高三物理二轮练习教学案恒定电流.docx
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高三物理二轮练习教学案恒定电流
2019高三物理二轮练习教学案恒定电流
【一】电流和电流强度I
【二】电阻R
1、定义式:
2、电阻定律:
,ρ为电阻率。
3、测量:
伏安法测电阻,欧姆表。
4、超导体
【三】闭合电路欧姆定律:
1、U—I关系曲线
2、电源的输出功率、内阻消耗的电功率、电源的总功率P总=IεP出=IUP内=I2r
当外电路电阻与内阻相等时,电源的输出功率最大。
例题分析:
例1、一个电源的电动势为ε、内阻为r,在外电路上接一个电阻R0和一滑动变阻器R,求①滑动变阻器消耗的最大电功率是多少?
②定值电阻R0消耗的最大电功率是多少?
分析:
〔1〕由前面的知识复习,道:
假设外电路电阻与内电路电阻阻值相等,那么外电路消耗的电功率最大。
因此,我们可以用等效思想将R0与r看作新电源的内阻〔r+R0〕,新电源的电动势仍为ε。
这样,当R的阻值与内阻〔r+R0〕相等时,变阻器R消耗的电功率最大,等于
。
〔2〕第2问与第1问的问题看起来相似,但实际上却是完全不同的两个问题。
区别就在于第2问涉及的是一个定值电阻消耗的最大电功率问题。
由电功率定义知,R0消耗的电功率P=I2R0,可见,I取最大值时,R0消耗的电功率最大,由于
,所以R取最小值即R等于零时,定值电阻消耗的功率最大,等于
。
小结:
此题两问分别涉及定值电阻与可变电阻消耗的最大电功率问题,处理方法不同。
切不可将“外电路电阻与内电阻相等时,外电路消耗的电功率最大”这一结论无条件地、任意的推广。
例2、如图,直线A为电源的路端电压U与电流I的关系图象,直线B是电阻R的两端电压与其中电流I的图象。
用该电源与电阻R组成闭合电路,那么电源的输出功率为___________,电源的效率为_____________。
分析:
A图线是U—I特性曲线,从A图线上可以获取的信息是:
纵轴截距—ε,横轴截距——短路电流
,所以,知道电源电动势ε=3V,内阻r=0.5Ω。
电阻R的阻值可由图线B的斜率得出:
R=1Ω。
电路见上图。
据闭合电路欧姆定律
和PR=I2R,可得电源的输出功率为4W,效率
。
小结:
A、B两图线分别给出了电路中电源及电阻的信息,应注意利用图象寻找有关信息,另外,也应注意区分两条图线。
例3、在如下图的电路中,电源的电动势为ε。
内电阻为r,当滑动变阻器的滑片P处于R的中点位置时,小灯泡L1、L2、L3的亮度相同。
假设将滑片向左滑动时,三个小灯泡的亮度如何变化?
分析:
第一步应画出等效电路图。
画等效电路图时,不妨在原图上用字母将各结点标出,因理想导线上各点等电势,故b、d两点是等电势的〔即同一点〕。
依照原电路图,将各用电器连接到相对应的两结点间,画出上述等效电路图。
第二步利用闭合电路欧姆定律,判断通过各小灯泡电流的的变化情况,进而知道各灯的亮度变化情况。
由于滑片P向左滑动,那么外电路电阻变小,总电阻变小。
由
,知道总电流I变大,内电压变大。
而内、外电压之和等于ε〔定值〕,故路端电压变小,通过L3的电流变小,L3变暗。
由于总电流I变大,而通过L3的电流变小,故通过L1的电流变大〔电压变大〕,L1变亮。
由于路端电压为小,而L1两端的电压变大,故L2两端的两压变小,L2变暗。
小结:
①注重画等效电路图。
方法在于寻找等势点。
②应熟练应用闭合电路欧姆定律,及部分电路欧姆定律。
判断通过某一用电器的电流及其两端电压的变化情况。
例4、如图,当R增大时,平行板电容器中,原来静止的带电油滴如何运动?
