【金太阳考案】高考物理一轮复习 第7单元恒定电流课件.ppt

ppt第7单元 主编 ppt第1单元 主编 物理 13 ka 物理 xkb r qg 第1讲欧姆定律电功和电功率 知识建构 模块建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 一 电流 1 电流形成的条件 1 自由移动的电荷 2 导体两端有 电压 模块建构 知识建构 技能建构 2 电流 通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值叫电流 即 i 模块建构 知识建构 技能建构 3 电流的微观表达式 粗细均匀的导体两端加一定的电压后 设导体的横截面积为s 导体每单位体积内的自由电荷数为n 每个自由电荷所带的电荷量为q 自由电荷沿导体定向移动的速率为v 则有 i nqvs 模块建构 知识建构 技能建构 4 单位 国际单位是安培 简称安 符号a 它是国际单位制中七个其本单位之一 1a 103ma 106 a 模块建构 知识建构 技能建构 5 电流的方向 电流是标量 与正电荷定向移动的方向 相同 与负电荷定向移动的方向 相反 在外电路中电流由高电势端流向低电势端 在电源内部由电源 负极流向正极 说明 a 电流的分类 直流 方向不随时间变化 交流 方向随时间变化 恒定电流 大小方向都不随时间变化 b 电流国际单位安培是国际基本单位 c i 中q是指时间t内通过导体某一横截面而不是单位横截面的电荷量 在电解液导电和气体导电中q应为通过该截面的正 负电荷量的绝对值之和 二 电阻 电阻率 模块建构 知识建构 技能建构 1 定义 导体两端的电压与通过导体中的电流的比值 1 电阻 模块建构 知识建构 技能建构 2 公式 定义式 r 决定式 电阻定律 导体的电阻跟导体的材料有关 在温度不变的情况下 同材料的电阻r跟它得长度成正比 跟它的横截面积成反比 r 国际单位 欧姆 符号 3 物理意义 导体的电阻反映了导体的导电性能 即导体对电流的阻碍作用的大小 r越大 阻碍作用越强 模块建构 知识建构 技能建构 1 计算式 2 电阻率 2 物理意义 反映材料导电性能的物理量 在数值上等于用这种材料制成的1m长 横截面积为1m2的导线的电阻值 模块建构 知识建构 技能建构 3 导体 半导体材料电阻率的特点 电阻率与导体的长度l 横截面积s无关 是导体材料本身的电学性质 由导体的材料决定 与电压电流无关 与温度的关系 金属 随温度的升高而增大 半导体 随温度的升高而减小 超导体 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为零时称为超导体 三 部分电路欧姆定律 模块建构 知识建构 技能建构 2 表达式 i 1 内容 通过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 模块建构 知识建构 技能建构 1 适用于金属导电和电解液导电 对气体导电不适用 3 适用范围 2 适用于纯电阻电路 不含电动机 电解槽的电路 模块建构 知识建构 技能建构 4 导体的伏安特性曲线 以电流为纵轴 电压为横轴画出导体上的电流随电压的变化曲线 如图甲 乙所示 1 线性元件 伏安特性曲线为直线的电学元件 图甲 模块建构 知识建构 技能建构 2 非线性元件 伏安特性曲线为曲线的电学元件 图乙 注意 a 对于非线性元件 欧姆定律不适用 b 通常用i u图象 或u i图象 描述导体或半导体的伏安特性 曲线上的每一个点对应一组u i值 与坐标原点连线的斜率的倒数 为该状态下的电阻值 ui为该状态下的电功率 四 电功 电热和电功率 模块建构 知识建构 技能建构 1 电功 电路中电场力移动电荷所做的功 1 电功 2 公式 w qu uit 3 电流做功的实质 电能转化为其他形式能的过程 模块建构 知识建构 技能建构 1 定义 电流流过一段导体时产生的热量 2 电热 2 计算式 q i2rt 焦耳定律 模块建构 知识建构 技能建构 3 本质 电热是电流做功的过程中电能转化为内能多少的量度 模块建构 知识建构 技能建构 1 电功率 定义 单位时间内电流所做的功 表示电流做功的快慢 公式 p ui 3 电功率 热功率 模块建构 知识建构 技能建构 2 热功率 单位时间内的发热量 公式 p i2r 模块建构 知识建构 技能建构 3 额定功率和实际功率 额定功率 用电器在额定电压下工作 用电器的实际功率等于额定功率 即p额 i额u额 实际功率 用电器在实际电压下所消耗的功率 p实 i实u实 五 串 并联电路的规律 模块建构 知识建构 技能建构 1 电阻的串 并联 模块建构 知识建构 技能建构 3 无论电阻怎样连接 每一段电路的总耗电功率p总等于这段电路内各个电阻消耗电功率之和 说明 串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻 电路中任意一个电阻变大时 串联总电阻变大 2 并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻 任意一个电阻变大时 总电阻变大 模块建构 知识建构 技能建构 1 关于如图所示的电路 滑片a b滑动的过程中 rab由0 0 当滑片滑至ab的中点时 有rab 2 电阻网络的两个推论 模块建构 知识建构 技能建构 2 纯电阻电路中 在其他电阻不变的情况下 任何一个有效电阻增大都会引起总电阻变大 反之则变小 模块建构 知识建构 技能建构 1 如图所示的电解池接入电路后 在t秒内有n1个一价正离子通过溶液内某截面s 有n2个一价负离子通过溶液内某截面s 设e为元电荷 以下说法正确的是 a 当n1 n2时 电流为零 b 当n1 n2时 