2027届高考物理一轮复习课件：专题十　恒定电流

目 录 题型31　电路分析 伏安特性曲线(I-U图线) 元件的U-I图线 电源的U-I图线 图例       意义 通过电阻的电流随电阻两端电压的变化关系 路端电压随干路电流的变 化关系 比较 a对应线性元件,b对应非线 性元件 c、e对应线性元件,d对应 非线性元件 f对应内阻恒定的电源,g对 应内阻可变的电源 题型31　电路分析 类型1　电路图像问题 题型图解 目 录 斜率 (或截距) 图线上某点与坐标原点的 连线(而非切线)的斜率表 示电阻的倒数,如 = , RM>Ra 图线上某点与坐标原点的 连线(而非切线)的斜率表 示电阻,如RN= ,Rc>RN>Re 纵轴截距表示电源电动势, 直线f的斜率绝对值|k|表示 电源内阻r,g的割线FC的斜 率绝对值|kFC|表示C状态下 电源的内阻rFC=  面积 阴影面积 、 分别表示在M、N状态下电阻的 瞬时功率 对f图线有:面积SOBCD、SOBAE 分别表示在C状态下的电 源输出功率和电源总功率 目 录 典例精解 典例1    (2026黑龙江牡丹江一中期中)如图甲所示,M为一电动机,定值电阻R0=1 Ω,各电 表均可视为理想电表。闭合开关S,在滑动变阻器R的滑片P从最右端滑到最左端的过 程中,两电压表V1和V2的示数随电流表A示数的变化情况如图乙所示。已知电流表A的 示数小于或等于0.4 A时,电动机不转动。下列说法正确的是 ( )  　          D     目 录 A.电压表V1的示数对应图乙中图线Ⅰ B.电动机的内阻为2 Ω,电源的电动势为3.5 V C.滑动变阻器的最大阻值为16 Ω D.电流表的示数为0.6 A时,电动机的输出功率为0.72 W 目 录 解析　因为电压表V2测量的是电动机与滑动变阻器两端的电压之和,根据闭合电路欧 姆定律有U=E-I(r+R0),故题图乙中图线Ⅰ对应电压表V2的示数,图线Ⅱ对应电压表V1的 示数,A错误;根据图线Ⅰ中提供的两组数据,即U1=3.2 V,I1=0.2 A,U2=2.4 V,I2=0.6 A,代入 U=E-I(r+R0)中得3.2 V=E-0.2 A×(r+R0),2.4 V=E-0.6 A×(r+R0),联立解得E=3.6 V,r=1 Ω,当 电流为0.2 A时,电压表V1的示数为0.4 V,电动机不转动(点拨:此时电动机相当于一个纯 电阻),则电动机的内阻rM=  Ω=2 Ω,B错误;图线Ⅱ对应电压表V1的示数,当电流表示数 最小为0.2 A时,滑动变阻器接入电路的阻值最大,此时电压表V1的示数为0.4 V,可得滑 动变阻器两端电压UR=3.2 V-0.4 V=2.8 V,故滑动变阻器的最大阻值Rm=  Ω=14 Ω,C错 误;当电流表的示数为0.6 A时,电压表V1的示数为2.4 V,电动机的输出功率P=UI-I2rM=2. 4×0.6 W-0.62×2 W=0.72 W,D正确。 目 录 类型2　动态电路分析 题型图解 动态电路问题的分析方法 目 录 典例精解 目 录     BD     典例2    (多选)如图所示电路,理想电压表V1、V2的示数分别为U1、U2,理想电流表A1、 A2的示数分别为I1、I2。U1、U2、I1、I2的变化量分别为ΔU1、ΔU2、ΔI1、ΔI2。当滑动 变阻器的滑片向右滑动时,下列说法正确的是 ( ) A.U1、U2均变小　　　     B.I1、I2均变大 C.|ΔU1|>|ΔU2|　　　     D. <  目 录 解析　第一步　先进行电路化简 电压表视为断路,电流表视为导线,若有电容器,在稳定状态时电容器视为断路,化简后 如图甲。   