专题08 恒定电流 高考物理经典问题妙解通解(原卷版)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
考点分类:考点分类见下表
考点一动态直流电路的变化量分析
1.电压变化量大小的比较
如图所示,当R2的阻值增加时,由动态分析可知U2增大(增大量为ΔU2),U增大(增大量为ΔU),而U1减小(减小量为ΔU1),再由串联电路的电压关系有
U=U1+U2
则有
ΔU=-ΔU1+ΔU2
即ΔU2=ΔU+ΔU1
故ΔU2>ΔU,ΔU2>ΔU1.
2.比值变化趋势分析
在如图所示的电路中,当滑片滑动时,
U I =R 1+R 2,U
I
的变化趋势与R 2变化情况相同; 1U I =R1是一定值;2U I =R2变化趋势与U
I
相同. 3.变化量的比值变化趋势分析 (1)讨论
1
U I
∆∆的变化情况 因R1是一定值电阻,由U 1=IR 1有ΔU1=ΔI·R 1, 即
1
U I
∆∆=R1是一定值,不随R 2阻值的变化而变化. (2)讨论
U
I
∆∆的变化情况 由E=U+Ir,有ΔU=ΔIr(ΔU,ΔI 表示变化量的绝对值), 则
U
I
∆∆=r 也是一定值,也不随R 2阻值的变化而变化. (3)讨论
2
U I
∆∆的变化情况 因E=I(R 1+R 2+r)=U 2+I(R 1+r)
且E,R 1,r 都是定值,故有ΔU 2=ΔI(R1+r), (ΔU 2,ΔI 仍只表示变化量的大小) 可知2
U I
∆∆=R1+r 也是一定值,也不随R 2的变化而变化.
考点二 电路故障的分析方法
1.故障特点
(1)断路特点:断路部分电路中电流为零,而电压不为零.因此,若外电路中某两点间电压不为零,电流为零,则两点间有断点,而这两点与电源的两极之间无断点. (2)短路特点:表现为有电流通过而某元件两端电压为零.
2.故障的分析方法
(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.在使用电流表检测时,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.在使用欧姆表
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.
考点三利用“柱体微元”模型求电流
利用“柱体微元”模型求解电流的微观问题时,注意以下基本思路:
设柱体微元的长度为L,横截面积为S,单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,电荷定向移动的速率为v,则:
(1)柱体微元中的总电荷量为Q=nLSq.
(2)电荷通过横截面的时间t=L
v
(3)(3)电流的微观表达式I=Q
=nqvS.
t
考点四生活中的用电器
生活中,人们在家中会使用很多用电器,如电饭锅、空调、冰箱、电风扇、电吹风等,这些用电器有的可以视为纯电阻,有的则不是纯电阻.
★考点一:动态直流电路的变化量分析
◆典例一:.(多选)如图,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r,闭合电键S,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,理想电流表示数变化量的绝对值ΔI,则下列结论正确的是()
A.A 的示数增大
B.V 2的示数增大
C.ΔU 3与ΔI 的比值大于r
D.ΔU 1大于ΔU 2
◆典例二: (2017·河南开封一模)如图所示,电路电源电动势为E,内阻r,R 1,R 2为定值电阻,调节电阻箱R 的阻值,使电压表V 的示数增大ΔU,在此过程中( )
A.路端电压增加,增加量一定等于ΔU
B.电阻R 2两端的电压减小,减少量一定等于ΔU
C.通过电阻R 1的电流增加,增加量一定等于1U
R ∆
D.通过电阻R 2的电流减小,但减少量一定大于2U R ∆
★考点二:电路故障的分析方法
◆典例一:如图所示电路中,由于某处出现了故障,导致电路中的A 、B 两灯变亮,C 、D 两灯变暗,故障的原因可能是( )
A .R 1短路
B .R 2断路
C .R 2短路
D .R 3短路
◆典例二:在如图所示的电路中,闭合开关S 后,L 1、L 2两灯泡都正常发光,后来由于某种故障使L 2突然变亮,电压表读数减小,由此推断,该故障可能是( )
A.L 1灯丝烧断
B.电阻R 2断路
C.电阻R 2短路
D.电容器被击穿短路
★考点三:利用“柱体微元”模型求电流
◆典例一:(2016·荆州质检)在显像管的电子枪中,从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U 的加速电场,设其初速度为零,经加速后形成横截面积为S 、电流为I 的电子束。
已知电子的电荷量为e 、质量为m ,则在刚射出加速电场时,一小段长为Δl 的电子束内的电子个数是( ) A.I Δl eS m 2eU B.I Δl e m 2eU C.I eS
m 2eU D.IS Δl e
m 2eU
◆典例二 (多选)横截面积为S 的导线中通有电流I.已知导线每单位体积中有n 个自由电子,每个自由电子的电荷量是e,自由电子定向移动的速率是v,则在时间Δt 内通过导线横截面的电子数是( ) A.nSvΔt B.nvΔt C.I t
e ∆
D.