电流方向从a b 电流为i e c 当n1 n2时 电流方向从b a 电流为i e d 电流方向从a b 电流为i e 解析 由电流方向的规定可知 正 负电荷向相反方向定向移动所形成的电流的方向是相同的 所以电流应该是i e 电流方向按规定应是从a b d选项正确 答案 d 模块建构 知识建构 技能建构 2 下列四个图象中 最能正确地表示家庭常用的白炽灯泡在不同电压下消耗的电功率p与电压平方u2之间的函数关系的是 解析 白炽灯泡为纯电阻 其功率表达式 p 而u越大 电阻越大 图象上对应点与原点连线的斜率越小 故选项c正确 答案 c 模块建构 知识建构 技能建构 3 把六个相同的小灯泡接成如图甲 乙所示的电路 调节变阻器使灯泡正常发光 甲 乙两电路所消耗的功率分别用p甲和p乙表示 则下列结论中正确的是 a p甲 p乙b p甲 3p乙 c p乙 3p甲d p乙 3p甲 模块建构 知识建构 技能建构 乙电路的总电流i乙 i 所以由p ui得p甲 3p乙 应选b 答案 b 解析 设各灯泡正常工作时的电流为i 则甲电路的总电流i甲 3i 4 2011年广东广州模拟 在研究微型电动机的性能时 应用如图所示的实验电路 调节滑动变阻器r并控制电动机停止转动时 电流表和电压表的示数分别为0 50a和2 0v 重新调节r并使电动机恢复正常运转 此时电流表和电压表的示数分别为2 0a和24 0v 则这台电动机正常运转时输出功率为 a 32wb 44w c 47wd 48w 解析 当电动机停止转动时 此时电动机相当于一个纯电阻 所以由题中的两表读数 可以计算出电动机的内阻r 4 重新调节r并使电动机恢复正常运转 根据题中的两表读数 计算出电动机的输出功率p ui i2r 代入数据解得 p 32w a正确 答案 a 模块建构 知识建构 技能建构 一 电流的理解 模块建构 知识建构 技能建构 例1在显像管内的电子枪中 从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为u的加速电场 设其初速度为零 经加速后形成横截面积为s 电流为i的电子束 已知电子的电荷量为e 质量为m 则在刚射出加速电场时 一小段长为 l的电子束内的电子个数是 a b c d 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 取 l末端的截面 分析单位时间内通过此截面的电荷量 利用电流的定义式求解 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 电子加速后 eu mv2 v 设单位体积内的自由电子数为n 由电流微观表达式得 i nesv n n总 n ls 所以b选项正确 答案 b 方法概述 计算电流的三个公式的意义及适用范围如下 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 注意 公式i nqsv和i 是统一的 两公式分别从微观和宏观上解释了决定电流大小的因素 模块建构 知识建构 技能建构 例2用一稳压电源给装在一个圆管内的水银通电 电流为0 1a 若把水银全部倒在一个内径大一倍的管子里 那么通过水银的电流将是 a 1 6ab 0 8a c 0 4ad 3 2a 二 对电阻 电阻率的理解 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 体积一定的导体形状发生变化时 导体的长度与横截面积将发生变化 根据r 就可以找出改变前后导体的电阻关系 规范全解 由于水银内径增大一倍 由s r2知 圆管的横截面积增大为原来的4倍 由水银体积不变知 装水银部分管子的长度变为原来的 由r 知 r变为原来的 所以由i 得电流变为原来的16倍 即i 1 6a 故a正确 答案 a 模块建构 知识建构 技能建构 1 电阻与电阻率的区别 方法概述 1 电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量 电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量 2 导体电阻与电阻率无直接关系 即电阻大 电阻率不一定大 电阻率小 电阻不一定小 模块建构 知识建构 技能建构 2 两个公式的对比 模块建构 知识建构 技能建构 2 应用图象判断电阻时 要分清是u i图象还是i u图象 注意 1 利用r 和r 计算出来的电阻都是某一特定温度下的电阻 因为电阻率随温度而变化 模块建构 知识建构 技能建构 3 应用图象计算电阻时 绝对不能用r tan 或r 来计算 模块建构 知识建构 技能建构 变式训练1如图所示 a b分别表示由相同材料制成的两条长度相同 粗细均匀电阻丝的伏安特性曲线 下列判断中正确的是 a a代表的电阻丝较粗 b b代表的电阻丝较粗 c a电阻丝的阻值小于b电阻丝的阻值 d 图线表示的电阻丝的阻值与电压成正比 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 b图线的斜率大 表示电阻小 由电阻定律r 知 b的导线粗 b正确 a c不正确 电阻是导体本身的性质 与电阻两端的电压无关 d不正确 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 例3用两个相同的小量程电流表分别改装成了两个量程不同的大量程电流表 若把 分别采用并联或串联的方式接入电路 如图所示 则闭合开关后 下列有关电表的示数和电表指针偏转角度的说法正确的是 a 图甲中的 的示数相同 b 图甲中的 的指针偏角相同 三 串并联电路及电路结构分析 模块建构 知识建构 技能建构 c 图乙中的 的示数和偏角都不同 