物理选修3-1第二章恒定电流解答题（恒定电流题型特点与命题规律）

本专题主要讨论了恒定电流的产生，电源的作用，电路的组成和结构，电流、电压和功率的分配以及电路中的能量转化关系等内容，其中像电流、电压、电阻、电动势等物理概念以及部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律、电阻的串联、并联规律等物理规律，既是电磁学的基础，也是处理电路问题应用频率最高的知识点，在复习中必须深入理解，熟练掌握．恒定电流是电磁学的基础，学好恒定电流相关知识对学习“磁场”、“电磁感应”以及“交变电流”、等章节内容起着重要作用。

一、本章内容、考试范围及要求

二、常见题型展示

1. 电路的基本概念和规律

2. 闭合电路欧姆定律

3. 实验：测定金属的电阻率

4. 实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线

5. 实验：测定电源的电动势和内阻

6. 实验：练习使用多用电表

【本章考试题型归纳与分析】

考试的题型：选择题、解答题、实验题

考试核心考点与题型：

（1）选择题：闭合电路中的动态分析问题

（2）解答题：求解一般电路中的物理量之间的关系

（3）实验题：设计电路求电阻值、分析图像问题、找到实验中的误差所在

三、近几年高考在本章中的考查特点

1. 考查电流的微观解释

【典例1】(2015·安徽理综，17)一根长为L，横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为ρ,棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m，电荷量为e.在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为()

A. mv2/2eL B.mv2Sn/e C．Ρnev D.ρev/SL

2. 考查欧姆定律的应用、电路分析

【典例2】(2016·全国卷Ⅱ，17) 阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示电路。开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2。Q1与Q2的比值为()

A.2/5 B.1/2 C.3/5 D.2/3

【典例3】(2016·江苏单科，8)(多选)如图所示的电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，四个电阻的阻值已在图中标出，闭合开关S，下列说法正确的有()

A．路端电压为10 V

B．电源的总功率为10 W

C．a、b间电压的大小为5 V

D．a、b间用导线连接后，电路的总电流为1 A

3. 考查直流电路的动态分析

【典例4】（2016上海卷）如图所示电路中，电源内阻忽略不计。闭合电键，电压表示数为U，电流表示数为I；在滑动变阻器R1的滑片P由a端滑到b端的过程中

A．U先变大后变小B．I先变小后变大

C．U与I比值先变大后变小D．U变化量与I变化量比值等于R3

4. 考查电表改装及读数

【典例5】(2015北京理综，19)如图所示，其中电流表A的量程为0.6A，表盘均匀划分为30个小格，每一小格表示0.02A；R1的阻值等于电流表内阻的1/2；R2的阻值等于电流表内阻的2倍．若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值，则下列分析正确的是()

A．将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.04A

B．将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.02A

C．将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.06A

D．将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.01A

5. 测量电源的电动势及内阻

【典例6】(2016四川理综，8Ⅱ) 用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材：待测电源(电动势约3 V，内阻约2 Ω)，保护电阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω)，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干。

实验主要步骤：

(ⅰ)将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；

(ⅱ)逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；

(ⅲ)以U为纵坐标，I为横坐标，作U－I图线(U、I都用国际单位)；

(ⅳ)求出U－I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a。

回答下列问题：

(1)电压表最好选用；电流表最好选用。

A．电压表(0～3 V，内阻约15 kΩ)

B．电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ)

C．电流表(0～200 mA，内阻约2 Ω)

D．电流表(0～30 mA，内阻约2 Ω)

(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大。两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是。

A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱

B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱

C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱

D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱

(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E＝，r＝，代入数值可得E和r的测量值。

6. 实验创新及设计性实验

【典例7】(2016·全国卷Ⅰ，23) 现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。

在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。

(1) 完成待调节的报警系统原理电路图的连线。

(2)电路中应选用滑动变阻器(填“R1”或“R2”)。

(3)按照下列步骤调节此报警系统：

①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为Ω；滑动变阻器的滑片应置于(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是。