分析:
原来静止的油滴是在重力及电场力的作用下平衡的。
电容器两端的电压等于R两端的电压。
由于R增大时,I减小、内电压减小,所以R两端的电压增大。
故由
知电场强度E变大,电场力Eq变大。
带电油滴向上加速运动。
小结:
此题将力平衡与含容电路融合于一题之中。
是电路中常见的一类题目。
本章练习:
〔附后〕
恒定电流
内容
要求
说明
1、电流,欧姆定律,电阻和电阻定律
2、电阻的串、并联,串联电路的分压作用,并联电路的分流作用
3、电功,电功率,串联、并联电路的功率分配
4、电源的电动势和内电阻,闭合电路的欧姆定律,路端电压
5、同种电池的串联
6、电流、电压和电阻的测量;电流表、电压表和欧姆表的使用,伏安法测电阻
B
B
B
B
不要求解含有电流跟电动势方向相反的电路和电桥的问题
练习题:
1、氢原子中的电子e绕原子核转动的轨道半径为r,转动的周期为T,把其等效成环形电流其值为_______。
2、有一段横截面积为S=1mm2的金属导线,上面通有1安的电流,导线中单位体积内所具有的自由电子数n=8.5×1028/m3。
求导线中自由电子的运动速度。
3、白炽灯泡的灯丝断了以后,轻摇灯泡,可以将断了的灯丝搭接上。
假设将这只灯泡再装入原电路中,其亮度与原来相比
A、亮些B、暗些C、一样亮D、都有可能
4、将一条电阻丝对折后接到原来的电路中,假设电阻两端的电压保持不变,这时电阻消耗的功率是原来的
A、2倍B、4倍C、1/2D、1/4
5、两根电热丝由同种材料制成,它们的长度相同但横截面的半径不同。
把它们串联在电路中。
那么这两根电热丝各自消耗的功率P与横截面的半径r的关系是
A、P跟r2成反比B、P跟r成反比C、P跟r2成正比D、跟r成正比
6、一个电阻器标有“1kΩ40W”,它允许通过的最大电流是多少?
允许加在两端的最大电压是多少?
假设有两个这样的同样的电阻,把它们按串联方式连接,能够承受的最大电压是多少?
假设按并联方式连接,能够承受的最大电流是多少?
7、把“6V3W”和“10V6W”的两个电阻串联起来,在两端允许加的最大电压值是多少伏?
能够通过的最大电流为多少安?
8、有三个电阻的阻值都是1kΩ,功率都是1W。
把它们连成如下图的混连电路,相当于什么规格的电阻
A、0.66kΩ,1.5WB、3kΩ,3W
C、1.5kΩ,3WD、1.5kΩ,1.5W
9、如下图,三个电阻的阻值是R1=8Ω、R2=5Ω、R3=20Ω,在AB间接上电源后,三个电阻的功率之比为
A、8:
5:
20B、5:
4:
1C、2:
1:
1D、10:
4:
1
10、有三个完全相同的电灯接在如下图的电路中,设电源两端的电压不变,灯丝的电阻不随温度变化。
求闭合K前后A灯的功率之比。
11、有一个电炉子上面标有“220V800W”,将其接入110V的电路中,它实际消耗的电功率为____________。
12、当电源的电压比电烙铁的额定电压下降10%后,它的实际功率比额定功率下降了___________%。
13、如下图,要使电阻R1消耗的功率最大,应该把电阻R2的阻值调节到
A、R2=R1+rB、R2=R1+rC、R2=rD、R2=0
14、一个电源的电动势为ε,内电阻为r,在外电路上接一个电阻R'和一个滑动变阻器R。
求滑动变阻器取什么值时,在滑动变阻器上所消耗的功率最大。
15、电路如下图,电源的电动势为ε、内电阻为r,A、B两个定值电阻的阻值分别为R1和R2。
今调节可变电阻C,使其获得不同的电功率。
试确定使可变电阻C出现最大电功率时C的电阻值R3,并导出其最大电功率的表达式。
16、如下图,直线A为电源的路端电压U与电流I的关系图象,直线B是电阻R的两端电压与其中电流I的图象。
用该电源与电阻R组成闭合电路,那么电源的输出功率为___________,电源的效率为__________。
17、用伏特表测量某段电路两端的电压时,伏特表的示数为5V。
如果这段电路两端的电压不变,将2kΩ的电阻与伏特表串联后再测电路两端的电压,伏特表的示数变为3V,这块表的内阻为
A、1kΩB、2kΩC、3kΩD、4kΩ
18、如下图,两块伏特表的读数都是35V。
如将两块伏特表对调,V1的读数是30V,V2的读数是40V。
设AB两端的电压保持不变,两块伏特表的内阻各是多少?