d 图乙中的 的指针偏角相同 名师点金 电流表改装后 其指针偏角仍与通过表头的电流成正比 刻度盘示数等于通过表头与分流电阻电流之和 电压表示数等于表头与分压电阻电压之和 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 图甲中流过表头的电流相同 故指针偏角相同 但由于 的量程不同 所以示数不同 故a错 b对 图乙中 中的电流相同 故示数相同 但两者表头中的电流不等 指针偏角不同 故c d错 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 1 电流表 电压表的改装 方法概述 1 电流表 表头 当线圈中有电流通过时 线圈在安培力作用下带动指针一起偏转 电流越大 指针偏转的角度越大 即i 表盘刻度是均匀的 电流表三个参数内阻rg 满偏电流ig与满偏电压ug的关系是ug igrg 模块建构 知识建构 技能建构 2 电压表及大量程电流表 由表头改装而成 模块建构 知识建构 技能建构 1 原则 无电流的支路除去 电势相等的各点合并 理想导线任意长短 理想电流表可以视为短路 理想电压表可视为断路 电表不能看做理想电表时 要考虑到电表内电阻对原电路的影响 可把电流表和电压表分别看做能显示电流值和电压值的电阻 电容器稳定时可以视为断路 2 电路图的简化 模块建构 知识建构 技能建构 2 方法 电流分支法 先将各节点用字母标上 判定各支路元件的电流方向 若无电流可假设在总电路两端加上电压后判定 按电流流向 自左到右将各元件 节点 分支逐一画出 加工整理即可 等势点排列法 标出节点字母 判断出各节点电势的高低 电路无电压时可先假设加上电压 将各节点按电势高低自左到右排列 再将各节点间的支路画出 然后加工整理即可 通常以上两种方法常常结合使用 模块建构 知识建构 技能建构 变式训练2如图甲所示 电阻r1 10 r2 3 r3 6 r4 4 电压u 24v 问 甲 模块建构 知识建构 技能建构 2 如果在a b间接一个内阻很小的电流表 它的读数是多少 1 若在a b间接入一个内阻很大的电压表 它的读数是多少 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 1 ab间接入电压表 由于ab间相当于断路 其等效电路如图乙所示 r3 r4串联又与r1并联 其等效电阻为 r134 5 r134与r2串联 由串联电路分压原理知 u2 u134 r2 r134 所以u2 u 9v u134 u 15v 又因为r3与r4串联 根据分压原理知u3 u134 9v 所以uab u2 u3 18v 乙 模块建构 知识建构 技能建构 2 ab间接入电流表 这时ab间相当于短路 电流表测量的是经r4和r3的电流之和 其等效电路如图丙所示 i4 a 6a 另一支路等效电阻为 r123 r1 10 12 i1 a 2a i3 i1 2a 0 67a 所以电流表的读数为iab i3 i4 6 67a 答案 1 18v 2 6 67a 丙 模块建构 知识建构 技能建构 例4有一直流电动机 把它接入电压为0 2v的电路时 电动机不转 测得流过电动机的电流是0 4a 若把电动机接入电压为2 0v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多大 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少 四 电功与电热及电功率与热功率 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 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 故又在该电阻上产生内能 输入的电功率p电 p热 p机 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 接u 0 2v电压 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 故输入电功率p电 u i 2 0 1 0w 2 0w 热功率p热 i 2r 12 0 5w 0 5w 故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 w 8w 答案 1 5w8w 模块建构 知识建构 技能建构 1 纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 方法概述 模块建构 知识建构 技能建构 说明 1 在非纯电阻电路中 t既不能表示电功 也不能表示电热 因为欧姆定律不再成立 2 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 仍为纯电阻电路 欧姆定律仍适用 电能全部转化为内能 只有在电动机转动时为非纯电阻电路 u ir 欧姆定律不再适用 大部分电能转化为机械能 模块建构 知识建构 技能建构 1 首先判断电路是纯电阻电路 还是非纯电阻电路 2 解决电功 电热这类问题的基本思路 2 若是非纯电阻电路关键是分析清楚电能转化为什么形式的能 然后再确定选什么公式计算电功或电功率 模块建构 知识建构 技能建构 高考真题1 2011年高考 海南物理卷 图甲是改装并校准电流表的电路图 已知表头的量程ig 600 a 内阻为rg 是标准电流表 要求改装后的电流表量程i 60ma 完成下列填空 模块建构 知识建构 技能建构 2 在电表改装完成后的某次校准测量中 表的示数如图乙所示 由此读出流过电流表的电流为ma 此时流过分流电阻rp的电流为ma 保留1位小数 1 