高考物理专题九 恒定电流.docx

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高考物理专题九恒定电流

专题九　恒定电流

挖命题

【考情探究】

考点

考向

5年考情

预测热度

考题示例

学业水平

关联考点

素养要素

解法

电路的基

本概念

和规律

电路的基

本概念

和规律

2016课标Ⅱ,17,6分

3

电容器

科学推理

等效法

★★☆

2015安徽理综,17,6分

4

电场强度

科学推理

2015北京理综,19,6分

3

证据

闭合电路

欧姆定律

动态电路的分析

2016上海单科,18,4分

3

证据

2014上海单科,18,4分

4

证据

电路的分析计算

2016江苏单科,8,4分

3

能量观念

等效法

2018北京理综,23,18分

4

能量观念

分析解读　本专题研究部分电路与闭合电路。

研究各种电路所加电压、电流及消耗的功率所遵循的规律。

复习中应理清各个基本概念,熟记各公式,明确各公式的适用条件。

由于本专题知识与实际生活联系密切,必须要加强培养用物理知识解决实际问题的能力,同时深刻理解并熟练掌握各相关实验的基本原理,加强对基本仪器使用的复习以及对设计实验方法的迁移运用。

本专题知识经常与后面的电磁感应、交变电流知识相结合。

运用相关的电路知识、运动学规律、能量守恒等来解决一些综合题是高考中又一重点和难点。

【真题典例】

破考点

【考点集训】

考点一　电路的基本概念和规律

1.（2018河北石家庄质检）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U时,棒内产生电流,则自由电子定向移动的平均速率为（　　）

A.B.C.neρLD.

答案　A

2.（2018山西太原联考,4,4分）（多选）一根粗细均匀的金属导线,在其两端加上电压U时,通过导线的电流为I,导线中自由电子定向移动的平均速率为v,若将导线均匀拉长,使它的横截面半径变为原来的,再给它两端加上电压2U,则（　　）

A.通过导线的电流为

B.通过导线的电流为

C.导线中自由电子定向移动的速率为

D.导线中自由电子定向移动的速率为

答案　AD

3.（2019届河南调研联考,9,4分）（多选）某一热敏电阻其阻值随温度的升高而减小,在一次实验中,将该热敏电阻与一小灯泡串联,通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示,M为两元件伏安特性曲线的交点,则下列关于热敏电阻和小灯泡的说法正确的是（　　）

A.图线a是小灯泡的伏安特性曲线,图线b是热敏电阻的伏安特性曲线

B.图线b是小灯泡的伏安特性曲线,图线a是热敏电阻的伏安特性曲线

C.图线中的M点表示该状态时小灯泡的电阻大于热敏电阻的阻值

D.图线中M点对应的状态,小灯泡的功率与热敏电阻的功率相等

答案　BD

4.（2019届湖南三湘名校联盟质检,12,10分）如图所示,A为电解槽,M为电动机,N为电热炉,恒定电压U=12V,电解槽内阻RA=2Ω,当S1闭合,S2、S3断开时,A示数为6A;当S2闭合,S1、S3断开时,A示数为5A,且电动机输出功率为35W;当S3闭合,S1、S2断开时,A示数为4A。

求:

（1）电热炉的电阻及发热功率;

（2）电动机的内阻;

