新高考物理一輪復(fù)習(xí)重難點(diǎn)練習(xí)專題21 電路的基本概念及電路分析（原卷版）

專題21電路的基本概念及電路分析1.了解電流的定義及I＝eq\f(q,t)，會推導(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)會應(yīng)用歐姆定律分析問題.4.理解電功、電功率、焦耳定律，會區(qū)分純電阻電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形成電流，I＝eq\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，正電荷定向移動的方向規(guī)定為電流的方向．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I＝eq\f(q,t)一切電路q為時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量eq\f(q,t)反映了I的大小，但不能說I∝q、I∝eq\f(1,t)I＝nqSv一切電路n：導(dǎo)體單位體積內(nèi)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：電荷定向移動速率從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小I＝eq\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，I∝U、I∝eq\f(1,R)【典例1】（2022·江蘇·模擬預(yù)測）實(shí)驗(yàn)表明SKIPIF1<0衰變?yōu)镾KIPIF1<0時(shí)，每分鐘會放出750個(gè)SKIPIF1<0粒子，若SKIPIF1<0粒子全部沿同一方向定向移動，電子電荷量為SKIPIF1<0。則該衰變過程中形成的電流為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【典例2】（2022·北京·北師大實(shí)驗(yàn)中學(xué)高三階段練習(xí)）如圖所示，用電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源向滑動變阻器R供電。下列說法正確的是（）A．由電流的微觀表達(dá)式SKIPIF1<0可知，若導(dǎo)體中電流為零，則單位體積自由電子數(shù)為零B．由關(guān)系式SKIPIF1<0可知，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比C．電流在直流電源內(nèi)能從負(fù)極流向正極，是因?yàn)樵陔娫磧?nèi)部靜電力對載流子做了正功D．在該直流電路中，外電阻越大，電源的效率越高，輸出功率也越大考點(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：I＝eq\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(I－U圖線)．(如圖)．①比較電阻的大?。簣D線的斜率k＝eq\f(I,U)＝eq\f(1,R)，圖中R1>R2(選填“>”“<”或“＝”)；②線性元件：伏安特性曲線是過原點(diǎn)的直線的電學(xué)元件，適用于歐姆定律；③非線性元件：伏安特性曲線是曲線的電學(xué)元件，不適用于歐姆定律．2．電阻定律(1)內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的長度l成正比，與它的橫截面積S成反比；導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)．(2)公式：R＝ρeq\f(l,S).其中l(wèi)是導(dǎo)體的長度，S是導(dǎo)體的橫截面積．ρ是導(dǎo)體的電阻率，其國際單位是歐·米，符號為Ω·m.(3)電阻率①物理意義：反映導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，是導(dǎo)體材料本身的屬性．