2021年湖南省普通高中学业水平测试物理同步复习 选修3-1.2　恒 定 电 流word版含答案

第二章 恒定电流
考点扫描
考点1 电源和电流
考点2 电动势
考点3 欧姆定律
考点4 串联电路和并联电路
考点5 焦耳定律
考点6 导体的电阻
考点7 闭合电路的欧姆定律
考点8 多用电表
考点9 实验:练习使用多用电表
考点10 实验:测定电池的电动势和内阻
一、电流和恒定电流
1.电流:
(1)符号及单位:用符号______表示,单位是______,符号为A。
(2)表达式: ______。
(3)电流的方向:规定______定向移动方向为电流的方向,负电荷定向移动方向为电流的反方向。
2.恒定电流:
(1)定义:大小、方向都不随时间变化的电流。
(2)恒定电场的作用:使导体中自由电荷______移动的速率增加。
二、电动势
1.电动势:
(1)物理意义:反映电源非静电力做功的本领的大小。
(2)大小:在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功,即E=______。
(3)单位: ______。
(4)大小的决定因素:由电源中非静电力的特性决定,跟电源的体积无关,跟______也无关。
2.内阻:电源内部导体的电阻。
三、欧姆定律
1.欧姆定律:
(1)内容:导体中的电流跟导体两端的电压U成______,跟导体的电阻R成______。
(2)公式: ______。
(3)适用条件:适用于______导电和电解质溶液导电。
2.导体的伏安特性曲线:
(1)定义:用纵坐标表示______,横坐标表示电压U的I-U图象。
(2)形状:
①过原点的直线,对应元件叫______;
②过原点的曲线,对应元件叫非线性元件。
四、电路的串并联
1.串联电路、并联电路的特点:
串联电路 并联电路
电流 各处电流相等,
即______ 总电流等于各支路电流之和,即______
电压 总电压等于各部分电压之和,
即______ 各支路两端电压相等,
即______
总电阻 总电阻等于各部分电阻之和,
即______ 总电阻倒数等于各支路电阻倒数之和,即=++…+
2.电压表和电流表改装:
(1)电压表改装:灵敏电流计两端______一个较大电阻。
(2)电流表改装:灵敏电流计两端______一个较小电阻。
分析电路中总电阻时应注意的问题
(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的电阻。
(2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻,且小于其中最小的电阻。
(3)n个相同电阻R并联时其总电阻为R总=,两个相同电阻并联时,总电阻是分电阻的一半。
(4)n个相同电阻R串联时其总电阻为R总=nR,两个相同电阻串联时,总电阻是分电阻的二倍。
(5)多个电阻无论串联还是并联,其中任一电阻增大或减小,总电阻也随之增大或减小。以两个电阻R1、R2为例加以说明:串联时R=R1+R2,并联时R==。可见,当R1或R2增大或减小时,R都随之增大或减小。
(6)当一个大电阻和一个小电阻并联时,总电阻接近小电阻。
(7)当一个大电阻和一个小电阻串联时,总电阻接近大电阻。
五、焦耳定律
1.电功和电功率:
(1)电功:
①实质:导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。
②公式:W=IUt。
W、I、U、t的单位分别为焦耳(J)、安培(A)、伏特(V)、秒(s)。
(2)电功率:
①物理意义:表示电流______的物理量。
②定义: ______内电流所做的功。
③公式:P==______,其单位为瓦特(W)。
2.焦耳定律:
(1)焦耳定律:
①内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟______及通电时间成正比。
②公式:Q=I2Rt。
(2)热功率:
①定义:单位时间内的______。
②公式:P热=______=I2R,
单位:瓦特(W)。
(3)纯电阻电路和非纯电阻电路:
①纯电阻电路:电路中只有电阻元件,只能把电能转化为内能,如电阻、电炉丝、白炽灯等。
②非纯电阻电路:除电阻外还包括能把电能转化为______形式能的用电器,如电动机、电风扇等。
六、导体的电阻
1.导体的电阻:同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成______,与它的横截面积S成______;导体电阻与构成导体的材料有关。
2.公式: ______。
