高三物理一轮复习讲义恒定电流.pdf
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1、恒定电流 考点扫描 内容要求 64. 电流欧姆定律电阻和电阻定律 65. 电阻率与温度的关系 66. 半导体及其应用超导及其应用 67. 电阻的串、并联串联电路的分压作用并联电路的分流作用 68. 电功和电功率串联、并联电路的功率分配 69. 电源的电动势和内电阻闭合电路的欧姆定律路端电压 70. 电流、电压和电阻的测量:电流表、电压表和多用表的使用伏安法测电阻 123. 测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器) 124. 描绘小电珠的伏安特性曲线 125. 把电流表改装为电压表 126. 测定电源的电动势和内阻 127. 用多用电表探索黑箱内的电学元件 高考 “ 恒定电流 ” 的重点是闭合
2、电路欧姆定律的应用,电功、电热的计算,电阻、电压和电 流的测量。其中电路分析 包括电阻变化、含电容电路、非纯电阻电路等动态分析、电路故 障分析, 运用电路知识探究联系实际问题已成为考查的热点,近几年设计性电学实验是每年必 考内容。 “ 恒定电流 ” 试题涉及面广,其显著特点是突出主干知识,没有偏题、怪题和难题。建 议从以下几个方面进行复习 1、理解基本概念与规律。 (1)基本概念,如:电压、电流、电阻、电阻率、电功、电热、电功率、发热功率等, 注意它们的区别和联系。 (2)基本规律,如:欧姆定律、电阻定律、焦耳定律。 2、学会电路分析与计算的方法,重视理论与实践的结合。如将电路动态问题的分析迁
3、移 到分析电路故障问题等。 3、关于实验的复习 (1)要提纲挈领,有所侧重。如伏安法测电阻是实验的重中之重,其原理和方法可应用 于测定金属的电阻率、描绘小电珠的伏安特性曲线。 (2)要加强创新思考如电压表、电流表、电阻箱的灵活运用。 知识网络 第1课时基本概念与规律 基础过关 一、电流: 1. 定义:电荷的定向运动。 2. 形成条件:导体两端有电压。 (1)导体提供大量的自由电荷。金属导体中的自由电荷是自由电子,电解液中的自由电荷是 正、负离子。 (2)导体两端加电压就在导体中建立了电场。 3. 电流的大小 电流强度 简称电流: (1)宏观定义:t q I (2)微观定义: nqsvI (3)
4、国际单位:安培A 4. 电流的方向:规定为正电荷定向运动的方向相同。 5. 电流是标量。 6. 电流的分类: 方向不随时间变化的电流叫直流,方向随时间变化的电流叫交流,大小方向都 不随时间变化的电流叫做稳恒电流。 二、电阻: 1. 定义: I U R 国际单位 2. 意义:反映了导体的导电性能,即导体对电流的阻碍作用。 3. 决定式(电阻定律) : S L R 4. 决定因素:导体的材料与形状,另外与温度亦有关系。 三、电阻率: 1. 定义: L RS 2. 意义:反映了材料的导电性能。 3. 决定因素:材料的种类、温度。 4. 导体、半导体材料电阻率的特点: 四、欧姆定律: 1. 内容:通过
5、导体的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。 2. 表达式: R U I 或 IRU 或 I U R 3. 适用条件:金属或电解液导电。 五、伏安特性曲线: 1. 定义:导体的电流随电压变化的关系曲线叫做伏安特性曲线。 2. 意义:斜率的倒数表示电阻。 3. 对于金属、 电解液在不考虑温度的影响时其伏安特性曲线是过原点的倾斜的直线,这样的导 体叫线性导体,否则为非线性导体。 考点突破 1. 电阻定律的应用:在讨论导体形变引起电阻变化时要注意导体体积通常不变。 2. 欧姆定律的应用:注意电压、电流、电阻的同一性。 3. 关于导体的伏安特性曲线:注意横纵坐标的意义。 典型例题 例1. 一
6、个电阻元件两端电压是1.5V时,通过它的电流是4.5mA,如果这个电阻元件两端加的电 压为 24V时, 20秒内有多少电子通过这个电阻器。 解析 :由题意可知,电阻器的电阻是不变的,设为R。通过欧姆定律及U1=1.5V,I1=4.5mA 即可求得电阻 Rk 1 3 。再用欧姆定律又可求出 UV 2 24 时,通过电阻器的电流为 ImA 2 72 从电流的定义出发通过导体的电量 QIt 可求得 20s内通过电阻器的电量Q, 每个电子所带电量eC1610 19 .可求得通过导体的电子数n。 当然考虑到对同一个电阻元件用欧姆定律可以用比例法求解,这样可能会简单一些。 根据欧姆定律有 I U R I
