2023高中物理步步高大一輪 第九章 第1講　電路的基本概念及電路分析

1、考查內(nèi)容自主命題卷全國(guó)卷考情分析閉合電路歐姆定律及其應(yīng)用2020北京卷T122020江蘇卷T6含容電路的電流和電壓2020全國(guó)卷T17電阻定律2020浙江1月選考T6含電動(dòng)機(jī)的電路2019浙江4月選考T8測(cè)電阻類實(shí)驗(yàn)2021山東卷T142021浙江6月選考T182021廣東卷T122021北京卷T162018全國(guó)卷T232018全國(guó)卷T232020全國(guó)卷T22測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻2021天津卷T102021湖南卷T122020山東卷T142020浙江7月選考T182021全國(guó)乙卷T23電表改裝及多用電表2021遼寧卷T122018全國(guó)卷T222019全國(guó)卷T232019全國(guó)卷T23傳感器及

2、其他創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2019全國(guó)卷T23試題情境生活實(shí)踐類在日常生產(chǎn)生活和科技方面的主要試題情境有家用電器、電表的原理與應(yīng)用等，涉及這類情境的題目往往考查純電阻電路和非純電阻電路的分析與計(jì)算、串并聯(lián)電路的規(guī)律與應(yīng)用、電路故障的分析與判斷等學(xué)習(xí)探究類學(xué)習(xí)探究類涉及的主要試題情境是電學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，包括實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)器材的選擇、實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和實(shí)驗(yàn)誤差的分析等問(wèn)題第1講電路的基本概念及電路分析目標(biāo)要求1.了解電流的定義及Ieq f(q,t)，會(huì)推導(dǎo)電流的微觀表達(dá)式.2.理解電阻的概念，掌握電阻定律.3.理解歐姆定律并學(xué)會(huì)應(yīng)用歐姆定律分析問(wèn)題.4.理解電功、電功率、焦耳定律，會(huì)區(qū)分純電阻電

3、路和非純電阻電路的特點(diǎn)考點(diǎn)一電流的概念及表達(dá)式1電流電荷的定向移動(dòng)形成電流，Ieq f(q,t).2電流形成的條件：導(dǎo)體中有自由電荷；導(dǎo)體兩端存在電壓3電流的標(biāo)矢性：電流是標(biāo)量，但有方向，正電荷定向移動(dòng)的方向規(guī)定為電流的方向1由Ieq f(q,t)可知，I與q成正比，與t成反比()2雖然電流有方向，但電流為標(biāo)量()3電荷定向移動(dòng)產(chǎn)生電流，所以，電荷的移動(dòng)速率就是電流的傳導(dǎo)速率()電流的三種表達(dá)式及其比較公式適用范圍字母含義公式含義Ieq f(q,t)一切電路q為時(shí)間t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量eq f(q,t)反映了I的大小，但不能說(shuō)Iq、Ieq f(1,t)InqSv一切電路n：導(dǎo)體單位體積內(nèi)

4、的自由電荷數(shù)q：每個(gè)自由電荷的電荷量S：導(dǎo)體橫截面積v：電荷定向移動(dòng)速率從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小Ieq f(U,R)金屬、電解液U：導(dǎo)體兩端的電壓R：導(dǎo)體本身的電阻I由U、R決定，IU、Ieq f(1,R) 考向1公式Iq/t的應(yīng)用例1安培提出了著名的分子電流假說(shuō)，根據(jù)這一假說(shuō)，電子繞核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流，設(shè)電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時(shí)針?lè)较蜃霭霃綖閞的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，關(guān)于該環(huán)形電流的說(shuō)法中正確的是()A電流大小為eq f(ve,2r)，電流方向?yàn)轫槙r(shí)針B電流大小為eq f(ve,r)，電流方向?yàn)轫槙r(shí)針C電流大小為eq f(ve,2r)，電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針D電流大小為e

