高考物理备考中等生百日捷进提升系列专题09恒定电流含解析

专题09 恒定电流第一部分 特点描述电路的分析与计算是本章的重点内容.电路的分析与计算、电路基本概念的理解以及基本规律的掌握情况，是近几年高考考查的重点，因此要求在熟练掌握串、并联电路特点的基础上，进一步掌握闭合电路欧姆定律的应用问题、动态分析问题、故障判断问题以及含电容电路问题的处理方法，同时要注意电路中的理想电表与非理想电表处理方法的不同，熟练掌握电路的简化方法.恒定电流主要考查以"电路"为核心的三部分内容:一是以部分电路的欧姆定律为中心,考查直流电路的基本概念、伏安法测电阻、电功和电热等问题;二是以闭合电路的欧姆定律为中心,考查电源的作用、闭合电路的功率分配和能量转化的关系、电路的路端电压与电源电动势和内阴天的关系;三是以电路中的电工仪表的使用为中心,考查电学实验中仪器的选取、电表的读数、实物连接、数据处理和误差分析等问题.尤其是电学知识联系实际的问题和探究实验问题是近几年高考考查的热点. 欧姆定律、焦耳定律往往与电磁感应现象相交叉渗透；电功率、焦耳热计算往往与现实生活联系较密切，是应用型、能力型题目的重要内容之一，也是高考命题热点内容之一。

历届高考命题形式一是以选择、填空方式考查知识；二是与静电、磁场和电磁感应结合的综合题，值得说明的是，近年来高考在对本章的考查中，似乎更热衷于电路的故障分析.这类题通常都来自生活实际，是学生应具备的基本技能.尤其引人关注的是电路实验有成为必考题的趋势.第二部分 知识背一背1．电功和电热电功W ＝qU ＝UIt ；电热Q ＝I 2R t.（1）对纯电阻电路，电功等于电热，即电流流经纯电阻电路，消耗的电能全部转化为内能，所以W ＝Q ＝UIt ＝I 2Rt ＝U 2R t . （2）对非纯电阻电路（如电动机和电解槽），电能一部分转化为内能，另一部分转化为其他形式的能（如机械能或化学能等），所以电功必然大于电热，即W>Q ，这时电功只能用W ＝UIt 计算，电热只能用Q ＝I 2Rt 计算，两式不能通用．2．闭合电路欧姆定律表达形式：①E ＝U 外＋U 内；②I ＝E R ＋r （I 、R 间关系）；③U ＝E －Ir （U 、I 间关系）；④U ＝RR ＋r E （U 、R 间关系）． 注意：①当外电路断开时（I ＝0），路端电压U 等于电动势E .若用理想电压表测量，则读数等于电动势，在进行断路故障分析时，常用此结论进行判断，即何处断路，何处两端电压等于电动势．但用电压表直接测量时，读数却略小于电动势（因为有微弱电流流过电源而产生内压降）．②当外电路短路时（R ＝0，因而U 外＝0），电流最大，为I m ＝E r （不允许出现这种情况，因为这会把电源烧坏）．3．电源的功率与效率（1）电源的功率P ：也称电源的总功率，是电源将其他形式的能转化为电能的功率，计算式为：P ＝IE （普遍适用）；P ＝E 2R ＋r ＝I 2（R ＋r ）（只适用于外电路为纯电阻的电路）． （2）电源内阻消耗功率P 内：是电源内阻的热功率，也称电源的损耗功率，计算式为：P 内＝I 2r.（3）电源的输出功率P 外：是外电路上消耗的功率，计算式为：P 外＝IU 外（普遍适用）；P 外＝I 2R ＝E 2R ＋2（只适用于外电路为纯电阻的电路）．（4）电源的效率：η＝P 外P ＝UI EI ＝U E ＝R R ＋r. （5）电源的输出功率（P 外）与外电阻R 的关系：P 外＝E 2R －r 2R＋4r . P 外与R 的关系图象如图所示：由图可以看出：当R ＝r 时，电源的输出功率最大，P m ＝E 24r，此时电源效率η＝50%. 当R ＞r 时，随着R 的增大输出功率越来越小．当R ＜r 时，随着R 的增大输出功率越来越大．当R 由小于r 增大到大于r 时，随着R 的增大输出功率先增大后减小（非单调变化）．4．含容电路的分析技巧电容器两极板间的电压等于与电容器并联的电阻两端的电压，与电容器串联的电阻两端的电压一定为零（有阻无流，则无电压）．第三部分技能+方法考点一直流电路动态分析1．引起电路特征发生变化的主要原因有：①滑动变阻器滑片滑动，使电路的电阻发生变化；②开关的闭合、断开或换向（双掷开关）使电路结构发生变化；③电路发生短路和断路（电路故障）．2．电路动态变化问题的分析思路当电路中某处的电阻发生变化时，先由局部电阻的变化推出外电路电阻R外的变化，再由闭合电路的欧姆定律I总＝ER外＋r和U端＝E－I总r讨论干路电流I总的变化和路端电压U端的变化，最后分析对其他部分电路产生的影响，从而分别确定各元件上其他量的变化情况（使用的公式是部分电路欧姆定律、电路中各元件上的电压关系和电流关系等）．注意：①电路的总电阻总是随其中任一电阻的增大而增大，随任一电阻的减小而减小；电阻并联的数目越多，总阻值越小；②从电路分析角度看，断路可认为是电路中某处电阻增大到无穷大，短路可认为是电路某处电阻减小到零，因此电路故障问题可以视为特殊的动态分析问题；③对电路进行简化时，电压表和电容器视为断路，电流表视为短路；④电容器是一个储存电能的元件，在直流电路中，当电容器充、放电时，其所在电路中有充、放电电流，电路达到稳定状态时，电容器就相当于一个阻值无穷大的电阻，则电容器所在电路处可视为断路．分析计算含有电容器的直流电路时应注意：电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，在此支路的电阻没有电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压．电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器充（放）电．【例1】如图所示是一实验电路图，在滑动触头由 a 端滑向 b 端的过程中，下列表述正确的是：（）A．路端电压变小B．电流表的示数变大C．电源内阻消耗的功率变小D ．电路的总电阻变大【答案】A【解析】【名师点睛】本题是电路的动态变化分析问题，首先分析变阻器接入电路的电阻如何变化，接着分析总电阻、总电流和路端电压的变化，再分析局部电流、电压的变化，即按“局部到整体再到局部”的思路进行分析。