3.符号意义:l表示导体沿电流方向的长度,S表示垂直于电流方向的横截面积,ρ是电阻率,表征材料的导电性能。
4.电阻率:
(1)物理意义:表示导体导电性能的物理量。
(2)决定因素:电阻率与导体的材料有关。
七、闭合电路欧姆定律
1.内容:闭合电路的电流跟电源的______成正比,跟内、外电路的______之和成反比。
2.公式:I=______。
3.适用范围:纯电阻电路。
4.常用的变形公式及适用范围:
(1)公式:E=U外+U内或U=E-Ir。
(2)适用范围:任何闭合电路。
5.路端电压与负载的关系:
(1)路端电压与电流的关系:
①公式:U=E-Ir。
②图象(U-I图象):如图所示是一条倾斜的直线,该直线与纵轴交点的纵坐标表示电源______,斜率的绝对值表示电源的______。
(2)路端电压随外电阻的变化规律:
①外电阻R增大时,电流I______,外电压U增大,当R增大到无限大(断路)时,I=0,U=E,即断路时的路端电压等于电源______。
②外电阻R减小时,电流I______,路端电压U减小,当R减小到零(短路)时,I=_____,U=0。
可见,短路时通过电源的电流最大,此时容易烧坏电源,绝不允许将电源两端用导线直接连接在一起。
电功W和电热Q、电功率P电和热功率P热的计算方法
(1)纯电阻电路:W=Q=UIt=I2Rt=t,
P电=P热=UI=I2R=。
(2)非纯电阻电路:电功W=UIt,电热Q=I2Rt;
电功率P电=UI,热功率P热=I2R。
八、多用电表的原理及结构
1.多用电表的原理:
(1)最简单的多用电表原理图:如图所示,当单刀多掷开关接通1时,可作为电流表使用;接通2时,可作为______使用;接通3时,可作为电压表使用。
(2)外形构造如图所示,选择开关周围有不同的测量功能区域及量程,选择开关旋到不同的位置,多用电表内对应的仪表电路被接通,就相当于对应的仪表。在不使用时,应把选择开关旋转到______或交流电压最高挡。
2.多用电表的使用:
(1)测电压:
①选择______挡合适的量程,并将选择开关旋至相应位置。
②将多用电表______在待测电阻两端,注意红表笔接触点的电势应比黑表笔高。
③根据表盘上的直流电压标度读出电压值,
读数时注意最小刻度所表达的电压值。
(2)测电流:
①选择直流电流挡合适的量程。
②将被测电路导线断开一端,把多用电表______在电路中。
③读数时,要认清刻度盘上的最小刻度。
(3)测电阻:
①要将选择开关扳到______挡上,此时红表笔连接表内电源的负极,黑表笔连接表内电源的正极。选好量程后,先调零,然后测量。测量完毕,应把选择开关旋转到______挡或交流电压最高挡。
②用多用电表测电压、测电流及测电阻时,电流都是从______表笔流入电表,从______表笔流出电表。
九、测定电池的电动势和内阻
1.原理:E=U+Ir。
2.实验电路:
3.实验器材: ______、电键、电流表、______、滑动变阻器、导线。
4.数据处理:
(1)解方程组:将测得的两组数据代入E=U+Ir构成方程组求解。
(2)描绘U-I图象。
图象法处理数据,既避免了繁琐计算,又减小了误差。
A点意味着断路情况,它的纵轴截距就是电动势E。
B点意味着短路情况,它的横坐标是短路电流I,由图线斜率可求出电池内阻r=______。
(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)电流既有大小,又有方向,是矢量。( )
(2)非静电力做功,可以使正电荷在电源内部由负极移动到正极。( )
(3)对于线性元件,伏安特性曲线(I-U)的斜率越大,电阻越大。( )
(4)并联电路中某电阻变大时,总电阻减小。( )
(5)电流通过电动机时,电功大于电热。( )
(6)电阻率ρ与导体的长度L和横截面积S有关。( )
(7)欧姆表的指针张角越大,被测电阻越小。( )
(8)外电路断路时,电源两端的电压就是电源电动势。( )
多用电表测电阻时应注意的问题
(1)选挡后要进行欧姆调零。
(2)换挡后要重新欧姆调零。
(3)被测电阻要与电源及其他元件分离,不能用手接触表笔的金属杆。
(4)被测电阻阻值等于指针示数乘以倍率。
(5)使用后,要将两表笔从插孔中拔出,并将选择开关旋至OFF挡或交流电压最高挡。
(6)若长期不用,应把电池取出。
热点一欧姆定律和闭合电路欧姆定律
【例1】(2017·湖南学业水平考试真题)在如图所示的电路中,电源电动势E=3V,内阻r=0.5Ω,定值电阻R1=9Ω,R2=5.5Ω,电键S断开。
(1)求流过电阻R1的电流。
(2)求电阻R1消耗的电功率。
(3)将S闭合时,流过电阻R1的电流大小如何变化?