5、q f(ve,r)，電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針答案C解析電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期Teq f(2r,v)，由Ieq f(e,T)得Ieq f(ve,2r)，電流的方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相反，故為逆時(shí)針 考向2電流的微觀表達(dá)式例2(2022四川省儀隴宏德中學(xué)高三模擬)如圖所示，一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、橫截面積為S的金屬棒，其材料的電阻率為，棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n，自由電子的質(zhì)量為m、電荷量為e.在棒兩端加上恒定的電壓時(shí)，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向移動(dòng)的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為()A.eq f(mv2,2eL) B.eq f(mv2Sn,e) Cnev D.eq f(ev,SL)答案C解析由電流定義式可知：I

6、eq f(q,t)eq f(nvtSe,t)neSv.由歐姆定律可得：UIRneSveq f(L,S)neLv，又Eeq f(U,L)，故Enev，選項(xiàng)C正確考點(diǎn)二歐姆定律及電阻定律1部分電路歐姆定律(1)內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比(2)表達(dá)式：Ieq f(U,R).(3)適用范圍：金屬導(dǎo)電和電解質(zhì)溶液導(dǎo)電，不適用于氣態(tài)導(dǎo)體或半導(dǎo)體元件(4)導(dǎo)體的伏安特性曲線(IU圖線)(如圖)比較電阻的大小：圖線的斜率keq f(I,U)eq f(1,R)，圖中R1R2(選填“”“bc)的導(dǎo)體，將其中的兩個(gè)對(duì)立面接入電路中時(shí)，最大的電阻為R，則最小的電阻為()A.eq f(

7、c2R,a2) B.eq f(c2R,ab)C.eq f(a2R,bc) DR答案A解析根據(jù)電阻定律Req f(l,S)，可得最大電阻Req f(a,bc)，最小電阻Req f(c,ab)，故Req f(c2R,a2)，故選A.考點(diǎn)三電路的串聯(lián)、并聯(lián)串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)串聯(lián)電路并聯(lián)電路電流II1I2InII1I2In電壓UU1U2UnUU1U2Un電阻RR1R2Rneq 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)P1R1P2R2PnRnP總P1P2Pn1串聯(lián)電路的總電阻一定大于其中任一部分電路

8、的電阻()2并聯(lián)電路的總電阻一定大于其中某一支路的電阻()3串聯(lián)電路中，其中一個(gè)電阻增大，總電阻增大，并聯(lián)電路中某一電阻增大，總電阻減小()例5如圖為某控制電路的一部分，已知AA的輸入電壓為24 V，如果電阻R6 k，R16 k，R23 k，則BB不可能輸出的電壓是()A12 V B8 VC6 V D3 V答案D解析若兩開(kāi)關(guān)都閉合，則電阻R1和R2并聯(lián)，再和R串聯(lián)，UBB為并聯(lián)電路兩端電壓，R并eq f(R1R2,R1R2)，UBBeq f(R并,R并R)UAA6 V；若S1閉合，S2斷開(kāi)，則R1和R串聯(lián)，UBBeq f(R1,R1R)UAA12 V；若S2閉合，S1斷開(kāi)，則R2和R串聯(lián)，UB

9、Beq f(R2,R2R)UAA8 V；若兩者都斷開(kāi)，則電路斷路，UBB24 V，故D項(xiàng)不可能考點(diǎn)四電功、電功率電熱、熱功率1電功(1)定義：導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力做的功(2)公式：WqUIUt(適用于任何電路)(3)電流做功的實(shí)質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過(guò)程2電功率(1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功，表示電流做功的快慢(2)公式：Peq f(W,t)IU(適用于任何電路)3焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比(2)公式：QI2Rt(適用于任何電路)1公式WUIteq f(U2,R)tI2Rt適用于所有電路()2在非純電阻電路

10、中，PUII2RP其他()3焦耳定律只適用于純電阻電路，不適用于非純電阻電路()電功率PIU和熱功率PI2R的比較1不論是純電阻電路還是非純電阻電路，電流的電功率均為P電UI，熱功率均為P熱I2R.只有在純電阻電路中P電P熱，IUI2Req f(U2,R)才成立2對(duì)于非純電阻電路：P電P熱P其他，即IUI2RP其他，Ieq f(U,R)(歐姆定律不適用) 考向1純電阻電路中的功率例6如圖所示，當(dāng)AB間加上電壓時(shí)，R1、R2、R3三個(gè)電阻上消耗的功率相等，則三電阻的阻值之比R1R2R3為()A114 B111C112 D221答案A解析因R1和R2串聯(lián)，電流相等，且消耗的功率相等，根據(jù)PI2R可