②電阻率與溫度的關(guān)系金屬：電阻率隨溫度升高而增大；負(fù)溫度系數(shù)半導(dǎo)體：電阻率隨溫度升高而減小．電阻的決定式和定義式的區(qū)別公式R＝ρeq\f(l,S)R＝eq\f(U,I)區(qū)別電阻的決定式電阻的定義式說明了電阻的決定因素提供了一種測電阻的方法，并不說明電阻與U和I有關(guān)只適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體和濃度均勻的電解質(zhì)溶液適用于任何純電阻導(dǎo)體【典例3】（2022·全國·高三專題練習(xí)）某導(dǎo)體中的電流隨其兩端電壓的變化如圖所示，則下列說法中正確的是（）A．加5V電壓時(shí)，導(dǎo)體的電阻是5ΩB．該元件是非線性元件，所以不能用歐姆定律計(jì)算導(dǎo)體在某狀態(tài)下的電阻C．由圖可知，隨著電壓的增大，導(dǎo)體的電阻不斷減小D．由圖可知，隨著電壓的減小，導(dǎo)體的電阻不斷增大【典例4】（2022·浙江·高三專題練習(xí)）某一導(dǎo)體的伏安特性曲線如圖中AB段（曲線）所示，關(guān)于導(dǎo)體的電阻，以下說法正確的是（）A．對應(yīng)于B點(diǎn)的電阻為12ΩB．對應(yīng)于B點(diǎn)的電阻為40ΩC．工作狀態(tài)從A變化到B時(shí)，導(dǎo)體的電阻因溫度的影響改變了1ΩD．工作狀態(tài)從A變化到B時(shí)，導(dǎo)體的電阻因溫度的影響改變了9Ω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I＝I1＝I2＝…＝InI＝I1＋I(xiàn)2＋…＋I(xiàn)n電壓U＝U1＋U2＋…＋UnU＝U1＝U2＝…＝Un電阻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總＝P1＋P2＋…＋Pn【典例5】（2022·北京·模擬預(yù)測）恒流源可為電路提供恒定電流SKIPIF1<0。如圖所示的電路中，SKIPIF1<0為定值電阻，電流表、電壓表為理想電表，導(dǎo)線電阻不計(jì)。調(diào)節(jié)變阻器SKIPIF1<0接入電路的阻值，記錄電流表、電壓表的示數(shù)并依次記錄在下表中。由數(shù)據(jù)可以判斷（）序號12345678U(V)14.012.010.08.06.04.02.00I(A)0.300.400.500.600.700.800.901.00A．實(shí)驗(yàn)過程中SKIPIF1<0逐漸增大B．電路中定值電阻SKIPIF1<0的阻值為SKIPIF1<0C．恒流源提供的恒定電流SKIPIF1<0為2.00AD．實(shí)驗(yàn)過程中恒流源輸出功率不變【典例6】（2022·西藏·拉薩中學(xué)高三階段練習(xí)）如圖所示，當(dāng)電路a、b兩端接入100V電壓時(shí)，則c、d兩端輸出電壓為20V；當(dāng)電路c、d兩端接入100V電壓時(shí)，則a、b兩端輸出電壓為50V。據(jù)此可知R1：R2：R3為（）A．4：2：1 B．2：1：1 C．3：2：2 D．1：1：2考點(diǎn)四電功、電功率電熱、熱功率1．電功(1)定義：導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的靜電力做的功．(2)公式：W＝qU＝IUt(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程．2．電功率(1)定義：單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功，表示電流做功的快慢．(2)公式：P＝eq\f(W,t)＝IU(適用于任何電路)．3．焦耳定律（1）電熱：由于導(dǎo)體的電阻，使電流流過導(dǎo)體時(shí)消耗的電能中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的那一部分叫電熱。