【例2】(2018·湖南学业水平考试真题)如图所示的电路中,当开关K闭合时,灯泡L正常发光,现断开开关K,闭合电路的总电阻将______ (选填“增大”“减小”或“不变”),灯泡L的亮度将______(选填“变亮”“变暗”或“不变”)。
直流电路的动态分析思路
基本思路是“部分→整体→部分”,即从阻值变化入手,由串、并联规律判知R总的变化情况,再由欧姆定律判知I总和U端的变化情况,最后由闭合电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判知各部分的变化情况。
热点二电阻定律和焦耳定律
【例3】(2017·湖南学业水平考试真题)将用同种材料制成的粗细相同的电阻丝截成A、B两段,且A的长度是B的长度的2倍,将A、B串联起来接入电路中,下列说法不正确的是( )
A.A、B两端的电压之比为2∶1
B.流过A、B的电流之比为2∶1
C.A、B消耗的电功率之比为2∶1
D.相同时间内A、B产生的电热之比为2∶1
【例4】(2020·湖南合格考)如图所示,电源内阻r=2Ω,R1=10Ω、R2=22Ω。当开关S1闭合、S2断开时,理想电流表的读数I=1A,则电源的电动势E=______V。当开关S1断开、S2闭合时,电源内阻r消耗的功率P=______W。
纯电阻电路功率求解的技巧
在纯电阻电路中,比较用电器的电功率时,要根据已知条件灵活选用公式,如用电器电流相同时,用P=I2R比较,若电压相同时用P=比较,若电阻相同时,可根据I或U的关系比较。
热点三串、并联电路
【例5】(2019·湖南学业水平考试真题)将两个阻值均为R、允许通过的最大电流均为I的电阻接入电路,下列说法正确的是( )
A.将两电阻串联,则总电阻为R,允许通过的最大电流为2I
B.将两电阻串联,则总电阻为2R,允许通过的最大电流为I
C.将两电阻并联,则总电阻为R,允许通过的最大电流为2I
D.将两电阻并联,则总电阻为2R,允许通过的最大电流为I
求解电阻时应注意的问题
(1)明确无论串联还是并联,若某一支路的电阻增大(或减小),则总电阻也随之增大(或减小);
(2)并联电路中电流与电阻的反比关系是I1R1=I2R2=I3R3,但一定注意不能将上式错误地写成I1∶I2∶I3=R3∶R2∶R1。
热点四测定电池的电动势和内阻
【例6】某小组同学为了测出一个电源的电动势和内阻,通过实验测出几组闭合电路中电源的路端电压U和电流I的数据,并得到如图所示的U-I图线,则该电源的电动势为______V,内阻为______Ω。
一、选择题
1.对电流概念的正确理解是( )
A.通过导体的横截面的电量越多,电流越大
B.导体的通电时间越短,电流越大
C.单位时间内通过导体横截面的电量越大,电流越大
D.导体中的自由电荷越多,电流越大
2.铅蓄电池的电动势为2V,这表示( )
A.电路中每通过1C电荷量,电源把2J的化学能转变为电能
B.蓄电池两极间的电压为2V
C.蓄电池在1s内将2J化学能转变为电能
D.蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池(电动势为1.5V)的大
3.下列关于电阻率的说法中,错误的是( )
A.电阻率只是一个比例常数,与任何其他因素无关
B.电阻率反映材料导电性能的好坏,所以与材料有关
C.电阻率与导体的温度有关
D.电阻率在国际单位制中的单位是欧姆米
4.将一根粗细均匀,阻值为R的电阻丝均匀拉长到原来的5倍后,其电阻变为250Ω,则R的阻值为( )
A.10Ω B.50Ω C.1250Ω D.6250Ω
