恒定電流典型題分析

PAGEPAGE12恒定電流典型題方法解析考點(diǎn)一、純電阻電路和非純電阻電路的電功、電功率的比較(1)純電阻電路，電功W＝UIt，電功率P＝UI，且電功全部轉(zhuǎn)化為電熱，有W＝Q＝UIt＝eq\f(U2,R)t＝I2Rt，P＝UI＝eq\f(U2,R)＝I2R.(2)非純電阻電路，電功W＝UIt，電功率P＝UI，電熱Q＝I2Rt，電熱功率P熱＝I2R，電功率大于電熱功率，即W>Q，故求電功、電功率只能用W＝UIt、P＝UI，求電熱、電熱功率只能用Q＝I2Rt、P熱＝I2R.例題1、一個(gè)T型電路如圖2所示，圖2電路中的電阻R1＝10Ω，R2＝120Ω，R3＝40Ω.另有一測試電源，電動(dòng)勢為100V，內(nèi)阻忽略不計(jì)．則()A．當(dāng)cd端短路時(shí)，ab之間的等效電阻是40ΩB．當(dāng)ab端短路時(shí)，cd之間的等效電阻是40ΩC．當(dāng)ab兩端接通測試電源時(shí)，cd兩端的電壓為80VD．當(dāng)cd兩端接通測試電源時(shí)，ab兩端的電壓為80V例題2、如圖1所示，用輸出電壓為1.4V，輸出電流為100mA的充電器對內(nèi)阻為2Ω的鎳－氫電池充電．下列說法正確的是 ()圖1A．電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為0.12WB．充電器輸出的電功率為0.14WC．充電時(shí)，電池消耗的熱功率為0.02WD．充電器把0.14W的功率儲(chǔ)存在電池內(nèi)練習(xí)1、一只電飯煲和一臺洗衣機(jī)并聯(lián)接在輸出電壓為220V的交流電源上(其內(nèi)電阻可忽略不計(jì))，均正常工作．用電流表分別測得通過電飯煲的電流是5.0A，通過洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)的電流是0.50A，則下列說法中正確的是 ()A．電飯煲的電阻為44Ω，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為440ΩB．電飯煲消耗的電功率為1555W，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為155.5WC．1min內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6×104J，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電能為6.6×103JD．電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的10倍練習(xí)2、電阻R和電動(dòng)機(jī)M串聯(lián)接到電路中，如圖6所示，已知電阻R跟電動(dòng)機(jī)線圈的電阻值相等，電鍵接通后，電動(dòng)機(jī)正常工作，設(shè)電阻R和電動(dòng)機(jī)M兩端的電壓分別為U1和U2，經(jīng)過時(shí)間t，電流通過電阻R做功為W1，產(chǎn)生熱量為Q1，電流通過電動(dòng)機(jī)做功為W2，產(chǎn)生熱量為Q2，則有 ()圖6A．U1<U2，Q1＝Q2 B．U1＝U2，Q1＝Q2C．W1＝W2，Q1>Q2 D．W1<W2，Q1<Q2考點(diǎn)二、電路中的功率及效率問題1．電源的總功率(1)任意電路：P總＝EI＝U外I＋U內(nèi)I＝P出＋P內(nèi)．(2)純電阻電路：P總＝I2(R＋r)＝eq\f(E2,R＋r).2．電源內(nèi)部消耗的功率：P內(nèi)＝I2r＝U內(nèi)I＝P總－P出．3．電源的輸出功率(1)任意電路：P出＝UI＝EI－I2r＝P總－P內(nèi)．(2)純電阻電路：P出＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)＝eq\f(E2,\f(R－r2,R)＋4r).(3)純電阻電路中輸出功率隨R的變化關(guān)系①當(dāng)R＝r時(shí)，電源的輸出功率最大為Pm＝eq\f(E2,4r).