7、U R 1 1 2 2 1 2 ( ) ( ) (1)式除以( 2)式得 I U U I 2 2 1 1 电流的定义 QIt 2 得 Q U U It 2 1 1 24 15 4 51020 144 3 . . .c 通过的电子数 N Q e 144 1610 910 19 18 . . ()个 变式训练 1: 某电解池,如果1s内共有 510 18个二价正离子和 110 19个一价负离子通过某 截面,那么通过这个截面的电流是() A.0A B.0.8A C.1.6A D.3.2A 答D 例2.两根完全相同的金属导线,如果把其中的一根均匀拉长到原来的4倍,把另一根导线对折 后绞合起来,则它们的
8、电阻之比为:。 解析:解析:金属导线原来的电阻为 L R S 拉长后 l1=4l,因为总体积 V=LS 保持不变,所以 截面积 1 1 4 SS , 1 4 16 1 4 l RR S 对折后 L2=L/2 ,截面积 S2=2S 2 /2 24 lR R S 则后来两导线的电阻之比R1:R2=64:1 点评:某一导体形状改变后,讨论其电阻变化要抓住要点(1) 电阻率不变;(2) 总体积不变。 0.3 变式训练 2:将截面均匀、长为L、电阻为R的金属导线截去 n L ,再拉长至L,则导线电阻变为( ) A. n R)1n( B. n R C. ) 1n( nR D.Nr 答案: C 例3. 如图
9、 10-1-2 所示的 I - U图象对应的两个导体: 电阻之比 R1:R2= ; 若两导体中的电流相等(不为0)时,电压之比U1:U2= ; 若两导体中的电压相等(不为0)时,电流之比I1:I2= . 解析: (1) 在I -U图象中为直线斜率 1 tan I UR, 故 U R I ,于是得, 1 1 10 0.1 R , 2 110 0.33 R ,故R1:R2=3:1 (2) 由欧姆定律可得U=IR,当 I 相同时, UR,故 U1 :U2=R1:R2=3:1 (3)根据欧姆定律:I=U/R,当 U相同时, R I 1 ,故 I1:I2=R2:R1=1:3也可由图象直接得出 图10-1
10、-3 变式训练 3: 如图 10-1-3 所示,P 为一块均匀的半圆形合金片将它按图甲的方式接在A、 B之间时, 测得它的电阻为R,若将它按图乙的方式接在A、B之间时 .这时的电阻应是( ) A.R B.2R C.3R D.4R 答: D( 点拨 : 甲图等效为 2个四分之一圆导体的并联,乙图等效为2个四分之一圆导体的串联) 第2课时电功和电热 基础过关 一、电功: 1. 定义:电荷在电场力的作用下运动,电场力会对电荷做功,把电场力做的功简称电功,又称 电流做的功。 2. 意义:反映了电路消耗电能的多少,即把电能转化为其它形式的能的多少。 3. 计算公式: UItW 国际单位: J,常用单位:
11、度。 二、电功率: 1. 定义:电功跟完成电功所用时间的比值。 t W P 2. 意义:反映了电路消耗电能的快慢,即把电能转化为其它形式的能的快慢。 3. 计算公式: UI t W P 三、电热: 1. 定义:电流流过导体要发热(热效应),这个热叫做电热,又叫焦耳热。 2. 意义:反映了电路把电能转化为内能的多少。 3. 计算公式: RtIQ 2 (焦耳定律 ) 四、发热功率: 1. 定义:电热跟产生电热所用时间的比值。t Q P热 2. 意义:反映了电路把电能转化为内能的快慢。 3. 计算公式: RtI t Q P 2 热 考点突破 电功和电热的关系 1. 对于纯电阻电路: RtIQUItW
12、t R U 2 2 RIPUIP R U 2 2 热 2. 对于非纯电阻电路: RtIQUItWt R U 2 2 RIPUIP R U2 2 热 典型例题 例1. 某一电动机,当电压U1=10V时带不动负载,因此不转动,这时电流为 I1=2A。当电压 为U2=36V时能带动负载正常运转,这时电流为 I2=1A。求这时电动机的机械功率是多大? 解:电动机不转时可视为为纯电阻,由欧姆定律得, 5 1 1 I U R ,这个电阻可认为是 不变的。电动机正常转动时,输入的电功率为P电=U2I2=36W,内部消耗的热功率 P热= RI 2 2 =5W, 所以机械功率 P=31W 由这道例题可知:电动机
