【金榜夺冠】高三物理第一轮复习 第八章 第一单元 第1课时 电路的基本概念课件 选修31.ppt

第一单元电路的基本概念第1课时电路的基本概念 选修3 1第八章电路 基础回顾 考点一电流 1 电流 电荷的 移动形成电流 人为规定 定向移动的方向为电流的方向 2 形成电流的两个条件 1 要有能 的电荷 2 导体两端必须存在 3 电流强度 通过导体横截面的 跟通过这些电荷量所用的 的比值叫电流强度 简称电流 即i 电流的微观表达式 i 式中n是金属导体单位体积内的自由电子数 e是电子的电荷量 s是导体的横截面积 v为自由电子的定向移动速率 答案 1 定向正电荷2 1 自由移动 2 电压3 电荷量q时间tnesv 要点深化 1 两个电流公式的理解 1 定义式 i q t q为时间t内通过导体横截面的有效电荷量 该式求出的是电流的平均值 2 微观表达式 i nqsv 式中n是金属导体单位体积内的自由电子数 e是电子的电荷量 s是导体的横截面积 v为自由电子的定向移动速率 既不是热运动的速率 也不是电场传导速率 即光速 电子热运动的速率为105m s 电子定向移动的速率为10 4m s 电场传导速率为3 108m s 2 电解液导电时对电流的计算单位时间内同时通过横截面的阴离子阳离子要加起来 算电流 而单位时间内同时到达阴极阳极同样多离子时 却不需要加起来 就是说只要算一半 例如 在电解液中 若2s内到达阳极的负离子和到达阴极的正离子的电量均为0 5c 则通过电解液的电流取单方的电荷量除以时间 为0 25a 若2s内通过某一横截面的正离子和负离子的电量均为0 5c 则通过电解液的电流取双方的电荷量之和除以时间 为0 5a 基础回顾 考点二电阻 1 电阻 1 定义 电阻等于加在导体两端的电压与通过导体的电流的 2 定义式 r 单位 国际符号 3 物理意义 导体的电阻反映了 的大小 r越大 阻碍作用越强 4 半导体和超导体 半导体 导电性能介于 之间的材料 半导体有 和掺入杂质导电性能增强的特性 超导现象 当温度降低到某一温度时 的现象 转变温度 导体由普通状态向 转变时的温度 2 电阻定律 1 内容 在温度不变时 均匀导体的电阻r跟它的 成正比 跟它的 成反比 2 公式 r 3 电阻率 计算公式 它是材料本身的电学性质 由导体的 决定且与 有关 而与 和 都无关 物理意义 它是一个反映材料对 的物理量 在数值上等于用这种材料制成的长度为 横截面积为 的导线的电阻值 答案 1 1 比值 2 欧姆 3 导体对电流阻碍作用 4 导体和绝缘体热敏特性光敏特性 电阻减小为零 超导状态2 1 长度l横截面积s 2 3 材料温度长度l横截面积s 电流阻碍作用1m1m2 要点深化 电阻率与温度的关系各种材料的电阻率都随温度而变化 纯金属的电阻率随温度的升高而增大 应用 可制成电阻温度计 半导体和电介质的电阻率随温度的升高而减小 且半导体的电阻率随温度变化较大 应用 可制成热敏电阻 有些材料 如锰铜合金 镍铜合金 的电阻率几乎不受温度的影响 应用 可制成标准电阻 当温度降低到绝对零度附近时 某些材料的电阻率突然减小到零 成为超导体 基础回顾 考点三欧姆定律 1 欧姆定律 导体中的电流跟导体两端的 成正比 跟导体的 成反比 其表达式为i 2 欧姆定律的适用范围 不适用气体导电 和 不含电动机及电解槽的电路 3 导体的伏安特性曲线 用纵轴表示电流i 用横轴表示电压u 画出i u图线叫做导体的伏安特性曲线 伏安特性曲线为直线的元件叫做线性元件 伏安特性曲线不是直线的元件叫做非线性元件 如半导体二极管 答案 1 电压电阻2 金属导电电解液导电纯电阻电路 要点深化 伏安特性曲线的深化理解电阻恒定不变的导体 它的伏安特性曲线是直线 如下图甲所示的i u图线中 斜率k 1 r tan 故r1 r2 又如图乙所示的u i图线中 斜率k r tan 故r2 r1 在如图丙所示的i u图线中 随电压的增大 曲线的斜率k逐渐增大 说明导体的电阻随电压的升高而减小 这是由于电阻随导体温度的升高而减小的缘故 基础回顾 考点四焦耳定律 1 电功和电热 1 电功 w 2 电热 计算公式q 此关系式又称为焦耳定律 3 电功和电热的关系在纯电阻电路中 w q 在非纯电阻电路中 w q 2 电功率和热功率 1 电功率 单位时间内电流所做的功 即p 此式适用于一切电路 2 热功率 单位时间内电阻产生的热量 即p热 答案 1 1 quuit 