2Rt，即UIR，欧姆定律R不再成立3处理非纯电阻电路的计算问题时，要善于从能量转化的角度出发，紧紧围绕能量守恒定律，利用“电功电热其他能量”寻找等量关系求解突破训练3电阻R和电动机M串联接到电路中，如图6所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，电键接通后，电动机正常工作，设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有()图6AU1Q2 DW1W2，Q1IRU1，B错；电流做的功W1IU1t，W2IU2t，因此W1r时，随着R的增大输出功率越来越小当Rr时，随着R的增大输出功率越来越大当P出Pm时，每个输出功率对应两个外电阻R1和R2，且R1R2r2.P出与R的关系如图4所示图44电源的效率(1)任意电路：100%100%.(2)纯电阻电路：100%100%因此在纯电阻电路中R越大，越大；当Rr时，电源有最大输出功率，效率仅为50%.特别提醒当电源的输出功率最大时，效率并不是最大，只有50%；当R时，100%，但此时P出0，无实际意义例2如图5所示，已知电源电动势E5 V，内阻r2 ，定值电阻R10.5 ，滑动变阻器R2的阻值范围为010 .求：图5(1)当滑动变阻器R2的阻值为多大时，电阻R1消耗的功率最大？最大功率是多少？(2)当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大？最大功率是多少？(3)当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？最大功率是多少？解析(1)定值电阻R1消耗的电功率为P1I2R1，可见当滑动变阻器的阻值R20时，R1消耗的功率最大，最大功率为P1m2 W.(2)将定值电阻R1看做电源内阻的一部分，则电源的等效内阻rR1r2.5 ，故当滑动变阻器的阻值R2r2.5 时，滑动变阻器消耗的功率最大，最大功率为P2m2.5 W.(3)由电源的输出功率与外电阻的关系可知，当R1R2r，即R2rR1(20.5) 1.5 时，电源有最大输出功率，最大功率为P出m3.125 W.答案(1)R20时，R1消耗的功率最大，为2 W(2)R22.5 时，滑动变阻器消耗的功率最大，为2.5 W(3)R21.5 时，电源的输出功率最大，为3.125 W对闭合电路功率的两点新认识(1)闭合电路是一个能量转化系统，电源将其他形式的能转化为电能内、外电路将电能转化为其他形式的能，EIP内P外就是能量守恒定律在闭合电路中的体现(2)外电阻的阻值向接近内阻的阻值方向变化时，电源的输出功率变大突破训练2如图6所示电路中，R为一滑动变阻器，P为滑片，若将滑片向下滑动，则在滑动过程中，下列判断错误的是()图6A电源内电路消耗功率一定逐渐增大B灯泡L2一定逐渐变暗C电源效率一定逐渐减小DR上消耗功率一定逐渐变小答案D解析滑动变阻器滑片P向下滑动，RR并R外，由闭合电路欧姆定律I推得I，由电源内电路消耗功率P内I2r可得P内，A正确U外EIr，U1(IIL1)R1，UL2U外U1，PL2，故灯泡L2变暗，B正确电源效率，故C正确R上消耗的功率PR，PR增大还是减小不确定，故D错考点三电路故障问题的分析1故障特点(1)断路特点：表现为路端电压不为零而电流为零(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它两端电压为零2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)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，一定要注意电流表的极性和量程(3)欧姆表检测：当测量值很大时，表示该处断路，当测量值很小或为零时，表示该处短路在运用欧姆表检测时，电路一定要切断电源(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例3如图7是某同学连接的实验实物图，开关闭合后A、B灯都不亮，他采用下列两种方法进行故障检查图7(1)应用多用电表的直流挡进行检查，选择开关置于10 V挡该同学测试结果如表1所示，在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触_(填a或b)根据测试结果，可判定故障是_A灯A短路 B灯B短路Ccd段断路 Ddf段断路表1测试点电压示数a、b有示数b、c有示数c、d无示数d、f有示数表2 测试点指针偏转情况c、dd、ee、f(2)将开关断开，再选择欧姆挡测试，测量结果如表2所示，那么检查出的故障是()A灯A断路B灯B短路C灯A、B都断路Dd、e间导线断路解析(1)应用多用电表判断电路故障，首先要正确使用多用电表，对多用电表而言，电流应从红表笔流入该表内，由题图能看出a点电势高于b点电势，知红表笔应接触a.