19、在如下图的电路中,电源的电动势为16V,内阻不计。
R1=R4=3Ω,R2=R3=5Ω,电容C=1F,电容器上极板的带电量为
A、-6×10-6CB、4×10-6CC、-4×10-6CD、8×10-6C
20、一辆电瓶车质量为500kg,由内阻不计的蓄电池组向直流电动机提供24V的电压,使车在水平地面上以0.8m/s的速度匀速行驶时,通过电动机的电流为5A。
设车受的阻力为车重的0.02倍,那么此电动机的内阻是
A、4.8ΩB、3.2ΩC、1.6ΩD、0.4Ω
21、微型吸尘器的直流电动机内阻一定,当加上0.3V的电压时,通过的电流为0.3A,此时电动机不转。
当加在电动机两端的电压为2.0V时,电流为0.8A,这时电动机正常工作,那么吸尘器的效率为___________。
22、在如下图的电路中,滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动过程中,安培表的读数
A、从小变到大B、从大变到小C、先变小再变大D、先变大再变小
23、在如下图的电路中,电源的电动势为ε,内电阻为r,当滑动变阻器的滑片P处于R的中点位置时,小灯泡L1、L2、L3的亮度相同时,假设将滑片向左滑动时,三个小灯泡的亮度将怎样变化?
24、在如下图的电路中,R1、R2、R3和R4皆为定值电阻,R5为可变电阻,电源的电动势为ε,电阻为r。
设电流表A的读数I,电压表的读数为U。
当R5的滑动触点向图中a点移动时
A、I变大,U变小B、I变大,U变大C、I变小,U变大D、I变小,U变小
25、在用如图的电路做实验时,接通电源后发现安培表无读数。
在检查电路时测得变阻器两端无电压,灯泡两端的电压与电源电压相同,由此可知电路中发生故障的是____________〔故障只有一处〕。
26、如下图的电路中,闭合电键,灯L1、L2正常发光,由于电路出现故障,突然发现灯L1变亮,灯L2变暗,电流表的读数变小,根据分析,发生的故障可能是
A、R1断路B、R2断路C、R3短路D、R4短路
27、把一块最大量程为U的伏特表,扩大成为量程为10U的伏特表,原伏特表的内阻为RV,需要串联一个多大的电阻?
写出扩大到n倍量程时所串联电阻的表达式。
28、一块电流表的内阻为12Ω,当通过它的电流为2mA时,指针偏转一个小格。
要使偏转一个小格的电流为1A时,正确的做法是
A、在表上并一个0.024Ω的电阻B、在表上并一个0.24Ω的电阻
C、在表上并一个0.012Ω的电阻D、在表上并一个0.12Ω的电阻
29、如下图,R1和R2是两个定值电阻,R1的阻值很大,R2的阻值很小,G是一个灵敏电流计,那么以下判断正确的选项是:
A、只闭合K1,整个装置相等于伏特表
B、只闭合K2,整个装置相等于安培表
C、K1和K2都断开,整个装置相当于灵敏电流计
D、K1和K2都闭合,整个装置相当于安培表
练习答案:
1、
2、7.4×10-5m/s3、A4、B5、A
6、①Im=0.2A②Um=200V③串联,U=400V,④并联,I=0.4A
7、Umax=14.3V,Imax=0.5A
8、D9、D10、P1:
P2=9:
1611、200W12、19%13、D14、R'+r=R
15、R3=
P3=
16、4W,66.7%17、C18、R2=300Ω,R1=240Ω,
19、C20、C21、60%22、C〔电表内阻不可忽略〕
23、L1变亮,L2、L3变暗24、D25、灯断路26、A
27、R串=9RV;〔n-1〕RV28、A29、AD
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选择题
1、电路中每分钟有6×1013个自由电子通过导体的横截面,那么电路中的电流强度是:
A、0.016微安
B、1.6毫安
C、16微安
D、0.16微安
2、如图1所示,是在同一金属导体上加不同电压,温度不变时测得的U-I图线,假设保持导体长度不变,而增加其截面积,那么这段导体的电阻将:
A、等于1.0欧姆
B、小于2.0欧姆
