（山东专用）2020届高考物理一轮复习 专题九 恒定电流教师用书（PDF，含解析）

专题九恒定电流真题多维细目表真题涉分考点电路的基本概念和规律闭合电路欧姆定律题型难度设题情境思想方法试题结构素养要素２０１８课标Ⅱ，２２６电表的改装填空易组装电表等效替代２问递进问题、证据２０１８课标Ⅲ，２３９测量电阻电路填空中某待测电阻平均值法３问递进证据、解释２０１７课标Ⅰ，２３１０研究小灯泡的伏安特性填空中伏安特性曲线、电路图像法３问递进证据、解释２０１７课标Ⅱ，２３９测电表内阻填空中微安表、电路比值法３问并列证据、解释２０１７课标Ⅲ，２３９多用电表原理填空选择中简易多用电表估读法４问并列问题、证据２０１６课标Ⅰ，２３１０设计报警系统电路中报警器热敏电阻等效替代２问递进问题、证据２０１６课标Ⅱ，１７６含容电路选择中含容电路计算等效法选项互斥模型建构２０１６课标Ⅱ，２３９测量电表内阻填空中弹簧、物块比较法４问递进问题、证据２０１５课标Ⅰ，２３９电表改装实验中电表改装实验探究问题独立科学推理、解释２０１５课标Ⅱ，２３９测量电压表电阻实验中半偏法测电阻实验探究问题独立科学推理、解释总计卷均分６４题／９卷６题／９卷实验中占比５．４５％考频常见考法命题规律与趋势０１考查内容１．欧姆定律和电阻定律。２．电功率和焦耳定律。３．动态电路和电路故障。０２命题趋势１．以电路为基础，与电场、磁场、电磁感应相联系综合考查。２．除以动态电路、含容电路和电路故障的形式单独考查外，以电学实验形式考查较多。０３命题特点１．以选择题、综合题的形式考查。２．命题取向的大方向保持稳定，具体细节、具体考向会有一定的变化。０４备考建议１．重点掌握闭合电路欧姆定律及直流电路问题。２．本专题以电学实验形式出现的可能性较大，所以平时多练一练电学实验。３．不可忽视以动力学为背景的力电综合题，还有以电路知识为背景的能量守恒问题。０５核心素养本专题考查的主要是科学论证、科学探究等学科素养。０６考题赋分１．在课标卷中重点以２３题电学实验出现，只有１６年课标Ⅱ中以１７题选择题形式出现过一次。２．考题赋分为６分、９分、１０分三种情况。专题九　恒定电流７７　　　对应学生用书起始页码Ｐ１２２考点一电路的基本概念和规律　　１．三个基本定律（１）欧姆定律：Ｉ＝ＵＲ。（２）电阻定律：Ｒ＝ρＬＳ。（３）焦耳定律Ｑ＝Ｉ２Ｒｔ。２．求解电流的方法（１）利用定义式Ｉ＝ｑｔ求解电流的大小，式中ｑ是通过导体横截面的电荷量。（２）利用欧姆定律Ｉ＝ＵＲ求解电流的大小。（３）利用Ｉ＝ｎｑｖＳ求解电流的大小，这是电流的微观表达式，ｖ为电荷定向移动的速率，Ｓ为导体的横截面积，ｎ为导体单位体积内的自由电荷数，ｑ为每个自由电荷的电荷量。（４）利用等效法求解电流的大小，如电子绕原子核的运动可等效为环形电流，电子绕原子核做圆周运动时，若周期为Ｔ，利用等效法可求解电流Ｉ＝ｅＴ。３．三种速率的区分Ｉ＝ｎｑＳｖ中的ｖ是电荷的定向移动的速率，不同于电流的传导速率和电荷无规则热运动的速率，它们之间的区别如下：（１）电流的定向移动速率是自由电荷沿某一方向运动的速率，金属导体中约为１０－５ｍ／ｓ。