②當(dāng)R>r時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來越小．③當(dāng)R<r時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來越大．④當(dāng)P出<Pm時(shí)，每個(gè)輸出功率對應(yīng)兩個(gè)外電阻R1和R2，且R1R2＝r2.⑤P出與R的關(guān)系如圖4所示．圖44．電源的效率(1)任意電路：η＝eq\f(P出,P總)×100%＝eq\f(U,E)×100%.(2)純電阻電路：η＝eq\f(R,R＋r)×100%＝eq\f(1,1＋\f(r,R))×100%因此在純電阻電路中R越大，η越大；當(dāng)R＝r時(shí)，電源有最大輸出功率，效率僅為50%.特別提醒當(dāng)電源的輸出功率最大時(shí)，效率并不是最大，只有50%；當(dāng)R→∞時(shí)，η→100%，但此時(shí)P出→0，無實(shí)際意義．例題1、如圖5所示，已知電源電動(dòng)勢E＝5V，內(nèi)阻r＝2Ω，定值電阻R1＝0.5Ω，滑動(dòng)變阻器R2的阻值范圍為0～10Ω.求：圖5(1)當(dāng)滑動(dòng)變阻器R2的阻值為多大時(shí)，電阻R1消耗的功率最大？最大功率是多少？(2)當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為多大時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大？最大功率是多少？(3)當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為多大時(shí)，電源的輸出功率最大？最大功率是多少？例題2、如圖6所示電路中，R為一滑動(dòng)變阻器，P為滑片，若將滑片向下滑動(dòng)，則在滑動(dòng)過程中，下列判斷錯(cuò)誤的是 ()圖6A．電源內(nèi)電路消耗功率一定逐漸增大B．燈泡L2一定逐漸變暗C．電源效率一定逐漸減小D．R上消耗功率一定逐漸變小練習(xí)1、在純電阻電路中，當(dāng)用一個(gè)固定的電源(E、r是定值)向變化的外電阻供電時(shí)，關(guān)于電源的輸出功率P隨外電阻R變化的規(guī)律如圖4所示，則 ()圖4A．當(dāng)R＝r時(shí)，電源有最大的輸出功率B．當(dāng)R＝r時(shí)，電源的效率η＝50%C．電源的功率P′隨外電阻R的增大而增大D．電源的效率η隨外電阻R的增大而增大考點(diǎn)三、電流表的內(nèi)接法和外接法以及限流和分壓電路的選擇1、內(nèi)接和外接的區(qū)別2、限流和分壓電路的區(qū)別3、誤差分析4、選擇的依據(jù)：（1）在測量電路中，一般有電流表內(nèi)接和外接兩種方式，對于給定電表內(nèi)阻的情況，應(yīng)先比較R0與待測電阻Rx的關(guān)系，其中R0＝eq\r(RARV)，若Rx>R0，則設(shè)計(jì)為內(nèi)接；若Rx<R0，則設(shè)計(jì)為外接；若電表量程不合適，往往還要用定值電阻對電表進(jìn)行改裝．（2）控制電路分滑動(dòng)變阻器的分壓式和限流式兩種接法，兩種接法的選擇方法如下：①若采用限流式接法不能控制電流(或電壓)滿足實(shí)驗(yàn)要求，即若滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大時(shí)，待測電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程，或超過待測電阻的額定電流(或電壓)，則必須選用分壓式接法．②若待測電阻的阻值比滑動(dòng)變阻器的最大電阻大得多，以致在限流電路中，滑動(dòng)變阻器的滑片從一端滑到另一端時(shí)，待測電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大，此時(shí)，應(yīng)改用分壓電路．③若實(shí)驗(yàn)中要求測量電路中電壓從零開始變化，則必須采用分壓式接法．④兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃娐泛唵?