图甲中分流电阻rp的阻值应为 用ig rg和i表示 模块建构 知识建构 技能建构 解析提示 改装后的电流表示数等于通过表头电流与通过分流电阻的电流之和 满偏时通过分流电阻的电流为i ig 命题分析 根据电表的改装与校准考查了学生对闭合电路欧姆定律的理解应用能力 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 1 将量程小的电流表改装成量程大的电流表需要并联一个分流电阻 电流表与分流电阻的电流关系为 故分流电阻的阻值为 模块建构 知识建构 技能建构 2 电流表读数为49 5ma 流过表头的电流i1与流过分流电阻的电流i2之比为 又因为i1 i2 49 5 解得i2 49 0ma 答案 1 2 49 549 0 模块建构 知识建构 技能建构 考向预测1如图所示描绘了两个电阻的伏安特性曲线 由图中可知 若将这两个电阻并联接入电路中 则通过r1 r2的电流比是 a 1 2b 3 1 c 6 1d 1 6 解析 由图可知 图线斜率即为电阻值 r1 2 r2 再根据并联电路特点 i1r1 i2r2 解得i1 i2 r2 r1 1 6 答案 d 模块建构 知识建构 技能建构 高考真题2 2011年高考 全国理综卷 通常一次闪电过程历时约0 2s 0 3s 它由若干个相继发生的闪击构成 每个闪击持续时间仅40 s 80 s 电荷转移主要发生在第一个闪击过程中 在某一次闪电前云地之间的电势差约为1 0 109v 云地间距离约为1km 第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6c 闪击持续时间约为60 s 假定闪电前云地间的电场是均匀的 根据以上数据 下列判断正确的是 a 闪电电流的瞬时值可达到1 105a b 整个闪电过程的平均功率约为1 1014w c 闪电前云地间的电场强度约为1 106v m d 整个闪电过程向外释放的能量约为6 106j 模块建构 知识建构 技能建构 命题分析 试题以闪电放电为背景综合考查匀强电场与电流基本概念 考查电流 电功率 电能及匀强电场中电势差与场强的关系 难度低 解析提示 根据题意 由于第一次放电时间远远小于整个放电过程所用时间 且估算问题精确到数量级即可 所以计算时 不考虑由于云层电量的减少而导致电势差随放电而减小 认为电势差恒定 由相关的概念 规律即可求解 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 由于电荷转移主要发生在第一个闪击过程中 因此第一个闪击过程电流最大 若第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6c 闪击持续时间约为60 s 则电流的瞬时值可达i 1 105a a项正确 整个闪电过程电功大约为w qu 6 0 109j 而所用时间大约为0 2 0 3s 因此求得的平均功率远小于1 1014w b项错误 闪电前云地间的电场强度约为e v m 1 106v m c项正确 整个闪电过程向外释放的能量约为q w qu 6 0 109j d项错误 答案 ac 模块建构 知识建构 技能建构 考向预测2关于电阻率 下列说法中正确的是 a 电阻率是表征材料导电性能好坏的物理量 电阻率越大 其导电性能越好 b 各种材料的电阻率大都与温度有关 金属的电阻率随温度升高而减小 c 所谓超导体 是当其温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时 它的电阻率突然变为无穷大 d 某些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响 通常都用它们制作标准电阻 模块建构 知识建构 技能建构 金属的电阻率随温度升高而增大 b错 超导体是当温度降低到某个临界温度时 电阻率突然变为零 c错 某些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响 通常用于制作标准电阻 d对 答案 d 解析 电阻率是表征材料导电性能好坏的物理量 电阻率越大 说明其导电性能越差 a错 各种材料的电阻率大都与温度有关 纯 模块建构 知识建构 技能建构 第2讲闭合电路的欧姆定律 知识建构 技能建构 1 电源 通过非静电力做功把 其他形式的能转化为 电能的装置 一 电动势 知识建构 技能建构 1 电路 外电路 电源外部的电路 内电路 电源内部的电路 外电路上的电压叫 路端电压 内电路上的电压叫 内电压 知识建构 技能建构 2 电源电动势 2 电源的内阻 与外电路中电阻的物理意义相同 即电流通过电源内部时能产生热效应的那部分 阻碍 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 注意 电动势大小由电源自身的特性决定 跟电源中的非静电力有关 与电源的体积 外电路无关 不同类电源 电动势一般不同 电动势越大 非静电力做功本领越大 电动势与电势差 电压 单位相同 但二者物理意义不同 是两个不同的物理量 知识建构 技能建构 1 内容 闭合电路的电流跟电源的 电动势成正比 跟内 外电路的电阻之和成 反比 二 闭合电路欧姆定律 知识建构 技能建构 2 表达式 i 或e ir ir ir u内 仅适用于纯电阻电路 e u外 u内 u外 ir 适用于所有电路 知识建构 技能建构 1 路端电压与电流的关系 图象 根据闭合电路欧姆定律可知u外 e ir 电源的路端电压随电流变化的增大而减小 u i关系图象如图所示 3 路端电压 知识建构 技能建构 电源 关系图象理解与应用 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 