新高考物理一轮复习重难点练习专题21 电路的基本概念及电路分析（原卷版）

专题21电路的基本概念及电路分析1.了解电流的定义及I＝eq\f(q,t)，会推导电流的微观表达式.2.理解电阻的概念，掌握电阻定律.3.理解欧姆定律并学会应用欧姆定律分析问题.4.理解电功、电功率、焦耳定律，会区分纯电阻电路和非纯电阻电路的特点．考点一电流的概念及表达式1．电流电荷的定向移动形成电流，I＝eq\f(q,t).2．电流形成的条件：导体中有自由电荷；导体两端存在电压．3．电流的标矢性：电流是标量，但有方向，正电荷定向移动的方向规定为电流的方向．电流的三种表达式及其比较公式适用范围字母含义公式含义I＝eq\f(q,t)一切电路q为时间t内通过导体横截面的电荷量eq\f(q,t)反映了I的大小，但不能说I∝q、I∝eq\f(1,t)I＝nqSv一切电路n：导体单位体积内的自由电荷数q：每个自由电荷的电荷量S：导体横截面积v：电荷定向移动速率从微观上看n、q、S、v决定了I的大小I＝eq\f(U,R)金属、电解液U：导体两端的电压R：导体本身的电阻I由U、R决定，I∝U、I∝eq\f(1,R)【典例1】（2022·江苏·模拟预测）实验表明SKIPIF1<0衰变为SKIPIF1<0时，每分钟会放出750个SKIPIF1<0粒子，若SKIPIF1<0粒子全部沿同一方向定向移动，电子电荷量为SKIPIF1<0。则该衰变过程中形成的电流为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【典例2】（2022·北京·北师大实验中学高三阶段练习）如图所示，用电动势为E、内阻为r的电源向滑动变阻器R供电。下列说法正确的是（）A．由电流的微观表达式SKIPIF1<0可知，若导体中电流为零，则单位体积自由电子数为零B．由关系式SKIPIF1<0可知，导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比C．电流在直流电源内能从负极流向正极，是因为在电源内部静电力对载流子做了正功D．在该直流电路中，外电阻越大，电源的效率越高，输出功率也越大考点二欧姆定律及电阻定律1．部分电路欧姆定律(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比．(2)表达式：I＝eq\f(U,R).(3)适用范围：金属导电和电解质溶液导电，不适用于气态导体或半导体元件．(4)导体的伏安特性曲线(I－U图线)．(如图)．①比较电阻的大小：图线的斜率k＝eq\f(I,U)＝eq\f(1,R)，图中R1>R2(选填“>”“<”或“＝”)；②线性元件：伏安特性曲线是过原点的直线的电学元件，适用于欧姆定律；③非线性元件：伏安特性曲线是曲线的电学元件，不适用于欧姆定律．2．电阻定律(1)内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻还与构成它的材料有关．(2)公式：R＝ρeq\f(l,S).其中l是导体的长度，S是导体的横截面积．ρ是导体的电阻率，其国际单位是欧·米，符号为Ω·m.(3)电阻率①物理意义：反映导体的导电性能，是导体材料本身的属性．②电阻率与温度的关系金属：电阻率随温度升高而增大；负温度系数半导体：电阻率随温度升高而减小．