（3）在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为多少。

答案　

（1）2Ω　72W　

（2）1Ω　（3）16W

考点二　闭合电路欧姆定律

1.（2018河南名校联考,6）（多选）如图电路中,电源的内电阻为r,R1、R3、R4均为定值电阻,电表均为理想电表。

闭合开关S,

当滑动变阻器R2的滑动触头向右滑动时,下列说法中正确的是（　　）

A.电压表的示数变小

B.电流表的示数变小

C.R1中电流的变化量一定大于R4中电流的变化量

D.电压表示数的变化量与电流表示数的变化量之比一定小于电源的内电阻r

答案　BD

2.（2017河北五校联考,7）（多选）如图所示的电路,电源两端电压保持不变,R1为滑动变阻器,R2、R3为定值电阻。

闭合开关S,将滑片P由a端向b端滑动一段距离后,电压表V1、V2示数变化的大小分别为ΔU1、ΔU2,电流表示数变化的大小为ΔI。

下列判断正确的是（　　）

A.ΔU2大于ΔU1

B.与的差值等于R2

C.R2和R3消耗的电功率的和增加了ΔU2·ΔI

D.电压表V1示数变小、电压表V2示数变大,电流表示数变大

答案　ABD

3.（2019届福建厦门质检,4,4分）将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示,由此可知（　　）

A.电源最大输出功率可能大于45W

B.电源内阻一定等于5Ω

C.电源电动势为45V

D.电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率大于50%

答案　B

4.（2018河南开封模拟,16,10分）图甲所示是一种专供国内市场的家用电熨斗的电路图（额定电压为220V）。

R0是定值电阻,R是可变电阻（调温开关）,其电阻值均不受温度影响。

（1）该电熨斗温度最低时的功率为121W,温度最高时的功率为484W,求R0的阻值及R的阻值变化范围。

（2）假定电熨斗每秒钟散发的热量Q跟电熨斗表面温度与环境温度的温差关系如乙图所示,现在温度为20℃的房间使用该电熨斗来熨烫毛料西服,要求熨斗表面温度为220℃,且保持不变,问应将R的阻值调为多大?

答案　

（1）温度最低挡,P1=,即121=

温度最高挡,P2=,即484=

解得R0=100Ω,Rmax=300Ω

所以R的阻值变化范围是0到300Ω

（2）10Ω

【方法集训】

方法1　电路故障的分析方法

1.（2017湖南六校联考,9,分）如图电路,起初灯泡A和B都能正常发光,后来电路中某个元件发生断路故障,致使灯泡A比原来亮一些,灯泡B比原来暗一些,那么断路的元件是（　　）

A.R1B.R2C.R3D.R4

答案　B

2.（2018河北五校质检,6,4分）如图所示的电路中,闭合开关S后,灯a和灯b都正常发光,后来由于某种故障使灯b突然变亮,电压表读数增大,由此推断,这故障可能是（　　）

A.a灯丝烧断B.电阻R2断路

C.电阻R2短路D.电容器被击穿短路

答案　B

3.（2019届江西上饶六校一联,7,4分）如图所示,闭合开关S,两个灯泡都不亮,电流表指针几乎不动,

而电压表指针有明显偏转,该电路的故障可能是（　　）

A.电流表坏了或未接好

B.从a经过L1到b的电路中有断路

C.L2灯丝烧断或灯座未接通

D.电流表和L1、L2都坏了

答案　B

4.（2018山西太原阶段检测）（多选）在如图所示的电路中,由于某一电阻发生短路或断路,使A灯变暗,B灯变亮,则故障可能是（　　）

A.R1短路B.R2断路

C.R3断路D.R4短路

答案　BC

方法2　含容电路问题的分析与计算

1.（2017河北保定联考,8,4分）如图电路中,电源电动势为E、内阻为r,R0为定值电阻,电容器的电容为C,R为光敏电阻,其阻值的大小随照射光强度的增强而减小,

闭合开关S后,将照射光强度增强,电压表示数的变化量为ΔU,电流表示数的变化量为ΔI,则在此过程中（　　）

A.ΔU和ΔI的比值增大

B.电压表示数U和电流表示数I的比值不变

C.电阻R0两端电压增大,增加量为ΔU

D.电容器的带电荷量减小,减小量为CΔU

答案　D

2.（2018湖南郴州质监）如图所示,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,R1的阻值和电源内阻r相等。