11、知R1R2；因并聯(lián)支路電壓相等，上面支路的功率等于R3功率的2倍，根據(jù)Peq f(U2,R)可知，R32(R1R2)4R1，即R1R2R3114，選項(xiàng)A正確 考向2非純電阻電路中的功和功率例7(2022福建莆田市第二十四中學(xué)高三月考)如圖甲所示，用充電寶為一手機(jī)電池充電，其等效電路如圖乙所示在充電開(kāi)始后的一段時(shí)間t內(nèi)，充電寶的輸出電壓U、輸出電流I可認(rèn)為是恒定不變的，設(shè)手機(jī)電池的內(nèi)阻為R，則時(shí)間t內(nèi)()A充電寶輸出的電功率為UII2RB充電寶產(chǎn)生的熱功率為I2RC手機(jī)電池產(chǎn)生的焦耳熱為eq f(U2,R)tD手機(jī)電池儲(chǔ)存的化學(xué)能為UItI2Rt答案D解析充電寶的輸出電壓為U、輸出電流為I，所以

12、充電寶輸出的電功率為PUI，A錯(cuò)誤；手機(jī)電池充電電流為I，所以手機(jī)電池產(chǎn)生的熱功率為PRI2R，而充電寶的熱功率應(yīng)為充電寶的總功率減去輸出功率，根據(jù)題目信息無(wú)法求解，B錯(cuò)誤；由于手機(jī)電池是非純電阻，所以不能用eq f(U2,R)t計(jì)算手機(jī)電池產(chǎn)生的焦耳熱，手機(jī)電池產(chǎn)生的焦耳熱為I2Rt，C錯(cuò)誤；充電寶輸出的電能一部分轉(zhuǎn)化為手機(jī)電池的化學(xué)能，一部分轉(zhuǎn)化為手機(jī)電池的內(nèi)能，故根據(jù)能量守恒定律可知手機(jī)電池儲(chǔ)存的化學(xué)能WUItI2Rt，故D正確例8一臺(tái)小型電動(dòng)機(jī)在3 V電壓下工作，用此電動(dòng)機(jī)提升重力為4 N的物體時(shí)，通過(guò)它的電流是0.2 A在30 s內(nèi)可使該物體被勻速提升3 m若不計(jì)一切摩擦和阻力，求：

13、(1)電動(dòng)機(jī)的輸入功率；(2)在提升重物的30 s內(nèi)，電動(dòng)機(jī)線圈所產(chǎn)生的熱量；(3)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻答案(1)0.6 W(2)6 J(3)5 解析(1)電動(dòng)機(jī)的輸入功率為P入U(xiǎn)I30.2 W0.6 W(2)物體被勻速提升的速度veq f(x,t)eq f(3,30) m/s0.1 m/s電動(dòng)機(jī)提升物體的機(jī)械功率P機(jī)Fvmgv0.4 W根據(jù)能量關(guān)系有P入P機(jī)PQ產(chǎn)生的熱功率PQP入P機(jī)(0.60.4) W0.2 W產(chǎn)生熱量QPQt0.230 J6 J(3)由焦耳定律得QI2Rt電動(dòng)機(jī)線圈電阻R5 .課時(shí)精練1(2022上海市徐匯區(qū)模擬)一定值電阻兩端加上某一穩(wěn)定電壓，經(jīng)一段時(shí)間通過(guò)該電阻的電荷量

14、為0.2 C，消耗的電能為0.6 J為在相同時(shí)間內(nèi)使通過(guò)該電阻的電荷量為0.6 C，則在其兩端需加的電壓為()A1 V B3 VC6 V D9 V答案D解析設(shè)開(kāi)始電阻兩端電壓為U，則有Ueq f(E,q)eq f(0.6,0.2) V3 V，根據(jù)qIt可知，為在相同時(shí)間內(nèi)使通過(guò)該電阻的電荷量為0.6 C，增大為原來(lái)的3倍，則電流增大為原來(lái)的3倍，根據(jù)歐姆定律UIR，可知相同電阻，其電壓與電流成正比，則在其兩端需加的電壓為9 V.2(多選)兩個(gè)電阻R1、R2的伏安特性曲線如圖所示，由圖可知()AR1的電阻R1tan 45 1 BR1為線性元件，R2為非線性元件CR2的電阻隨電壓的增大而減小D當(dāng)U