由表1条件可知，d、f间有示数，则dca干电池bf间无断路，又因为c、d间无示数，故d、f段断路，选项D正确；若灯A短路或灯B短路，不会造成A、B灯都不亮，选项A、B错误；若cd段断路，则d、f间不会有示数，选项C错误(2)由表2可知，c、d间有一定的电阻但不是很大，即灯A既不短路也不断路，选项A、C错误；d、e间存在很大电阻，表明d、e间导线断路，选项D正确；e、f间电阻为零，则灯B短路，选项B正确答案(1)aD(2)BD突破训练3在如图8所示的电路中，闭合开关时，灯不亮，已经确定是由灯泡断路或短路引起的，在不能拆开电路的情况下(开关可闭合，可断开)，现用一个多用电表的直流电压挡、直流电流挡和欧姆挡分别对故障电路进行如下检查并作出判断(如表所示)：图8次序操作步骤现象和结论1闭合开关，选直流电压挡，红、黑表笔分别接a、b指针偏转，灯断路；指针不偏转，灯短路2闭合开关，选直流电流挡，红、黑表笔分别接a、b指针偏转，灯断路；指针不偏转，灯短路3闭合开关，选欧姆挡，红、黑表笔分别接a、b指针不动，灯断路；指针偏转，灯短路4断开开关，选欧姆挡，红、黑表笔分别接a、b指针不动，灯断路；指针偏转最大，灯短路以上操作和判断错误的是()A1B2C3D4答案C解析选直流电压挡时，红、黑表笔分别接高、低电势点，若指针偏转，说明a、b两点有电压，其他地方完好且a、b之间有断路；若指针不偏转，说明a、b两点电势相等，a、b之间必短路，1正确选直流电流挡时，指针若偏转说明有电流流过表头，而灯不亮，则灯必断路；若不偏转，a、b两点电势相等，灯必短路，2正确选欧姆挡时，已启用欧姆表内部电源，必须将外电路电源断开，故3是错误的，而4显然正确，故选C.突破训练4如图9所示电路中，开关闭合稳定后，某时刻理想电压表和电流表的读数都突然增大，造成这一现象的原因是电阻元件发生短路或断路故障，则可能出现了下列哪种故障()图9AR3断路 BR1短路CR2断路 DR3短路答案D解析若R3短路，回路的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律I得干路的总电流增大，由UEIr可知电路的外电压减小，通过R1的电流减小；因II1I2，所以通过电流表所在支路的电流增大，由U2R2I2可知电压表示数增大，D可能；A、B、C均不可能考点四电源UI图象与电阻UI图象的比较图象上的特征物理意义电源UI图象电阻UI图象图形图象表述的物理量变化关系电源的路端电压随电路电流的变化关系电阻两端电压随电阻中的电流的变化关系图线与坐标轴交点与纵轴交点表示电源电动势E，与横轴交点表示短路电流过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零图线上每一点坐标的乘积UI表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率图线上每一点对应的U、I比值表示外电阻的大小，不同点对应的外电阻大小不同每一点对应的比值均等大，表示此电阻的大小图线斜率的绝对值大小内电阻r电阻大小例4在如图10所示的UI图象中，直线为某一电源的路端电压与电流的关系图线，直线为某一电阻R的UI图线用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路，由图象可知()图10A电源的电动势为3 V，内阻为0.5 B电阻R的阻值为1 C电源的输出功率为4 WD电源的效率为50%解析由图线可知，电源的电动势为3 V，内阻为r0.5 ；由图线可知，电阻R的阻值为1 ，该电源与电阻R直接相连组成的闭合电路的电流为I2 A，路端电压UIR2 V(可由题图读出)，电源的输出功率为PUI4 W，电源的效率为100%66.7%，故选项A、B、C正确，D错误答案ABC突破训练5如图11所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图象；直线B为电源b的路端电压与电流的关系图象；直线C为一个电阻R的两端电压与电流的关系图象如果将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么有()图11AR接到a电源上，电源的效率较高BR接到b电源上，电源的输出功率较大CR接到a电源上，电源的输出功率较大，但电源效率较低DR接到b电源上，电阻的发热功率和电源的效率都较高答案C解析由题图判断电源a的内阻大，在纯电阻电路中电源效率100%，内阻越大，效率越低；电源的输出功率PUI对应图线交点坐标的乘积，只有C正确34.