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专题14:恒定电流

发布时间:2021-07-22 10:02:17 浏览数:

专题14:恒定电流 题型1:有关电功率的计算问题 电功与电热的关系 1.电功是电能转化为其他形式能量的量度.电热是电能转化为内能的量度.计算电功时用公式W=IUt,计算电热时用公式Q=I2Rt. 2.从能量转化的角度看,电功与电热间的数量关系是:W≥Q,即UIt≥I2Rt.具体地说:
(1)纯电阻电路计算电功、电热可选用下列公式中任一形式:W=Q=Pt=UIt=I2Rt=t. (2)非纯电阻电路 在非纯电阻电路(含有电动机、电解槽等)中消耗的电能除转化成内能外,还转化成机械能(如电动机)和化学能(如电解槽)即:电动机:W=E机+Q (UIt=E机+I2Rt) 电解槽:W=E化+Q (UIt=E化+I2Rt) 此时:W>Q (UIt>I2Rt) 在非纯电阻电路中,既不能表示电功,也不能表示电热. 1. 如图所示,用输出电压为1.4 V,输出电流为100 mA的充电器对内阻为2 Ω的镍—氢电池充电.下列说法错错误的是(  ) A.电能转化为化学能的功率为0.12 W B.充电器输出的电功率为0.14 W C.充电时,电池消耗的热功率为0.02 W D.充电器把0.14 W的功率储蓄在电池内 解析:充电器对电池的充电功率为P总=UI=0.14 W,电池充电时的热功率为P热=I2r=0.02 W,所以转化为化学能的功率为P化=P总-P热=0.12 W,因此充电器把0.12 W的功率储蓄在电池内,故A、B、C正确,D错误.答案:D 2.如图所示,A为电解槽,M为电动机,N为电炉子,恒定电压U =12 V,电解槽内阻rA=2 Ω,当K1闭合,K2、K3断开时,A示数6A;
当K2闭合,K1、K3断开时,A示数5 A,且电动机输出功率为35 W;
当K3闭合,K1、K2断开时,A示数为4 A.求:
(1)电炉子的电阻及发热功率各多大? (2)电动机的内阻是多少? (3)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为多少? 解析:(1)电炉子为纯电阻,由欧姆定律:
其发热功率为:PR=UI1=12×6 W=72 W. (2)电动机为非纯电阻,由能量守恒定律得:UI2= 所以:
(3)电解槽工作时,由能量守恒定律得:P化=UI3- 所以P化=(12×4-42×2) W=16 W. 答案:(1)2 Ω 72 W (2)1 Ω (3)16 W 3.一只电炉的电阻和一台电动机线圈电阻相同,都为R,设通过的电流相同,时间相同,电动机正常工作,则( ) A.电动机和电炉发热相同 B.电动机消耗的功率和电炉一样大 C.电动机两端电压小于电炉两端电压 D.电动机和电炉两端电压相同 【解析】 由焦耳定律知,电炉与电动机发热相同,A对;对电动机U>IR,消耗的功率而电炉是纯电阻所以电动机消耗的功率比电炉的大,B错;电动机两端电压大于电炉两端电压,C、D错. 【答案】 A 4.如图,已知两只灯泡、分别标有”110 V 60 W”和”110 V 100 W”,另外有一只滑动变阻器R,将它们连接后接入220 V的电路中,要求两灯泡都正常发光,并使整个电路消耗的总功率最小,则应使用下面哪个电路( ) 【解析】 A、C两图中灯泡不能正常发光.B、D中两灯泡都能正常发光,它们的特点是左右两部分的电流、电压都相同,因此消耗的电功率一定相等.可以直接看出:B图总功率为200 W,D图总功率为320 W,所以选B. 【答案】 B 5.如图所示的电路中,输入电压U恒为12 V,灯泡L上标有“6V、12 W”字样,电动机线圈的电阻RM=0.50 Ω.若灯泡恰能正常发光,以下说法中正确的是(  ) A.电动机的输入功率为72 W B.电动机的输出功率为12 W C.电动机的热功率为2.0 W D.整个电路消耗的电功率为22 W 解析:电动机为非纯电阻电路,欧姆定律对电动机不再适用.灯泡L正常发光,则IL= =2 A,所以电路中的电流I=2 A,故整个电路消耗的总功率P总=UI=24 W,D错;
电动机的输入功率等于P总-P灯=12 W,A、B错;
电动机的热功率P总=I2RM=2.0 W,C对. 答案:C 6.教学上用的吸尘器的电动机内阻是一定的,当加上0.3 V的电压,电流为0.3 A时,吸尘器上的直流电动机不转动;
当加上2.0 V的电压、电流为0.8 A时,它正常工作,则吸尘器正常工作时输出功率与输入功率之比为(  ) A.3∶5 B.5∶3 C.1∶2 D.1∶3 解析:电动机不转时,可视为纯电阻,由欧姆定律可知其内阻为r=1 Ω;