（2）計(jì)算公式（焦耳定律）：SKIPIF1<0，這是普遍適用的電熱計(jì)算公式。

焦耳定律是電流熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：凡是要計(jì)算電熱，都應(yīng)首選焦耳定律。

焦耳定律說明了有電阻才能產(chǎn)生電熱，如果一段電路上的電阻R=0，這段電路上將無電熱產(chǎn)生。如電流流過超導(dǎo)體時(shí)。

（3）熱功率

定義：單位時(shí)間內(nèi)電流產(chǎn)生的熱量。

公式：SKIPIF1<0。電功率P＝IU和熱功率P＝I2R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，IU＝I2R＝eq\f(U2,R)才成立．2．對于非純電阻電路：P電＝P熱＋P其他，即IU＝I2R＋P其他，I≠eq\f(U,R)(歐姆定律不適用)．【典例7】（2022·上?！ど贤飧街心M預(yù)測）如圖是電解硫酸銅溶液的裝置示意圖，圖中電壓表示數(shù)為U，電流表示數(shù)為I，通電時(shí)間t，則下列說法正確的是（）A．CuSO4溶液中的陽離子向銅板定向移動B．IU是電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的功率C．IUt是這段時(shí)間內(nèi)電路消耗的總電能D．IUt是這段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的總焦耳熱【典例8】（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）某簡易電吹風(fēng)簡化電路如圖所示，其主要部件為電動機(jī)M和電熱絲，部分技術(shù)參數(shù)如下表，電吹風(fēng)在220V電壓下工作。下列說法正確的是（）額定電壓220V額定功率熱風(fēng)時(shí)：990W冷風(fēng)時(shí)：110WA．開關(guān)SKIPIF1<0、SKIPIF1<0都閉合時(shí)電吹風(fēng)吹冷風(fēng)B．吹熱風(fēng)時(shí)通過電熱絲的電流為4AC．吹熱風(fēng)時(shí)電熱絲的功率為990WD．該電吹風(fēng)中電動機(jī)的內(nèi)電阻為SKIPIF1<0考點(diǎn)五電路故障分析1、電壓測量法（1）斷點(diǎn)故障的判斷：用電壓表與電源并聯(lián)，若有電壓時(shí)，再逐段與電路并聯(lián)，若電壓表指針偏轉(zhuǎn)，則這段電路有斷點(diǎn)。（2）短路故障的判斷：用電壓表與電源并聯(lián)，若有電壓時(shí)，再逐段與電路并聯(lián)，若電壓表示數(shù)為零時(shí)，該電路被短路；當(dāng)電壓表示數(shù)不為零，則該電路沒被短路或不完全被短路。2、假設(shè)法已知電路發(fā)生某種故障，尋求故障發(fā)生在何處時(shí)，可將整個(gè)電路劃分為若干部分，然后逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生故障，運(yùn)用歐姆定律進(jìn)行正向推理。推理結(jié)果若與題述物理現(xiàn)象不符合，則故障不是發(fā)生在這部分電路；若推理結(jié)果與題述物理現(xiàn)象符合，則故障可能發(fā)生在這部分電路。直到找出發(fā)生故障的全部可能為止?！镜淅?】（2022·重慶市育才中學(xué)高三開學(xué)考試）某同學(xué)按如圖電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電壓表內(nèi)阻看作無限大，電流表內(nèi)阻看作零。實(shí)驗(yàn)中由于電路發(fā)生故障，發(fā)現(xiàn)兩電壓表示數(shù)相同了（但不為零），若這種情況的發(fā)生是由于某一用電器引起的，則可能的故障是（）A．RP斷路 B．R2斷路C．R1短路 D．R3短路【典例10】（2021·湖南·衡陽市一中高三階段練習(xí)）小明一家搬進(jìn)剛裝修完的新家的這天晚上，小明閉合床頭燈的開關(guān)準(zhǔn)備坐在床頭看書，可是發(fā)現(xiàn)衛(wèi)生間的燈也亮了，他斷開床頭燈的開關(guān)，兩盞燈都熄滅了；他過去閉合衛(wèi)生間的燈的開關(guān)，床頭燈不亮，但衛(wèi)生間的燈更亮了。小明很想知道他的床頭燈為什么會出現(xiàn)這種“奇怪現(xiàn)象”？關(guān)于小明家的衛(wèi)生間的燈與床頭燈此時(shí)的連接電路圖是（）A． B．C． D．一、單選題1．（2022·北京海淀·二模）如圖所示，一根均勻帶電的長直橡膠棒沿其軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動。已知棒的橫截面積為S，單位體積內(nèi)所帶的電荷量為-q。由于棒的運(yùn)動而形成的等效電流（）A．大小為qv，方向與v相同 B．大小為qv，方向與v相反C．大小為qSv，方向與v相同 D．大小為qSv，方向與v相反2．（2022·全國·高三專題練習(xí)）兩根完全相同的金屬導(dǎo)線，如果把其中的一根均勻拉長到原來的2倍，把另一根對折后紋合起來，然后給它們分別加相同電壓后，則在同一時(shí)間內(nèi)通過它們的電荷量之比為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<03．（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）下列關(guān)于電流的說法中正確的是（）A．根據(jù)SKIPIF1<0，可知I與q成正比B．電流的單位“安培”是國際單位制中的基本單位之一C．電流既有強(qiáng)弱，又有方向，是矢量D．如果在一段相等的時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量相等，則導(dǎo)體中的電流一定是恒定電流4．（2022·全國·高三專題練習(xí)）有一長方形導(dǎo)體，長a、寬b、高h(yuǎn)之比為6∶3∶2，它的六個(gè)面的中心各焊接一根電阻不計(jì)的導(dǎo)線，如圖所示，分別將AA'、BB'、CC'接在同一恒壓電源上時(shí)，導(dǎo)體中電荷定向移動的速度分別為v1、v2、v3．則v1：v2：v3為(