、耗能低．例題1、用兩個(gè)相同的小量程電流表，分別改裝成了兩個(gè)量程不同的大量程電流表A1、A2，若把A1、A2分別采用串聯(lián)或并聯(lián)的方式接入電路，如圖6(a)、(b)所示，則閉合開關(guān)后，下列有關(guān)電表的示數(shù)和電表指針偏轉(zhuǎn)角度的說法正確的是()圖6A．圖(a)中的A1、A2的示數(shù)相同B．圖(a)中的A1、A2的指針偏角相同C．圖(b)中的A1、A2的示數(shù)和偏角都不同D．圖(b)中的A1、A2的指針偏角相同例題2、有一個(gè)小電珠上標(biāo)有“4V,2W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個(gè)小電珠的U－I圖線，有下列器材供選用：A．電壓表(0～5V，內(nèi)阻10kΩ)B．電壓表(0～10V，內(nèi)阻20kΩ)C．電流表(0～0.3A，內(nèi)阻1Ω)D．電流表(0～0.6A，內(nèi)阻0.4Ω)E．滑動(dòng)變阻器(5Ω，10A)F．滑動(dòng)變阻器(500Ω，0.2A)(1)實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選用________，電流表應(yīng)選用________．(用字母表示)(2)為使實(shí)驗(yàn)誤差盡量減小，要求小電珠兩端的電壓從零開始變化且多取幾組數(shù)據(jù)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(用字母表示)．(3)請?jiān)诜娇騼?nèi)畫出滿足實(shí)驗(yàn)要求的電路圖，并把圖9所示的實(shí)驗(yàn)器材用實(shí)線連接成相應(yīng)的實(shí)物電路圖．圖9考點(diǎn)四、直流電路動(dòng)態(tài)分析方法(1)程序法：基本思路是“部分→整體→部分”．即從阻值的變化入手，由串、并聯(lián)規(guī)律判定R總的變化情況，再由歐姆定律判斷I總和U端的變化情況，最后由部分電路歐姆定律及串聯(lián)分壓、并聯(lián)分流等規(guī)律判斷各部分的變化情況．(2)結(jié)論法——“并同串反”：“并同”：指某一電阻增大(減小)時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(減小)．“串反”：指某一電阻增大(減小)時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(增大).(3)極限法：即因滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)引起的電路變化問題，可將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端分別滑至兩個(gè)極端去討論．(4)判定總電阻變化情況的規(guī)律①當(dāng)外電路的任何一個(gè)電阻增大(或減小)時(shí)，電路的總電阻一定增大(或減小)．②若開關(guān)的通、斷使串聯(lián)的用電器增多時(shí)，電路的總電阻增大；若開關(guān)的通、斷使并聯(lián)的支路增多時(shí)，電路的總電阻減?。}1、在如圖3所示電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R3的滑片P向b端移動(dòng)時(shí) ()圖3A．電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小B．電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變大C．電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變大D．電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變小例題2、(2011·北京·17)如圖7所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略．