专题08 恒定电流 高考物理经典问题妙解通解（原卷版）

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1、考点分类：考点分类见下表考点内容考点分析与常见题型动态直流电路的变化量分析选择题电路故障的分析方法选择题利用“柱体微元”模型求电流选择题 生活中的用电器选择题 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U2),U增大(增大量为U),而U1减小(减小量为U1),再由串联电路的电压关系有U=U1+U2则有U=-U1+U2即U2=U+U1故U2U,U2U1.2.比值变化趋势分析在如图所示的电路中,当滑片滑动时,=R1+R2,的变化趋势与R2变化情况相同;=R1是一定值;=R2变化趋势与相同.3.变化量的比值变化趋势分析(1)讨

2、论的变化情况因R1是一定值电阻,由U1=IR1有U1=IR1,即=R1是一定值,不随R2阻值的变化而变化.(2)讨论的变化情况由E=U+Ir,有U=Ir(U,I表示变化量的绝对值),则=r也是一定值,也不随R2阻值的变化而变化.(3)讨论的变化情况因E=I(R1+R2+r)=U2+I(R1+r)且E,R1,r都是定值,故有U2=I(R1+r),(U2,I仍只表示变化量的大小)可知=R1+r也是一定值,也不随R2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

3、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

4、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=(3) (3)电流的微观表达式I=nqvS.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

5、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U1、U2、U3，理想电流表示数变化量的绝对值I，则下列结论正确的是()A.A的示数增大B.V2的示数增大C.U3与I的比值大于rD.U1大于U2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,R1,R2为定值电阻,调节电阻箱R的阻值,使电压表V的示数增大U,在此过程中( )A.路端电压增加,增加量一定等于UB.电阻R2两端的电压减小,减少量一定等于UC.通过电阻R1的电流增加,增加量一定等于D.通过电阻R2的电流减小,但减少量一定大于考点二：电路故障的分析方法典例一：如图所示

6、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() AR1短路 BR2断路CR2短路 DR3短路典例二：在如图所示的电路中，闭合开关S后，L1、L2两灯泡都正常发光，后来由于某种故障使L2突然变亮，电压表读数减小，由此推断，该故障可能是()A.L1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

7、小段长为l的电子束内的电子个数是()A. B. C. D. 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t内通过导线横截面的电子数是( )A.nSvtB.nvtC.D.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

8、）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，设导体中全部电荷为q后，再求出电场力做的功，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

9、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，试证明：。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 ，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

10、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()自重40 kg额定电压48 V载重75 kg额定电流12 A最大行驶速度20 km/h额定输出功率350 WA.电动机的输入功率为576 WB电动机的内电阻为4 C该车获得的牵引力为104 ND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

11、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V1的示数变化大小为U1，电压表V2的示数变化大小为U2，电流表A的示数变化大小为I，对于此过程下列说法正确的是()A通过电阻R1的电流变化量大小等于BR0两端的电压的变化量大小等于U2U1C路端电压的增加量等于U2D.为一定值22015吉林长春一模如图所示电路中，R1、R2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U.

12、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R2两端的电压减小，减小量小于UC通过电阻R2的电流减小，减小量等于D路端电压一定增大，增大量小于U3.(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，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1A. B. C.nev D.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，摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为NA ， 电子的电荷量为e。若认为导线中每个铜原子贡献一个自

13、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

14、1发光，L2，L3不亮，A1有读数，A2没有读数，则产生的故障应是（只有一处有故障）（ ）A 灯泡L1断路 B 灯泡L2断路C 灯泡L2短路 D 灯泡L3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现象1S闭合，多用电表调至电压挡，红表笔接a，黑表笔分别接b、c、d、e示数分别为0、0、6 V、

15、6 V2S闭合，断开导线bc的c端，用c端分别接d、e、f灯泡均亮3S断开，多用电表调至欧姆挡，红表笔接c，黑表笔接d指针有大角度偏转4S断开，多用电表调至欧姆挡，红表笔接d，黑表笔接c指针有微小偏转图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/s2）（ ）A.吊扇的内电阻为880 B.以额定功率工作

16、时通过吊扇的电流为0.25 AC.正常工作时吊扇机械功率等于55 WD.正常工作时吊杆对转盘的拉力大于70 N9.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6A.PI2R B.PC.PIU D.PI2R10.(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()自重40 kg额定电压48 V载重75 kg额定电流12 A最大行驶速度20 km/h额定输出功率350 WA.电动机的输入功率为576 WB.电动机的内电阻为4 C.该车获得的牵引力为104 ND.该车受到的阻力为63 N11.如图所示，电源电动势E3 V，内阻r3 ，定值电阻R11 ，滑动变阻器R2的最大阻值为10 .(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