)A．6∶3∶2B．1∶1∶1C．2∶3∶6D．1∶2∶35．（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）如圖為某控制電路的一部分，已知AA′的輸入電壓為24V，如果電阻SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，則BB′不可能輸出的電壓是（）A．12V B．8VC．6V D．3V6．（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖所示，P為圖線上一點(diǎn)，PN為圖線的切線，PQ為U軸的垂線，PM為I軸的垂線，則下列說法中錯(cuò)誤的是（）A．隨著所加電壓的增大，小燈泡的電阻增大B．對應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為SKIPIF1<0C．對應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為SKIPIF1<0D．對應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的功率為圖中矩形PQOM所圍的面積7．（2022·江蘇省昆山中學(xué)模擬預(yù)測）油煙危害健康，某品牌的抽油煙機(jī)的主要部件是照明燈L和抽氣扇M（電動機(jī)），電路連接如圖所示，下列說法正確的是（

）A．抽氣扇須在點(diǎn)亮照明燈的情況下才能工作B．閉合開關(guān)S1和S2，抽氣扇處于“弱吸”擋C．抽氣扇由“弱吸”擋換成“強(qiáng)吸”擋，其發(fā)熱功率不變D．工作中的抽氣扇因吸入異物出現(xiàn)卡機(jī)時(shí)，回路中的電流將變大8．（2022·北京一七一中高三階段練習(xí)）如圖所示的電路中，兩個(gè)定值電阻的阻值SKIPIF1<0。閉合開關(guān)S后，理想電流表示數(shù)為I，理想電壓表示數(shù)為U，若滑動變阻器SKIPIF1<0的滑片由a端向b端緩慢滑動，則在此過程中（）A．I變小 B．UI一定減小 C．SKIPIF1<0可能不變 D．SKIPIF1<0一定減小9．（2022·全國·高三專題練習(xí)）如圖所示，某同學(xué)在玻璃皿中心放一個(gè)接電源負(fù)極的圓柱形電極，沿邊緣放一個(gè)接電源正極的圓環(huán)形電極，兩電極間的距離L=0.1m。然后，用這個(gè)裝置做“旋轉(zhuǎn)液體的實(shí)驗(yàn)”，若蹄形磁鐵兩極間正對部分的磁場視為勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T，電源的電動勢為E=2V，內(nèi)阻r=0.5Ω，限流電阻R0=4.5Ω，玻璃皿中兩電極間液體的等效電阻為R=1Ω，閉合開關(guān)S后，當(dāng)液體旋轉(zhuǎn)時(shí)電壓表的示數(shù)恒為1.5V，則下列判斷中正確的是（）A．流過液體中的電流是1.5AB．由上往下看，液體做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)C．玻璃皿中兩電極間液體的發(fā)熱功率為0.01WD．流過液體中的電流所受安培力為0.02N10．（2022·全國·高三專題練習(xí)）在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，PTC元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能，其電阻率SKIPIF1<0隨溫度t的變化關(guān)系如圖所示，對此，以下判斷正確的是（）A．通電后，其電功率先增大，后減小B．通電后，其電功率先減小，后增大C．當(dāng)其發(fā)熱功率與散熱功率相等時(shí)，溫度保持在SKIPIF1<0不變D．當(dāng)其發(fā)熱功率與散熱功率相等時(shí)，溫度保持在SKIPIF1<0不變二、填空題11．（2021·上?！つM預(yù)測）在如圖所示的電路中，電源電壓保持不變（電源內(nèi)阻不計(jì)，電流表和電壓表均為理想電表），R1為定值電阻，R2為滑動變阻器。閉合電鍵S后，若將滑動變阻器滑片P自b向a端移動，則電流表的示數(shù)將______（選填：“變大”、“變小”或“不變”），電壓表V2的示數(shù)變化值與電壓表V1的示數(shù)變化值的比值將______。（選填“小于1”、“等于1”或“大于1“）12．（2021·福建省龍巖第一中學(xué)高三階段練習(xí)）如圖所示電路中，電源電壓U恒定，I和II是電阻箱，III是定值電阻。調(diào)節(jié)兩電阻箱I、II的阻值R1、R2，但保持R1與R2之和不變，當(dāng)R1R2時(shí)，安培表A的示數(shù)為0.4A，伏特表V1和V2的示數(shù)分別為4V和9V。定值電阻III的阻值R3=_______Ω13．（2022·上?！つM預(yù)測）如圖，電源電動勢為12V，內(nèi)阻r為1Ω，電阻R為1Ω，小燈泡L標(biāo)有“6V