開關(guān)S閉合后，在變阻器R0的滑動(dòng)端向下滑動(dòng)的過程中()A．電壓表與電流表的示數(shù)都減小B．電壓表與電流表的示數(shù)都增大C．電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小D．電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)增大圖7利用程序法分析電路動(dòng)態(tài)變化問題的一般步驟(1)明確局部電路變化時(shí)所引起的局部電路電阻的變化．(2)根據(jù)局部電路電阻的變化，確定電路的外電阻R外總?cè)绾巫兓?3)根據(jù)閉合電路歐姆定律I總＝eq\f(E,R外總＋r)，確定電路的總電流如何變化．(4)由U內(nèi)＝I總r確定電源的內(nèi)電壓如何變化．(5)由U＝E－U內(nèi)確定路端電壓如何變化．(6)確定支路兩端的電壓及通過各支路的電流如何變化．練習(xí)1、在如圖1所示的電路中，E為電源，其內(nèi)阻為r，L為小燈泡(其燈絲電阻可視為不變)，R1、R2為定值電阻，R3為光敏電阻，其阻值隨所受照射光強(qiáng)度的增大而減小，V為理想電壓表．若將照射R3的光的強(qiáng)度減弱，則 ()A．電壓表的示數(shù)增大B．小燈泡消耗的功率減小C．通過R2的電流減小圖1D．電源內(nèi)阻的電壓增大練習(xí)2、如圖2所示的電路中，電源內(nèi)阻不可忽略，L1、L2兩燈均正常發(fā)光，R1為定值電阻，R為一滑動(dòng)變阻器，P為滑動(dòng)變阻器的滑片，若將滑片P向下滑動(dòng)，則 ()A．L1燈變亮B．L2燈變暗C．R1上消耗的功率變大圖2D．總電流變小考點(diǎn)五、電路故障的分析1．故障特點(diǎn)(1)斷路特點(diǎn)：表現(xiàn)為路端電壓不為零而電流為零．(2)短路特點(diǎn)：用電器或電阻發(fā)生短路，表現(xiàn)為有電流通過電路但它兩端電壓為零．2．檢查方法(1)電壓表檢測：如果電壓表示數(shù)為零，則說明可能在并聯(lián)路段之外有斷路，或并聯(lián)路段短路．(2)電流表檢測：當(dāng)電路中接有電源時(shí)，可用電流表測量各部分電路上的電流，通過對電流值的分析，可以確定故障的位置．在運(yùn)用電流表檢測時(shí)，一定要注意電流表的極性和量程．(3)歐姆表檢測：當(dāng)測量值很大時(shí)，表示該處斷路，當(dāng)測量值很小或?yàn)榱銜r(shí)，表示該處短路．在運(yùn)用歐姆表檢測時(shí)，電路一定要切斷電源．逐一使元件脫離原電路(或?qū)δ扯坞娐窓z測)后測量是通路還是斷路便可找到故障所在．(4)假設(shè)法：將整個(gè)電路劃分為若干部分，然后逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生某種故障，運(yùn)用閉合電路或部分電路的歐姆定律進(jìn)行推理．圖8例題1、用電壓表檢查如圖8所示電路中的故障，測得Uad＝5.0V，Ucd＝0V，Ubc＝0V，Uab＝5.0V，則此故障可能是()A．L斷路B．R斷路C．R′斷路 D．S斷路例題2、如圖9所示電路中，開關(guān)閉合穩(wěn)定后，某時(shí)刻理想電壓表和電流表的讀數(shù)都突然增大，造成這一現(xiàn)象的原因是電阻元件發(fā)生短路或斷路故障，則可能出現(xiàn)了下列哪種故障 ()圖9A．R3斷路 B．R1短路C．R2斷路 D．R3短路練習(xí)1、在如圖6所示的電路中，由于某一電阻發(fā)生短路或斷路，A燈變暗，B燈變亮，則故障可能是 ()A．R1短路B．R2斷路C．R3斷路圖6D．R4短路考點(diǎn)六、含容電路分析1．電路的簡化：不分析電容器的充、放電過程時(shí)，把電容器所處的支路視為斷路，簡化電路時(shí)可以去掉，求電荷量時(shí)再在相應(yīng)位置補(bǔ)上．2．電路穩(wěn)定時(shí)電容器的處理方法：電路穩(wěn)定后，與電容器串聯(lián)的電路中沒有電流，同支路的電阻相當(dāng)于導(dǎo)線，即電阻不起降低電壓的作用，與電容器串聯(lián)的電阻視為等勢體．電容器的電壓為與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓．3．在計(jì)算電容器所帶電荷量的變化時(shí)，如果變化前后極板所帶電荷的電性相同，那么通過所連導(dǎo)線的電荷量等于初末狀態(tài)電容器所帶電荷量之差；如果變化前后極板帶電的電性相反，那么通過所連導(dǎo)線的電荷量等于初末狀態(tài)電容器所帶電荷量之和．例題1、如圖12所示的電路中，電源的電動(dòng)勢E＝6V，內(nèi)阻r＝1Ω，電阻R1＝3Ω，R2＝6Ω，電容器的電容C＝3.6μF，二極管D具有單向?qū)щ娦?，開始時(shí)，開關(guān)S1閉合，S2斷開．圖12(1)合上S2，待電路穩(wěn)定以后，求電容器上電荷量變化了多少？(2)合上S2，待電路穩(wěn)定以后再斷開S1，求斷開S1后流過R1的電荷量是多少？例題2、如圖14所示，平行金屬板中帶電質(zhì)點(diǎn)P原處于靜止?fàn)顟B(tài)，不考慮電流表和電壓表對電路的影響，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R4的滑片向b端移動(dòng)時(shí)，則 ()圖14A．電壓表讀數(shù)減小B．電流表讀數(shù)減小C．質(zhì)點(diǎn)P將向上運(yùn)動(dòng)D．R1上消耗的功率逐漸增大練習(xí)1、豎直放置的一對平行金屬板的左極板上，用絕緣細(xì)線懸掛了一個(gè)帶正電的小球，將平行金屬板按如圖15所示的電路連接，開關(guān)閉合后絕緣細(xì)線與左極板間的夾角為θ.保持開關(guān)閉合，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片在a位置時(shí)，電流表的讀數(shù)為I1，夾角為θ1；當(dāng)滑片在b位置時(shí)，電流表的讀數(shù)為I2，夾角為θ2，則 ()圖15A．θ1<θ2，I1<I2 B．θ1>θ2，I1>I2C．θ1＝θ2，I1＝I2 D．θ1<θ2，I1＝I2練習(xí)2、電源、開關(guān)S、S′、定值電阻R1、光敏電阻R2和電容器連接成如圖10所示電路，電容器的兩平行板水平放置．當(dāng)開關(guān)S、S′閉合，并且無光照射光敏電阻R2時(shí)，一帶電液滴恰好靜止在電容器兩板間的M點(diǎn)．當(dāng)用強(qiáng)光照射光敏電阻R2時(shí)，光敏電阻的阻值變小，則 ()圖10A．液滴向下運(yùn)動(dòng)B．液滴向上運(yùn)動(dòng)C．R2兩端的電勢差是否升高無法分析D．當(dāng)光照強(qiáng)度不變時(shí)斷開S′，把電容器的上極板向上移一小段距離，則上極板的電勢比A點(diǎn)的電勢高練習(xí)3、如圖11所示的電路中，R是壓敏電阻，其阻值隨所受壓力F的增大而減?。]合開關(guān)S后，在緩慢增大F的過程中，下列判斷正確的是 ()圖11A．燈泡L1亮度將變大B．燈泡L2亮度將變大C．電容器C所帶電荷量將增大D．電源的輸出功率一定減小考點(diǎn)七、電源U－I圖象與電阻U－I圖象的比較圖象上的特征物理意義電源U－I圖象電阻U－I圖象圖形圖象表述的物理量變化關(guān)系電源的路端電壓隨電路電流的變化關(guān)系電阻兩端電壓隨電阻中的電流的變化關(guān)系圖線與坐標(biāo)軸交點(diǎn)與縱軸交點(diǎn)表示電源電動(dòng)勢E，與橫軸交點(diǎn)表示短路電流eq\f(E,r)過坐標(biāo)軸原點(diǎn)，表示沒有電壓時(shí)電流為零圖線上每一點(diǎn)坐標(biāo)的乘積UI表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率圖線上每一點(diǎn)對應(yīng)的U、I比值表示外電阻的大小，不同點(diǎn)對應(yīng)的外電阻大小不同每一點(diǎn)對應(yīng)的比值均等大，表示此電阻的大小圖線斜率的絕對值大小內(nèi)電阻r電阻大小例題1、在如圖10所示的U－I圖象中，直線Ⅰ為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，直線Ⅱ?yàn)槟骋浑娮鑂的U－I圖線．用該電源直接與電阻R相連組成閉合電路，