注意 若u i图象中的纵坐标 u 不是从零开始时 此时图线与横坐标的交点小于短路电流 但图线的斜率仍然等于电源的内阻 知识建构 技能建构 2 路端电压与外电阻的关系 纯电阻电路 根据u ir i 可得u 当外电阻r i ir u 当r增大到无穷大 即断路 时 i 0 u e 路端电压随外电阻的增大而增大 如图所示 知识建构 技能建构 1 电源的总功率 p总 ie iu外 iu内 p输 p内 4 电源的功率和效率 2 电源的输出功率 p输 iu外 ie i2r 3 电源的内部发热功率 p i2r iu内 p总 p输 4 电源的效率 当外电阻 当 减小到零 短路 时 0 知识建构 技能建构 1 关于电源和电动势 下列说法中正确的是 a 在电源内部把正电荷从负极移到正极 非静电力做功 电荷电能增加 b 对于给定的电源 移动正电荷非静电力做功越多 电动势就越大 c 电动势越大 说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位电荷量的正电荷所做的功越多 d 电动势越大 说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极移送电荷量越多 知识建构 技能建构 能的能力的物理量 电动势在数值上等于移送单位电荷量的正电荷所做的功 不能说电动势越大 非静电力做功越多 也不能说电动势越大被移送的电荷量越多 所以选项b d错误 c正确 答案 ac 解析 电源是将其他形式的能转化为电能的装置 是通过电源内部的非静电力做功来完成的 所以非静电力做功 电能就增加 因此选项a正确 电源电动势是反映电源内部其他形式的能转化为电 知识建构 技能建构 2 在如图所示的电路中 电源电动势为e 内阻为r 闭合开关以后 在滑动变阻器的滑动触片p从图示位置向上滑动的过程中 a 电路中的总电流变大 b 路端电压变大 c 通过电阻r2的电流变大 d 通过滑动变阻器r1的电流变小 知识建构 技能建构 答案 bcd 解析 本题可按照以下思路分析 故b c d均正确 知识建构 技能建构 3 2012年潍坊模拟 如图所示 直线a是电源的路端电压和电流的关系图线 直线b c分别是电阻r1 r2的两端电压与电流的关系图线 若将这两个电阻分别接到该电源上 则 a r1接在电源上时 电源的效率高 b r2接在电源上时 电源的效率高 c r1接在电源上时 电源的输出功率大 d 电源的输出功率一样大 解析 电源的效率 由于ub uc 故r1接在电源上时 电源的效率高 a项正确 b项错误 将电阻接在电源上 电阻的u i图象与电源两端电压与电流关系图象的交点 表示将这个电阻接到 知识建构 技能建构 此电源上的输出电压和电流 从图象中只可看出电流的数值 由于图线的斜率等于电阻的阻值 由图象可知 r2与电源的内阻相等 所以接在电源上时 r2比r1消耗功率大 故c d错误 答案 a 知识建构 技能建构 4 如图所示 电源电动势e 10v 内电阻r 0 r1 20 r2 30 r3 60 电容c 4 10 8f 试求 知识建构 技能建构 2 开关s闭合后通过r3的电荷量 解析 1 开关s断开后 电容两端电压u1 e q1 u1 c 开关s闭合后 i 电容两端电压u2 ir2 6v q2 u2 c 故得 1 开关s断开和闭合时电容器所带电荷量之比 知识建构 技能建构 2 开关s闭合后通过r3的电荷量为电容器上电荷量的减少量 即qr3 q1 q2 e u2 c 1 6 10 7c 答案 1 5 3 2 1 6 10 7c 知识建构 技能建构 一 三种图象的比较 知识建构 技能建构 例1如图甲所示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 这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故 参考这条曲线回答下列问题 不计电流表和电源的内阻 知识建构 技能建构 2 如图乙所示 将两个这样的灯泡并联后再与10 的电阻串联 接在电动势为8v的电源上 求通过电流表的电流值和每个灯泡的电阻 名师点金 搞清i u图象中的点以及斜率的物理意义 知道两条图线交点的物理意义 在作导体的伏安特性曲线时 由于坐标轴标度的选取是任意的 因此利用图线求导体阻值大小时 不能用tan 必须利用u和i的比值计算 1 若把三个这样的灯串联后 接到电动势为12v的电源上 求通过灯泡的电流和每个灯泡的电阻值 知识建构 技能建构 规范全解 1 三个电灯串联时 由串联电路的分压原理可知 每个灯两端电压为4v 由图象可知 当灯泡两端电压为4v时 通过灯泡的电流为0 4a 灯泡电阻r 10 知识建构 技能建构 2 在图乙中 若设灯泡电流为i 两端电压为u 由欧姆定律得e 2ir0 u 即u 8 20i 将u 8 20i函数关系图象作在图甲中 如图丙所示 两图线交点为 2v 0 3a 可得此种情况下电流为0 3a 丙 答案 1 0 4a10 2 0 6a6 7 通过电流表的电流值a 灯泡电阻 知识建构 技能建构 方法概述 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 例2在如图所示的电路中 r1 4 r2 6 电源内阻不可忽略 当开关s2闭合时 理想电流表的示数为3a 则当开关s2断开时 电流表示数可能为 a 3 2ab 2 1a c 1 2ad 0 8a 二 闭合电路欧姆定律的应用 知识建构 技能建构 名师点金 当开关s2断开后 回路中总电阻增大 由闭合电路欧姆定律知总电流会减小 路端电压会增大 从而确定回路中电流的范围 规范全解 当s2闭合时 r2被短路 此时路端电压为12v 当s2断开后 外电阻增大 