（２）电流的传导速率是电场的传播速率，等于光速，约为３×１０８ｍ／ｓ。（３）自由电荷无规则热运动的速率约为１０５ｍ／ｓ。４．区分电功和电热意义公式联系电功电流在一段电路中所做的功Ｗ＝ＵＩｔ电热电流通过导体产生的热量Ｑ＝Ｉ２Ｒｔ对纯电阻电路，电功等于电热：Ｗ＝Ｑ＝ＵＩｔ＝Ｉ２Ｒｔ对非纯电阻电路，电功大于电热：Ｗ＞Ｑ电功率单位时间内电流所做的功Ｐ电＝ＵＩ热功率单位时间内导体产生的热量Ｐ热＝Ｉ２Ｒ对纯电阻电路，电功率等于热功率：Ｐ电＝Ｐ热＝ＵＩ＝Ｉ２Ｒ对非纯电阻电路，电功率大于热功率：Ｐ电＞Ｐ热　　５．电动机的三个功率及关系输入功率电动机的总功率。由电动机电路中的电流和电压决定，即Ｐ总＝Ｐ入＝ＵＩ输出功率电动机做有用功的功率，也叫机械功率热功率电动机的线圈有电阻，电流通过线圈时会发热，热功率Ｐ热＝Ｉ２ｒ三者关系Ｐ总＝Ｐ出＋Ｐ热效率η＝Ｐ出Ｐ入×１００％＝Ｐ出Ｐ总×１００％续表说明（１）①正常工作的电动机是非纯电阻元件②电动机因故障或其他原因不转动时，相当于一个纯电阻元件（２）①在纯电阻电路中电功等于电热Ｗ＝Ｑ，ＩＵｔ＝Ｉ２Ｒｔ②在非纯电阻电路中电功大于电热Ｗ＞Ｑ，Ｗ＝Ｑ＋Ｅ　　神经系统中，把神经纤维分为有髓鞘与无髓鞘两大类。现代生物学认为，髓鞘是由多层（几十到几百层不等）类脂物质———髓质累积而成的，髓质具有很大的电阻。已知蛙有髓鞘神经，髓鞘的厚度只有２μｍ左右，而它在每平方厘米的面积上产生的电阻却高达１．６×１０５Ω。（１）若不计髓质片层间的接触电阻，计算髓质的电阻率。（２）若有一圆柱体是由髓质制成的，该圆柱体的体积为３２πｃｍ３，当在其两底面上加上１０００Ｖ的电压时，通过该圆柱体的电流为１０πμＡ，求该圆柱体的底面半径和高。解析　（１）由电阻定律：Ｒ＝ρｌＳ得ρ＝ＲＳｌ＝８×１０６Ω·ｍ。（２）由Ｒ＝ＵＩ、圆柱体体积公式Ｖ＝πｒ２ｈ及Ｒ＝ρｌＳ＝ρｈπｒ２得ＵＩ＝ρｈ２Ｖ代入数据解得ｈ＝０．０２ｍ＝２ｃｍ将ｈ值代入Ｖ＝πｒ２ｈ得ｒ＝０．０４ｍ＝４ｃｍ。答案　（１）８×１０６Ω·ｍ　（２）４ｃｍ　２ｃｍ１．（多选）在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器Ｒ，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为０．５Ａ和１．０Ｖ；重新调节Ｒ，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为２．０Ａ和１５．０Ｖ。则有关这台电动机正常运转时的说法正确的是（　　）Ａ．电动机的内电阻为２ΩＢ．电动机的内电阻为７．５ΩＣ．电动机的输出功率为３０ＷＤ．电动机的输出功率为２２Ｗ１．答案　ＡＤ　当调节滑动变阻器Ｒ，使电动机不转动，此时将电动机视为纯电阻元件，电压表与电流表示数之比等于电动机的内电阻的阻值，则Ｒ内＝１．００．５Ω＝２Ω，选项Ａ正确，Ｂ错误；当电动机正常工作时，电动机的输出功率为Ｐ出＝ＵＩ－Ｉ２Ｒ内＝２２Ｗ，选项Ｃ错误，Ｄ正确。２．（２０１８山东枣庄模拟）（多选）如图所示，Ｒ１和Ｒ２是同种材料、厚度相同、表面为正方形的导体，但Ｒ１的尺寸比Ｒ２的尺寸大。