2020年高考物理考点题型归纳与训练专题九-恒定电流(含解析)

2020高考物理二轮复习题型归纳与训练专题九恒定电流题型一电功、电热、电功率和热功率【典例1】、(2019·安徽六安模拟)如图所示，一台电动机提着质量为m的物体，以速度v匀速上升，已知电动机线圈的电阻为R，电源电动势为E，通过电源的电流为I，当地重力加速度为g，忽略一切阻力及导线电阻，则 ()电源内阻r＝eq\f(E,I)－RB．电源内阻r＝eq\f(E,I)－eq\f(mgv,I2)－RC．如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变大D．如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变小【答案】BC【解析】]含有电动机的电路不是纯电阻电路，欧姆定律不再适用，A错误；由能量守恒定律可得EI＝I2r＋mgv＋I2R，解得r＝eq\f(E,I)－eq\f(mgv,I2)－R，B正确；如果电动机转轴被卡住，则E＝I′(R＋r)，电流增大，较短时间内，电源消耗的功率变大，较长时间的话，会出现烧坏电源的现象，C正确，D错误．题型二伏安特性理解和应用【典例2】、(2019·南昌模拟)如图所示，图线甲、乙分别为电源和某金属导体的U­I图线，电源的电动势和内阻分别用E、r表示，根据所学知识分析下列选项正确的是 ()A．E＝50VB．r＝eq\f(25,3)ΩC．当该导体直接与该电源相连时，该导体的电阻为20ΩD．当该导体直接与该电源相连时，电路消耗的总功率为80W【答案】：AC【解析】：由图象的物理意义可知电源的电动势E＝50V，内阻r＝eq\f(ΔU,ΔI)＝eq\f(50－20,6－0)Ω＝5Ω，故A正确，B错误；该导体与该电源相连时，电阻的电压、电流分别为U＝40V，I＝2A，则R＝eq\f(U,I)＝20Ω，此时，电路消耗的总功率P总＝EI＝100W，故C正确，D错误．题型三闭合电路欧姆定律及电路动态分析【典例3】、)(2019·大连模拟)在如图所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为E、内电阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，、为理想电流表和电压表．在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑动的过程中，下列说法中正确的是 ()A．电压表示数减小B．电流表示数增大C．电阻R2消耗的功率增大D．a点的电势降低【答案】BD【解析】基础解法(程序法)：P由a端向b端滑动，其阻值减小，则总电阻减小，总电流增大，电阻R1两端电压增大，电压表示数变大，A错误；电阻R2两端的电压U2＝E－I总(R1＋r)，I总增大，则U2减小，I2＝eq\f(U2,R2)，I2减小，电流表的示数IA＝I总－I2增大，B正确；由P2＝Ieq\o\al(2,2)R2知P2减小，C错误；Uab＝φa－φb＝φa＝U2，故φa降低，D正确．能力解法一(结论法)：由于R3减小，R2与R3并联，则U2、I2均减小，而P2＝Ieq\o\al(2,2)R2，知P2减小，C错误；Uab＝U2＝φa－φb＝φa减小，D正确；因为R1间接与R3串联，故I1、U1均增大，故电压表示数增大，A错误；根据IA＝I1－I2知IA增大，B正确．能力解法二(极限法)：设滑片P滑至b点，则R3＝0，φa＝φb＝0，D正确；R2上电压为零，则功率也为零，C错误；当R3＝0时，总电阻最小，总电流最大，R1上电压最大，故A错误；由于IA＝I1－I2，此时I1最大，I2＝0最小，故IA最大，B正确．题型四、含电容器电路的分析与计算【典例4】、(2019·石家庄模拟)在如图所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为E、内电阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，C为电容器，A、V为理想电流表和电压表．