15、1 V時(shí)，R2的電阻等于R1的電阻答案BD解析R1的電阻R1eq f(U,I)eq f(1,0.5) 2 ，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；R1為線性元件，R2為非線性元件，選項(xiàng)B正確；R2的圖線上各點(diǎn)的橫坐標(biāo)U與縱坐標(biāo)I的比值隨電壓的增大而增大，則R2的電阻隨電壓的增大而增大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)U1 V時(shí)，R2的電阻等于R1的電阻，均等于2 ，選項(xiàng)D正確3(多選)離地面高度5.0104 m以下的大氣層可視為電阻率較大的漏電介質(zhì)，假設(shè)由于雷暴對(duì)大氣層的“電擊”，使得離地面高度5.0104 m處的大氣層與帶負(fù)電的地球表面之間形成穩(wěn)定的電場(chǎng)，其電勢(shì)差約為3105 V已知，雷暴每秒鐘給地球充電的電荷量約為1.8103 C，

16、地球表面積近似為5.01014 m2，則()A該大氣層的等效電阻約為600 B該大氣層的平均漏電電流約為1.8103 AC該大氣層的平均電阻率約為1.71012 mD該大氣層的平均電阻率約為1.7108 m答案BC解析該大氣層的平均漏電電流約為Ieq f(q,t)eq f(1.8103,1) A1.8103 A，該大氣層的等效電阻為Req f(U,I)eq f(3105,1.8103) 167 ，故A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)Req f(l,S)可得，該大氣層的平均電阻率約為eq f(RS,l)eq f(1675.01014,5.0104) m1.71012 m，故C正確，D錯(cuò)誤4電阻R1、R2的IU

17、圖像如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是()AR1R231B將R1與R2串聯(lián)后接于電源上，則電壓比U1U213C將R1與R2并聯(lián)后接于電源上，則電流比I1I213D將R1與R2并聯(lián)后接于電源上，則功率比P1P213答案B解析由題圖可知，當(dāng)I1 A時(shí)，U11 V，U23 V，所以R1eq f(U1,I)1 ，R2eq f(U2,I)3 ，則R1R213，A錯(cuò)誤；R1與R2串聯(lián)時(shí)U1U2R1R213，B正確；R1與R2并聯(lián)時(shí)I1I2R2R131，P1P2R2R131，C、D錯(cuò)誤5某直流電動(dòng)機(jī)，線圈電阻是0.5 ，當(dāng)它兩端所加的電壓為6 V時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為2 A由此可知()A電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率為72 W

18、B電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為72 WC電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為10 WD電動(dòng)機(jī)的工作效率為20%答案C解析電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為PUI62 W12 W，故B錯(cuò)誤；發(fā)熱功率為P熱I2R220.5 W2 W，故A錯(cuò)誤；根據(jù)能量守恒定律，其輸出的機(jī)械功率為P出PP熱12 W2 W10 W，故C正確；電動(dòng)機(jī)的工作效率為eq f(P出,P)100%83.3%，故D錯(cuò)誤6(2020全國(guó)卷17)圖(a)所示的電路中，K與L間接一智能電源，用以控制電容器C兩端的電壓UC.如果UC隨時(shí)間t的變化如圖(b)所示，則下列描述電阻R兩端電壓UR隨時(shí)間t變化的圖像中，正確的是()答案A解析電阻R兩端的電壓URIR，其中I為線路上