13、在启动时电流较大,容易被烧坏;正常运转时电流反而较小 变式训练 1:某商场安装了一台倾角为30的自动扶梯, 该扶梯在电压为380V的电动机带动下, 以0.4ms的恒定速率向斜上方移动,电动机的最大输出功率为4.9kW. 不载人时测得电动机中 的电流为 5A,若载人时扶梯的移动速率和不载人时相同,则这台自动扶梯可同时乘载的最多人 数为多少 ?(设人的平均质量为60kg,g=10m s 2) 解析: 不载人时扶梯的消耗功率为: 1900W380W5IUP 0 扶梯用来载人的功率为: 3000W1900W4900WPPP 0m人 又 xmgvsin30P人 ,得载人数 x=25人 例2一盏电灯直接接
14、在恒定的电源上,其功率为 100W ,若将这盏灯先接上一段很长的导线后, 再接在同一电源上,在导线上损失的电功率是9W ,那么此时电灯实际消耗的电功率将( ) A.大于 91W B.小于 91W C.等于 91W D.条件不足,无法确定 解析:由于两次接在同一电源上,而第二次电灯先接上一段很长的导线,电路总电阻变大, 因而总电流变小,据P=IU可知,第二次电路消耗的总功率小,故第二次电灯消耗的功率 Pr时, R P出. 2电源的效率: 总 出 100100 rR R P P 典型例题 例1. 如图 10-3-2 所示,当滑动变阻器 R3的滑片 C向B方向移动时, 电路中各电表示数如何变化? (
15、电表内阻对电路的影响不计) 解析:滑动变阻器 R3的滑片 C 向B方向移动时,外电路电阻增大,由 rR E I 得 总电流(I1)减小,电源内部降压 U 减小,由 U=E-U得路端电压 U4增加,由 U1=I R1 得电阻 R1电压U1减小,由 U2=U4-U1得AB 间电压 U2增加,再由 2 2 2 R U I 得R2支路电流 I2 增加,最后由 I3=I1-I2得滑动变阻器中电流 I3减小。 变式训练 1:如图 10-3-3 ,电源的内阻不可忽略已知定值电阻R1=10,R2=8当电键S接位 置1时,电流表的示数为0.20A那么当电键S接位置 2时,电流表的示数可能是下列的哪些值 A.0.
16、28A B.0.25A C.0.22A D.0.19A 答案: C (提示:电键接2后,电路的总电阻减小,总电流一定增大,所以不可能是0.19A电源的路端 电压一定减小,原来路端电压为2V,所以电键接2后路端电压低于2V,因此电流一定小于 0.25A所以只能选 C。 ) 例2、 已知如图 10-3-4 ,E =6V, r =4 ,R1=2, R2的阻值变化范 围是 010。求:电源的最大 输出功率; R1上消耗的最大功 率; R2上消耗的最大功率。 解析: R2=2 时,外电阻等于内电阻,电源输出功率最大为 2.25W; R1是定植电阻,电流越大功率越大,所以R2=0时R1上消耗的功率最大为2
17、W; 把 R1也看成电源的一部分,等效电源的内阻为6,所以,当 R2=6 时, R2上消 耗的功率最大为1.5W。 变式训练 2、如图 10-3-5 所示, R1为定值电阻, R2为可变电阻, E为电源电动势,r 为电源内电 阻,以下说法中正确的是() 图10-3-5 A.当R2=R1+r 时, R2获得最大功率 B.当R1=R2+r 时, R1获得最大功率 C.当R20时, R1上获得最大功率 D.当R20时,电源的输出功率最大 答案: AC (提示:在讨论 R2的电功率时,可将R1视为电源内阻的一部分,即将原电路等效为 外电阻 R2与电动势 E、内阻为( R1+r )的电源(等效电源)连成
18、的闭合电路(如图甲),R2的电 功率是等效电源的输出功率. 显然当 R2=R1+r 时, R2获得电功率最大,选项A正确;讨论 R1的电功 率时,由于 R1为定值,根据P=IR知,电路中电流越大,R1上的电功率就越大( 1 2 1 RIP ) ,所 以,当 R2=0时,等效电源内阻最小(等于r ) (如图乙),R1获得的电功率最大,故选项B错误, C 正确;讨论电源的输出功率时,(R1+R2)为外电阻,内电阻r 恒定,由于题目没有给出R1和 r 的 具体数值,所以当R2=0时,电源输出功率不一定最大,故选项D错误 . 答案 AC 正确。 ) 第4课时电路动态问题的分析基础过关 1 部分电路欧姆