电阻的决定式和定义式的区别公式R＝ρeq\f(l,S)R＝eq\f(U,I)区别电阻的决定式电阻的定义式说明了电阻的决定因素提供了一种测电阻的方法，并不说明电阻与U和I有关只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解质溶液适用于任何纯电阻导体【典例3】（2022·全国·高三专题练习）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．加5V电压时，导体的电阻是5ΩB．该元件是非线性元件，所以不能用欧姆定律计算导体在某状态下的电阻C．由图可知，随着电压的增大，导体的电阻不断减小D．由图可知，随着电压的减小，导体的电阻不断增大【典例4】（2022·浙江·高三专题练习）某一导体的伏安特性曲线如图中AB段（曲线）所示，关于导体的电阻，以下说法正确的是（）A．对应于B点的电阻为12ΩB．对应于B点的电阻为40ΩC．工作状态从A变化到B时，导体的电阻因温度的影响改变了1ΩD．工作状态从A变化到B时，导体的电阻因温度的影响改变了9Ω考点三电路的串联、并联串、并联电路的特点串联电路并联电路电流I＝I1＝I2＝…＝InI＝I1＋I2＋…＋In电压U＝U1＋U2＋…＋UnU＝U1＝U2＝…＝Un电阻R＝R1＋R2＋…Rneq\f(1,R)＝eq\f(1,R1)＋eq\f(1,R2)＋…＋eq\f(1,Rn)功率分配eq\f(P1,R1)＝eq\f(P2,R2)＝…＝eq\f(Pn,Rn)P1R1＝P2R2＝…＝PnRnP总＝P1＋P2＋…＋Pn【典例5】（2022·北京·模拟预测）恒流源可为电路提供恒定电流SKIPIF1<0。如图所示的电路中，SKIPIF1<0为定值电阻，电流表、电压表为理想电表，导线电阻不计。调节变阻器SKIPIF1<0接入电路的阻值，记录电流表、电压表的示数并依次记录在下表中。由数据可以判断（）序号12345678U(V)14.012.010.08.06.04.02.00I(A)0.300.400.500.600.700.800.901.00A．实验过程中SKIPIF1<0逐渐增大B．电路中定值电阻SKIPIF1<0的阻值为SKIPIF1<0C．恒流源提供的恒定电流SKIPIF1<0为2.00AD．实验过程中恒流源输出功率不变【典例6】（2022·西藏·拉萨中学高三阶段练习）如图所示，当电路a、b两端接入100V电压时，则c、d两端输出电压为20V；当电路c、d两端接入100V电压时，则a、b两端输出电压为50V。据此可知R1：R2：R3为（）A．4：2：1 B．2：1：1 C．3：2：2 D．1：1：2考点四电功、电功率电热、热功率1．电功(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做的功．(2)公式：W＝qU＝IUt(适用于任何电路)．(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程．2．电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢．(2)公式：P＝eq\f(W,t)＝IU(适用于任何电路)．3．焦耳定律（1）电热：由于导体的电阻，使电流流过导体时消耗的电能中转化为内能的那一部分叫电热。

