备战2019年高考物理之高频考点解密：解密09 恒定电流-含解析

考点1闭合电路欧姆定律
一、电源的电动势和内阻
1．电源：通过非静电力做功使导体两端存在持续电压，将其他形式的能转化为电能的装置。

2．电动势
（1）定义：电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。

（2）表达式：。

（3）物理意义：反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量。

注意：电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路无关。

（4）方向：电动势虽然是标量，但为了研究电路中电势分布的需要，规定由负极经电源内部指向正极的方向（即电势升高的方向）为电动势的方向。

（5）电动势与电势差的比较
电源内部也是由导体组成的，也有电阻，叫做电源的内阻，它是电源的另一重要参数。

注意：内阻和电动势是电源的重要参数。

二、电源的功率和效率
1．电源的功率
（1）任意电路：P总=IE=IU外+IU内=P出+P内。

（2）纯电阻电路：。

2．电源内部消耗的功率：。

3．电源的输出功率
（1）任意电路：P出=UI=EI–I2r=P总–P内。

（2）纯电阻电路：。

（3）输出功率和外阻的关系
①当R=r时，电源的输出功率最大，为
2
m4
E
P
r。

②当R>r时，随着R的增大，输出功率越来越小。

③当R<r时，随着R的增大，输出功率越来越大。

④当P出<P m时，每个输出功率对应两个不同的外电阻R1和R2，且满足R1R2=r2。

⑤输出功率P出与外电阻R的关系图线如图所示。

4．电源的效率
（1）任意电路：。

（2）纯电阻电路：。

在纯电阻电路中，外电阻R越大，电源的效率η越大。

三、闭合电路欧姆定律
1．闭合电路
（1）组成
（2）电源电动势与内、外电压的关系：E=U内+U外。

2．闭合电路欧姆定律
（1）内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。

（2）公式
（3）路端电压U与电流I的关系
①关系式：U=E–Ir。

②U-I图象如图所示。

A．当电路断路即I=0时，纵坐标的截距为电源电动势。

B．当外电路电压为U=0时，横坐标的截距为短路电流。

C．图线的斜率的绝对值为电源的内阻。

3．路端电压与外电阻的关系
（1）当外电阻R增大时，I减小，内电压减小，路端电压U外增大。

当外电路断开时，I=0，U外+E。

（2）当外电阻R减小时，I增大，内电压增大，路端电压U外减小。

当外电路短路时，外电阻R=0，E
I
r
，U外=0。

4．闭合电路中的功率
（1）电源的总功率：P总=IE=IU外+IU内=P出+P内。

（2）电源的内耗功率：P内=I2r=IU内。

（3）电源的输出功率：P出=UI=EI–I2r=P总–P内。

（4）电源的U-I图象与电阻的U-I图象的比较
（2018·四川省成都市第七中学高三模拟）某同学将一直流电源的总功率P E 、输出功率P R 和电源内部的发热功率P r 随电流I 变化的图线画在了同一坐标系中，如图中的a 、b 、c 所示。

则判断正确的是
A ．在a 、b 、c 三条图线上分别取横坐标相同的A 、
B 、
C 三点，这三点的纵坐标一定满足关系P A =P B +P C B ．b 、c 线的交点与a 、b 线的交点的横坐标之比一定为1:2，纵坐标之比一定为1:4 C ．电源的最大输出功率P m =9 W
D ．电源的电动势
E =9 V ，内电阻r =3 Ω 【参考答案】AB
【试题解析】在a 、b 、c 三条图线上分别取横坐标相同的A 、B 、C 三点，因为直流电源的总功率E P 等于输出功率R P 和电源内部的发热功率r P 的和，所以这三点的纵坐标一定满足关系
，故A 正
确；当内电阻和外电阻相等时，电源输出的功率最大，此时即为b 、c
线的交点M 时的电流，此时电流的
大小为2E E R r r =+，功率的大小为2
4E r
，a 、b 线的交点N 表示电源的总功率E P 和电源内部的发热功率r
P 随相等，此时只有电源的内电阻，所以此时的电流的大小为E r ，功率的大小为2
E r
，所以横坐标之比为
1:2，纵坐标之比为1:4，故B 正确。

图线c 表示电源的输出功率与电流的关系图象，很显然，最大输出功率小于3 W ，故C 错误；当I =3 A 时，0R P =，说明外电路短路，根据E P EI =知电源的电动势E =3 V ，内电阻1E
r I
=
=Ω，故D 错误。