19、定律,包括六个基本物理量(电压、电流、电阻、电功、电功率、电热), 三条定律(部分电路欧姆定律、电阻定律和焦耳定律),以及串、并联电路的特点等概念、 定律的理解掌握和计算。 2 闭合电路欧姆定律,闭合电路中的电流、电动势、总电阻的关系,路端电压、电动势、电 流、电源内阻的关系以及闭合电路中能量的转化。 3电路结构发生变化或滑动变阻器的滑片移动时电路总电阻的变化分析。 考点突破 电路动态问题分析是高考命题的热点,常以选择题的形式出现。命题的切入点:其一、电 路的结构发生变化,导致电路的总电阻发生变化,从而导致电路的电流、电压、电功、电功率 发生变化。 其二、滑动变阻器的滑片移动,导致电路的总电阻
20、发生变化,从而导致电路的电流、 电压、电功、电功率发生变化。 方法梳理 利用部分电路欧姆定律,串、并联电路的性质,闭合电路的欧姆定律;明确不变量与变量, 以“ 从局部到整体再到局部” ,“ 从外电路到内电路再到外电路” 的顺序讨论各物理量的变化情 况 动态分析时, 先要搞清楚电路中的变量和不变量,一般电源不变时,电动势和电源的内阻 不变,电路中的总电流和路端电压随外电阻的变化而变化,解决支路的问题可由部分电路欧姆 定律去判断,但在一些比较复杂的电路中,很可能有一部分电路中的R、I 、U都发生变化,这 样就不能单纯从部分电路欧姆定律的角度考虑问题,还要结合串、 并联电路的特点去进行判断。 动态分
21、析的一般步骤: (1)确定外电路的电阻如何变化 (2)根据闭合电路欧姆定律 E I Rr ,确定电路中的总电流如何变化 (3)由U内=Ir 确定电源的内电压如何变化 (4)由U外=EIr 确定电源的外由电压如何变化 (5)由部分电路欧姆定律确定干路上某个电阻两端的电压如何变化 (6)确定支路两端的电压如何变化以及通过支路的电流如何变化 典型例题 例1、如图 10 4-1 所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r当可变电阻的滑片P向b 移动时,电压表 V1 的读数U1与电压表 V2 的读数U2的变化 情况是() AU1变大,U2变小 BU1变大,U2变大 CU1变小,U2变小 BU1变小,U2变
22、大 解析: P右移,外电路电阻增大,电路电流减小,内电路电压减小,路端电压增大, U2=IR, U2减小。 变式训练 1、在如图 10-4-2 所示所示电路中,当变阻器R3的滑动头 P向b端移动时 A.电压表示数变大,电流表示数变小 B.电压表示数变小,电流表示数变大 C.电压表示数变大,电流表示数变大 D.电压表示数变小,电流表示数变小 图10-4-2 答案: A。 (提示变阻器 R3的滑动触头 P向 b端移动,相当于R3变大,由于电路其他部分不变,因 此电路总电阻变大,则总电流I变小,内电压 IrU 变小,外电压 UEU 增大,因此电 压表求数变大,由于R1两端电压 11 IRU 变小,所
23、以 R2两端电压 12 UUU 变大,则 R2中电 流增大,又由于总电流变小,故流过电流表的电流变小,电流表示数变小,正确选项为A) 例2:在如图 10-4-3 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滑动触点向图中a端移动时 () AI 变大, U变小 BI 变大, U变大 CI 变小, U变大 DI 变小, U变小 图10-4-3 解析:滑片上移,R5减小, R2和R4串联后与 R5并联,并联后的总电阻变小,这三个电阻的 等效电阻与R1、 R3串联后的总电阻,也是外电
24、路的总电阻R总减小,由闭合电路欧姆定律 rR E I 总 知, I增大,又电压表的示数是路端电压U,由 IrEU 知, U减小。 电阻 R1、R2两端的电压 3311 ,IRUIRU ;是增加的,所以R2和R4两端的电压是减小的, 而R2、R4是定值电阻,故由部分电路欧姆定律可得,通过R2、R4的电流是减小的,即电流表的 读数 I是减小的 变式训练二:如图10-4-4 所示,当滑线变阻器的滑动触点向上端移动时 A电压表 V的读数增大,电流表A的读数减小 B电压表 V和电流表 A的读数都增大 C电压表 V和电流表 A的读数都减小 图10-4-4 D电压表 V的读数减小,电流表A的读数增大 答案:
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