在两导体上加相同的电压，通过两导体的电流方向如图所示，则下列说法中正确的是（　　）􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋７８　　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）Ａ．通过Ｒ１的电流小于通过Ｒ２的电流Ｂ．通过Ｒ１的电流等于通过Ｒ２的电流Ｃ．Ｒ１中自由电荷定向移动的速率大于Ｒ２中自由电荷定向移动的速率Ｄ．Ｒ１中自由电荷定向移动的速率小于Ｒ２中自由电荷定向移动的速率２．答案　ＢＤ　设正方形的边长为Ｌ、厚度为ｄ，由Ｉ＝ＵＲ，Ｒ＝ρＬＳ＝ρＬＬ·ｄ＝ρｄ，得Ｉ＝Ｕｄρ，故通过Ｒ１、Ｒ２中的电流相等，Ａ错误、Ｂ正确。由Ｉ＝ｎｑＳｖ＝ｎｑＬｄｖ得，Ｌ大则ｖ小，Ｃ错误、Ｄ正确。考点二闭合电路欧姆定律　　１．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）表达式：ａ．电流Ｉ＝ＥＲ＋ｒ；ｂ．电动势Ｅ＝ＩＲ＋Ｉｒ＝Ｕ＋Ｕｒ。ｃ．外电路两端的电压Ｕ＝Ｅ－Ｉｒ。（３）适用范围：外电路是纯电阻电路。（４）对电动势的理解①大小：等于外电路断开时的路端电压，数值上等于把１Ｃ的正电荷从电源负极移到正极时非静电力所做的功。②方向：电动势虽是标量，但为了研究电路中电势的情况，我们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。２．几种Ｉ－Ｕ、Ｕ－Ｉ图线的比较类别图像物理意义注意问题线性元件反映Ｉ跟Ｕ的正比关系图线的斜率的倒数表示导体的电阻，Ｒ＝ＵＩ＝ΔＵΔＩ，遵从欧姆定律非线性元件反映Ｉ跟Ｕ的非正比关系图线的斜率仅表示电阻的变化趋势，若求解电阻必用点的坐标值来计算，即Ｒ＝ＵＩ电源反映电源的输出特性，纵截距为电源电动势，横截距为短路电流图线斜率的绝对值表示电源的内阻（注意纵坐标数值在两坐标轴交点处是否从零值开始）　　３．闭合电路中关于电源的几个问题（１）电源的效率：η＝ＩＵＩＥ＝ＵＥ。（２）在闭合电路中，当外电路是纯电阻电路时：Ｐ总＝ＥＩ＝Ｅ２Ｒ＋ｒ，Ｐ出＝Ｅ２（Ｒ＋ｒ）２Ｒ，η＝Ｐ出Ｐ总＝ＲＲ＋ｒ。（３）电源的最大输出功率Ｐ出＝ＵＩ＝Ｉ２Ｒ＝Ｅ２（ｒ＋Ｒ）２Ｒ＝Ｅ２Ｒ（Ｒ－ｒ）２＋４Ｒｒ＝Ｅ２（Ｒ－ｒ）２Ｒ＋４ｒ，由此式可看出，当Ｒ＝ｒ时，Ｐ出有最大值，即Ｐｍ＝Ｅ２４Ｒ＝Ｅ２４ｒ。Ｐ出与外电阻Ｒ的函数关系可用如图所示图像表示，由图像可以看出：①当Ｒ＝ｒ时，输出功率最大，Ｐｍ＝Ｅ２４ｒ。②当Ｒ“接近”ｒ时，Ｐ出增大，当Ｒ“远离”ｒ时，Ｐ出减小。如图甲所示的电路中Ｒ１＝Ｒ２＝１００Ω，是阻值不随温度而变的定值电阻。白炽灯泡Ｌ的伏安特性曲线如图乙所示。电源电动势Ｅ＝１００Ｖ，内阻不计。求：（１）当开关Ｓ断开时，灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率；（２）当开关Ｓ闭合时，灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率。