由闭合电路欧姆定律可知电流减小 路端电压增大 应大于12v 此时电流i 1 2a 所以电流表的示数应满足1 2a i 3a 故应选b 答案 b 知识建构 技能建构 方法概述 在解决直流电路的具体问题时 是用部分电路欧姆定律还是全电路欧姆定律 是从电流 电压角度还是从电功 电功率角度来考虑问题 是从外电路还是从内电路入手 这些并没有一定的规律可循 但有两点值得注意 综观全局 线路中哪个部分知道的条件多 容易突破 一般就从那 知识建构 技能建构 里着手解决 然后扩展到其他部分 线路中局部地方的变动 将会影响整个线路中电压和电流的分配 只有电源电动势和内阻的数值是不变的 知识建构 技能建构 例3三只灯泡l1 l2和l3的额定电压分别为1 5v 1 5v和2 5v 它们的额定电流都为0 3a 若将它们连接成如图甲 乙所示的电路 且灯泡都正常发光 电源电动势e1 3 0v e2 6 0v 内阻r1 r2 0 5 三 闭合电路的几个功率 1 试求图甲电路的总电流和电阻r2消耗的电功率 知识建构 技能建构 2 分别计算两电路电源提供的电功率 并说明哪个电路更节能 知识建构 技能建构 名师点金 由灯泡的额定电流即可求出总电流 由闭合电路的欧姆定律可求出电源的路端电压 与l3两端电压相减即可得出r2两端电压 从而求出r2消耗的电功率 电源提供的电功率由公式p总 ie可求得 知识建构 技能建构 规范全解 1 由题意 在图甲电路中 电路的总电流i总 il1 il2 il3 0 9a u路端 e1 i总r1 2 55v ur2 u路端 ul3 0 05v ir2 i总 0 9a 电阻r2消耗的电功率pr2 ir2ur2 0 045w 2 图甲电源提供的电功率 p总 i总e 0 9 3w 2 7w 图乙电源提供的电功率 p总 i总 e 0 3 6w 1 8w 由于p总 p总 所以 图乙电路比图甲电路节能 答案 1 0 9a0 045w 2 p甲 2 7wp乙 1 8w乙电路更节能 知识建构 技能建构 方法概述 关于电源的输出功率 知识建构 技能建构 1 电源输出功率的电流形式 p出 ui ei i2r p总 p内 p出 i关系如图所示 图线为抛物线 由图可知 对于任意电路当i 时输出功率最大 即pm 知识建构 技能建构 2 电源输出功率的电阻形式 若外电路是纯电阻电路 则有p出 i2r p出 r关系如图所示 讨论 由上式可以看出 当r r时 电源的输出功率最大为pm 当r r时 随着r的增大输出功率越来越小 当r r时 随着r的增大输出功率越来越大 当p出 pm时 每个输出功率对应两个可能的外电阻r1和r2 且r1 r2 r2 知识建构 技能建构 注意 用电器获得最大功率的分析方法 若用电器的电阻是变化的 通常采用等效电源法得出e 和r 将用电器获得的最大功率问题转化为电源的最大输出功率问题来解决 即当r r 时 pm 若用电器的电阻是固定不变的 通常直接利用公式p i2r或p 进行讨论 四 电路的动态分析 知识建构 技能建构 例4在如图所示的电路中 e为电源电动势 r为电源内阻 r1和r3均为定值电阻 r2为滑动变阻器 当r2的滑片在a端时合上开关s 此时三个电表 和的示数分别为i1 i2和u 现将r2的滑片向b端移动 则三个电表示数的变化情况是 a i1增大 i2不变 u增大 b i1减小 i2增大 u减小 c i1增大 i2减小 u增大 d i1减小 i2不变 u减小 知识建构 技能建构 名师点金 本题可采用 局部 整体 局部 的思路分析 思路流程 r2变化情况 r总变化情况 总电流i变化情况 u变化情况 i1变化情况 i2变化情况 知识建构 技能建构 规范全解 滑片向b端移动时 r2减小 引起总电阻减小 总电流i 增大 路端电压u e ir减小 r3的电流等于总电流 u3 ir3增大 故并联部分电压u并 u u3减小 r1阻值不变 故电流i1减小 i2 i i1增大 故选b 答案 b 方法概述 动态电路的分析 知识建构 技能建构 1 程序法 基本思路 电路结构的变化 r的变化 r总的变化 i总的变化 u端的变化 固定支路 变化支路 判定总电阻变化情况的规律 a 当外电路的任何一个电阻增大 或减小 时 电路的总电阻一定增大 或减小 b 若开关的通 断使串联的用电器增多时 电路的总电阻增大 若开关的通 断使并联的支路增多时 电路的总电阻减小 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 2 并同串反 规律 所谓 并同 即某一电阻增大时 与它并联或间接并联的电阻中的电流 两端电压 电功率都将增大 反之则减小 所谓 串反 即某一电阻增大时 与它串联或间接串联的电阻中的电流 两端电压 电功率都将减小 反之则增大 则 r 知识建构 技能建构 3 极限法 即因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题 可将变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论 在如图所示电路中 当闭合开关s 移动滑动变阻器触头从左端至右端时 分析两灯亮度变化情况 采用极限值法 滑片p置于最左端时 l1被短路 不发光 而l2两端电压最大 亮度最大 滑片p置于最右端 时 l1两端电压最大 亮度最大 而l2被短路 不发光 由此分析可知 l1逐渐变亮 l2逐渐变暗 五 含电容器电路的分析 知识建构 技能建构 例5在如图所示的电路中 两平行金属板a b水平放置 两板间的距离d 40cm 电源电动势e 24v 内电阻r 1 电阻r 15 闭合开关s 待电路稳定后 将一带正电的小球从b板小孔以初速度v0 4m s竖直向上射入板间 若小球带电量q 1 10 2c 质量m 2 10 