甲 目 录 第二步　电路等效处理 解法一 电流走向法 电流从电源正极出发(无源电路可假设电流从一端流入、从一端流出),顺着电流的走 向,经各电阻绕外电路一周至电源负极,如图乙第1幅图。电流无分叉地依次流过的电 阻均为串联,电流有分叉地分别流过的电阻均为并联,则电路结构等效为图乙第2幅图, 再补上电表,如图乙第3幅图。 目 录 目 录 解法二 电势排序法 将已知电路中各节点编号,按电势由高到低的顺序依次用A、B、C……标出来(接于电 源正极的节点电势最高,接于电源负极的节点电势最低,等电势的节点用同一编号表示, 并且合并为一点),如图丙中第1幅图。然后按电势的高低将各节点重新排布,再将各元 件跨接到相对应的两节点之间,例如R2接在A、B之间,R3与R4串联后接在A、C之间,R5和 R6并联后接在B、C之间,得到电路如图丙中第2幅图,再补上电表,修整导线,得到电路如 图丙中第3幅图。 目 录 目 录 第三步　分析问题 解法一 程序法 目 录 滑片右移,R5连入电路的阻值减小,A2、A1、V1均与R5串联(或间接串联),示数变化与R5 变化相反(串反),则I2、I1、U1均增大,V2与R5间接并联,示数变化与R5变化相同(并同),则 U2减小,A错误,B正确。 U端=U1+U2,U端减小,U1增大,所以U2的减少量比U1的增加量更大,C错误。根据U2=E-I总(R1 +r),又I总=I1,故 =R1+r, =R1,D正确。 解法二 结论法 目 录 方法拓展　分析动态电路问题的两个关键 (1)电阻变化的两个结论:不论串联还是并联,一部分阻值变大,总阻值也变大,一部分阻 值减小,总阻值也减小。 (2)分析某一部分电路两端的电压变化量ΔU与电流变化量ΔI的比值如何变化时,根据闭 合电路欧姆定律写出这部分电路两端电压随电流变化的函数关系式,再根据 表示 的是哪部分电阻来确定其比值。 目 录 类型3　电路中电功与电功率的计算 题型图解 典型图示   功率最 大值的 求解方法 (1)对定值电阻来说,其电流最大时功率最大 (2)外电阻与内阻相等时,电源的输出功率最大,若不能相 等,外电阻越接近内阻,电源的输出功率越大 (3)求解滑动变阻器R2消耗的功率最大值时,可把定值电 阻R1等效为电源内阻的一部分,则当R2=R1+r时,R2消耗的 功率最大 目 录 典例精解 典例3　如图所示,电源电动势E=2 V,内阻r=1 Ω,定值电阻R0=2 Ω,滑动变阻器的阻值范 围为0~10 Ω。闭合开关S,当滑动变阻器的阻值为多大时,R消耗的功率最大?功率的最 大值为多少?   目 录 解析　将虚线框内视为一个等效电源,E'= =  V,r'= =  Ω,当R调节到R=  Ω 时,R消耗的功率最大,Pm= =  W。   答案      Ω      W 目 录 方法拓展　等效电源 把含有电源、电阻的部分电路等效为新的“电源”,其“电动势”和“内阻”如下: (1)两点间断路时的电压为等效电动势E'; (2)两点间短路时的电流为等效短路电流I短',等效内阻r'= 。 常见电路等效电源如图甲、乙、丙所示。 目 录             目 录 考法延伸    (并联的两个支路阻值均变化)    (多选)如图所示,三个电阻R1、R2、R3的阻 值均为R,电源的内阻r<R,c为滑动变阻器的中点。闭合开关后,将滑动变阻器的滑片由c 点向a端滑动,下列说法正确的是 ( ) A.R2消耗的功率减小 B.R3消耗的功率增大 C.电源输出的功率增大 D.