19、的充電電流或放電電流對(duì)電容器，QCUC，而Ieq f(Q,t)Ceq f(UC,t)，由UCt圖像知：12 s內(nèi)，電容器充電，令I(lǐng)充I；23 s內(nèi)，電容器電壓不變，則電路中電流為0；35 s內(nèi)，電容器放電，則I放eq f(I,2)，I充與I放方向相反，結(jié)合URIR可知，電阻R兩端的電壓隨時(shí)間的變化圖像與A對(duì)應(yīng)7如圖所示，同種材料制成的厚度相同的長(zhǎng)方體合金塊A和B，上表面為正方形，邊長(zhǎng)之比21.A、B分別與同一電源相連，電源內(nèi)阻忽略不計(jì)，則()A通過(guò)A、B的電流之比為21B通過(guò)A、B的電流之比為12CA、B中自由電荷定向移動(dòng)速率之比為21DA、B中自由電荷定向移動(dòng)速率之比為12答案D解析設(shè)正方形

20、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，厚度為d，則Req f(L,Ld)eq f(,d)，可知RARB，與同一電源相連時(shí)，通過(guò)A、B的電流之比為11，A、B錯(cuò)誤；根據(jù)IneSv，因SASB21，則vAvB12，C錯(cuò)誤，D正確8(2022湖北恩施市模擬)如圖所示為示波器衰減電路的示意圖，ab之間為信號(hào)電壓的輸入端，cd為衰減電路的輸出端，P是和衰減旋鈕固連在一起的開(kāi)關(guān)，R1、R2、R3、R4為四個(gè)定值電阻，當(dāng)P接通1時(shí)電壓沒(méi)有被衰減，當(dāng)P分別接通2、3、4時(shí)電壓被衰減10倍、100倍、1 000倍(即輸出電壓變?yōu)檩斎腚妷旱?.1、0.01、0.001)，若某個(gè)示波器的衰減電路中，R41 ，不計(jì)導(dǎo)線電阻，則其他電阻的阻值分別

21、為()AR1900 ，R290 ，R39 BR1999 ，R299 ，R39 CR110 ，R2100 ，R31 000 DR11 000 ，R2100 ，R310 答案A解析當(dāng)P接通4時(shí)，輸出電壓變?yōu)檩斎腚妷旱?.001，即eq f(R4,R1R2R3R4)eq f(1,1 000)，解得R1R2R3999 ，只有A滿足要求，當(dāng)P接通3時(shí)，輸出電壓變?yōu)檩斎腚妷旱?.01，即eq f(R3R4,R1R2R3R4)eq f(1,100)，當(dāng)P接通2時(shí)，輸出電壓變?yōu)檩斎腚妷旱?.1，即eq f(R2R3R4,R1R2R3R4)eq f(1,10)，A均滿足要求，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤9一根橫截面

22、積為S的銅導(dǎo)線，通過(guò)電流為I.已知銅的密度為，銅的摩爾質(zhì)量為M，電子電荷量為e，阿伏加德羅常數(shù)為NA，設(shè)每個(gè)銅原子只提供一個(gè)自由電子，則銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)速率為()A.eq f(MI,NASe) B.eq f(MINA,Se)C.eq f(INA,MSe) D.eq f(INASe,M)答案A解析設(shè)自由電子定向移動(dòng)的速率為v，導(dǎo)線中自由電子從一端定向移動(dòng)到另一端所用時(shí)間為t，對(duì)銅導(dǎo)線研究，每個(gè)銅原子可提供一個(gè)自由電子，則銅原子數(shù)目與自由電子的總數(shù)相等，為neq f(Svt,M)NA，t時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量為qne，則電流大小為Ieq f(q,t)eq f(SveNA,M)，得 veq f(MI,NASe)，故B、C、D錯(cuò)誤，A正確10.兩根材料相同的均勻?qū)Ь€x和y，其中，x長(zhǎng)為l，y長(zhǎng)為2l，串聯(lián)在電路上時(shí)沿長(zhǎng)度方向的電勢(shì)隨位置的變化規(guī)律如圖所示，那么，x和y兩導(dǎo)線的電阻和橫截面積之比分別為()A3116 B2316C3215 D3151答案A解析由題圖可知導(dǎo)線x兩端的電壓U16 V，導(dǎo)線y兩端的電壓U22 V，由串聯(lián)電路特點(diǎn)可知x和y兩導(dǎo)線的電阻之比為R1R2U1U231，故B、C錯(cuò)誤；由Req f(l,S)可知x和y兩導(dǎo)線的橫截面積之比S1S216，故A正確，D錯(cuò)誤11.如圖所示是一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的電路圖電動(dòng)