2kg 不考虑空气阻力 那么 滑动变阻器接入电路的阻值为多大时 小球恰能到达a板 此时 电源的输出功率是多大 取g 10m s2 知识建构 技能建构 名师点金 本题主要考查电容器 闭合电路欧姆定律 串并联电路特点 动能定理等 解答时要根据小球的运动情况及受力情况求出电容器两极板间的电场分布情况 并结合电路的有关规律求出相关的电学量 知识建构 技能建构 规范全解 小球进入板间后 受重力和电场力 且到a板时速度为零 设两板间电压为uab 由动能定理得 mgd quab 0 m 所以滑动变阻器两端电压 u滑 uab 8v 设通过滑动变阻器的电流为i 由欧姆定律得 i 1a 滑动变阻器接入电路的电阻 r滑 8 知识建构 技能建构 电源的输出功率 p出 i2 r r滑 23w 答案 8 23w 方法概述 含容电路的分析 1 简化电路时可以把电容器处电路作为断路 简化电路时可以去掉 在求电荷量时在相应位置补上 2 电路稳定后 与电容器同支路的电阻相当于导线 知识建构 技能建构 3 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 电容器将充电 若电压降低 电容器将通过与它连接的电路放电 可由 q c u计算电容器上电荷量的变化 4 在直流电路中 如果串联或并联了电容器应该注意 在与电容器串联的电路中没有电流 所以电阻不起降低电压作用 但电容器两端可能出现电势差 如果电容器与电源并联 电路中有电流通过 电容器两端的充电电压不是电源电动势e 而是路端电压u 知识建构 技能建构 5 在含容电路中 当电路发生变化时 除了要判断和计算电容器两端的电压外 还必须要判断电容器极板上极性的变化 防止出现电容器先放电后反向充电的现象 知识建构 技能建构 高考真题1 2011年高考 海南物理卷 如图所示 e为内阻不能忽略的电池 r1 r2 r3为定值电阻 s0 s为开关 与分别为电压表与电流表 初始时s0与s均闭合 现将s断开 则 a 的读数变大 的读数变小 b 的读数变大 的读数变大 c 的读数变小 的读数变小 d 的读数变小 的读数变大 知识建构 技能建构 解析提示 本题属于关于恒定电流的动态变化问题的一道比较常规的题目 判断时也可以采用 串反并同 的结论 命题分析 本题以恒定电流的动态变化问题考查了学生的分析推理能力 知识建构 技能建构 规范全解 s断开 则电路总电阻变大 总电流变小 外电压变大 电压表示数变大 再考虑到r1两端的电压变小 则r3两端的电压变大 故电流表示数要变大 答案 b 知识建构 技能建构 考向预测1如图所示 ad bc为两根平行且相同的均匀电阻丝 ef为另一根电阻丝 其电阻为r 它可以在ad bc上滑动并保持与ad垂直 ef与ad bc接触良好 图中电压表为理想电压表 电池的电动势和内阻都不变 c d与电池两极连接的导线的电阻可忽略 当ef处于图中位置时 电压表的读数u1 3 0v 已知将ef由图中位置向左移动一段距离 l后 电压表的读数变为u2 2 5v 若将ef由图中位置向右移动一段距离 l 电压表的读数u3是多少 解析 设电阻丝单位长度的电阻为 ef处于图中位置时 ed fc的长度为l 由分压关系得 u1 r 当ef向左移动 l 有 知识建构 技能建构 u2 r 当ef向右移动 l 有 u3 r 由以上三式 代入数据解得u3 3 75v 答案 3 75v 知识建构 技能建构 高考真题2 2010年高考 新课标全国卷 电源的效率 定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比 在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示 图中u为路端电压 i为干路电流 a b为图线上的两点 相应状态下电源的效率分别为 a b 由图可知 a b的值分别为 知识建构 技能建构 a b c d 知识建构 技能建构 解析提示 外电路的功率等于ui 电路的总功率为ei 电源的电动势为u i图线与纵轴的截距 命题分析 此题考查闭合电路的功率和效率的计算 知识建构 技能建构 规范全解 电源的效率 根据图象可知 a b 故选项d正确 答案 d 知识建构 技能建构 考向预测2如图所示是某直流电路中电压随电流变化的图象 其中a b分别表示路端电压 负载电阻上电压随电流变化的情况 下列说法正确的是 a 阴影部分面积表示电源输出功率 b 阴影部分面积表示电源的内阻上消耗的功率 c 当满足 时 电源的效率最高 d 当满足 时 电源的效率小于50 知识建构 技能建构 答案 a 解析 根据闭合电路的欧姆定律和u i图象特点可知 阴影部分的面积表示负载电阻消耗的功率 即电源输出功率 a正确 b错误 当满足 时 电源内阻等于负载电阻 电源的效率为50 输出功率最大 故c d错误 知识建构 技能建构 第3讲实验 测定金属的电阻率 同时练习使用螺旋 测微器 描绘小电珠的伏安特性曲线 知识建构 技能建构 1 掌握电流表 电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法 一 实验目的 一 测定金属的电阻率 同时练习使用螺旋测微器 知识建构 技能建构 3 会用伏安法测电阻 进一步测定金属的电阻率 二 实验原理 2 掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法 知识建构 技能建构 1 螺旋测微器的构造 如图所示是常用的螺旋测微器 它的小砧a和固定刻度s固定在框架f上 旋钮k 微调旋钮k 和可动刻度h 测微螺杆p连在一起 通过精密螺纹套在s上 1 螺旋测微器的构造原理及读数 知识建构 技能建构 2 螺旋测微器的原理 测微螺杆p与固定刻度s之间的精密螺纹的螺距为0 