②将开关向(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至。

(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。

【典例8】(2016·全国卷Ⅱ，23) 某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ)，直流电源E(电动势3 V)，开关1个，导线若干。

图(a)

实验步骤如下

①按电路原理图(a)连接线路

②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置，闭合开关S；

③调节滑动变阻器，使电压表满偏；

④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00 V，记下电阻箱的阻值。

回答下列问题：

(1)实验中应选择滑动变阻器(填“R1”或“R2”)。

(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。

图(b)

(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为Ω(结果保留到个位)。

(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为。(填正确答案标号。)

A．100 μA B．250 μA C．500 μA D．1 mA

【典例9】(2016·全国卷Ⅲ，22)某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验。两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁(未画出)的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。

(1)在图中画出连线，完成实验电路。要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动。

(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：

A．适当增加两导轨间的距离

B．换一根更长的金属棒

C．适当增大金属棒中的电流

其中正确的是(填入正确选项前的标号)。

7. 描绘小电珠的伏安特性曲线

【典例10】(2016天津理综，9(3))某同学想要描绘标有“3.8 V，0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：

电压表V1(量程0～3 V，内阻等于3 kΩ)

电压表V2(量程0～15 V，内阻等于15 kΩ)

电流表A1(量程0～200 mA，内阻等于10 Ω)

电流表A2(量程0～3 A，内阻等于0.1 Ω)

滑动变阻器R1(0～10 Ω，额定电流2 A)

滑动变阻器R2(0～1 kΩ，额定电流0.5 A)

定值电阻R3(阻值等于1 Ω)

定值电阻R4(阻值等于10 Ω)

定值电阻R5(阻值等于1 kΩ)

电源E(E＝6 V，内阻不计)

①请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁

②该同学描绘出的I－U图象应是下图中的。

四、分析总结与趋势预测

1.分析总结

（1）常考点

①部分电路的欧姆定律、闭合电路的欧姆定律、电路的串、并联规律仍为高考重点考查的内容之一，包括串、并联电路的计算(电流、电压、电阻的求解)、电功和电功率在串、并联电路中的分配以及含电容电路的分析与计算，特别是直流电路的动态问题分析,是高考的热点，常以选择题的形式出现．

②对电学实验(包括实验原理、实验方法的理解和实验的创新设计等)的考查，是热点中的热点，以填空题的形式出现．

③本章知识常与电场、电磁感应、交流电等知识结合，考查学生的综合分析能力，这类题目常以计算题的形式出现．

（2）命题分析

①本章知识在高考试题中重现率为百分之百，所占分值一般约为全卷的15%以上，内容主要涉及欧姆定律、电阻定律、闭合电路的欧姆定律及电学实验内容．

②电路分析包括含有电容器、滑动变阻器在内的电路变化，动态问题分析，电功、电功率分配问题的分析是物理知识应用与分析能力方面考查的重点问题，高考中出现的几率最大，多以选择题形式出现。

③运用学过的原理设计实验，不但能考查学生的创新能力，而且电学设计实验也能考查出学生运用有关知识综合分析问题的能力，是今后高考出题的侧重点。

2.趋势预测

（1）电路设计的题型，在给定的器材中选择合适的器材进行实验，在给定的电路图中找到实验误差，在给定的设计思路中找到相应数学关系，利用图像解决问题，（2）电路知识和电场相结合在一起，求带电粒子在电场中的平衡和加速问题，（3）在磁场的问题中与电路的相关知识，给一个电路，然后分析导体棒在磁场中的运动问题已经能量转化的问题。（4）对实际生活中电路的分析、计算将是今后命题的主要趋势．另外应关注与电磁感应相结合，与功能关系相结合的题目类型，关注动态分析及含容电路类选择题．