电源内阻消耗的功率增大     CD     目 录 解析　画出等效电路如图甲所示,设Rca=Rx,Rcb=R滑-Rx,则R外=R+ ,根据 数学知识可知,当Rx= 时R外有最大值,当滑动变阻器的滑片由c点向a端滑动时,Rca减 小,Rcb增大,R外减小,R总=R外+r减小,I1= 增大,故电源内阻消耗的功率Pr= r增大,D正 确。并联部分两端电压U并=E-I1(r+R1)减小,I3= 减小,R3消耗的功率PR3= R3减小,B 错误。由上述分析可知I2=I1-I3增大,R2消耗的功率 = R2增大,A错误。由题意可知R外 总是大于r,结合图乙可知随R外减小电源输出的功率增大,C正确。 目 录        目 录 方法拓展　动态电路中电阻和功率的动态分析 (1)双臂环路电阻的极值 如图所示,如果R1=R2,当滑片P从a到b滑动时, RAB先增大后减小,且当RaP=RPb(即滑片P位于 ab的中点)时RAB最大。 (2)当电源的输出功率最大为 时,电源的效率并不是最大,只有50%;当外电路电阻R→ ∞时,η→100%,但此时P出→0,无实际意义。 (3)对于电路中的定值电阻,其消耗的功率根据P=I2R来判断,显然通过R的电流越大,其 消耗功率越大,与电源最大输出功率大小的判断方法不同。 目 录 类型4　含容电路的分析与计算 典例精解 典例4　如图所示,电源电动势E=6 V、内阻r=1 Ω,R0=3 Ω,R1=7.5 Ω,R2=3 Ω,R3=2 Ω,电容 器的电容C=2 μF。开始时开关S处于闭合状态,则下列说法正确的是 ( ) A.开关S闭合时,电容器上极板带正电 B.开关S闭合时,电容器两极板间电压为3 V C.将开关S断开,稳定后电容器极板所带的电荷量 为3.6×10-6 C     D     D.将开关S断开至电路稳定的过程中通过R0的电荷量为9.6×10-6 C 目 录 解题导引     (1)分别画出S闭合和断开情况下的等效电路图。 (2)判断电容器极板所带电荷电性是否变化。 解析　开关S闭合时的等效电路图如图甲所示(点拨:电容器所在支路为断路,电阻R0可 视为导线),电容器两极板间电压等于R3两端电压U3,已知电路总电阻R= +r=4 Ω,由闭合电路欧姆定律可知干路电流I= =1.5 A,路端电压U=E-Ir=4.5 V,则U3=  U=1.8 V,此时电容器所带电荷量Q1=CU3=3.6×10-6 C,且上极板带负电,下极板带正 电,A、B错误;开关S断开时的等效电路图如图乙所示,稳定后电容器两极板间电压等于 R2两端电压U2,此时U2= R2=3 V,电容器所带电荷量Q2=CU2=6×10-6 C,且上极板 带正电,下极板带负电,故将开关S断开至电路稳定的过程中通过R0的电荷量Q=Q1+Q2= 目 录 9.6×10-6 C,C错误,D正确。  　      目 录 方法拓展　分析含容电路的策略 1.电路简化 稳定时把电容器所在支路视为断路,简化电路时可去掉电容器,求电荷量时再在相应位 置补上。 2.稳定时电容器两端的电压 (1)电容器所在的支路中没有电流,与之串联的电阻两端无电压,相当于导线。 (2)电容器两端电压等于与之并联的电阻两端的电压。 3.电容器的电荷量及其变化 (1)电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。若电容器两端电压升高, 则电容器充电;若电压降低,则电容器将通过与它连接的电路放电。 (2)如果变化前、后极板所带电荷的电性相同,通过所连导线的电荷量为|Q1-Q2|。 (3)如果变化前、后极板所带电荷的电性相反,通过所连导线的电荷量为Q1+Q2。 目 录 $