2 i2rt 3 2 1 ui 2 i2r 要点深化 1 关于额定功率和实际功率对用电器而言 电功率有额定功率和实际功率 用电器正常工作时两端所需的电压为额定电压 在这个条件下用电器消耗的功率即实际功率等于额定功率 流经它的电流等于额定电流 用电器在实际工作时 如果它两端的电压不是额定电压 则它消耗的功率就不是额定功率 即实际功率不等于额定功率 为了使用电器能正常工作 可以从满足它的电压或电流两个方面去考虑 利用串联分压或并联分流的规律 依靠用电器和其他部分的电阻的恰当调配来实现 2 电功 电功率 和电热 热功率 的区别根据能量转化形式不同 用电器有纯电阻和非纯电阻两种 1 常见的纯电阻用电器有 电炉 白炽灯 电饭锅 电烙铁等 在纯电阻电路中 电流通过用电器做功将电能全部转化为热能 所以电功等于电热 即w q 且有w q i2rt t uit pt p ui i2r 2 常见的非纯电阻用电器有 电风扇 电冰箱 空调机 蓄电池 电解槽等 在非纯电阻电路中 电流做功将绝大部分电能变成其他形式的能 如机械能 化学能等 而只将一小部分电能变成热能 所以电功大于电热 即w q 此时计算电功只能用w uit pt来计算 计算电热只能用q i2rt来计算 电功率只能用p ui 来计算 热功率只能用p热 i2r来计算 还要注意 对于非纯电阻电路 欧姆定律不再成立 不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路 当电动机不转动时 该电路仍为纯电阻电路 欧姆定律仍然适用 基础回顾 考点五串联电路和并联电路 1 串联电路特点 1 电路等效总电阻 r 2 各点的电流强度 i 3 电路两端的总电压 u 4 各导体电压分配 分压原理 5 各导体功率分配 2 并联电路特点 1 电路电阻关系 2 电路的总电流 i 3 电路两端的总电压 4 各支路电流分配 分流原理 5 各支路功率分配 答案 1 1 r1 r2 rn 2 i1 i2 in 3 u1 u2 un 2 2 i1 i2 in 3 u1 u2 un 4 i1r1 i2r2 inrn 5 p1r1 p2r2 pnrn 要点深化 1 电路的识别是进行电路计算的基础和前提电路计算问题 是以路况分析为基础的 通俗讲 就是要首先懂得识别电路 认清各元件的连接关系 现阶段所研究的电路都有着直接的串 并联关系 当然 桥式电路不在此列 中学阶段不作要求 但是这种串 并联关系往往不具直观性 为此 就需要通过各种等效方法以及辅助手段来简化电路 画出等效电路图 让串 并联关系清晰可见 以便作进一步计算 1 识别电路的基本法则 头尾依次相接是串联 或者说通过同一个电流的各个器件是串联 头接头 尾接尾是并联 或者说出现同一个电流的分和合的两个节点间的电路是并联 2 识别电路常用的方法 电流追踪法 从电源正极出发 顺着电流的走向 若电路无电源 可假定一个走向 绕外电路一周至电源的负极 依照 通过同一个电流的各器件是串联 出现同一个电流的分和合的两节点间的电路是并联 的规律去分析电路 电势比较法 从高电势点出发 循着电势降低的方向 比较各点电势的高低 注意查找等势点 把所有电势相等的点合并为一点 几个器件两端的电势分别相等则为并联 同一支路 电势高低不同则为串联 3 识别电路的辅助手段 对电表进行处理 理想电压表内阻无限大 视作断路可拆除 理想电流表内阻趋于零 视作短路可用导线短接 如果是非理想电表 则要将电压表和电流表作为用电器看待 分别视作可读出电压值的电阻rv和可读出电流值的电阻ra 对导线进行处理 连接导线如果无特别声明可认为电阻为零 导线两端等势 导线连接起来的点视为同一点 因此导线可根据需要延长或缩短一点 元件位置可在同一导线上任意移动 对含电容器的支路进行处理 在直流电路中有电容器的支路是不会有稳定电流通过的 视为断路 凡与电容器串联的电阻两端等势 可视作同一点 对接地点的处理 当只有一点接地时 只表示该点为零电势点 对电路连接无影响 如果有两点 或两点以上 接地 视为同一点 还要指出的是 在改画等效电路图时 可先在原电路图上用字母标出各个节点的名称 以便将各元件在改画的等效电路上 对号入座 跨接在相应的两点上 2 并联电路的几个重要结论 1 并联电路的总电阻小于任何一个支路电阻 2 并联电路中 当某一支路电阻增大 其余支路电阻不变 电路的总电阻增大 3 并联的两电阻阻值之和一定 当阻值相等时 