I t
Se
∆ ◆典例三:(2018北京海淀查缺补漏练习)对于同一物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究,找出其内在联系,从而更加深刻地理解其物理本质。
一段横截面积为S 、长为l 的直导线,单位体积内
有n个自由电子,一个电子电量为e。
该导线通有恒定电流时,导线两端的电势差为U,假设自由电子定向移动的速率均为v。
(1)求导线中的电流I;
(2)所谓电流做功,实质上是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。
为了求解在时间t内电流做功W为多少,小红和小明给出了不同的想法:
小红记得老师上课讲过,W=UIt,因此将第(1)问求出的I的结果代入,就可以得到W的表达式。
但是小红不记得老师是怎样得出W=UIt这个公式的。
小明提出,既然电流做功是导线中的恒定电场对自由电荷的
静电力做功,那么应该先求出导线中的恒定电场的场强,即
U
E
l
=,设导体中全部电荷为q后,再求出电
场力做的功=U
W qEvt q vt
l
=,将q代换之后,小明没有得出W=UIt的结果。
请问你认为小红和小明谁说的对?若是小红说的对,请给出公式的推导过程;若是小明说的对,请补充完善这个问题中电流做功的求解过程。
(3)为了更好地描述某个小区域的电流分布情况,物理学家引入了电流密度这一物理量,定义其大小为单
位时间内通过单位面积的电量。
若已知该导线中的电流密度为j,导线的电阻率为ρ,试证明:U
j
l
ρ
=。
★考点四:生活中的用电器
◆典例一:一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 Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω
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 W
C.1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J
D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍
◆典例二:(多选)下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数,不计其自身机械损耗.若该车在额定状态下以最大运行速度行驶,则()
A.电动机的输入功率为576 W B .电动机的内电阻为4 Ω C .该车获得的牵引力为104 N D .该车受到的阻力为63 N
【总结提能】
分析生活中的用电器问题的两条思路
1.了解用电器的结构,含有电动机且正常工作的为非纯电阻;不含电动机或含电动机但电动机不转的则为纯电阻.
2.从能量转化角度来区分,如消耗的电能全部转化为电热则为纯电阻;如消耗的电能有一部分转化为其他能量,则为非纯电阻.
1.(2016·东北三省三校一模)如图所示的电路中,电源内阻一定,电压表和电流表均为理想电表。
现使滑动变阻器R 滑片向左滑动一小段距离,测得电压表V 1的示数变化大小为ΔU 1,电压表V 2的示数变化大小为ΔU 2,电流表A 的示数变化大小为ΔI ,对于此过程下列说法正确的是( )
A .通过电阻R 1的电流变化量大小等于ΔU 1R 1
B .R 0两端的电压的变化量大小等于ΔU 2-ΔU 1
C .路端电压的增加量等于ΔU 2 D.ΔU 1
ΔI 为一定值
2.[2015·吉林长春一模]如图所示电路中,R 1、R 2为定值电阻,电源的内阻为r .闭合开关S ,电压表显示有读数,调节可变电阻R 的阻值,电压表示数增大量为ΔU .对此过程,下列判断正确的是( )
A .可变电阻R 阻值增大,流过它的电流增大
B .电阻R 2两端的电压减小,减小量小于ΔU
C .通过电阻R 2的电流减小,减小量等于ΔU
R 2 D .路端电压一定增大,增大量小于ΔU
3.(2015·安徽理综,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( )
图1
A.mv 22eL
B.mv 2Sn e
C.ρnev
D.ρev SL
4.有一条横截面积为S 的铜导线,通过的电流为I 。
已知铜的密度为ρ,摩尔质量为M ,阿伏伽德罗常数为N A , 电子的电荷量为e 。
若认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子,则铜导线中自由电子定向移动的速率可表示为( ) A. B. C.
