高三物理一轮复习 第7章 第1讲 电路的基本概念和基本规律课件.ppt

浙江专用物理 第1讲电路的基本概念和基本规律 一 欧姆定律1 电流 1 形成 电荷的 定向移动形成电流 2 方向 规定和 正电荷定向移动的方向相同 3 公式 a 定义式i b 决定式i c 微观表达式i nqsv 2 欧姆定律 1 内容 导体中的电流跟导体两端的电压u成 正比 跟导体的电阻r成 反比 2 公式 i 3 适用条件 适用于金属导电和电解液导电 适用于纯电阻电路 4 伏安特性曲线 用横轴表示电压u 纵轴表示电流i 画出的i u关系图线 a 线性元件 伏安特性曲线是 直线的电学元件 b 非线性元件 伏安特性曲线是 曲线的电学元件 3 辨析 1 电荷的定向移动方向为电流方向 2 由欧姆定律i 知道 通过同一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比 二 电阻 电阻定律1 电阻 导体对电流的 阻碍作用叫电阻 2 电阻公式 r 3 电阻定律 导体的电阻与 导体的长度成正比 与 横截面积成反比 数学表达式 r 4 电阻率 1 物理意义 是反映 材料导电性能的物理量 是导体材料本身的属性 2 电阻率与温度的关系a 金属的电阻率随温度升高而 增大 b 半导体的电阻率随温度升高而 减小 c 有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响 d 超导体 当温度降低到一定程度时 某些材料的电阻率突然减为零而成为超导体 1 由r 知 电阻与加在它两端的电压成正比 2 由 知 导体电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积rs成正比 与导体的长度l成反比 3 电阻率是由导体材料本身决定的 三 电功 电功率 电热 热功率1 电功 1 定义 导体中的恒定电场对自由电荷的 静电力做的功 2 公式 w qu uit 适用于任何电路 5 辨析 2 电功率 1 定义 单位时间内 电流做的功叫电功率 表示电流做功的快慢 2 公式 p w t ui 适用于任何电路 3 电热 电流流过导体产生的热量 由 焦耳定律来计算 q i2rt 4 热功率 单位时间内的发热量 表达式为 p i2r 四 电阻的串 并联 1 关于电阻定律及其应用正确的说法是 a 由 可知 导体越长 则电阻率越小b 对于某金属导体 温度越高 电阻率越大 则电阻越大c 滑动变阻器是根据电阻定律制成的d 一金属丝均匀拉长后 再对折并联 其电阻不变 1 答案bc某种材料的电阻率与材料本身和温度有关 与导体的长度和横截面积无关 且金属导体的电阻率随温度的升高而增大 故a错b对 滑动变阻器是根据电阻定律制成的 c对 在d项中金属丝原来的电阻为r 拉长后 l1 nl 因为总体积v ls保持不变 所以拉长后的横截面积s1 s n 则r1 n2r 再对折并联后电阻变为 只有n 2时才与原电阻相等 所以d错 2 一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同 当二者通过相同的电流且均正常工作时 在相同的时间内 电炉放出的热量与电动机放出的热量相等 电炉两端电压小于电动机两端电压 电炉两端电压等于电动机两端电压 电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率a b c d 答案a由p热 i2r知 正确 因电动机消耗的功率有热功率和机械功率两部分 正确 对电炉ui i2r 而电动机u i i2r p机 所以u u 正确 3 如图所示 一根横截面积为s的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷 每米电荷量为q 当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时 由于棒运动而形成的等效电流大小为 a vqb c qvsd 答案a在运动方向上假设有一截面 则在t时间内通过截面的电荷量为q vt q 等效电流i vq 故a正确 4 两根材料相同的均匀导线x和y x长为l y长为2l 串联在电路中 沿长度方向电势变化如图所示 则x y导线的横截面积之比为 a 2 3b 1 3c 1 2d 3 1 4 答案b由图像可知 导线x与y两端电势差之比为 所以导线x与y电阻之比为 由r 得s 所以 故选b 5 如图所示 额定电压为110v的两盏电灯 额定功率分别为pa 100w pb 25w 把它们接到220v的电路中 欲使它们都能正常发光且耗电最少 应采用的接法是 5 答案c电路消耗的电功率p ui u 220v恒定不变 故为使电灯均能正常发光且耗电最少 只要使两灯正常发光且干路电流最小即可 由题意可知 正常发光时通过灯a的电流ia大于通过灯b的电流ib 故只要将灯a接在干路上 在b灯两端并联一阻值为r 的电阻即可 选项c对 重难一电阻定律 欧姆定律的理解与应用1 电流表达式的理解 1 定义式 i 式中i表示电流 