1．（2018·河北省张家口市第四中学高二期末）在如图所示电路中，当变阻器R 3的滑片向b 端移动时
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 ．电压表示数变大，电流表示数变大
D ．电压表示数变小，电流表示数变小 【答案】B
2．（2018·山东省德州市）在如图所示的电路中为电源，其内阻为r ，1R 为定值电阻（1R r ），2
R
为电阻箱，3R 光敏电阻，其阻值大小随所受照射光强度的增大面减小，为理想电压表，为理想电流表，闭合开关后，下列说法正确的是
A ．用光照射3R ，电流表示数变大
B ．用光照射3R ，电压表示数变小
C ．将变阻箱2R 阻值变大，电流表示数变大
D ．将变阻箱2R 阻值变大，电压表示数变小 【答案】AD
3．如图所示，电路中电源的电动势E恒定，内阻r=2 Ω，定值电阻R3=4 Ω。

ab段电路消耗的电功率在开关S断开与闭合时相等，电压表和电流表均为理想电表，则以下说法中正确的
A．开关S断开时电压表的示数一定等于S闭合时的示数
B．电阻R1、R2可能分别为4 Ω、6 Ω
C．电阻R1、R2可能分别为3 Ω、9 Ω
D．开关S断开与闭合时，电压表的示数变化量与电流表的示数变化量大小之比与R1、R2无关
【答案】CD
【解析】开关断开时外电路总电阻大于闭合时外电路总电阻，则开关断开时电压表的示数一定大于闭合时的示数，故A错误；由题，开关S断开与闭合时，ab段电路消耗的电功率相等，则有
，将3 Ω、9 Ω代入方程成立，而将4 Ω、6 Ω代入方程不成立，故
C正确，B错误；根据闭合电路欧姆定律得，则电压表的示数变化量大小与电流表的示数变化量大小之比为，故D正确。

4．如图所示的电路中，电路消耗的总功率为40 W，电阻R 1为4 R2为6 源的内阻r为0.6 电源的效率为94
（1）a、b两点间的电压；
（2）电源的电动势。

【答案】（1）4.8 V （2）20 V
考点2电表改装的原理
一、电表的改装
1．构造：如图所示，欧姆表由电流表G 、电池、调零电阻R 和红黑表笔组成。

欧姆表内部：电流表、电池、调零电阻串联。

外部：接被测电阻R x 。

全电路电阻R 总=R g +R +r +R x 。

2．工作原理：闭合电路的欧姆定律I =。

3．刻度的标定：红黑表笔短接（被测电阻R x =0）时，调节调零电阻R ，使I =I g ，电流表的指针达到满偏，这一过程叫欧姆调零。

（1）当I =I g 时，R x =0，在满偏电流I g 处标为“0”。

（图甲） （2）当I =0时，R x →∞，在I =0处标为“∞”。

（图乙） （3）当I =
2
g I 时，R x =R g +R +r ，此电阻是欧姆表的内阻，也叫中值电阻。

（2018·广东省揭阳市）把电流表改装成电压表的实验中，所用电流表G的满偏电流I g为200 μA，内阻估计在400~600 Ω之间。

（1）按图测定电流表G的内阻R g，需要选用合适的器材，现有供选用的器材如下：
A．滑动变阻器（阻值范围0~200 Ω）
B．滑动变阻器（阻值范围0~1 750 Ω）
C．电阻箱（阻值范围0~999 Ω）
D．电阻箱（阻值范围0~99 999 Ω）
E．电源（电动势6 V，内阻0.3 Ω）
F．电源（电动势12 V，内阻0.6 Ω）
按实验要求，R最好选用_______，R'最好选用_______，E最好选用_______。

（填入器材的字母代号）
（2）假定由上述步骤已测出电流表内阻R g=500 Ω，现在通过串联一个24.5 kΩ的电阻把它改装成一个电压表，此电压表的量程为_________。

