高中物理高考 专题09 恒定电流 备战2019年高考物理之纠错笔记系列（解析版）

一、电流的微观理解 （1）电流的微观表达式 取一段通电导体，令导体的横截面积为S，单位体积内的自由电荷数为n，自由电荷电荷量为q，电荷的定向移动速率为v，导体中的电流为I。学科@网 t时间内电荷定向移动的长度ΔL=vt， 流过导体横截面的电荷数N=ΔLSn=vtSn， 流过导体横截面的电荷量Q=Nq=vtSnq。 （2）三种速率的理解 电子定向移动速率 金属导体中的店里就是自由电子的定向移动形成的，可以证明电流I=neSv，其中v就是电子定向移动的速率，一般为为10–5 m/s的数量级 电子热运动的速率 构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动中电子向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动的速率数量级为105 m/s 电流传到速率 电流传到速率等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速c建立电场，在电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流 二、不知道伏安特性曲线的意义 对于电源或者电阻的伏安特性曲线问题容易出错的地方有以下几个方面： （1）易直接利用直线与横轴的夹角的正切值（即k=tan α）求斜率，从而求出电阻； （2）对于U–I图象是曲线的元件易直接利用该切点切线的斜率求电阻（应该用该点与原点连线的斜率求解）； （3）易弄混坐标，把I–U图象当作U–I图象分析或把U–I图象当作I–U图象分析； （4）不会利用电源和电阻的伏安特性曲线的交点解电源的输出功率。 三、不能正确分析闭合电路的动态变化 直流电路的动态分析容易出现以下错误： （1）分析电阻的结构时出现错误，如没有真正明确元件的串联、并联关系； （2）没有明确电压表、电路表测量的是哪一部分的电压和电流； （3）不会根据功率利用P=I2R或分析灯泡的亮度。 四、含电容器电路问题的分析与计算 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（只考虑电容器是理想的不漏点的情况）的元件，在电容器处电路可看作断路，简化电路时可以去掉它。简化后若要求电容器所带电荷量，可接在相应的位置上。分析和计算含有电容器的直流电路问题时，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，所以在此支路上的电阻上无电压降，因此电容器两板间的电压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，电容器两板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。 五、电路故障的分析方法 （1）故障特点 ①断路特点：电路中发生断路，表现为电源电压不为零而电流为零；若外电路中任意两点间的电压不为零，则这两点间有断点，而这两点中与电源连接部分无断点。 ②短路特点：电路中发生短路，表现为有电流通过电路而电压为零。 （2）故障的分析方法 ①仪器检测法 A．断路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点。 B．断路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该并联段电路被短路。若电压表示数不为零，则该段并联段电路没有被短路或不完全被短路。 ②假设法：已知电路发生某种故障，寻找故障发生的位置时，可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故障，运用欧姆定律进行正向推理，推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路，直到找到发生故障的全部可能为止，亦称排除法。 六、闭合电路图象举例 类型 公式 图象 特例 I–R图象 短路R=0，，图象始端 短路R=∞，I=0，图象末端 P–R图象 短路I=E/r，P出=0，短路I=0，P出=0，当R=r时，P出最大，P出= P–I图象 短路I=E/r，P出=0，短路I=0，P出=0，当时，P出最大，P出= η–R图象 R越大，η越大，当R=r时，η=50%，但P出为最大 –R图象 纵截距为，图象的斜率表示电源电动势的倒数 七、对闭合电路输出功率最大的条件适用对象不明确 讨论电源的最大输出功率问题时容易出现以下错误： （1）不能正确地求解外电路中定值电阻的最大功率，尝尝错误地把可变电阻和电源等效成新的电源应用结论“当R外=r时，电源的输出功率最大”求解； （2）不能正确地求解可变电阻的最大功率，不知道把定值电阻和电源等效成新的电源利用结论求解。 八、将纯电阻电路与非纯电阻电路的计算相混淆 分析计算非纯电阻元件时容易出现以下错误： （1）不清楚纯电阻电路与非纯电阻电路的区别，乱用公式P=I2R，P=UI，； （2）不会利用公式P=UI–I2r求电动机的输出功率； （3）打电动机不转时不知道按纯电阻电路来处理。 一横截面积为S的铝导线，当有电压加在该导线上时，导线中的电流强度为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子电荷量为e，此时电子定向移动的速度为v，则以下关系正确的是 A． B． C． D． 不能深刻理解电流微观表达式的含义导致本题错解。 单位时间内电子移动的长度为，该长度导线的体积为，该体积内含有电子数为，该体积内带电荷量为，所以根据公式可知，单位时间内通过的电荷量即等于电流强度的大小，故，C正确。答案：C。 1．（2018·吉林省长春外国语学校高二上学期期中考试）一横截面积为S的铜导线，流经其中有恒定的电流，设每单位体积的导线中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量为q，此时电子定向移动的速率为v，则在时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为 A．nvS B．nq/s C．