在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中，下列说法中正确的是()A．电压表示数变小B．电流表示数变小C．电容器C所带电荷量增多D．a点的电势降低【答案】D.【解析】：在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，干路电流I增大，电阻R1两端电压增大，则电压表示数变大．电阻R2两端的电压U2＝E－I(R1＋r)，I增大，则U2变小，电容器两板间电压变小，其带电荷量减小．根据外电路中顺着电流方向，电势降低，可知a点的电势大于零．a点的电势等于R2两端的电压，U2变小，则a点的电势降低，通过R2的电流I2减小，通过电流表的电流IA＝I－I2，I增大，I2减小，则IA增大，即电流表示数变大，A、B、C错误，D正确．题型五图象法巧解非线性元件问题【典例5】、如图甲所示为一灯泡两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线。由图可知，两者不成线性关系，这是焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故(不计电流表和电源的内阻)，参考这条曲线回答下列问题：(1)若把三个这样的灯泡串联后，接到电动势为12V的电源上，求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻；(2)如图乙所示，将两个这样的灯泡并联后再与10Ω的定值电阻R0串联，接在电动势为8V的电源上，求通过电流表的电流值以及每个灯泡的实际功率。【答案】(1)0.4A10Ω(2)0.6A0.6W【解析】(1)把三个这样的灯泡串联后，每个灯泡得到的实际电压为U实＝eq\f(12,3)V＝4V在图甲上可以查到每个灯泡加上4V实际电压时的工作电流为I实＝0.4A由此可以求出此时每个灯泡的实际电阻为R＝eq\f(U,I)＝eq\f(4,0.4)Ω＝10Ω(2)在图乙所示的电路中，设每个灯泡加上的实际电压和实际电流分别为U和I，在这个闭合电路中，有E＝U＋2IR0代入数据并整理得U＝8－20I这是一个反映了电路约束的直线方程，把该直线在题图甲上画出，可得如图所示图象。这两条图线的交点为U＝2V、I＝0.3A，同时满足了电路结构和元件的工作要求，此时通过电流表的电流值IA＝2I＝0.6A每个灯泡的实际功率P＝UI＝2×0.3W＝0.6W题型六电源的功率及效率【典例6】、将一电源与一电阻箱连接成闭合回路，测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示，由此可知 ()A．电源最大输出功率可能大于45WB．电源内阻一定等于5ΩC．电源电动势为45VD．电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率大于50%【答案】：B【解析】：由于题述将一电源与一电阻箱连接成闭合回路，电阻箱所消耗功率P等于电源输出功率．由电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线可知，电阻箱所消耗功率P最大为45W，所以电源最大输出功率为45W，选项A错误；由电源输出功率最大的条件可知，电源输出功率最大时，外电路电阻等于电源内阻，所以电源内阻一定等于5Ω，选项B正确；由电阻箱所消耗功率P最大值为45W可知，此时电阻箱读数为R＝5Ω，电流I＝eq\r(\f(P,R))＝3A，电源电动势E＝I(R＋r)＝30V，选项C错误；电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率为50%，选项D错误．【强化训练】1.铜电阻温度计价格便宜，常用于测量－50～150℃温度段，在这个范围内电阻与温度呈线性关系；Rt＝R0(1＋at)，其中R0为铜电阻温度计在0℃时的电阻，Rt是温度为t时的电阻，t为温度，a>0，则此铜电阻的U－I图线为()2.如图所示，关于闭合电路，下列说法正确的是()A．电源正、负极被短路时，电流很大B．电源正、负极被短路时，电压表示数最大C．