5.(2020·长沙学业水平模拟)两个小灯泡,分别标有“1A4W”和“2A1W”的字样,则它们均正常发光时的电阻阻值之比为( )
A.2∶1 B.16∶1 C.4∶1 D.1∶16
6.(2020·长沙学业水平模拟)下列说法正确的是( )
A.恒定电流是指大小、方向都不随时间变化的电流
B.白炽灯在正常发光时,“220V15W”的灯泡电阻比“220V60W”的灯泡电阻小
C.导体的电阻与构成它的材料无关
D.电动机正常工作时消耗的电功率等于其发热的功率
7.(2020·长沙学业水平模拟)在如图所示的电路中,电源的内电阻r=1Ω,外电路电阻R=9Ω,闭合开关后电流表的示数I=0.3A,电流表的内阻不计,电源的电动势E等于( )
A.1V B.2V C.3V D.5V
8.如图所示的电路中,电源内阻不能忽略。闭合开关S,当滑动变阻器R的滑片向右滑动时,( )
A.电流表示数减小,电压表示数减小
B.电流表示数减小,电压表示数增大
C.电流表示数增大,电压表示数减小
D.电流表示数增大,电压表示数增大
9.对多用电表的认识和使用,下列说法正确的是( )
A.刻度盘上电阻刻度线是均匀的
B.欧姆表的零刻度与电流表的零刻度重合
C.测量电阻前应先调节欧姆调零旋钮,使指针指向欧姆表零刻度
D.测量电阻前应先断开电路,将多用电表与待测电阻串联接入电路
10.关于多用电表的使用,下列说法正确的是( )
A.在粗略测定电池电动势时,可用直流电压挡直接测量
B.在粗略测定电池内阻时,可用欧姆挡直接测量
C.做电流表用时与待测电路并联
D.做电压表用时与待测电路串联
11.在如图所示的电路中,电源的内阻r=1.0Ω,电阻R=9.0Ω,不计电流表的内阻。闭合开关S后,电流表的示数I=0.20A,电阻R的电功率P为( )
A.0.40W B.0.36W C.4.0W D.3.6W
12.(2020·长沙学业水平模拟)如图所示,当滑动变阻器的滑动触头向左移时,灯泡L1、L2、L3的亮度将( )
A.都变亮
B.都变暗
C.L1、L2变亮,L3变暗
D.L1、L3变亮,L2变暗
二、非选择题
13.(2020·长沙学业水平模拟)用伏安法测量甲、乙、丙三个用不同材料制成的电阻时,得到了它们的I-U关系图线,如图所示。由图线可知,在实验过程中阻值保持不变的电阻是______;阻值随电压的增大而不断增大的电阻是______。
14.(2020·长沙学业水平模拟)如图所示电路中,当开关S1闭合、S2断开时,灯泡L正常发光,若再将开关S2闭合,则电流表的读数变______(选填“大”或“小”),电压表的读数变______(选填“大”或“小”)。
15.(2020·长沙学业水平模拟)如图所示,R1=4Ω,R2=9Ω,R3=18Ω,通电后经R1、R2和R3的电流之比I1∶I2∶I3=______,R1、R2和R3的电压之比U1∶U2∶U3=______。
16.在如图所示的电路中,电阻R=10Ω,L为标有“3V0.25A”的小灯泡,电源内阻r=2Ω,闭合开关S后小灯泡刚好正常发光,求:
(1)小灯泡的功率P。
(2)电阻R两端的电压U。
(3)电源的电动势E。
17.在如图所示的电路中,电源内电阻r=2Ω,当开关S闭合后电路正常工作,电压表的读数U=8V,电流表的读数I=2A。求:
(1)电阻R的大小。
(2)电源电动势E。
一台国产XQB30-13型全自动洗衣机说明书中所列的主要技术数据如表。试根据表中提供的数据计算:
额定电压 220V
额定频率 50Hz
额定洗衣、脱水功率 440W
额定洗衣、脱水容量 3kg
整机质量 33kg
外形尺寸(长×宽×高) 542mm×550mm×920mm
(1)这台洗衣机在额定电压下洗衣或脱水时,通过洗衣机的电流强度是多大?