5mm 即旋钮k每旋转一周 p前进或后退0 5mm 而可动刻度h上的刻度为50等份 每转动一小格 p前进或后退0 01mm 即螺旋测微器的精确度为0 01mm 读数时估读到毫米的千分位上 因此 螺旋测微器又叫千分尺 知识建构 技能建构 3 读数 测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出 小数部分由可动刻度读出 测量值 毫米 固定刻度数 毫米 注意半毫米刻线是否露出 可动刻度数 估读一位 0 01 毫米 知识建构 技能建构 1 电流表的内接法和外接法的比较 2 伏安法测电阻 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 2 伏安法测电阻两种电路的选择 阻值比较法 先将待测电阻的估计值与电压表 电流表内阻进行比较 若rx较小 宜采用电流表 外接法 若rx较大 宜采用电流表 内接法 简单概括为 大内偏大 小外偏小 临界值计算法 rx 时 用电流表 外接法 rx 时 用电流表 内接法 知识建构 技能建构 3 电阻率的测定原理 知识建构 技能建构 三 实验器材 毫米刻度尺 螺旋测微器 直流电流表和直流电压表 滑动变阻器 直流电源 开关 被测金属丝 导线若干 知识建构 技能建构 1 求导线横截面积s 在准备好的金属丝上三个不同位置用螺旋测微器各测一次直径 求出其平均值d s 四 实验步骤 2 按照原理图 如图所示 连好用伏安法测电阻的实验电路 知识建构 技能建构 4 把滑动变阻器调到接入电路中的电阻值最大的位置 检查无误后 闭合开关s 改变滑动变阻器滑动片的位置 读出几组相应的电流值和电压值记录在表格中 断开s 求出导线电阻rx的平均值 3 用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度 即有效长度 反复测量三次 求出平均值l 知识建构 技能建构 1 在求rx的平均值时可用两种方法 5 整理仪器 五 数据处理 1 第一种是用rx 算出各次的数值 再取平均值 知识建构 技能建构 2 计算电阻率 将记录的数据rx l d的值 代入电阻率计算公式 rx 六 误差分析 2 第二种是用u i图线的斜率求出 知识建构 技能建构 2 测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响 因为电流表外接 所以r测 r真 由r 知 测 真 1 金属丝直径 长度的测量带来误差 3 通电电流过大 时间过长 致使电阻丝发热 电阻率随之变化带来误差 七 注意事项 知识建构 技能建构 1 测量前须校对零点 先使小砧a与测微螺杆p并拢 观察可动刻度零刻度线与固定刻度的轴向线是否重合 以及可动刻度的边缘与固定刻度的零刻度线是否重合 不重合时 用存放螺旋测微器盒中的工具调节 直到完全重合为止 1 螺旋测微器的使用 知识建构 技能建构 2 测量时 当测微螺杆p将要接触被测物体时 要停止使用旋钮k 改用微调旋钮k 以避免p和被测物体间产生过大的压力 这样 既可以保护仪器 又能保证测量结果准确 当听到 咔 咔 声后 止动 即可读数 3 螺旋测微器应估读一位 即以mm作单位 应读到小数点后面第三位 知识建构 技能建构 2 测定金属的电阻率 4 为防止读出的数据出现差错 可在读数前估计大概读数值 若发现最后读数与开始估计数值相差较大 立即检查出错原因 如半毫米刻线是否露出 1 为了方便 测量直径应在导线连入电路前进行 为了准确测量金属丝的长度 应该在连入电路之后在拉直的情况下进行 知识建构 技能建构 3 开关s闭合前 滑动变阻器的阻值要调至最大 2 本实验中被测金属丝的电阻值较小 故须采用电流表外接法 4 电流不宜太大 电流表用0 0 6a量程 通电时间不宜太长 以免金属丝温度升高 导致电阻率在实验过程中变大 知识建构 技能建构 5 实验连线时 应先从电源的正极出发 依次将电源 开关 电流表 待测金属丝 滑动变阻器连成干路 然后再把电压表并联在待测金属丝的两端 八 实验改进 在本实验中 由于电表内电阻的影响 从而使金属导线电阻测量值偏小 可以改进实验电路 消除由于电表内阻的影响而带来的实验差 知识建构 技能建构 1 等效替换法 连接电路如图甲所示 r为电阻箱 rx为待测电阻 通过调节电阻箱r 使单刀双掷开关s分别接1和2时 若电流表中的电流示数相同 就表明rx r 即可测出rx 知识建构 技能建构 2 附加电阻法 连接电路如图乙所示 r1为一阻值较大的固定电阻 rx为待测电阻 1 s2断开 闭合s1调节变阻器r 使电流表 电压表都有一个适当读数 记下两表读数i1 u1 2 保持变阻器r不变 再闭合s2 记下两表的读数i2 u2 3 待测电阻rx 知识建构 技能建构 一 仪器的选取和实物图的连接 知识建构 技能建构 例1在 测定金属丝电阻率 实验中 若粗测金属丝的电阻rx约为3 为尽可能减小误差 要求金属丝发热功率p 0 75w 知识建构 技能建构 1 下述器材中应选用的是 用字母代替 a 6v电池组 b 电流表 0 0 6a 内阻0 5 c 电流表 0 3a 内阻0 01 d 电压表 0 3v 内阻1k e 电压表 0 15v 内阻5k f 滑动变阻器 0 100 额定电流1a g 滑动变阻器 0 20 额定电流1a 知识建构 技能建构 2 实验中用螺旋测微器测量导线直径时 可估读到mm 用毫米刻度尺测量导线长度时 可估读到mm 3 在框内画出电路图 知识建构 技能建构 4 在图甲中 将各器材连成实验电路 甲 知识建构 技能建构 名师点金 本题考查实验仪器的选择 螺旋测微器的读数 实验原理和实物图的连接及作图能力 使用刻度尺与螺旋测微器等测量时 要首先确定仪器的精度 确定是否估读 电学