外电路断路时，电压表示数为零D．外电路电阻增大时，电压表示数减小3.飞行器在太空飞行，主要靠太阳能电池提供能量．若有一太阳能电池板，测得它的开路电压为800mV，短路电流为40mA.若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是()A．0.10VB．0.20VC．0.30VD．0.40V4.(多选)(2019·上海杨浦区模拟)如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器．当R2的滑片在ab的中点时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑片向a端移动，则下列说法正确的是()A．电源的总功率减小B．R3消耗的功率增大C．I1增大，I2减小，U增大D．I1减小，I2不变，U减小5.(2019·天津市实验中学模拟)如图7所示为一玩具起重机的电路示意图．电源电动势为6V，内阻为0.5Ω，电阻R＝2.5Ω，当电动机以0.5m/s的速度匀速向上提升一质量为320g的物体时(不计一切摩擦阻力，g＝10m/s2)，标有“3V,0.6W”的灯泡恰好正常发光．则电动机的内阻为()A．1.25Ω B．3.75ΩC．5.625Ω D．1Ω6.(多选)如图所示，直线A是电源的路端电压和电流的关系图线，直线B、C分别是电阻R1、R2的两端电压与电流的关系图线，若将这两个电阻分别接到该电源上，则()A．R1接在电源上时，电源的效率高B．R2接在电源上时，电源的效率高C．R2接在电源上时，电源的输出功率大D．电源的输出功率一样大7.(2019·河北省定州中学承智班月考)阻值相等的四个电阻R、电容器C及电池E(内阻可忽略)接成如图所示的电路．保持S1闭合，开关S2断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S2，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为()A．5∶3B．2∶1C．1∶2D．1∶38.如图甲所示为某一小灯泡的U－I图线，现将两盏这样的小灯泡并联后再与一个4Ω的定值电阻R串联，接在内阻为1Ω、电动势为3V的电源两端，如图乙所示，则()A．通过每盏小灯泡的电流约为0.2A，此时每盏小灯泡的电功率约为0.6WB．通过每盏小灯泡的电流约为0.3A，此时每盏小灯泡的电功率约为0.6WC．通过每盏小灯泡的电流约为0.2A，此时每盏小灯泡的电功率约为0.2WD．通过每盏小灯泡的电流约为0.3A，此时每盏小灯泡的电功率约为0.4W9.如图，电路中电源电动势为3.0V，内阻不计，L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡，小灯泡的伏安特性曲线如图所示．当开关闭合后，下列说法中正确的是 ()A．L1中的电流为L2中电流的2倍B．L3的电阻约为1.875ΩC．L3的电功率约为0.75WD．L2和L3的总功率约为3W10.如图所示，电源电动势为12V，电源内阻为1.0Ω，电路中的电阻R0为1.5Ω，小型直流电动机M的内阻为0.5Ω，闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0A．则以下判断中正确的是 ()A．电动机的输出功率为14WB．电动机两端的电压为7.0VC．电动机产生的热功率为4.0WD．电源输出的功率为24W11.(2019·湖南十校联考)如图所示为某闭合电路电源的输出功率随电流变化的图象，由此图象可以判断()A．电源的内耗功率最大为9WB．电源的效率最大为50%C．输出功率最大时，外电路的总电阻为4ΩD．电源的电动势为12V12．(2019·河北石家庄模拟)在如图所示电路中，L1、L2为两只完全相同、阻值恒定的灯泡，R为光敏电阻(光照越强，阻值越小)．闭合电键S后，随着光照强度逐渐增强()A．L1逐渐变暗，L2逐渐变亮B．L1逐渐变亮，L2逐渐变暗C．电源内电路消耗的功率逐渐减小D．光敏电阻R和L1消耗的总功率逐渐增大13.