含电容器电路的分析方法1电路的简化：不分析电容器的充、放电过程时，把电容器所处的支路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上2电路稳定时电容器的处理方法：电路稳定后，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降低电压的作用，与电容器串联的电阻视为等势体电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压3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例5如图12所示的电路中，电源的电动势E6 V，内阻r1 ，电阻R13 ，R26 ，电容器的电容C3.6 F，二极管D具有单向导电性，开始时，开关S1闭合，S2断开图12(1)合上S2，待电路稳定以后，求电容器上电荷量变化了多少？(2)合上S2，待电路稳定以后再断开S1，求断开S1后流过R1的电荷量是多少？审题与关联解析(1)设开关S1闭合，S2断开时，电容器两端的电压为U1，干路电流为I1，根据闭合电路欧姆定律有I11.5 AU1I1R14.5 V合上开关S2后，电容器两端电压为U2，干路电流为I2.根据闭合电路欧姆定律有I22 AU2I24 V所以电容器上电荷量减少了：Q(U1U2)C1.8106 C(2)设合上S2后，电容器上的电荷量为Q，则QCU21.44105 C再断开S1后，R1和R2的电流与阻值成反比，故流过电阻的电荷量与阻值成反比故流过电阻R1的电荷量为：Q1Q9.6106 C.答案(1)减少了1.8106 C(2)9.6106 C高考题组1(2011北京理综17)如图13所示电路，电源内阻不可忽略开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中()图13A电压表与电流表的示数都减小B电压表与电流表的示数都增大C电压表的示数增大，电流表的示数减小D电压表的示数减小，电流表的示数增大答案A解析变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中，变阻器R0接入电路中的电阻变小，从而使整个电路中的外电阻变小，干路电流变大，内阻r分得的电压U内Ir变大，U外变小，电压表示数变小由U1IR1知U1变大，因U外U1U2，故U2变小，由于I2，所以流过R2的电流变小，电流表示数变小，选项A正确模拟题组2如图14所示，平行金属板中带电质点P原处于静止状态，不考虑电流表和电压表对电路的影响，当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，则()图14A电压表读数减小B电流表读数减小C质点P将向上运动DR1上消耗的功率逐渐增大答案BC解析R4的滑片向b端移动时，R4R总I总U端，分析电流表示数变化时，可把R1和R3等效为电源内阻，示数即可等效为总电流，由上面分析知其示数减小，B正确；分析示数的变化时，可把R1、R2和R3都等效为电源内阻，其示数即为等效路端电压，增大，A错误；分析电容器两板间电压时，可把R1等效为电源内阻，UCU端，E，增大，C正确；P1IR1，减小，D错误3竖直放置的一对平行金属板的左极板上，用绝缘细线悬挂了一个带正电的小球，将平行金属板按如图15所示的电路连接，开关闭合后绝缘细线与左极板间的夹角为.保持开关闭合，当滑动变阻器R的滑片在a位置时，电流表的读数为I1，夹角为1；当滑片在b位置时，电流表的读数为I2，夹角为2，则()图15A12，I12，I1I2C12，I1I2 D12，I1I2答案D解析本题考查电路的动态分析及带电小球在电场中的受力问题，意在考查学生对分压电路的理解和认识在滑动变阻器的滑片由a位置滑到b位置的过程中，平行金属板两端的电压增大，小球受到的电场力增大，因此夹角增大，即12；另外，电路中的总电阻不变，因此总电流不变，即I1I2.对比各选项可知，答案选D.(限时：30分钟)题组1电路的动态分析1在如图所示的四个电路中，电源电动势为E，内阻为r，定值电阻阻值为R0，当滑动变阻器R的滑片P从a向b滑动时，理想电压表读数变大的是()答案D解析对于图A，电压表被短路，当滑动变阻器的滑片P从a向b滑动时，理想电压表一直没有读数对于图B，当滑动变阻器的滑片P从a向b滑动时，理想电压表读数减小对于图C，当滑动变阻器的滑片P从a向b滑动时，外电路中电流减小，理想电压表读数变小对于图D，当滑动变阻器的滑片P从a向b滑动时，理想电压表读数变大，选项D正确2在如图1所示的电路中，E为电源，其内阻为r，L为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变)，R1、R2为定值电阻，R3为光敏电阻，其阻值随所受照射光强度的增大而减小，V为理想电压表若将照射R3的光的强度减弱，则()图1A电压表的示数增大B小灯泡消耗的功率减小C通过R2的电流减小D电源内阻的电压增大答案B解析若将照射R3的光的强度减弱，则R3的电阻将增大，电路中的总电阻将增大，总电流减小，故电压表的示数减小，内电压也减小，A、D错误；电阻R2两端的电压将增大，通过R2的电流增大，而总电流减小，所以通过小灯泡的电流减