当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时　（　　）

A.电压表读数增大

B.电流表读数减小

C.电源的输出功率逐渐增大

D.质点P将向上运动

答案　C

3.（2019届陕西西安质检,8,4分）如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,R1、R3为定值电阻,R2为滑动变阻器,C为平行板电容器,开关S闭合后,电容器两板正中央有一个带电液滴恰好静止。

电流表和电压表都可以视为理想电表。

当滑动变阻器滑片P向b端滑动过程中,下述说法正确的是（　　）

A.电压表示数变大,电流表示数变小

B.电压表示数变小,电流表示数变大

C.电容器C所带电荷量增加,液滴向上加速运动

D.电容器C所带电荷量减小,液滴向下加速运动

答案　D

4.（2018内蒙古集宁一中期中,17,12分）如图所示的电路中,两平行金属板A、B水平放置,板长l=80cm,两板间的距离d=40cm。

电源电动势E=40V,内电阻r=1Ω,电阻R=15Ω。

闭合开关S,待电路稳定后,将一带负电的小球从B板左端且非常靠近B板的位置以初速度v0=4m/s水平向右射入两板间,该小球可视为质点。

已知小球的质量为m=2×10-2kg,所带的电荷量为q=1×10-2C,不考虑空气阻力,电路中电压表、电流表均为理想电表。

若小球恰好从A板右边缘射出（g取10m/s2）。

求:

（1）滑动变阻器接入电路的电阻;

（2）此时电流表、电压表的示数;

（3）此时电源的输出功率。

答案　

（1）24Ω　

（2）1A　39V　（3）39W

过专题

【五年高考】

A组　基础题组

1.（2015安徽理综,17,6分）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.ρnevD.

答案　C

2.（2015北京理综,19,6分）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;R1的阻值等于电流表内阻的;

R2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0.04A

B.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.02A

C.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.06A

D.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.01A

答案　C

3.（2014上海单科,18,4分）（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rD.ΔU1大于ΔU2

答案　ACD

4.（2016课标Ⅱ,17,6分）阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E（内阻可忽略）连接成如图所示电路。

开关S断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q1;闭合开关S,电流再次稳定后,C所带的电荷量为Q2。

Q1与Q2的比值为（　　）

A.B.C.D.

答案　C

B组　提升题组

1.（2016江苏单科,8,4分）（多选）如图所示的电路中,电源电动势为12V,内阻为2Ω,四个电阻的阻值已在图中标出。

闭合开关S,下列说法正确的有（　　）

A.路端电压为10V

B.电源的总功率为10W

C.a、b间电压的大小为5V

D.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1A

答案　AC

2.（2016上海单科,18,4分）（多选）如图所示电路中,电源内阻忽略不计。

闭合开关,电压表示数为U,电流表示数为I;在滑动变阻器R1的滑片P由a端滑到b端的过程中（　　）

A.U先变大后变小

B.I先变小后变大

C.U与I比值先变大后变小

D.U变化量与I变化量比值等于R3

答案　BC

3.（2018北京理综,23,18分）如图1所示,用电动势为E、内阻为r的电源,向滑动变阻器R供电。

改变变阻器R的阻值,路端电压U与电流I均随之变化。

（1）以U为纵坐标,I为横坐标,在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图像的示意图,并说明U-I图像与两坐标轴交点的物理意义。

（2）a.请在图2画好的U-I关系图线上任取一点,画出带网格的图形,以其面积表示此时电源的输出功率;

b.请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件。

（3）请写出电源电动势定义式,并结合能量守恒定律证明:

电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和。

答案　

（1）U-I图像如图所示。

图像与纵轴交点的纵坐标值为电源电动势,与横轴交点的横坐标值为短路电流。

（2）a.如图所示。

　　b.电源输出的电功率

P=I2R=R=

当外电路电阻R=r时,电源输出的电功率最大,为

Pmax=

（3）电动势定义式

E=

根据能量守恒定律,在题图所示电路中,非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路产生的电热,即

W=I2rt+I2Rt=Irq+IRq

得E=Ir+IR=U内+U外

C组　教师专用题组

1.（2016北京理综,19,6分）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

2.（2015北京理综,24,20分）真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置,如图所示。

光照前两板都不带电。

以光照射A板,则板中的电子可能吸收光的能量而逸出。

假设所有逸出的电子都垂直于A板向B板运动,忽略电子之间的相互作用。

保持光照条件不变。

a和b为接线柱。

已知单位时间内从A板逸出的电子数为N,电子逸出时的最大动能为Ekm。

元电荷为e。

（1）求A板和B板之间的最大电势差Um,以及将a、b短接时回路中的电流I短。

（2）图示装置可看作直流电源,求其电动势E和内阻r。

（3）在a和b之间连接一个外电阻时,该电阻两端的电压为U。

外电阻上消耗的电功率设为P;单位时间内到达B板的电子,在从A板运动到B板的过程中损失的动能之和设为ΔEk。

请推导证明:

P=ΔEk。

　　（注意:

解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量,要在解题中做必要的说明）

答案　

（1）　Ne　

（2）　

（3）外电阻两端的电压为U,则电源两端的电压也是U。

由动能定理,一个电子经电源内部电场后损失的动能

ΔEke=eU

设单位时间内有N'个电子到达B板,则损失的动能之和

ΔEk=N'ΔEke=N'eU

根据电流的定义,此时电源内部的电流

I=N'e

此时流过外电阻的电流也是I=N'e,外电阻上消耗的电功率

P=IU=N'eU

所以P=ΔEk

【三年模拟】

一、选择题（每小题6分,共60分）

1.（2017福建福州八中质量检查,13）北京正负电子对撞机的储存环是长240m的近似圆形轨道,当电子的速率为十分之一光速时,若环中的电流大小为10mA,则在整个环中运行的电子数为（　　）

A.5×1011B.5×1019C.1×1013D.1×103

答案　A

2.（2019届山西大同段考,8）（多选）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0.25A,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0.75W

C.L2的电阻为12Ω

D.L1、L2消耗的电功率的比值大于4

答案　BD

3.（2018湖北八校二联）（多选）如图所示的电路中,E为电源,其内电阻为r,V为理想电压表,L为阻值恒为2r的小灯泡,定值电阻R1的阻值恒为r,R3为半导体材料制成的光敏电阻（其阻值随光照的增强而减小）,电容器两极板处于水平状态,闭合开关S,电容器中心P点有一带电小球处于静止状态,电源负极接地,则下列说法正确的是（　　）

A.若将R2的滑片上移,则电压表的示数变小

B.若突然将电容器上极板上移,则小球在P点的电势能增大

C.若光照变强,则小球会向上运动

D.若光照变强,则A、B间电路的功率变大

答案　BD

4.（2018河北衡水中学六调）（多选）某电路如图所示,电源电动势为E、内阻为r,R1、R2为定值电阻,R为电位器（滑动变阻器）,L1是小灯泡,电压表和电流表均为理想电表。

当电位器的触片滑向b端时,下列说法正确的是（　　）

A.小灯泡L1将变亮

B.电压表示数与电流表A1示数的比值将变大

C.电流表A1的示数将变大

D.电源的总功率将变大

答案　ACD

5.（2018广东四校联考）（多选）如图所示,C为平行板电容器,C中有一带电液滴刚好静止,M点接地,开始时开关K闭合。

下列说法正确的有（　　）

A.液滴带负电

B.若将开关K断开,液滴将向上运动

C.若只让C的上极板向上移动,液滴可能打到上极板

D.若滑动触头P向上移动,电容器上极板的电势将升高

答案　AB

6.（2019届安徽皖西高中教学联盟联考,6）如图甲所示为一温度报警装置,其中R为定值电阻,Rt为一半导体热敏电阻,其电阻随温度变化的关系如图乙所示。

电流表示数用I表示,a、b两点接在报警器上,用来监控电压Uab,当Uab过低时开始报警,若温度逐渐升高,则（　　）

A.Uab增大,I增大,不报警

B.Uab减小,I减小,报警

C.Uab增大,I减小,不报警

D.Uab减小,I增大,报警

答案　D

7.（2017河北五校联盟二模,15）（多选）如图所示是某型号电吹风的电路图,它主要由电动机M和电热丝R构成,已知电吹风的额定电压为220V,吹冷风时的功率为120W,吹热风时的功率为1000W,关于该电吹风,下列说法正确的是　（　　）