(2019·陕西省西安一中一模)电路如图12所示，电源的电动势为E、内阻为r，与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接，当滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时，下列说法正确的是()A．电压表读数增大、电流表读数减小B．电压表读数减小、电流表读数增大C．R1的电功率减小D．电源的输出功率增大14.(多选)如图所示，C1＝6μF，C2＝3μF，R1＝3Ω，R2＝6Ω，电源电动势E＝18V，内阻不计，下列说法正确的是()A．开关S断开时，a、b两点电势相等B．开关S闭合后，a、b两点间的电流是2AC．开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大D．不论开关S断开还是闭合，C1带的电荷量总比C2带的电荷量大15.(2019·西安模拟)如图所示，E＝8V，r＝2Ω，R1＝8Ω，R2为变阻器接入电路中的有效阻值，问：(1)要使变阻器获得的电功率最大，则R2的取值应是多大？这时R2的功率是多大？(2)要使R1得到的电功率最大，则R2的取值应是多大？R1的最大功率是多大？这时电源的效率是多大？(3)调节R2的阻值，能否使电源以最大的功率eq\f(E2,4r)输出？为什么？参考答案【强化训练】1.铜电阻温度计价格便宜，常用于测量－50～150℃温度段，在这个范围内电阻与温度呈线性关系；Rt＝R0(1＋at)，其中R0为铜电阻温度计在0℃时的电阻，Rt是温度为t时的电阻，t为温度，a>0，则此铜电阻的U－I图线为()【答案】C【解析】随温度升高，铜电阻温度计电阻变大，故eq\f(U,I)的值随电流变大，即U－I图线的斜率增大，选项C正确，A、B、D错误。2.如图所示，关于闭合电路，下列说法正确的是()A．电源正、负极被短路时，电流很大B．电源正、负极被短路时，电压表示数最大C．外电路断路时，电压表示数为零D．外电路电阻增大时，电压表示数减小【答案】：A【解析】：电源被短路时，电源电流为I＝eq\f(E,r)，由于电源内阻很小，故电流很大，故选项A正确；电源被短路时，外电阻R＝0，电源电流为I＝eq\f(E,r)，故电压表示数为U＝IR＝0，故选项B错误；外电路断路时，外电阻R→∞，故电压表示数为U＝E，故选项C错误；电压表示数为U＝eq\f(ER,R＋r)，外电路电阻R增大时，电压表示数也增大，故选项D错误．3.飞行器在太空飞行，主要靠太阳能电池提供能量．若有一太阳能电池板，测得它的开路电压为800mV，短路电流为40mA.若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路，则它的路端电压是()A．0.10VB．0.20VC．0.30VD．0.40V【答案】D【解析】：.电源没有接入外电路时，路端电压值等于电源电动势，所以电动势E＝800mV.由闭合电路欧姆定律得短路电流I短＝eq\f(E,r)，所以电源内阻r＝eq\f(E,I短)＝eq\f(800×10－3,40×10－3)Ω＝20Ω，该电源与20Ω的电阻连成闭合电路时，电路中电流I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(800,20＋20)mA＝20mA，所以路端电压U＝IR＝400mV＝0.4V，D正确．4.(多选)(2019·上海杨浦区模拟)如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器．当R2的滑片在ab的中点时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑片向a端移动，则下列说法正确的是()A．电源的总功率减小B．R3消耗的功率增大C．I1增大，I2减小，U增大D．I1减小，I2不变，U减小【答案】AC.