当正常工作时,Pλ=UI=2.0×0.8 W=1.6 W,P热=I2r=0.82×1 W=0.64 W,所以P出=Pλ-P热=1.6 W-0.64 W=0.96 W,所以输出功率与输入功率之比为3∶5,A正确. 答案:A 7.如图所示电路,电流表和A为两个相同的毫安表,当电路两端接某一恒定电压的电源时,A的示数为3 mA,A的示数为2 mA.现将A改接在所在支路上,如图中虚线所示,再接入原来的恒定电压电源,那么,关于与A的示数情况,以下说法正确的是( ) A.示数增大示数增大 B.示数增大示数减小 C.示数增大示数不一定减小 D.示数不一定增大,A示数也不一定增大 【解析】 由电流表示数知将A改接在所在支路上,两支路电阻差别更大,并联部分阻值一定减小,则A示数增大所在支路原来的电流为1 mA,现在这个支路电阻更大,所以这个支路电流就更小了,所以A示数减小,选B. 【答案】 B 8.如图所示,用两节干电池点亮几个小灯泡,当逐一闭合开关,接入灯泡多时,以下说法错误的是(  ) A.灯少时各灯较亮,灯多时各灯较暗 B.各灯两端电压灯多时较低 C.通过电池的电流灯多时较大 D.电池输出功率灯多时较大 解析:灯泡的总电阻R随点亮灯泡个数的增加而减小,灯泡电压U==,所以B对.据P=知A对.由I=知I增大,C对.当电灯的总电阻等于电源内阻时电池输出功率最大. 答案:D 9.如图所示,电解槽A和电炉B并联后接到电源上,电源内阻r=1 Ω,电炉电阻R=19 Ω,电解槽电阻r′=0.5 Ω.当S1闭合、S2断开时,电炉消耗功率为684 W;
S1、S2都闭合时电炉消耗功率为475 W(电炉电阻可看作不变).试求:
(1)电源的电动势;

(2)S1、S2闭合时,流过电解槽的电流大小;

(3)S1、S2闭合时,电解槽中电能转化成化学能的功率. 解析:(1)S1闭合、S2断开时电炉功率为P1 电炉中电流I= = A=6 A,电源电动势E=I(R+r)=120 V. (2)S1、S2都闭合时电炉功率为P2 电炉中电流为IR= = A=5 A,电源路端电压为U=IRR=5×19 V=95 V, 流过电源的电流为I== A=25 A,流过电解槽的电流为IA=I-IR=20 A. (3)电解槽消耗的电功率PA=IAU=20×95 W=1 900 W 电解槽内热损耗功率P热=Ir′=202×0.5 W=200 W 电解槽转化成化学能的功率为P化=PA-P热=1 700 W. 10.如图,电路中的电阻均为1 电源电动势为3 V,内阻为0.5 ,电流表、电压表均为理想表,则此时电流表、电压表的读数分别是( ) A.3 A 3 V B.1.5 A 1.5 V C.3 A 1.5 V D.1.5 A 3 V 【解析】 电路简化如图所示:容易算出.5 所以3 A,路端电压1.5 V,通过电流表示数为1.5 A,选B. 题型2:电路的动态分析 11.如图所示的电路中,R1、R2、R3和R4皆为定值电阻,R5为可变电阻,电源的电动势为E,内阻为r.设电流表A的读数为I,电压表V的读数为U.当R5滑动触头向图中a端移动时(  ) A.I变大,U变小 B.I变大,U变大 C.I变小,U变大 D.I变小,U变小 解析:根据题意分析知:整个电路的连接形式为电阻R2、 R4串联后与电阻R5并联,然后再与电阻R1、R3串联接在电源上;
电压表测量的为路端电压U,电流表测量的是流过电阻R2和R4的支路电流.当滑动变阻器的触头向a端滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻变小,R5与R2、R4串联后再并联的电阻变小,然后与R1、R3相串联的总电阻也变小,即外电路的总电阻变小.根据闭合电路欧姆定律得:干路中的总电流I总变大,路端电压U变小,所以电压表的读数变小;
因为干路中的电流I总变大,所以电阻R1、R3上分得的电压变大,而总的路端电压变小,所以R2、R4支路的电压变小,所以流过电流表的电流变小,所以本题的正确答案为D. 答案:D 12.电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图7-2-6所示的电路,当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时,下列说法正确的是(  ) A.电压表和电流表读数都增大 B.电压表和电流表读数都减小 C.电压表读数增大,电流表读数减小 D.电压表读数减小,电流表读数增大 解析:由电路图可知,滑动变阻器的触头向b端滑动时,其连入电路的阻值变大,导致整个电路的外电阻R外增大,由U=R外=知.路端电压即电压表的读数变大,而R1的分压UR1=·R1减小,故R2两端的电压UR2=U-UR1增大,再据I=可得通过R2的电流增大,即电流表的读数增大,所以A项正确. 答案:A 13.