12W”，電動機(jī)線圈電阻RM為0.5Ω。開關(guān)閉合后，小燈泡和電動機(jī)均能正常工作，則電源的總功率為_________W；電動機(jī)的輸出功率為_________W。14．（2022·上海·模擬預(yù)測）如圖甲所示，電源電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源與阻值為R=6Ω的定值電阻、滑動變阻器RP、電鍵S組成閉合回路。已知滑動變阻器消耗的功率P與其接入電路的有效電阻RP的關(guān)系如圖乙所示。則定值電阻R消耗的最大功率Pmax=___W；由圖乙可知，Rx=___Ω。三、解答題15．（2021·江蘇省海頭高級中學(xué)高三階段練習(xí)）有一條銅導(dǎo)線，長為L，橫截面積為S，通過的電流為I，已知銅的密度為ρ、摩爾質(zhì)量為M，阿伏加德羅常數(shù)為NA，電子的電量為e，認(rèn)為導(dǎo)線中每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子。求：（1）銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率v；（2）自由電子因定向移動通過該導(dǎo)線需要的時(shí)間t。16．（2018·四川成都·高三階段練習(xí)）一次閃電過程通常由若干個(gè)相繼發(fā)生的閃擊構(gòu)成，每個(gè)閃擊持續(xù)時(shí)間很短，電荷轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在第一個(gè)閃擊過程中．在某一次閃電前，云地之間的電勢差約為1.0×109V，云地間距離約為2km；第一個(gè)閃擊過程中云地間轉(zhuǎn)移的電荷量約為6C，閃擊持續(xù)時(shí)間約為5×10-5s．若閃電前云地間的電場可以看做勻強(qiáng)電場，試估算：（1）閃電前云地間的電場強(qiáng)度大小．（2）第一個(gè)閃擊過程中閃電電流的平均值．（3）第一個(gè)閃擊過程中釋放的能量．17．（2021·湖南·衡陽市一中高三階段練習(xí)）如圖所示是某研究性學(xué)習(xí)小組自制的電子秤原理圖，它利用電壓表的示數(shù)來指示物體的質(zhì)量。托盤、彈簧上端和滑動變阻器滑片固定在一起，托盤和彈簧的質(zhì)量不計(jì)，OA間有可收縮的導(dǎo)線，當(dāng)盤中沒有放物體時(shí)，電壓表的示數(shù)為0。已知電阻R0=5Ω，滑動變阻器最大阻值為15Ω，電源電壓U=3V，電壓表的量程為0﹣3V?，F(xiàn)將1kg的物體放在托盤中，滑片剛好指在距