【解析】：法一：程序法将滑动变阻器的滑片向a端移动，滑动变阻器接入电路中的电阻增大，电路中的总电阻增大，电路中的总电流I减小，电源的总功率P＝EI减小，R3消耗的功率P3＝I2R3减小，选项A正确，B错误；电路中的总电流减小，由U＝E－Ir知电源的路端电压U增大，R1、R2并联部分的总电阻增大，电压增大，通过R1的电流I1增大，而总电流I减小，则通过R2的电流I2减小，选项C正确，D错误．法二：串反并同法将滑动变阻器的滑片向a端移动，滑动变阻器接入电路中的电阻增大，与其串联的电流表A2的示数减小，与其间接串联的电源的总功率、R3消耗的功率均减小，A正确，B错误；与其间接并联的电流表A1、电压表V的示数均增大，C正确，D错误．5.(2019·天津市实验中学模拟)如图7所示为一玩具起重机的电路示意图．电源电动势为6V，内阻为0.5Ω，电阻R＝2.5Ω，当电动机以0.5m/s的速度匀速向上提升一质量为320g的物体时(不计一切摩擦阻力，g＝10m/s2)，标有“3V,0.6W”的灯泡恰好正常发光．则电动机的内阻为()A．1.25Ω B．3.75ΩC．5.625Ω D．1Ω【答案】A【解析】由电路图可知，灯泡与电动机并联，灯泡正常发光，电压为UL＝3V，电流为IL＝eq\f(PL,UL)＝eq\f(0.6,3)A＝0.2A，故电动机两端的电压为UM＝UL＝3V；R和电源内阻r两端的总电压为U1＝3V，由欧姆定律可得，总电流为：I＝eq\f(U1,R＋r)＝eq\f(3,2.5＋0.5)A＝1A；电动机的电流为：IM＝I－IL＝1A－0.2A＝0.8A；电动机的输出功率为：P＝mgv＝UMIM－IM2rM代入数据解得：rM＝1.25Ω.6.(多选)如图所示，直线A是电源的路端电压和电流的关系图线，直线B、C分别是电阻R1、R2的两端电压与电流的关系图线，若将这两个电阻分别接到该电源上，则()A．R1接在电源上时，电源的效率高B．R2接在电源上时，电源的效率高C．R2接在电源上时，电源的输出功率大D．电源的输出功率一样大【答案】AC【解析】电源的效率η＝eq\f(P出,P总)×100%＝eq\f(UI,EI)×100%＝eq\f(U,E)×100%，当R1与R2分别接到电源上时，UR1>UR2，故R1接在电源上时，电源的效率高，A正确，B错误；由题图可知，R2与电源的内阻相等，R1>R2，所以R2接在电源上时，电源的输出功率大，C正确，D错误．7.(2019·河北省定州中学承智班月考)阻值相等的四个电阻R、电容器C及电池E(内阻可忽略)接成如图所示的电路．保持S1闭合，开关S2断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S2，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为()A．5∶3B．2∶1C．1∶2D．1∶3【答案】A【解析】电池E的内阻可忽略，保持开关S1闭合、S2断开且电流稳定时，电容器两端的电压为：U1＝eq\f(E,3R)×2R＝eq\f(2E,3)；闭合开关S2，电流再次稳定后，电容器两端的电压为：U2＝eq\f(E,\f(5,2)R)×R＝eq\f(2E,5)，由Q＝CU得，Q1∶Q2＝U1∶U2＝5∶3.8.如图甲所示为某一小灯泡的U－I图线，现将两盏这样的小灯泡并联后再与一个4Ω的定值电阻R串联，接在内阻为1Ω、电动势为3V的电源两端，如图乙所示，则()A．通过每盏小灯泡的电流约为0.2A，此时每盏小灯泡的电功率约为0.6WB．通过每盏小灯泡的电流约为0.3A，此时每盏小灯泡的电功率约为0.6WC．通过每盏小灯泡的电流约为0.2A，此时每盏小灯泡的电功率约为0.2WD．通过每盏小灯泡的电流约为0.3A，此时每盏小灯泡的电功率约为0.4W【答案】C【解析】由题图甲可以看出，当通过小灯泡的电流为0.2A时，对应灯泡两端的电压为1V，此时小灯泡的电阻为eq\f(1V,0.2A)＝5Ω，两小灯泡并联后的电阻R并＝2.5Ω，灯泡两端电压U并＝eq\f(R并,R总)E＝eq\f(2.5,7.5)×3V＝1V，恰好符合串联电路电压关系，则每盏小灯泡的功率PL＝0.2W，则A项错误，C项正确．同理，可知B、D项错误．9.如图，电路中电源电动势为3.0V，内阻不计，L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡，小灯泡的伏安特性曲线如图所示．