在某控制电路中,需要连成如图7-2-7所示的电路,主要由电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及电位器(滑动变阻器)R连接而成, L1、L2是红绿两个指示灯,当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向a端时,下列说法中正确的是(  ) A.L1、L2两个指示灯都变亮 B.L1、L2两个指示灯都变暗 C.L1变亮,L2变暗 D.L1变暗,L2变亮 解析:当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向a端时,电位器接入电路的电阻减小,根据串并联电路特点可知电路中总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可得干路电流增大,内阻分担电压增大,路端电压减小,L1灯变暗,通过其电流减小;
由U1=I2R1及I2=I-I1可知R1分担电压增大,L2及R2两端电压减小,L2功率减小而变暗,选项B正确. 答案:B 14.如图所示,电动势为E、内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接,只合上开关S1,三个灯泡都能正常工作.如果再合上S2,则下列表述正确的是(  ) A.电源输出功率减小 B.L1上消耗的功率增大 C.通过R1上的电流增大 D.通过R3上的电流增大 答案:
C 题型3:含电容电路的有关判断与计算 (1)解决这类问题的一般方法:通过稳定的两个状态来了解不稳定的中间变化过程. (2)只有当电容器充、放电时,电容器支路中才会有电流,当电路稳定时,电容器对电路的作用是断路. (3)电路稳定时,与电容器串联的电阻为等势体,电容器的电压为与之并联的电阻电压. 15.如图所示,电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,电阻R1=2Ω,R2=3 Ω,R3=7.5 Ω,电容器的电容C=4 μF.开关S原来断开,现在合上开关S到电路稳定,试问这一过程中通过电流表的电量是多少? 解析:S断开,C相当于断路,R3中无电流,C两端电压即R2两端电压U2 =·R2=3 V. Q=CU2=12×10-6 C,且a板带正电,b板带负电.S闭合,C两端电压即R1两端电压,由电路分析:. Q′=CU1=7.2×10-6 C.且a板带负电,b板带正电.据此通过电流表电量ΔQ=Q+Q′=1.92×10-5 C. 答案:1.92×10-5 C 16.如图所示的电路中,开关S闭合一段时间后,下列说法中正确的是(  ) A.将滑片N向右滑动时,电容器放电 B.将滑片N向右滑动时,电容器继续充电 C.将滑片M向上滑动时,电容器放电 D.将滑片M向上滑动时,电容器继续充电 解析:电路稳定时,R1和R3串联接在电路中,电容器C两端电压等于R3两端的电压,将滑片N向右滑动时,R3阻值变小,R3两端电压变小,电容器C两端电压变小,电容器C放电,A选项正确,B选项错误;
电路稳定时没有电流经过R2,R2相当于一根导线,当滑片M向上滑动时,电容器两端电压不变,电容器既不充电也不放电,C、D选项错误. 答案:A 17.如图所示,在水平放置的平行板电容器之间,有一带电油滴P处于静止状态,若从某时刻起,油滴所带的电荷开始缓慢减小,为维持该油滴仍处于静止状态,可采取下列哪些措施(  ) ①.其他条件不变,使电容器两极板缓慢靠近 ②.其他条件不变,使电容器两极板缓慢远离 ③.其他条件不变,将变阻器的滑片缓慢向左移动 ④.其他条件不变,将变阻器的滑片缓慢向右移动   A. ①④ B. ②③ C. ①③ D. ③④ 答案:C 18.如图所示,电源电动势为E,内电阻为r,平行板电容器两金属板水平放置,S闭合后,两板间恰好有一质量为m、电荷量为q的油滴处于静止状态,G为灵敏电流计. 以下说法正确的是(  ) A.若滑动变阻器滑动触头向上移动,则油滴仍然静止,G中有a→b的电流 B.若滑动变阻器滑动触头向下移动,则油滴向下加速运动,G中有b→a的电流 C.若滑动变阻器滑动触头向上移动,则油滴向上加速运动,G中有b→a的电流 D.若将S断开,则油滴仍保持静止状态,G中无电流 答案:C 19.如图所示的电路中,电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,电阻R1=6 Ω、R2=5 Ω、R3=3 Ω,电容器的电容C=2×10-5 F,若将开关S闭合,电路稳定时通过R2的电流为I;
断开开关S后,通过R1的电荷量为q.则(  ) A.I=0.86 A B.I=0.5 A C.q=2×10-5 C D.q=1×10-5 C 解析:对电路分析:电阻R1、R3并联后与R2串联,所以外电路总电阻为R=7 Ω,根据闭合电路欧姆定律得电路中的总电流为0.75 A,所以选项A错误;