C、大于2.0欧姆
D、可能为4.0欧姆
3、如图2所示,R1=10欧,R2=20欧,变阻器R3的最大值30欧,那么A、B两点间电阻的取值范围从
欧到
欧。
4、一平行板电容器C极板是水平放置的,它和三个可变电阻及电源联结成如图3所示的电路。
今有一质量为m的带电油滴悬浮在两板之间静止不动,要使油滴上升,可采用的办法是:
A、增大R1
B、增大R2
C、增大R3
D、减小R2
5、如图4所示,直线a为某电路上电源的路端电压与电流的U-I图线,直线b为电阻R的U-I特性曲线,用此电源和电阻组成闭合电路后,电源输出功率为
瓦,电源内阻为
欧
6、两个伏特表V1和V2是完全相同的两个电流表改装的,V1量程是5伏,V2量程是15伏,为了测15~20伏电压,我们把V1与V2串联起来用,以下表达正确的选项是:
A、V1、V2的读数相同
B、V1、V2指针偏转角度相等
C、V1、V2读数不同,指针偏转角也不同
D、V1、V2读数之比等于两伏特表内阻之比
答案与解析
答案:
1、D2、B3、10;224、CD5、4;0.56、BD
解析:
1、
解:
D。
由电流强度的定义式
有:
=1.6×10-7〔A〕=0.16〔μA〕
应选D。
2、
解:
B。
由U-I图线有电阻
由电阻定律
,依题意有:
增加其截面积导致电阻减小,应选B。
3、
解:
10,22。
当R3触头滑至最左端时R3=0,那么将R2短路掉RAB=R3=10Ω
当R3触头滑至最后端时,AB之间电阻最RAB=R1+R并=10+12=22Ω
AB两点间电阻的取值范围从10欧到22欧
4、
解:
C、D。
对m受二个力作用:
重力和电场力,为使其上升,增大电场力即可,F电=qE=qUc/d,而Uc=UR3,故增大R3或减小R2均能使UR3增大,即使油滴m上升。
5、
解:
4;0.5。
由U-I特性曲线中a图线有:
ε=3〔V〕,r=0.5〔Ω〕
由b图线有:
R=1〔Ω〕
由闭合电路欧姆定律和功率P出=UI=I2R
P出=I2R=
2R=〔
〕2×1=4〔W〕
6、
解:
B、D。
把V1和V2串联使用时,组成伏特表的电流表和分压电阻都是串联关系,通过完全相同的分配关系,分配在V1和V2两端的电压,即V1和V2读数之比等于两只伏特表内阻之比。
高考题萃
1、〔1997—Q〕在图2所示电路的三根导线中,有一根是断的,电源、电阻器R1、R2及另外两根导线都是好的。
为了查出断导线,某学生想先将万用表的红表笔连接在电源的正级a,再将黑表笔分别连接在电阻器R1的b端和R2的c端,并观察万用表指针的示数,在以下选档中,符合操作规程的是:
〔〕
A、直流10V档B、直流0.5A档C、直流2.5VD、欧姆档
2、〔2002—Q〕在如图3所示的电路中,R1、R2、R3和R4皆为定值电阻,R5为可变电阻,电源的电动势为ε,内阻为r,设电流表A的读数为I,电压表V的读数为U,当R5的滑动触点向图中a端移动时,
A、I变大,U变小B、I变大,U变大C、I变小,U变大D、I变小,U变小
3、〔1998—S〕某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯,该扶梯在电压为380伏的电动机带动下以0.4米/秒的恒定速率向斜上方移动,电动机的最大输出功率为4.9千瓦,不载人时测得电动机中的电流为5安,假设载人时扶梯的移动速率和不载人时相同,那么这台自动扶梯可同时乘载的最多人数为__________〔设人的平均质量为60千克,g=10米/秒2〕
4、〔2001—B〕如图5所示,AB、CD为两根平行的相同的均匀电阻丝,EF为另一根电阻丝,其电阻为R,它可以在AB、CD上滑动并保持与AB垂直,EF与AB、CD接触良好。
图中电压表为理想电压表。
电池的电动势和内阻都不变,B、D与电池两极连接的导线的电阻可忽略。
当EF处于图中位置时,电压表的读数为U1=4.0V,将EF由图中位置向左移动一段距离ΔL后,电压表的读数变为U2=3.0V。
假设将EF由图中位置向右移动一段距离ΔL,电压表的读数U3是多少?