并联总电阻最大 题型一电阻定律及欧姆定律的应用 应用电阻定律解答同一根导线拉伸后电阻的变化时 一要抓住导体的体积不变确定好长度和面积 二是利用电阻定律的公式列式对照进行判断 三是利用欧姆定律的公式判断电流或电压的变化 把一根粗细均匀的电阻丝对折起来 作为一根电阻丝使用 若保持所加的电压不变 则 a 电阻变为原来的4倍b 电阻变为原来的c 电流变为原来的4倍d 电流变为原来的 解析 对折后 长度l 面积s 2s 根据电阻定律得 r 和r 由此可知对折后的电阻等于原来的 根据欧姆定律i 可知 电压相同时 电流与电阻成反比 故电流变为原来的4倍 答案 bc 题型训练 1 家庭用久的一个电灯泡的钨丝突然断了 在闭合开关的情况下轻轻摇摆电灯泡会使钨丝重新架搭接通 发现亮度比原来更亮 这是由于 a 架搭后钨丝的长度比原来变短 使电压变大 功率变大b 架搭后钨丝的长度比原来变长 使电压变大 功率变大c 架搭后钨丝的长度比原来变短 使电流变大 功率变大d 架搭后钨丝的长度比原来变长 使电流变大 功率变大 解析 钨丝用久由于热升华而使某个地方的截面变小 到一定程度就会熔断 总长度就比原来的短 架搭上钨丝的长度自然要比原来正常时短 电阻也变得较小 由于家庭用电的每件用电器的电压保持220v不变 故流过钨丝的电流变大 功率变大 亮度比原来更亮 答案 c 题型二电路故障问题的分析方法 电路故障一般有断路和短路两类 在解题时正确的分析方法是 由题目已知信息判定电路正常的部分 找出电路中故障的位置 确定故障类型 断路或短路 由推出的结论验证 用电压表检查下图所示电路中的故障 合上开关s后 测得uad 5 0v uac 5 0v uab 0v ubd 5 0v 则此故障可能是 a l断路b r断路c r 断路d s断路 解析 uad 5 0v 说明开关连接完好 在ad之外出现断路 uac 5 0v 说明电灯l也连接完好 在r至r 间出现断路 uab 0v 说明r 间出现断路 由ubd 5 0v 证明滑动变阻器r是连接完好的 故选c 答案 c 点评 故障特点与故障的分析方法 1 故障特点 断路特点 电路中某一部分发生断路 表现为电源电压不为零 而电流强度为零 短路特点 电路中某一部分发生短路表现为有电流通过电路而该电路两端电压为零 2 故障的分析方法 电压表检测法 断路故障的判断 用电压表与电源并联 若有电压时 再逐段与电路并联 若电压表指针偏转 则该段电路中有断路 短路故障的判断 用电压表与电源并联 若有电压时 再逐段与电路并联 若电压表示数为零 则该电路被短路 题型训练 2 右图为一电路板的示意图 a b c d为接线柱 a d与220v的交流电源连接 ab间 bc间 cd间分别连接一个电阻 现发现电路中没有电流 为检查电路故障 用一交流电压表分别测得b d两点间及a c两点间电压均为220v 由此可知 a ab间电路通 cd间电路不通b ab间电路不通 bc间电路通c ab间电路通 bc间电路不通d bc间电路不通 cd间电路通 解析 电路中无电流即i 0时 任何电阻两端均无电压 若电路中仅有一处断路 则哪里断 横跨断路处任两点间的电压均是电源电压 由题意 bd间电压220v 说明断路必在bd之间 ac之间电压为220v 说明断路点又必在ac间 两者共同区域是bc 答案 cd 题型三电功率的理解及焦耳定律的应用 电功是电路中电场力对运动电荷所做的功 通过w uit来求解 而电热是电流通过导体时产生的热量 用q i2rt来求解 在纯电阻电路中 w q 即消耗多少电能就转化为多少内能 在非纯电阻电路中 w q 消耗的电能除一部分转化为热能外 另一部分转化为其它形式的能 即w q e其它 用如图所示的实验电路研究微型电动机的性能 当调节滑动变阻器的电阻r使电动机停止转动时 电流表和电压表的示数分别为i1 0 5a和u1 2 0v 重新调节滑动变阻器的电阻r使电动机正常转动时 电流表和电压表的示数分别为i2 2 0a和u2 24v 则 a 微型电动机内线圈电阻为r线 4 0 b 微型电动机内线圈电阻为r线 12 c 电动机正常转动时输出的机械功率为p机 48wd 电动机正常转动时输出的机械功率为p机 32w 解析 当电动机不转时 电路为纯电阻电路 电动机线圈的电阻为 当电动机正常工作 此时电动机为非纯电阻电路 电动机消耗的总功率为p i2u2 2 0 24w 48w电动机线圈发热的功率p线 ir线 2 02 4