电阻R1、R3并联的电压为U=IR并=1.5 V,电容器的带电荷量为Q=CU=3×10-5 C.当断开开关S时,电容器对电阻放电,电荷通过R1、R3,由于两电阻并联,所以q1/q3=R3/R1,又q1+q3=Q,解得q1=1×10-5 C,q3=2×10-5 C,选项D正确. 答案:D 20.一电路如图所示,电源电动势E=28 V,内阻r=2 ,电阻 4 8 ,C为平行板电容器,其电容C=3.0 pF,虚线到两极板距离相等,极板长L=0.20 m,两极板的间距d=1. m. (1)若开关S处于断开状态,则当其闭合后,求流过的总电荷量为多少? (2)若开关S断开时,有一带电微粒沿虚线方向以2.0 m/s的初速度射入C的电场中,刚好沿虚线匀速运动,问:当开关S闭合后,此带电微粒以相同初速度沿虚线方向射入C的电场中,能否从C的电场中射出?(要求写出计算和分析过程,g取10 m/s 【解析】 (1)S断开时,电阻的两端电压为16 V (1分) S闭合后,外阻为 (1分) 路端电压为 V, (1分) 电阻两端电压为′=14 V (1分) 则所求流过的总电荷量为′=6. (1分) (2)设微粒质量为m,电荷量为q, 当开关S断开时有: (1分) 当开关S闭合后,设微粒加速度为a,则 (1分) 设微粒能从C的电场中射出,则水平方向: (1分) 竖直方向: (1分) 由以上各式求得:y=6. m 故微粒不能从C的电场中射出. (1分) 【答案】 (1)6. C (2)微粒不能从C的电场中射出 题型4:U-I图像的理解及应用 21.某同学将一直流电源的总功率、输出功率和电源内部的发热功率随电流I变化的图线画在了同一坐标上,如图中的a、b、c所示,根据图线可知下列错误的是( ) A.反映变化的图线是c B.电源电动势为8 V C.电源内阻为2 D.当电流为0.5 A时,外电路的电阻为6 【解析】 根据可知,图中的a、b、c分别表示总功率、输出功率和电源内部的发热功率随电流I变化的图线,选项A正确;根据图线a知,当I=2 A时 W可得E=4 V,选项B错误;根据图线c知,当I=2 A时 W可得r=2 ,选项C正确;当I=0.5 A时.5 W可得/6 ,选项D正确. 【答案】 B 22. 图甲为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线,由图可知,两者不成线性关系,这是由于________.如图乙所示,将这个电灯与20 Ω的定值电阻R串联,接在电动势为8 V的电源上,则电灯的实际功率为________ W.(不计电流表电阻和电源内阻) 解析:根据闭合电路欧姆定律:E=IR+UL得到:8=UL+20I 在甲图中画出此方程的图象如右图 由图象得出:该图象与原图的交点为此电路对应的电流和电压值,故此电路中小灯泡两端电压为U=2 V,电流I=0.3 A,所以功率P=UI=0.6 W. 答案:随电压的增大,灯变亮,灯丝温度升高,电阻率变大,电阻变大 0.6 23.如图所示,在U-I图象上,a、b、c各点均表示该电路中的一个确定的工作状态,α=β=45°,则下列说法正确的是(  ) A.在b点时,电源有最小的输出功率 B.在b点时,电源的总功率最大 C.从a→b,β增大,电源的总功率和输出功率都增大 D.从b→c,β增大,电源的总功率和输出功率都减小 解析:在b点时,电源的内阻等于外电阻,电源有最大的输出功率,电源的总功率R总=IE,电流越大总功率越大,外电阻为零时总功率最大,从a→c,β增大, 外电阻增大,电流减小,电源的总功率减小,输出功率增大.从b→c时,β增大,电流减小,电源的总功率和输出功率都减小. 答案:D 24.如图所示,直线 Ⅰ、Ⅱ 分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线,曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线,如果把该小灯泡先后分别与电源1和电源2单独连接时,则下列说法错误的是( ) A.电源1和电源2的内阻之比是11∶7 B.电源1和电源2的电动势之比是1∶1 C.在这两种连接状态下,小灯泡消耗的功率之比是1∶2 D.在这两种连接状态下,小灯泡的电阻之比是1∶2 【解析】 电源的伏安特性曲线的斜率的绝对值等于电源的内阻,由图知∶∶7,A对;图线在纵轴上的截距为电源的电动势B对;两种连接状态下,小灯泡消耗的功率分别为15 W、30 W,所以C正确,D错误. 【答案】 D

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