D.
5.(2018盐城三模)电热水器金属内胆出水口加接一段曲长管道,在电热水器漏电且接地线失效时,能形成“防电墙”,保障人的安全.如图所示,当热水器漏电且接地线失效时,其金属内胆与大地间电压为220 V ,由于曲长管道中水具有电阻(简称“隔电电阻”),因而人体两端的电压不高于12 V ,下列说法正确的是( )
A. 曲长管道应选用导电性能好的材料制成
B. 曲长管道应选用不易导电的材料制成
C. “隔电电阻”大于“人体电阻”,且两者串联
D. 热水器漏电且接地线失效时,“防电墙”使人体内无电流通过
6.(2018云南昭通五校联考)如图所示电路L 1发光,L 2,L 3不亮,A 1有读数,A 2没有读数,则产生的故障应是(只有一处有故障)( )
A . 灯泡L 1断路
B . 灯泡L 2断路
C . 灯泡L 2短路
D . 灯泡L 3短路
7.二极管具有单向导电性,当正极接电源正极(正接)时二极管导通(电流可以通过二极管,且二极管的阻值很小,可忽略),当负极接电源正极(反接)时二极管截止(阻值很大,电流为零)。
为了验证二极管的这一特性,将其接入如图13所示电路cd 之间的D 处,闭合开关时灯不亮。
经初步检查各接线均牢固正确,为了确定电路故障的位置,四位同学各自进行了以下操作
操作步骤灯泡均亮 4,黑表
图13
由此可判断( )
A.同学1的操作说明故障在a 、b 之间
B.同学2的操作说明故障在b 、c 之间
C.根据同学1、3的操作即可判断故障的原因是二极管正、负极接错
D.根据同学2、4的操作即可判断故障的原因是二极管已损坏断开
8.(2018浙江名校联考)如图是某品牌吊扇的相关参数,假设吊扇的吊杆下方的转盘与扇叶的总质量为 7 kg,
则吊扇(g =10m/s 2
) (
)
A.吊扇的内电阻为880 Ω
B.以额定功率工作时通过吊扇的电流为0.25 A
C.正常工作时吊扇机械功率等于55 W
D.正常工作时吊杆对转盘的拉力大于70 N
9.如图6所示,一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民,所以整幢居民楼里有各种不同的电器,例如电炉、电视机、微波炉、电脑等。
停电时,用欧姆表测得A 、B 间电阻为R ;供电后,各家电器同时使用,测得A 、B 间电压为U ,进线电流为I ,则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是( )
图6
A.P =I 2R
B.P =U 2
R C.P =IU
D.P =I 2R +U 2
R
10.(多选)下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数,不计其自身机械损耗。
若该车在额定状态下以最大运行速度行驶,则( )
A.电动机的输入功率为576 W
B.电动机的内电阻为4 Ω
C.该车获得的牵引力为104 N
D.该车受到的阻力为63 N
11.如图所示,电源电动势E=3 V,内阻r=3 Ω,定值电阻R1=1 Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为10 Ω.
(1)当滑动变阻器的阻值R2为多大时,电阻R1消耗的功率最大?电阻R1消耗的最大功率是多少?
(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?滑动变阻器消耗的最大功率是多少?
(3)当滑动变阻器的阻值为多大时,电源输出功率最大?电源输出的最大功率是多少?
(4)三种情况下,电源的效率分别为多大?
11。