q为时间t内通过导体横截面的有效电荷量 在产生电流的效果上来说 该式求出的是电流的平均值 2 决定式 i 不考虑温度的影响 导体中的电流跟导体两端的电压成正比 跟导体的电阻成反比 3 微观表达式 i nesv 式中i为瞬时电流 n为金属导线单位体积内的自由电子数 e为电子的电荷量 s为导线的横截面积 v为电子定向移动的速率 既不是热运动速率 也不是传导速率 2 电阻的定义式和决定式的区别 典例1一根粗细均匀的导线 两端加上电压u时 通过导线的电流为i 导线中自由电子定向移动的平均速率为v 若将导线均匀拉长 使它的横截面半径变为原来的 再给它两端加上电压u 则 a 通过导线的电流为ib 通过导线的电流为c 导线中自由电子定向移动的速率为d 导线中自由电子定向移动的速率为 解析导线被拉长后 其横截面积变小 变为原来的 l变为原来的4倍 根据电阻定律r 其电阻增大为原来的16倍 加相同的电压u 电流会减为原来的 b选项对 又根据i nesv 导线被拉长后 n e不变 i变为 s变为 故v变为 c对 答案bc 1 1有一横截面积为s的铜导线 流经其中的电流为i 设每单位体积的导线中有n个自由电子 每个自由电子的电荷量为q 此时电子定向移动的速率为v 则在 t时间内 通过导线横截面的自由电子数目可表示为 a nvs tb nv tc d 答案ac解析根据电流定义可知 在 t时间内通过导线横截面的电荷量q i t 所以在这段时间内通过的自由电子数为n 所以c对 d错 由于自由电子定向移动速率是v 在时间 t内 位于以横截面s为底 长l v t这段导线内的自由电子都能通过横截面 v sl sv t 总自由电子数n nv nsv t a对 b错 1 2图甲为一测量电解液电阻率的玻璃容器 p q为电极 设a 1m b 0 2m c 0 1m 当里面注满某电解液 且p q加上电压后 其u i图线如图乙所示 当u 10v时 求电解液的电阻率 是多少 r 2000 由题图甲可知电解液长为 l a 1m横截面积为 s bc 0 02m2结合电阻定律 r 得 m 40 m 答案40 m解析由题图乙可求得u 10v时电解液的电阻为 重难二导体伏安特性曲线的理解与应用1 如图所示 图线a b表示线性元件 图线c d表示非线性元件 图线a b的斜率表示电阻的倒数 斜率越大 电阻越小 故ra rb 图线c上各点与原点连线的斜率增大 电阻减小 图线d上各点与原点连线的斜率减小 电阻增大 2 由于导体的导电性能不同 所以不同的导体有不同的伏安特性曲线 3 伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值 对应这一状态下的电阻 4 对线性元件 r 对非线性元件r 应注意 线性元件不同状态时比值不变 非线性元件不同状态时比值不同 典例2在如图甲所示的电路中 电源电动势为3 0v 内阻不计 l1 l2 l3为3个相同规格的小灯泡 这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示 当开关闭合后 下列关于电路中的灯泡的判断中 正确的是 a 灯泡l1的电阻为12 b 通过灯泡l1的电流为灯泡l2的电流的2倍c 由图乙看出 灯泡的电阻率随着所加电压u的增加而变小 d 灯泡l2消耗的电功率为0 30w 解析l1两端的电压为3v 由图乙可知 通过l1的电流为0 25a 所以l1的电阻为rl1 12 l1消耗的电功率为0 75w a选项正确 l2和l3串联 每个灯泡的电压为1 5v 由图乙可知 通过l2 l3的电流为0 20a 所以灯泡l2 l3消耗的电功率均为p 1 5 0 20w 0 30w 故d选项正确 通过l1与l2的电流不是两倍关系 所以b选项错误 灯泡的i u图线上各点与原点连线的斜率逐渐变小 表示灯泡的电阻变大 电阻率也是变大的 c选项错误 答案ad2 1小灯泡通电后电流i随所加电压u变化的图线如图所示 p为图线上一点 pn为图线在p点的切线 pq为u轴的垂线 pm为i轴的垂线 则下列说法中 正确的是 a 随着所加电压的增大 小灯泡的电阻增大b 对应p点 小灯泡的电阻为r c 对应p点 小灯泡的电阻为r 2 1小灯泡通电后电流i随所加电压u变化的图线如图所示 p为图线上一点 pn为图线在p点的切线 pq为u轴的垂线 pm为i轴的垂线 则下列说法中 d 对应p点 小灯泡的功率为图中矩形pqom所围的面积 答案abd解析灯泡的电阻r 结合题图知 a b正确 c错误 由于小灯泡的功率p ui 所以d正确 重难三电功和电热的计算1 如果一段电路中只含有电阻元件 例如电炉 电熨斗 电饭锅 电烙铁 白炽灯等 称之为纯电阻电路 它有两大基本特点 1 遵循欧姆定律i 2 电流通过纯电阻电路时 电流做功所消耗的电能全部转化为内能 电功等于电热 即w uit i2rt t p ui i2r 2 如果电路中除了含有电阻外 还包括电动机 电解槽等能够把电能转化为其他形式的能的用电器 这种电路称为非纯电阻电路 其特点是 1 不遵循欧姆定律 在非纯电阻电路中u ir 2 电流通过电路时 