（3）如图是测定未知电阻R x的电路图，测量时，电流表的读数为0.20 A，而改装后的电压表的表头读数如图所示，那么R x的阻值等于_________。

【参考答案】（1）D C F （2）5 V （3）15 Ω
【试题解析】（1）根据“半偏法”的实验原理可知，为使干路电流保持不变，应使电阻箱的阻值越大越好，所以R应选择电阻箱D；根据实验原理可知，电阻箱R'应选择与待测电流表内阻接近的电阻箱C；
根据闭合电路欧姆定律为：
E
I
R
=可知，为选择阻值越大的电阻箱就应选择电动势较大的电源F；
（2）根据串并联规律可知，改装的电压表量程应为： =5 V；
（3）因改装后的电压表量程为5 V，所以电压表的读数为：；待测电阻的阻值为：。

1．（2018·云南省玉溪市易门一中）（1）某同学对一个表头G进行改装，已知其满偏电流I g=100 μA，内阻标称值R g=900 Ω，先利用定值电阻R1将表头改装成一个1 mA的电流表，然后利用定值电阻R2再将此电流表改装成一个3 V的电压表V1（如图1所示）；则根据条件，定值电阻R1=___Ω，R2=____Ω。

（2）改装完毕后，他用量程为3 V，内阻为2 500 Ω的标准电压表V2对此电压表从0开始全范围的刻度进行校准．滑动变阻器R有两种规格：
A：滑动变阻器（0~20 Ω）
B：滑动变阻器（0~2 kΩ）
为了实验中电压调节方便，R应选用____（填A或B）。

（3）完成图2中的校准电路图（要求：滑动变阻器的触头画在开始实验时的位置上）
（4）由于表头G上的标称值R g小于真实值，造成改装后电压表的读数会比标准电压表的读数___。

（填“偏大”或“偏小”）
【答案】（1）100 2 910 （2）A （3）如图所示（4）偏小
2．（2018·黑龙江省哈尔滨市第六中学）电流表G的满偏电流I g=100 mA，内阻R g未知，某同学欲将其改装为量程较大的电流表，并用改装好的电流表测量一未知电阻R x的阻值。

（1）如图甲所示，该同学首先将一阻值为R=20 Ω的电阻并联在电流表G的两端进行电流表改装，然后通以I=0.3 A的电流，发现电流表G的指针正好指在50 mA刻度处，由此可得到电流表G的内阻为R g=________Ω，改装后的电流表量程为________A。

（2）该同学将改装后的电流表接入如图乙所示的电路测量未知电阻R x的阻值，已知电源的电动势E=4.5 V，闭合开关K后，电压表的读数为3.60 V，而改装后的电流表的读数如图丙所示，则R x=________Ω。

（3）由此测得的未知电阻R x的阻值与其真实值相比______(选填“偏大”、“偏小”或“相等”)。

【答案】（1）100 0.6 （2）30 （3）偏小
3．某同学欲将满偏电流I g=100 μA、内阻未知的电流表改装成量程较大的毫安表，并对改装表进行校对。

（1）该同学采用“半偏法”利用如图所示的电路测量电流表的内阻（图中电源的电动势E=6 V）时，先闭合开关S1，调节电位器R，使电流表指针偏转到满刻度，再闭合开关S2，保持R不变，调节电阻箱R′，使电流表指针偏转到满刻度的_________，接着读出此时R′的阻值为198 Ω。

则该同学测出的电流表的内阻为R g=_________Ω。

（2）若要将该电流表改装成量程为10 mA的电流表，需给它_________（选填“串联”或“并联”）一个阻值为R0=_________Ω的电阻。

（3）把改装好的电流表与标准电流表串联在电路中进行校对。

由于（1）中对电流表内阻测定存在系统误差，若改装好的电流表的测量值为I1，标准电流表的测量值为I2，则I1_________I2（选填“>”、“=”或“<”）。

【答案】（1）一半 198 （2）并联 2 （3）<
【解析】（1）先闭合开关S1，调节电位器R，使电流表指针偏转到满刻度：再闭合开关S2，保持R不变，调节电阻箱R′，使电流表指针偏转到满刻度的一半，接着读出此时R′的阻值为198 Ω。

电流表半偏，流过电阻箱的电流与流过电流计的电流相等，并联电压相等，则电流表的内阻为R g=R′=198 Ω。

考点3电路故障分析及含电容器电路分析
一、电路故障分析
1．故障特点
（1）断路特点：表现为电源电压不为零而电流为零；如果外电路中两点间的电压不为零而电流为零，则说明这两点间有断点，而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它两端的电压为零。

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。

（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。

二、电容器电路分析
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穷大的元件，在电容器处电路可看作是断路，简化电路时可去掉它，简化后若要求电容器所带电荷量时，可接在相应的位置上，分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：
1．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降。