当开关闭合后，下列说法中正确的是 ()A．L1中的电流为L2中电流的2倍B．L3的电阻约为1.875ΩC．L3的电功率约为0.75WD．L2和L3的总功率约为3W【答案】：B【解析】：由图象可知，灯泡两端的电压变化时，灯泡的电阻发生变化，L2和L3的串联电阻并不是L1电阻的两倍，根据欧姆定律知L1中的电流不是L2中电流的2倍，A错误；由于电源不计内阻，所以L2和L3两端的电压均为1.5V，由图可知此时灯泡中的电流为I＝0.8A，电阻R＝eq\f(U,I)＝1.875Ω，B正确；L3的电功率P＝UI＝1.5×0.8W＝1.2W，C错误；L2和L3的总功率P′＝2P＝2.4W，D错误．10.如图所示，电源电动势为12V，电源内阻为1.0Ω，电路中的电阻R0为1.5Ω，小型直流电动机M的内阻为0.5Ω，闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0A．则以下判断中正确的是 ()A．电动机的输出功率为14WB．电动机两端的电压为7.0VC．电动机产生的热功率为4.0WD．电源输出的功率为24W【答案】：B【解析】：由题意得电动机两端的电压U＝E－I(R0＋r)＝7V，则电动机的输入功率P＝UI＝14W．热功率P热＝I2RM＝2W，则输出功率P出＝P－P热＝12W．电源的输出功率P′＝EI－I2r＝20W，故B正确，A、C、D错误．11.(2019·湖南十校联考)如图所示为某闭合电路电源的输出功率随电流变化的图象，由此图象可以判断()A．电源的内耗功率最大为9WB．电源的效率最大为50%C．输出功率最大时，外电路的总电阻为4ΩD．电源的电动势为12V【答案】：D【解析】：由题图可知，当电流为1.5A时电源的输出功率最大，这时内耗功率等于输出功率，为9W，电源的效率为50%，这时电源的总功率为18W，根据P＝IE，可求得电源的电动势为12V，D项正确；由Pr＝I2r可知，电源的内阻为4Ω，由于不确定外电路是不是纯电阻电路，因此C项错误；随着电流的增大，内耗功率增大，A项错误；随着电流的减小，电源的效率增大，B项错误．12．(2019·河北石家庄模拟)在如图所示电路中，L1、L2为两只完全相同、阻值恒定的灯泡，R为光敏电阻(光照越强，阻值越小)．闭合电键S后，随着光照强度逐渐增强()A．L1逐渐变暗，L2逐渐变亮B．L1逐渐变亮，L2逐渐变暗C．电源内电路消耗的功率逐渐减小D．光敏电阻R和L1消耗的总功率逐渐增大【答案】：A【解析】：当光照增强时，光敏电阻的阻值减小，电路的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可得，电路中总电流增大，则L2逐渐变亮，U内＝Ir增大，由U＝E－Ir可知，路端电压减小，L2两端的电压增大，则L1两端的电压减小，故L1逐渐变暗，故选项A正确，B错误；电路中总电流增大，由P＝I2r知电源内电路消耗功率逐渐增大，故选项C错误；将L2看成电源内电路的一部分，光敏电阻R和L1消耗的总功率是等效电源的输出功率，由于等效电源的内阻大于外电阻，所以当光敏电阻的阻值减小，即外电阻减小时，等效电源的内、外电阻相差更大，输出功率减小，则光敏电阻R和L1消耗的总功率逐渐减小，故选项D错误．13.(2019·陕西省西安一中一模)电路如图12所示，电源的电动势为E、内阻为r，与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接，当滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时，下列说法正确的是()A．电压表读数增大、电流表读数减小B．电压表读数减小、电流表读数增大C．R1的电功率减小D．电源的输出功率增大【答案】C【解析】当滑片由中点向b端滑动时，R接入电路中的电阻增大，电路中的总电阻增大，由闭合电路的欧姆定律可知电路中总电流减小，所以定值电阻R1的电功率减小，选项C正确；电路中总电流减小，由U＝E－Ir可知路端电压增大，即电压表示数增大；因路端电压增大，R1两端的电压减小