解析　（１）当Ｓ断开时，Ｒ１与灯泡串联，设灯泡上的电压为Ｕ１，电流为Ｉ１，根据闭合电路的欧姆定律有：Ｅ＝Ｕ１＋Ｉ１Ｒ１，代入数据整理得：Ｉ１＝１－Ｕ１１００。在Ｉ－Ｕ图上作出图线，如图所示，这条图线与灯泡的伏安特性曲线的交点为（４０Ｖ，０．６０Ａ）。由此可知此时流过灯泡的电流为０．６Ａ，灯泡上的电压为４０Ｖ，灯泡的实际功率Ｐ＝２４Ｗ。（２）当Ｓ闭合时，设灯泡上的电压为Ｕ２，电流为Ｉ２，根据闭合电路的欧姆定律有：Ｅ＝Ｕ２＋（Ｉ２＋Ｕ２Ｒ２）Ｒ１，代入数据整理得：Ｉ２＝１－Ｕ２５０，在Ｉ－Ｕ图上作出图线，如图所示，这条图线与灯泡的伏安特性曲线的交点为（２５Ｖ，０．５Ａ）。由此可知此时流过灯泡的电流为０．５Ａ，灯泡上的电压为２５Ｖ，灯泡的实际功率Ｐ＝１２．５Ｗ。答案　见解析􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题九　恒定电流７９　　　１．已知两电源的电动势分别为Ｅ１、Ｅ２（Ｅ１＞Ｅ２），内阻分别为ｒ１、ｒ２。当两电源分别与阻值为Ｒ的电阻连接时，外电路消耗的功率正好相等。若电阻Ｒ减小一些，再与Ｅ１、Ｅ２分别连接时，对应的外电路消耗的功率分别是Ｐ１、Ｐ２。则　（　　）Ａ．ｒ１＜ｒ２，Ｐ１＜Ｐ２Ｂ．ｒ１＜ｒ２，Ｐ１＞Ｐ２Ｃ．ｒ１＞ｒ２，Ｐ１＜Ｐ２Ｄ．ｒ１＞ｒ２，Ｐ１＞Ｐ２１．答案　Ｃ　由外电路消耗的功率相等得（Ｅ１Ｒ＋ｒ１）２Ｒ＝（Ｅ２Ｒ＋ｒ２）２Ｒ，又知Ｅ１＞Ｅ２，则（Ｒ＋ｒ１）２＞（Ｒ＋ｒ２）２，故ｒ１＞ｒ２，再大致画出Ｕ－Ｉ图像如图，可知Ｒ减小一些（对应图中虚线），在对应Ｅ２中电流增加量大，由Ｐ＝Ｉ２Ｒ可得Ｐ１＜Ｐ２，所以只有Ｃ项正确。２．电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示，图中Ｕ为路端电压，Ｉ为干路电流。（均从零值开始）ａ、ｂ为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为ηａ、ηｂ。由图可知ηａ、ηｂ的值分别为（　　）Ａ．３４、１４Ｂ．１３、２３Ｃ．１２、１２Ｄ．２３、１３２．答案　Ｄ　电源的效率η＝ＵＩＥＩ×１００％＝ＵＥ×１００％。ａ点对应的路端电压Ｕ为“４个格”，而电动势Ｅ为“６个格”，因此ηａ＝２３；ｂ点对应的路端电压为“２个格”，因此ηｂ＝１３。故Ｄ项正确。􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋对应学生用书起始页码Ｐ１２４题型一　电路的动态分析　　１．几个常用的推论（１）串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻。（２）并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻。（３）ｎ个相同的电阻并联，总电阻等于一个电阻的ｎ分之一，即Ｒ总＝１ｎＲ。（４）多个电阻并联时，其中任一个电阻增大或减小，总电阻也随之增大或减小。（５）并联支路增多，并联电路总电阻减小。（６）大