5.〔2003—Q〕用伏安法测量电阻阻值R,并求出电阻率ρ。
给定电压表〔内阻约为50kΩ〕、电流表〔内阻约为40Ω〕、滑线变阻器、电源、电键、待测电阻〔约为250Ω〕及导线假设干。
〔1〕画出测量R的电路图。
〔2〕图1中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值,试写出根据此图求R值的步骤:
。
求出的电阻值R=。
〔保留3位有效数字〕
〔3〕待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体,用游标为50分度的卡尺测量其长度与直径,结果分别如图2、图3所示。
由图可知其长度为,直径为。
〔4〕由以上数据可求出ρ=。
〔保留3位有效数字〕
答案:
1、A
[解析]电路正常工作时,R1上的电压U1约4V,R2上的电压约2V,电源外电压不大于6V,用直流10V档测量电压不会超过量程。
按题设操作规程用直流10V档接a、b两点,假设a、b是断线,万用表示数为6V;假设其余两根有一根断了,万用表无示数,假设a、b线未断接a、c两点,万用表无示数,是电源与R2之间导线断了,有示数约6V是R1、R2之间的导线断了。
上述情况说明用直流2.5V档测量会超过其量程。
假设用直流0.5A档,按题设步骤测量,万用表表笔接a、b,a、b间导线断了,表示数约
,接a、c,假设a、c间导线断了,示数约1.2安,超过量程了,假设R2与电源间那根线断了,那么表中无示数。
假设用欧姆档测量,表笔接a、b,假设a、b间导线断了,通过万用表电流为0.4安,将大大超其允许通过的电流;假设a、b未断,R1与c间导线断了,万用表接a、c,通过表电流大到1.2安,更是不能允许的了。
2、D
3、25[解析]自动电梯空运时消耗的功率P消=IU=5A×380V=1900W,设自动电梯同时乘载的最多人数为n,那么用于载客的功率P=nmg·sin30°·v
由Pm=P+P消
即4.9×103=n×60×10×
×0.4+1.9×103
∴n=25
4、6V
[解析]由于电压表是理想的,可以看成电压表测得的电压值就是EF两端的电压,设开始时电路的总电阻为R',
移动后增加的电阻为R0,
联解三式得
5、
〔1〕
或
〔2〕
①作U-I直线,舍去左起第2点,其余5个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧。
②求该直线的斜K,那么R=K。
229Ω〔221~237Ω均为正确〕。
〔3〕0.800cm0.194cm
〔4〕8.46×10-2Ω·m〔8.16×10-2~8.76×10-2Ω·m均为正确〕
课外拓展
巨电流变效应将使电流变液实用成为现实
物理所从一九九三年开始电流变液机理和材料方面的研究。
香港科技大学物理系温维佳博士(物理所客座研究员),沈平教授等与物理所陆坤权研究员合作,最近在电流变液研究方面获重要突破。
这种巨电流变效应及解释其机理的理论模型,为电流变液研究提出新途径,将使电流变液走向技术实用成为现实。
结果在2003年10月5日《自然杂志》材料专刊发表。
论文发表后,立即受到该领域专家的广泛关注。
“新科学家”和“科学”等站发表了评述文章。
众多媒体,如“华盛顿邮报”等也作了报道。
电流变液由介电颗粒与绝缘液体混合而成。
当外电场作用时,电流变液的剪切强度随电场的增加而变大,可由液态转变成类似固体物质。
这种转变是可逆的,响应时间为毫秒量级。
电流变液剪切强度连续可调、快速响应和可逆转变的奇特性质,是独一无二的软硬程度可调节的智能材料,具有广泛和重要的应用价值。
可以用于离合器、制动器,阻尼系统、减震器、无级变速器、阀门、机电耦合控制等。
美国能源部在1992年5月《电流变液评估报告》中认为“电流变液将使工业和技术的假设干部门出现革命性的变革”。
但电流变液没有得到普遍应用,主要是由于电流变液剪切强度低,只达到10千帕左右,不能满足工程应用要求。
目前国际上主要应用磁流变液材料。
他们研究成功具有巨电流变(GiantElectrorheological简称GER)效应的纳米颗粒电流变液。
GER流体由表面包裹有尿素(Urea)薄层的(BaTiO(C2O4)2)纳米颗粒与硅油混合而成。
此类材料的电流变效应远远突破了通常理论所预测的“上限”,剪切强度可超过130千帕,比现有电流变液高一个量级以上。
其剪切强度与外加电场呈线性变化关系,而非通常的二次方关系。
用他们新建立的“表面极化饱和”物理模型圆满地解释了GER效应,计算结果与实验结果吻合。
此项研究得到国家自然科学基金会杰出青年学者基金资助。
附:
新材料“电流变液”
最近几年,一种新型材料崭露头角,它就是“电流变液”。
在没有外加电场的时候,它呈液态,加上电场时,其粘度可以在瞬间增加几个数量级,甚至可成为固态,能够承受较大的剪切应力,而当撤去电场后,其粘度又很快恢复原值。
由于响应的速度很快,被人称作“机敏材料”。
专家预测,这种材料在机电一体化控制、汽车、通用机械等领域有着广泛的应用前景,并有可能在这些部门引起革命性的变化。
由于该项技术的重大意义,已经成为目前先进工业国家积极研究的前沿高新技术。
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- 物理 二轮 练习 教学 恒定 电流
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