(2)若洗衣、脱水的累计时间为36min,则洗衣机耗电多少度(kW·h)?
核心速填·必考点夯基
一、1.(1)I　安培　(2)I=
　(3)正电荷　2.(2)定向
二、1.(2)　(3)伏特(V)　(4)外电路
三、1.(1)正比　反比　(2)I=
　(3)金属
2.(1)电流I　(2)①线性元件　
四、1.I=I1=I2=…=In
I=I1+I2+…+In
U=U1+U2+…+Un
U=U1=U2=…=Un
R=R1+R2+…+Rn
2.(1)串联　(2)并联
五、1.(2)①做功快慢　②单位时间
　③IU
2.(1)①导体的电阻　(2)①发热量
　②　(3)②其他
六、1.正比　反比　2.R=ρ
七、1.电动势　电阻　2.
5.(1)②电动势　内阻
　(2)①减小　电动势
　②增大　
八、1.(1)欧姆表　(2)OFF挡
2.(1)①直流电压　②并联
　(2)②串联　(3)①欧姆　OFF
　②红　黑
九、3.电池　电压表　4.(2)
【秒判正误】
　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√
(6)×　(7)√　(8)×
典例突破·热考点精练
【例1】【解析】(1)电键S断开时,电阻R1和R2组成串联电路,根据闭合电路的欧姆定律I== A=0.2 A。
(2)电阻R1消耗的电功率P=I2R1=0.36 W。
(3)将S闭合时,电阻R2被短路,外电路只有电阻R1接在电路中,闭合电路的总电阻减小,根据闭合电路的欧姆定律可知流过电阻R1的电流将增大。
答案:(1)0.2 A　(2)0.36 W　(3)增大
【例2】【解析】原来R1和R2并联时,R并=答案:增大　变暗
【例3】B　根据电阻定律R=可知,将用同种材料制成的粗细相同的电阻丝截成A、B两段,A的长度是B的长度的2倍,则A、B两段的电阻之比为2∶1,将A、B串联起来接入电路中,根据串联电路的电流特点可知通过A、B的电流相等,为1∶1,B错误;根据欧姆定律U=IR可知A、B两端的电压之比等于电阻之比,为2∶1,A正确;根据电功率计算公式P=I2R可知A、B消耗的电功率之比等于电阻之比,为2∶1,C正确;根据焦耳定律Q=I2Rt可知在相同时间内A、B产生的电热之比等于电阻之比,为2∶1,D正确。本题要求选不正确的,故选B。
【例4】【解析】当开关S1闭合、S2断开时,只有电阻R1接在电路中,根据闭合电路欧姆定律得电源的电动势E=I(R1+r)=1×(10+2)V=12 V;当开关S1断开、S2闭合时,只有电阻R2接在电路中,根据闭合电路欧姆定律得电路中的电流I'== A=0.5 A,电源内阻r消耗的功率P=I'2r=0.52×2 W=0.5 W。
答案:12　0.5
【例5】B　两电阻串联时,总电阻为两个电阻之和,即总电阻为2R,因串联电路的电流处处相等,故允许的最大电流为I,选项A错误,B正确;两电阻并联时,总电阻为R总==,总电流为两个支路电流之和,即总电流为2I,选项C、D错误。
【例6】【解析】由U -I图象我们可以得到电源的电动势为纵坐标上的截距,即3.0 V。而电源的内阻r==2.0 Ω。
答案:3.0　2.0
达标训练·合格考通关
1.C　　
2.A　
3.A　电阻率反映了材料导电性能的好坏,电阻率ρ由材料自身的特性和温度决定,在国际单位制中电阻率的单位是欧姆·米,故A错误,B、C、D正确。本题选择错误的,故选A。
4.A　根据R=ρ得,长度变为原来的5倍,截面积变为原来的,所以电阻变为原来25倍,所以R=10 Ω。故A正确,B、C、D错误。
5.B　根据P=I2R得R=,所以两个小灯泡均正常发光时的电阻阻值之比为===16,B正确,A、C、D错误。