【例2】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123V V V 、、示数变化量的绝对值分别为123U U U ∆∆∆、、，理想电流表A 示数变化量的绝对值为I ∆，正确的是： （ ）A ．2V 的示数增大B ．电源输出功率在减小C ．3U ∆与I ∆的比值在减小D ．1U ∆大于2U ∆【答案】D【解析】【名师点睛】在分析电路动态变化时，一般是根据局部电路变化（滑动变阻器，传感器电阻）推导整体电路总电阻、总电流的变化，然后根据闭合回路欧姆定律推导所需电阻的电压和电流的变化（或者电流表，电压表示数变化），也就是从局部→整体→局部考点二 与电功、电功率、电热相关问题的综合分析纯电阻电路中，电功率等于热功率；非纯电阻电路中，电功率只有一部分转化成热功率．纯电阻电路中只有电阻元件，如电熨斗、电炉、白炽灯等；非纯电阻电路中常含有电动机、电解槽等．【例3】将两个阻值不同的电阻R 1、R 2分别单独与同一电源连接，如果在相同的时间内，R 1、R 2发出的热量相同，则电源的内阻为： （ ） A. 122R R + B. 1212R R R R + C. 1212R R R R +【答案】D【解析】 根据闭合电路欧姆定律得：11E I R r +＝，22E I R r +＝ 根据焦耳定律得：Q 1＝I 12R 1t ，Q 2＝I 22R 2t根据题意可知，Q 1=Q 2则(1E R r +)2R 1t =(2E R r+)2R 2t解得：r =故选D.【名师点睛】本题主要考查了闭合电路欧姆定律及焦耳定律的直接应用，抓住在相等的时间内，两电阻上产生相同的热量求解，难度适中。

【例4】利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势E=6V ，电源内阻r=1Ω，电阻R=3Ω，重物质量m=0.10kg ，当将重物固定时，电压表的示数为5V ，当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为5.5V ，求重物匀速上升时的速度大小（不计摩擦，210/g m s =）【答案】 1.5/v m s =【解析】根据能量转化和守恒定律得2M U I mgv I R '=+'代入解得， 1.5/v m s =【名师点睛】本题是欧姆定律与能量转化与守恒定律的综合应用．对于电动机电路，不转动时，是纯电阻电路，欧姆定律成立；当电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电路，欧姆定律不成立考点三 含容电路问题的综合分析电容器是一个储存电能的元件.在直流电路中,当电容器充放电时,电路里有充放电电流.一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件,电容器所处电路看做是断路,简化电路时可去掉它.简化后若要求电容器所带电荷量时,可在相应的位置补上.在具体方法上要注意以下几点:（1）根据Q=CU ､ΔQ=C ΔU 可知,要求电容器所带电荷量以及充放电时所带电荷量的变化,关键是求电容器两端的电压.（2）在电路分析时要注意电容器所在支路的连接情况.电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过,所以此支路中的电阻上无电压降,可以把与电容器串联的电阻看成导线,电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压.（3）对于较复杂的电路,经常需要将电容器两端的电势与基准点的电势进行比较后才能确定电容器两端的电压.【例5】如图所示的电路中，电源的电动势=6V ，内阻r=1Ω，电阻R 1=3Ω，R 2=6Ω；电容器的电容C=3.6uF ，二极管D 具有单向导电性，开始时，开关S 1闭合，S 2断开；（1）合上S 2，待电路稳定后，求电容器C 上电量变化了多少？（2）合上S 2，待电路稳定后再断开S 1后流过R 1的电量是多少？【答案】（1）电容器的电量减少了1.8×10-6C ．（2）9.6×10-6C【解析】合上开关S 2后，设电容器两端电压为U 2，干路电流为I 2，根据闭合电路欧姆定律有 212122E I A R R r R R ++＝＝ 1222124R R U I V R R +＝＝ 所以电容器上电量变化了△Q ＝(U 2−U 1)C ＝−1.8×10−6C 故电容器的电量减少了1.8×10-6C ．（2）合上S 2后，设电容器上的电量为Q ，则Q ＝CU 2＝1.44×10−5C断开S 1后，R 1和R 2的电流与阻值成反比，因而流过的电量与阻值也成反比，故流过R 1的电量621129.610R Q Q C R R -⨯+＝＝ 故断开S 1后流过R 1的电量是9.6×10-6C【名师点睛】此题是直流电路中的含容电路问题；解决本题的关键是搞清电路的结构，掌握闭合电路欧姆定律，以及掌握处理含容电路的方法。