因此，电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压。

2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等。

3．电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充（放）电，如果电容器两端电压升高，电容器将充电，如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。

（2018·广东深圳市罗湖区深圳第二实验学校高二月考）如图所示的电路中，闭合电键，灯1L 、2L 正常发光，由于电路出现故障，突然发现灯1L 变亮，灯2L 变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是
A ．1R 断路
B ．2R 断路
C ．3R 短路
D ．4R 短路
【参考答案】A 【试题解析】简化电路如图所示。

若1R 断路，则电路中总电阻增大，则总电流减小；电流表A 及2L 均应变暗；由右侧部分总电阻没有变，则右侧分压将减小，则1L 两端的电压将增大，则灯泡1L 将变亮；故符合条件，A 正确。

若2R 断路，则电路中电阻增大；则电路中的电流减小，则可知1L 应变暗，故不符合题意，故B 错误。

若3R 短路，则2R 被短路，则电路中总电阻将减小，则电路中电流增大，则1L 变亮，两端的电压增大；则2L 两端电压减小，则2L 变暗；同时4R 路中电阻减小，则电流表示数也将增大；故不符合题意，故C 错误。

若4R 短路，则电路中总电阻减小，电路中电流增大；1L 变亮；2L 两端的电压减小，故2L 变暗；而电流表所在支路，电阻减小，则电流增大；故A 的示数增大。

故D 错误。

1．（2018·湖南省岳阳市第一中学）电源电动势为E 内阻为r 的电源和一个水平放置的电容为C 的平行
板电容器及三个电阻阻值分别为123R R R 、、的电阻组成如图所示的电路。

当开关S 闭合后，电容器中有一个带电液滴正好处于静止状态，现将开关S 断开，则以下判断正确的是
A ．液滴带正电
B ．液滴将向下运动
C ．S 断开前电容器上的带电荷量为223
CR E r R R ++ D ．S 断开稳定后电容器上的带电量为
113CR E r R R ++ 【答案】C
2．（2018·上海浦东）在如图所示电路中，R 1、R 2为定值电阻，闭合电键S 后，带电粒子恰处于静止状
态，现将滑动变阻器的滑片向下滑动，理想电压表V 1，V 2，V 3示数变化量的绝对值分别为ΔU 1、ΔU 2、ΔU 3，理想电流表A 示数变化量的绝对值为ΔI ，则
A ．V 1示数减小，V 2和V 3示数增大
B ．带电粒子将向上运动
C ．ΔU 3>ΔU 1
D ．此过程中2U I
∆∆保持不变 【答案】BCD
3．如图所示电路，电源有不可忽略的电阻，R 1、R 2、R 3为三个可变电阻，电容器C 1、C 2所带电荷量分别为
Q1和Q2，下面的判断正确的是
A．仅将R1增大，Q1和Q2都将增大
B．仅将R2增大，Q1和Q2都将增大
C．仅将R3增大，Q1和Q2都将不变
D．突然断开开关S，Q1和Q2都将不变
【答案】BC
【解析】电容C1是通过R3接在电源上，即两端的电压是路端电压，所以仅增大R1时，电容器C1上的电荷量Q1增大，但是电阻R2上的电压减少，所以电荷量Q2会减小，所以选项A错误。

仅增大电阻R2，同理Q1是增大的，R2两端的电压变大，Q2也是变大的，选项B正确。

改变电阻R3不会对电路造成影响，所以Q1和Q2都将不会改变，选项C正确。

如果突然断开开关S，此时电容C2会放电，所以电荷量会改变，选项D 错误。

4．（2016·新课标全国Ⅱ卷）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．2
5
B．
1
2
C．3
5
D．
2
3
【答案】C
5．（2016·江苏卷）如图所示的电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，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10 V
B．电源的总功率为10 W
C．a、b间电压的大小为5 V
D．a、b间用导线连接后，电路的总电流为1 A
【答案】AC
6．（2016·上海卷）如图所示电路中，电源内阻忽略不计。

闭合电键，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
【解析】根据题意，由于电源内阻不计，电压表的示数总是不变，故选项A错误；滑片滑动过程中，电阻R1的阻值先增大后减小，电压不变，所以电流表示数先减小后增加，故选项BC正确；由于电压表示数没有变化，故选项D错误。