A.若S1、S2闭合,则电吹风吹冷风

B.电热丝的电阻为55Ω

C.电动机工作时输出的机械功率为880W

D.当电吹风吹冷风时,电动机每秒钟消耗的电能为120J

答案　BD

8.（2017江西师大附中月考,15）在如图所示的电路中,电源内阻不能忽略,已知定值电阻R1=10Ω,R2=8Ω。

当开关S接到位置1时,电压表V的示数为2V;当开关S接到位置2时,电压表V的示数可能为（　　）

A.2.2VB.1.9VC.1.6VD.13V

答案　B

9.（2018河南豫南九校一联）（多选）如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,开关S闭合后,平行板电容器中的带电液滴M处于静止状态,电流表和电压表均为理想电表,则（　　）

A.带电液滴M一定带正电

B.R4的滑片向上端移动时,电流表示数减小,电压表示数增大

C.若仅将电容器下极板稍微向上平移,带电液滴M将向上极板运动

D.若将开关S断开,带电液滴M将向下极板运动

答案　BC

10.（2019届东北三校联考,10）（多选）如图甲所示,电源电动势E=6V,闭合开关,将滑动变阻器的滑片P从A端滑至B端的过程中,得到电路中的一些物理量的变化如图乙、丙、丁所示。

其中图乙为输出功率与路端电压的关系曲线,图丙为路端电压与总电流的关系曲线,图丁为电源效率与外电路电阻的关系曲线,不考虑电表、导线对电路的影响。

则下列关于图中a、b、c、d点的坐标值正确的是（　　）

A.a（4V,4.5W）B.b（4.8V,2.88W）

C.c（0.6A,4.5V）D.d（8Ω,80%）

答案　BD

二、非选择题（共40分）

11.（12分）（2019届山西晋城质检,14）如图所示,E=8V,r=2Ω,R1=8Ω,滑动变阻器的最大阻值为15Ω,R2为滑动变阻器接入电路中的有效阻值,问

（1）要使变阻器获得的电功率最大,则R2的取值应是多大?

这时R2的功率是多大?

（2）要使R1得到的电功率最大,则R2的取值应是多大?

R1的最大功率是多大?

这时电源的效率是多大?

答案　

（1）10Ω　1.6W　

（2）0　5.12W　80%

12.（12分）（2018河北保定五校联考,18）某同学在研究微型直流电动机的性能时,采用如图所示的实验电路。

调节滑动变阻器R的阻值,使电动机无法转动,此时电流表和电压表的示数分别为0.2A和0.3V。

重新调节R的阻值,使电动机能够正常运转,此时电流表和电压表的示数分别为1.0A和6.0V。

（电流表、电压表均为理想电表）求:

（1）这台电动机的线圈电阻;

（2）电动机正常运转时的输出功率。

答案　

（1）1.5Ω　

（2）4.5W

13.（16分）（2018安徽皖西南名校联考,15）在如图所示的电路中,R1=2Ω,R2=R3=4Ω,当开关K接a时,R2上消耗的电功率为4W,当开关K接b时,电压表示数为4.5V。

试求:

（1）当开关K接a时,通过电源的电流和电源两端的电压;

（2）电源的电动势和内电阻;

（3）当开关K接c时,通过R2的电流。

答案　

（1）1A　4V　

（2）6V　2Ω　（3）0.5A