（2）计算公式（焦耳定律）：SKIPIF1<0，这是普遍适用的电热计算公式。

焦耳定律是电流热效应的实验规律：凡是要计算电热，都应首选焦耳定律。

焦耳定律说明了有电阻才能产生电热，如果一段电路上的电阻R=0，这段电路上将无电热产生。如电流流过超导体时。

（3）热功率

定义：单位时间内电流产生的热量。

公式：SKIPIF1<0。电功率P＝IU和热功率P＝I2R的比较1．不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电流的电功率均为P电＝UI，热功率均为P热＝I2R.只有在纯电阻电路中P电＝P热，IU＝I2R＝eq\f(U2,R)才成立．2．对于非纯电阻电路：P电＝P热＋P其他，即IU＝I2R＋P其他，I≠eq\f(U,R)(欧姆定律不适用)．【典例7】（2022·上海·上外附中模拟预测）如图是电解硫酸铜溶液的装置示意图，图中电压表示数为U，电流表示数为I，通电时间t，则下列说法正确的是（）A．CuSO4溶液中的阳离子向铜板定向移动B．IU是电能转化成化学能的功率C．IUt是这段时间内电路消耗的总电能D．IUt是这段时间内产生的总焦耳热【典例8】（2022·全国·高三课时练习）某简易电吹风简化电路如图所示，其主要部件为电动机M和电热丝，部分技术参数如下表，电吹风在220V电压下工作。下列说法正确的是（）额定电压220V额定功率热风时：990W冷风时：110WA．开关SKIPIF1<0、SKIPIF1<0都闭合时电吹风吹冷风B．吹热风时通过电热丝的电流为4AC．吹热风时电热丝的功率为990WD．该电吹风中电动机的内电阻为SKIPIF1<0考点五电路故障分析1、电压测量法（1）断点故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压时，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则这段电路有断点。（2）短路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压时，再逐段与电路并联，若电压表示数为零时，该电路被短路；当电压表示数不为零，则该电路没被短路或不完全被短路。2、假设法已知电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，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。直到找出发生故障的全部可能为止。【典例9】（2022·重庆市育才中学高三开学考试）某同学按如图电路进行实验，电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零。实验中由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了（但不为零），若这种情况的发生是由于某一用电器引起的，则可能的故障是（）A．RP断路 B．R2断路C．R1短路 D．R3短路【典例10】（2021·湖南·衡阳市一中高三阶段练习）小明一家搬进刚装修完的新家的这天晚上，小明闭合床头灯的开关准备坐在床头看书，可是发现卫生间的灯也亮了，他断开床头灯的开关，两盏灯都熄灭了；他过去闭合卫生间的灯的开关，床头灯不亮，但卫生间的灯更亮了。小明很想知道他的床头灯为什么会出现这种“奇怪现象”？关于小明家的卫生间的灯与床头灯此时的连接电路图是（）A． B．C． D．一、单选题1．（2022·北京海淀·二模）如图所示，一根均匀带电的长直橡胶棒沿其轴线方向做速度为v的匀速直线运动。已知棒的横截面积为S，单位体积内所带的电荷量为-q。由于棒的运动而形成的等效电流（）A．大小为qv，方向与v相同 B．大小为qv，方向与v相反C．大小为qSv，方向与v相同 D．大小为qSv，方向与v相反2．（2022·全国·高三专题练习）两根完全相同的金属导线，如果把其中的一根均匀拉长到原来的2倍，把另一根对折后纹合起来，然后给它们分别加相同电压后，则在同一时间内通过它们的电荷量之比为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<03．（2022·全国·高三课时练习）下列关于电流的说法中正确的是（）A．根据SKIPIF1<0，可知I与q成正比B．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位之一C．电流既有强弱，又有方向，是矢量D．如果在一段相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流一定是恒定电流4．（2022·全国·高三专题练习）有一长方形导体，长a、宽b、高h之比为6∶3∶2，它的六个面的中心各焊接一根电阻不计的导线，如图所示，分别将AA'、BB'、CC'接在同一恒压电源上时，导体中电荷定向移动的速度分别为v1、v2、v3．则v1：v2：v3为(

)A．6∶3∶2B．1∶1∶1C．2∶3∶6D．1∶2∶35．（2022·全国·高三课时练习）如图为某控制电路的一部分，已知AA′的输入电压为24V，如果电阻SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，则BB′不可能输出的电压是（）A．12V B．8VC．6V D．3V6．（2022·全国·高三课时练习）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为图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则下列说法中错误的是（）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SKIPIF1<0C．对应P点，小灯泡的电阻为SKIPIF1<0D．对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围的面积7．（2022·江苏省昆山中学模拟预测）油烟危害健康，某品牌的抽油烟机的主要部件是照明灯L和抽气扇M（电动机），电路连接如图所示，下列说法正确的是（