6.A　恒定电流是指大小、方向都不随时间变化的电流,A正确;根据P=可知,在电压一定时,白炽灯的电阻与功率成反比,所以白炽灯在正常发光时,“220 V　15 W”的灯泡电阻比“220 V　60 W”的灯泡电阻大,B错误;根据电阻定律R=ρ可知,导体的电阻与构成它的材料有关,C错误;电动机正常工作时消耗的电功率等于其发热的功率与输出功率之和,D错误。
7.C　根据闭合电路的欧姆定律可知,电源的电动势E=I(R+r)=0.3×(9+1) V=3 V,C正确,A、B、D错误。
8.C　当滑片向右滑动时,R减小,电流表示数增大,电压表示数减小,C正确。
9.C　欧姆表的刻度线不均匀,左密右疏,故A错误;欧姆表的零刻度在刻度盘最右侧,与电流表的最大刻度重合,故B错误;测量电阻前应先进行欧姆调零,故C正确;测量电阻前应将待测电阻与电源及其他元件断开,将多用电表与待测电阻组成闭合回路,故D错误。
10.A　粗略测定电池电动势,可以将电压表直接接在电池正、负极上进行测量,A对;多用表欧姆挡含电源,不能直接测电池内阻,B错;多用表做电流表时与待测电路串联,做电压表用时与待测电路并联,C、D错。
11.B　由焦耳定律可得电阻R消耗的功率P=I2R=(0.20)2×9.0 W=
0.36 W,B正确,A、C、D错误。
12.C　滑动变阻器的滑动触头向左移动时,滑动变阻器有效电阻变小,故整个电路的总电阻变小,根据欧姆定律可知干路电流增大,故灯泡L1变亮;并联电路的电压U并=E-I(r+RL1),故并联电路电压变小,灯泡L3变暗;干路电流变大,而通过灯泡L3的电流变小,故通过灯泡L2的电流增大,灯泡L2变亮。综上所述,A、B、D均错误,C正确。
13.【解析】I-U图线的斜率表示电阻的倒数,由图可知甲电阻的I-U图线的斜率随电压的增大而增大,所以其阻值随电压的增大而减小;乙电阻的I-U图线斜率不变,所以其阻值保持不变;丙电阻的I-U图线斜率随电压的增大而减小,所以其阻值随电压的增大而增大。
答案:乙　丙
14.【解析】若再将开关S2闭合,则灯泡L被短路,闭合电路的总电阻减小,根据闭合电路的欧姆定律可知电路中的总电流I增大,所以电流表的读数变大;内电压Ir增大,根据闭合电路的欧姆定律U=E-Ir可知路端电压U减小,而电压表测量的就是路端电压,所以电压表的读数变小。
答案:大　小
15.【解析】由于电阻R2与R3并联,则R2与R3两端的电压相等,即U2=U3,通过R2与R3的电流I2与I3之比等于其电阻的反比,即==;R1在干路上,则I1=I2+I3,所以经R1、R2和R3的电流之比I1∶I2∶I3=(2+1)∶2∶1
=3∶2∶1;R1、R2和R3的电压之比U1∶U2∶U3=(I1R1)∶(I2R2)∶(I3R3)=(3×4)∶(2×9)∶(1×18)=2∶3∶3。
答案:3∶2∶1　2∶3∶3
16.【解析】(1)小灯泡的功率
P=IUL=0.25×3 W=0.75 W
(2)由欧姆定律得,电阻R两端的电压
U=IR=0.25×10 V=2.5 V
(3)由闭合电路的欧姆定律得,电源的电动势E=UL+U+Ir
=(3+2.5+0.25×2) V=6 V
答案:(1)0.75 W　(2)2.5 V
(3)6 V
17.【解析】(1)由欧姆定律U=IR
得:R== Ω=4 Ω;
(2)根据闭合电路欧姆定律有:
E=U+Ir=8 V+2×2 V=12 V
答案:(1)4 Ω　(2)12 V
【新思维·新考向】
【解析】(1)已知竖工作时功率为440 W,额定电压为220 V,则工作电流I== A=2 A;
(2)若工作时间为36 min,则W=Pt=0.44 kW×0.6 h=0.264 kW·h
答案:(1)2 A　(2)0.264度