五、复习策略

本章内容复习应注意以下几点：

1．注意区分定义式与决定式

恒定电流中不少物理量是用其他物理量的比值来定义的，如I=q/t,R=U/I,E=W外/q等，这些式子叫定义式。可用q、t计算I，用U、I计算R。在一个电路中，当U、R一定时，I是不变的，并不因为时间的增长而减小。不能说时间增大几倍，流过导线截面的电量也增大几倍，q/t的比值不变，I不变，因此不能说电流与流与电量成正比，与时间成反比。同理，也不能说电阻R与电压U成正比，与电流强度I成反比。所以，由物理量的定义式看不出物理量的大小由什么决定。只有决定物理量大小的因素改变，物理量的大小才相应地改变。如：

（1）部分电路（纯电阻电路）的电流强度由导线两端的电压和导线电阻决定，即I=U/R；在闭合电路中，电流强度由电源电动势和内外电阻决定，即I=E/R r.。可见，欧姆定律表示出的电流强度的表达式是电流强度大小的决定式。

（2））导线电阻的决定式为，R=ρL/S,即电阻定律

（3）一段电路的电压由电源的电动势和各部分电阻决定。一个局部电阻改变，将改变各部分的电压值。

（4）电源的电动势由电源本身决定，与是否接外电路和电流的大小无关。

（5）一段电路的电功率P=UI；电流的发热功率P=I2R,，在一个闭合电路中，由于I、U均由E、R、r决定，因此，局部电阻的改变将影响各部分的电流和电压，也将改变各部分的电功率和电流的发热功率。

2．注意区分电动势、电势差和电压

（1）电源的电动势等于负极搬运单位正电荷至正电极时，电源所做的功。它表示电源把其他形式的能转化为电能的本领。

（2）电势差表示导体两点间把单位正电荷从一点移到另一点时，电场力所做的功。而电压表示电路中两点间单位正电荷从一点移到另一点时，电流所做的功，也就是电能转化为其他形式的能的过程，电流做功实际上是电场力移动电荷做功。上面所述的问题弄清楚了，对于电源的路端电压、内电压与电动势的区别也就不容易弄错了。

（3）电源的路端电压是指电源加在外电路两端的电压，是指电场力把单位正电荷从正极经外电路移到负极所做的功。

电源的电动势对一个固定电源来说是不变的，而电源的路端电压都是随外电路的负载而变化的。它的变化规律服从全电路欧姆定律，它的数学表达式为U=E-Ir，其中Ir为电源的内电压。它的物理过程虽然也发生在电源两端但与电动势的意义不同，它是由电场力所引起的，在电源两端起着消耗电能的作用。

对一个固定的电源来说，它的内阻r一般认为是不变的，但通过电源的外电流是随外电路而变化的，因此内电压也是一个随外电路而变化的量。-

3．各种功率的区别

（1）与电源相关的几种功率

①电源的功率：P= IE

②电源内部消耗的功率：P内=I2r

③电源的输出功率：P出=IU端

④三种功率间的关系：P=P内 P出

⑤电源的最大输出功率：当R=r时，电源有最大输出功率Pmax=E2/4R=E2/4r

（2）实际功率和额定功率=

用电器在额定电压下的功率叫做额定功率： P额= U额 -I 额

用电器在实际电压下的功率叫做实际功率：P实=U实I 实

实际功率并不一定等于额定功率。“用电器在额定电压下”是实际与额定相等的情况。用电器在不使用时，实际功率是0，而额定功率仍然是它的额定值。

（3）电功率和热功率

①电功率：；P电= UI

②热功率：；P热= I2 R

③在纯电阻电路中电功率和热功率相等：；P 电= P热= I2R=U2/R

④④在非纯电阻电路中电功率和热功率不相等：P电≠ P 热

如果要用P热=U2/R计算电热功率，U不是电路中给定的电压，而是如电动机、电解槽中相当于直流电阻两端的电压．错误往往是出现在将题中给定的电压直接应用公式进行计算。

=（4）输电线路上的损耗功率和输电功率

①输电功率：P输 =U输 I

②热功率：P线= I2 R

4．加强实验的复习

深刻理解、熟练掌握实验原理，加强对基本仪器使用的复习。

,