）A．抽气扇须在点亮照明灯的情况下才能工作B．闭合开关S1和S2，抽气扇处于“弱吸”挡C．抽气扇由“弱吸”挡换成“强吸”挡，其发热功率不变D．工作中的抽气扇因吸入异物出现卡机时，回路中的电流将变大8．（2022·北京一七一中高三阶段练习）如图所示的电路中，两个定值电阻的阻值SKIPIF1<0。闭合开关S后，理想电流表示数为I，理想电压表示数为U，若滑动变阻器SKIPIF1<0的滑片由a端向b端缓慢滑动，则在此过程中（）A．I变小 B．UI一定减小 C．SKIPIF1<0可能不变 D．SKIPIF1<0一定减小9．（2022·全国·高三专题练习）如图所示，某同学在玻璃皿中心放一个接电源负极的圆柱形电极，沿边缘放一个接电源正极的圆环形电极，两电极间的距离L=0.1m。然后，用这个装置做“旋转液体的实验”，若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场，磁感应强度B=0.2T，电源的电动势为E=2V，内阻r=0.5Ω，限流电阻R0=4.5Ω，玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R=1Ω，闭合开关S后，当液体旋转时电压表的示数恒为1.5V，则下列判断中正确的是（）A．流过液体中的电流是1.5AB．由上往下看，液体做顺时针旋转C．玻璃皿中两电极间液体的发热功率为0.01WD．流过液体中的电流所受安培力为0.02N10．（2022·全国·高三专题练习）在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，PTC元件具有发热、保温双重功能，其电阻率SKIPIF1<0随温度t的变化关系如图所示，对此，以下判断正确的是（）A．通电后，其电功率先增大，后减小B．通电后，其电功率先减小，后增大C．当其发热功率与散热功率相等时，温度保持在SKIPIF1<0不变D．当其发热功率与散热功率相等时，温度保持在SKIPIF1<0不变二、填空题11．（2021·上海·模拟预测）在如图所示的电路中，电源电压保持不变（电源内阻不计，电流表和电压表均为理想电表），R1为定值电阻，R2为滑动变阻器。闭合电键S后，若将滑动变阻器滑片P自b向a端移动，则电流表的示数将______（选填：“变大”、“变小”或“不变”），电压表V2的示数变化值与电压表V1的示数变化值的比值将______。（选填“小于1”、“等于1”或“大于1“）12．（2021·福建省龙岩第一中学高三阶段练习）如图所示电路中，电源电压U恒定，I和II是电阻箱，III是定值电阻。调节两电阻箱I、II的阻值R1、R2，但保持R1与R2之和不变，当R1R2时，安培表A的示数为0.4A，伏特表V1和V2的示数分别为4V和9V。定值电阻III的阻值R3=_______Ω13．（2022·上海·模拟预测）如图，电源电动势为12V，内阻r为1Ω，电阻R为1Ω，小灯泡L标有“6V

12W”，电动机线圈电阻RM为0.5Ω。开关闭合后，小灯泡和电动机均能正常工作，则电源的总功率为_________W；电动机的输出功率为_________W。14．（2022·上海·模拟预测）如图甲所示，电源电动势为E、内阻为r的电源与阻值为R=6Ω的定值电阻、滑动变阻器RP、电键S组成闭合回路。已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效电阻RP的关系如图乙所示。则定值电阻R消耗的最大功率Pmax=___W；由图乙可知，Rx=___Ω。三、解答题15．（2021·江苏省海头高级中学高三阶段练习）有一条铜导线，长为L，横截面积为S，通过的电流为I，已知铜的密度为ρ、摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，电子的电量为e，认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子。求：（1）铜导线中自由电子定向移动的速率v；（2）自由电子因定向移动通过该导线需要的时间t。16．（2018·四川成都·高三阶段练习）一次闪电过程通常由若干个相继发生的闪击构成，每个闪击持续时间很短，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中．在某一次闪电前，云地之间的电势差约为1.0×109V，云地间距离约为2km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6C，闪击持续时间约为5×10-5s．若闪电前云地间的电场可以看做匀强电场，试估算：（1）闪电前云地间的电场强度大小．（2）第一个闪击过程中闪电电流的平均值．（3）第一个闪击过程中释放的能量．17．（2021·湖南·衡阳市一中高三阶段练习）如图所示是某研究性学习小组自制的电子秤原理图，它利用电压表的示数来指示物体的质量。托盘、弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一起，托盘和弹簧的质量不计，OA间有可收缩的导线，当盘中没有放物体时，电压表的示数为0。已知电阻R0=5Ω，滑动变阻器最大阻值为15Ω，电源电压U=3V，电压表的量程为0﹣3V。现将1kg的物体放在托盘中，滑片刚好指在距