nvS/q D．nv 【答案】A 【名师点睛】本题计算自由电子的个数，要注意从不同的角度来分析问题，一是从微观运动的角度，二是从电流强度的角度。 2．（2018·江苏省徐州市睢宁县第一中学高二上学期10月月考）安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流。设带电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，其电流的等效电流强度I和方向为 A．顺时针 B．顺时针 C．逆时针 D．逆时针 【答案】C 【解析】电子绕核运动可等效为一环形电流，电子运动周期为，根据电流的定义式得：电流强度为，因为电子带负电，所以电流方向与电子定向移动方向相反，即沿逆时针方向，故C正确，选项ABD错误。 【名师点睛】本题是利用电流强度的定义式求解电流，这是经常用到的思路，要知道电流方向与正电荷定向移动方向相同，而与负电荷定向移动方向相反。 小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为图线在P点的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则下列说法中不正确的是 A．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大 B．对应P点，小灯泡的电阻为R＝ C．对应P点，小灯泡的电阻为R＝ D．对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积的大小 没有理解透彻伏安特性曲线的深刻含义导致本题错解。 根据欧姆定律可知，随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大，选项A正确；对应P点，小灯泡两端的电压为U1，电流为I1，根据欧姆定律可知，小灯泡的电阻为，选项B正确，C错误；对应P点，小灯泡的功率为P=I1U1，此值是图中矩形PQOM所围面积的大小，选项D正确。答案：C。 1．（2018·甘肃省兰州第一中学高二上学期期中考试）两只电阻的伏安特性曲线如图所示，则下列说法中正确的是 A．两电阻的阻值为R1大于R2 B．两电阻串联在电路中时，R1两端电压大于R2两端电压 C．两电阻串联在电路中时，R1消耗的功率大于R2消耗的功率 D．两电阻并联在电路中时，R1消耗的功率大于R2消耗的功率 【答案】D 【名师点睛】本题为图象分析问题，要能从图象中得出有效信息，两电阻串联在电路中时，电流相等，两电阻并联在电路中时，电压相等。 2．（2018·吉林省实验中学高二上学期期中考试）某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示，则下列说法中正确的是 A．由图可知，随着电压的增大，导体的电阻不断减小 B．图象上某点切线的斜率的倒数即为该状态的电阻值 C．电压为5 V时，导体的电阻是0.2 Ω D．电压为12 V时，导体电阻的电功率为18 W 【答案】D 【名师点睛】本题关键抓住图象上的点与原点连线的斜率等于电阻的倒数，分析电阻的变化，求解电阻的值。 如图所示，电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻R0、滑动变阻器R串联，已知R0= r，滑动变阻器的最大阻值是2r。当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时，下列说法中正确的是 A．滑动变阻器的电压变大 B．电源的输出功率先变大后变小 C．滑动变阻器消耗的功率变小 D．定值电阻R0上消耗的功率先变大后变小 不清楚分析动态电路时，要把定值电阻跟电源内阻等效为电源的新内阻而导致本题分析变得复杂，从而导致错解。 当滑动变阻器滑片P由a端向b端滑动时，电路中的总电阻变小，电动势和内电阻不变，得知总电流变大，内电压变大，路端电压变小。定值电阻两端的电压增大，故滑动变阻器两端的电压减小，A错误；当外电阻等于内电阻时，电源的输出功率最大，由题意可知，当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时，外电路电阻从3r减小到r，由于整个过程中，外电阻一直大于电源内阻，随外电阻阻值的减小，电源的输出功率不断增大，B错误；将R0等效到内电阻中去，内电阻变为2r，滑动变阻器消耗的功率可看成电源的输出功率。当外电阻等于内电阻时，输出功率最大，R外<2r，随着外电阻的增大，输出功率增大，R外>2r，随着外电阻的减小，输出功率减小。因外电阻一直大于内电阻，故滑片向b端移动时，外电阻减小，故滑动变阻器消耗的功率变小，C正确；滑片移动过程中总电流变大，根据可知P=I2R0，R0不变，定值电阻R0上消耗的功率变大，D错误。答案：C。 1．（2018·山西省吕梁市高三上学期第一次模拟考试）如图，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r。现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、、。理想电流表A示数变化量的绝对值ΔI，下面说法中正确的是 A．电流表A的示数减小 B．小于 C．>(+) D．与ΔI的比值大于R 【答案】D 【解析】理想电压表内阻无穷大，相当于断路。理想电流表内阻为零，相当短路，所以R与变阻器串联，电压表V1、V2、V3分别测量R、路端电压和变阻器两端的电压。当滑动变阻器滑片向下滑动时，接入电路的电阻减小，电路中电流增大，则A的示数增大，A错误；根据闭合电路欧姆定律得：，则得，，据题，则，根据闭合电路欧姆定律得，则得，，则与的比值大于R，BC错误D正确。 2．（2018·重庆市高二（上）期末测试）如图所示的电路中，电表均为理想电表。闭合开关S，当滑动变阻器滑片P向左移动时，下列说法正确的是 A．电流表A读数变大 B．电压表V1读数变大 C．电压表V2读数变大 D．灯泡L变亮 【答案】BC 【名师点睛】考查了电路的动态分析，涉及串联电路的特点和欧姆定律的灵活应用，关键是电路串并联的辨别和电表所测电路元件的判断。 如图所示，已知R1>R2，C1=C2，当S断开时，C