电流做功消耗的电能除了转化为内能外 还要转化成其他形式的能 如机械能 化学能等 即w e其他 q p p热 p其他 典例3有一个直流电动机 把它接入0 2v电压的电路时 电动机不转 测得流过电动机的电流是0 4a 若把电动机接入2 0v电压的电路中 电动机正常工作 工作电流是1 0a 求电动机正常工作时的输出功率 如果在电动机正常工作时 转子突然被卡住 电动机的发热功率是多大 解析当电动机转子不转时 电动机无机械能输出 故电能全部转化成内能 相当于纯电阻电路 欧姆定律成立 当电动机转动时 一部分电能转化 成机械能输出 但因线圈有电阻 故又在线圈上产生内能 输入的电功率p电 p热 p机 接u 0 2v电压时 电动机不转 电流i 0 4a 根据欧姆定律 线圈电阻r 0 5 当接u 2 0v电压时 电流i 1 0a 故 解析当电动机转子不转时 电动机无机械能输出 故电能全部转化成内能 相当于纯电阻电路 欧姆定律成立 当电动机转动时 一部分电能转化 w 8w 答案1 5w8w 输入电功率p电 u i 2 0 1 0w 2 0w消耗的热功率p热 i 2r 1 02 0 5w 0 5w输出功率即机械功率p机 p电 p热 2 0 0 5 w 1 5w 如果正常工作时转子被卡住 则电能全部转化成内能 故其发热功率p热 3 1如图所示 是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图 电动机内电阻r 0 8 电路中另一电阻r 10 直流电压u 160v 电压表示数uv 110v 试求 1 通过电动机的电流 2 输入电动机的电功率 3 若电动机以v 1m s匀速竖直向上提升重物 求该重物的质量 g取10m s2 答案 1 5a 2 550w 3 53kg解析 1 由电路中的电压关系可得电阻r的分压ur u uv 160 110 v 50v流过电阻r的电流ir a 5a即通过电动机的电流im ir 5a 2 电动机的分压um uv 110v输入电动机的功率p电 im um 550w 3 电动机的发热功率p热 r 20w 电动机输出的机械功率p机 p电 p热 530w又因p机 mgv 所以m 53kg 3 2如图所示 有一内电阻为4 4 的电解槽和一盏标有 110v60w 的灯泡串联后接在电压为220v的直流电路两端 灯泡正常发光 则 a 电解槽消耗的电功率为120wb 电解槽的发热功率为60wc 电解槽消耗的电功率为60w d 电路消耗的总功率为60w 答案c解析灯泡正常发光 说明灯泡和电解槽均分得110v电压 且干路电流i a p电解槽 p灯 60w 故a错c对 p热 i2r内 1 3w 即b错 p总 p灯 p电解槽 120w 故d错 重难四电阻的串 并联1 几个常用的结论 1 串联电路的总电阻大于其中任一部分的电阻 2 并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻 3 两电阻并联时的总电阻r 其中任一电阻增大时 总电阻增大 2 利用电阻的串 并联知识可以解决电路动态分析 电表的改装 变阻器两种接法的分析等问题 3 滑动变阻器的两种接法滑动变阻器有分压和限流两种基本接法 但究其实质还是电阻的串 并联问题 典例4一个t形电路如图所示 电路中的电阻r1 10 r2 120 r3 40 另有一测试电源 电动势为100v 内阻忽略不计 则 a 当c d两点短路时 a b之间的等效电阻是40 b 当a b两点短路时 c d之间的等效电阻是40 c 当a b两点接通测试电源时 c d两点间的电压为80v d 当c d两点接通测试电源时 a b两点间的电压为80v 解析当c d两点短路时 等效电路如图 1 所示 r r1 40 a正确 同理b错误 当a b两点接通测试电源时 等效电路如图 2 所示 根据欧姆定律得 i a 2a 所以u ir3 80v 故c正确 同理d错误 答案ac 4 1如图所示的电路中 输入电压uab 200v 可变电阻的总阻值r0 150 允许通过的电流为4a 求 1 当输出端a b开路时uab的值 2 当输出端接入r 40 的负载时 uab的可能变化范围 2 画出变阻器的等效电路图如图所示 当滑动触头向下方移动 下方部分电流达到临界状态 即为4a时 下方部分电阻r下 50 上方部分电阻 答案 1 200v 2 57 1v uab 160v解析 1 a b开路时 uab uab 200v 为100 此时uab 200v 57 1v 当滑动触头向上方移动 上方部分电流达到临界状态 即为4a时 同理可知 上方部分的电阻r上 50 40 10 此时uab 200v 160v 4 2如图所示 滑动变阻器r0的总阻值是定值电阻r的两倍 要使定值电阻r两端的电压是电源电压的一半 滑动触头应在 a r0的中点处b r0的中点偏上处c r0的中点偏下处d 无论调到什么位置均不能满足要求 答案b解析图中所示电路实际是r0下部分与r并联以后再与r0上部分串联 要使r两端电压是电源电压的一半 应使r0上部分电阻与并联电阻相等 而并联