高考物理总复习课件人教版高中物理选修三《恒定电流电流电阻电功电功率》专题讲解ppt课件

1 通过对欧姆定律 闭合电路的欧姆定律 焦耳定律和电阻定律学习和分析 培养学生应用定律分析和处理问题的能力 2 通过对电压 电流 电阻 电功和电功率等概念的学习 培养学生理解知识的能力 3 通过对欧姆定律中的伏安特性曲线和闭合电路的欧姆定律中U I图象的学习和分析 培养学生结合公式法和图象法解决问题的能力 4 通过对电阻定律的演示 电流表和电压表的改装 电动势和内电阻的测定 测定金属的电阻率等实验的研究和分析 培养学生分析问题和解决问题的能力以及动手能力 实验能力 以及获取知识 发展思维的能力 1 电路的设计和探究必将是此部分知识命题的重点 因此在复习时要注重实验的基本原理和研究方法 还要注重实验的创新思维 能根据要求设计实验电路和应用所学知识解决实际问题 2 本部分知识的核心内容是欧姆定律 重点是电路的分析和计算 难点是电路的设计和实际问题的解决 第一单元电流 电阻 电功 电功率 1 电流 电荷的移动形成电流 人为规定的定向移动方向为电流的方向 2 电流的形成条件 1 要有能的电荷 2 导体两端必须存在 定向 正电荷 自由移动 电压 3 电流强度 通过导体横截面的跟通过这些电荷量所用的时间t的比值叫电流强度 简称电流 即I 电荷量q 1 电阻 1 定义 导体两端的电压与通过导体中的电流的 2 定义式 单位 国际符号 3 物理意义 导体的电阻反映了大小 R越大 阻碍作用越强 比值 欧姆 导体对电流的阻碍作用 4 半导体和超导 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 导体和绝缘体 热敏特性 光敏特性 电阻减小为零 超导态 2 电阻定律 1 内容公式 导体的电阻R跟它的成正比 跟它的成反比 还跟导体的有关 R 长度l 横截面积S 材料 2 电阻率 计算公式 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 由导体的决定且与有关 物理意义 反映了材料对的阻碍作用 在数值上等于用这种材料制成的长 截面积为的导线的电阻值 材料 温度 电流 1m 1m2 3 与温度的关系 有的随温度的升高而增大 如材料 有的随温度的升高而减小 如材料 有的几乎不受温度的影响 如锰铜合金 镍铜合金 金属 半导体 1 内容 导体中的电流跟导体两端的成正比 跟导体的成反比 2 表达式 I 3 适用范围 1 导电和导电 对气体导电不适用 2 电路 不含电动机 电解槽等的电路 电压 电阻 金属 电解液 纯电阻 4 导体的伏安特性曲线 1 I U图线以为纵轴 为横轴画出导体上的电流随电压的变化曲线 如图1所示 电流 电压 图1 伏安特性曲线为直线的元件叫做元件 伏安特性曲线不是直线的元件叫做元件 如气体 半导体二极管等 线性 非线性 1 电功 1 电功 电流在一段电路上所做的功 等于这段电路两端的电压U 电路中的电流I和通电时间t三者的乘积 即W 2 电流做功的实质 电能为其他形式能的过程 UIt 转化 2 电热 1 定义 电流流过一段导体时产生的热量 2 计算式 Q 焦耳定律 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 I2Rt 3 电功率 1 定义 电流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段电路两端的电压的乘积 2 计算式 P UI 3 额定功率和实际功率额定电压 额定功率是用电器的重要参数 分别表示用电器正常工作电压和在正常电压下用电器的功率 例 220V 40W 的白炽灯 1 电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量 电阻大的导体对电流的阻碍作用大 电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量 电阻率小的材料导电性能好 2 导体的电阻大 导体材料的导电性能不一定差 导体的电阻率小 电阻不一定小 即电阻率小的导体对电流的阻碍作用不一定小 3 导体的电阻 电阻率均与温度有关 1 适用范围 适用于金属 电解液等纯电阻导电 对于气体导电 含有电动机 电风扇等非纯电阻导电则不适用 2 注意欧姆定律的 二同 1 同体性 指I U R三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体 2 同时性 指U和I必须是导体上同一时刻的电压和电流 特别提醒 在应用欧姆定律之前 首先要判断电路中的元件是否为纯电阻 如整个电路中既有纯电阻又有非纯电阻 则只有纯电阻才适用欧姆定律 1 电流的微观表达式 1 已知条件 如图2所示 粗细均匀的一段导体长为l 横截面积为S 导体单位体积内的自由电荷数为n 每个自由电荷的电荷量为q 当导体两端加上一定的电压时 导体中的自由电荷沿导体定向移动的速度为v 图2 2 三种速率的区分I nqSv中的v是电荷的定向移动速率 不同于电流的传导速率和电荷无规则热运动的速率 它们之间的区别如下 1 电流的定向移动速率是自由电荷沿某一方向运动的运动速率 金属导体中约为10 5m s 2 电流的传导速率是电场的传播速率 等于光速 大小为3 108m s 3 自由电荷无规则热运动的速率约为105m s 1 电功与电热 1 在纯电阻电路 如白炽灯 电炉 电饭锅 电烙铁 电热毯 电熨斗及转子被卡住的电动机等 中 电功等于电热 即W Q Pt UIt I2Rt 2 在非纯电阻电路 含有电动机 电解槽 给蓄电池充电及白光灯等 中消耗的电能除转化成内能外 还有一部分转化成机械能 如电动机 或化学能 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 因为欧姆定律不再成立 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 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 例1 两根完全相同的金属裸导线A和B 如果把导线A均匀拉长到原来的2倍 电阻为RA 导线B对折后合起来 电阻为RB 然后分别加上相同的电压 求 1 它们的电阻之比 2 相同时间内通过导线横截面的电荷量之比 1 某导体形状改变后 由于质量不变 则总体积不变 电阻率不变 当长度l和面积S变化时 应用V Sl来确定S l在形变前后的关系 分别用电阻定律即可求出l S变化前后的电阻关系 变式1 一根电阻丝通过2C的电荷量所消耗的电能是8J 若将电阻丝拉长为原来的2倍后 使其在相同的时间内通过4C的电荷量 求电阻丝所加的电压及相同时间内消耗的电能 答案 32V128J 例2 一台电风扇 内阻为20 接上220V电压后 消耗功率66W 求 1 电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少 2 电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少 转化为内能的功率是多少 电动机的效率是多少 3 如果接上电源后 电风扇的风叶被卡住 不能转动 这时通过电动机的电流 以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少 解析 电风扇是非纯电阻电路 关键是把握住能量守恒定律及电风扇不转时可视为纯电阻电路 1 因为P入 IU 2 电风扇正常工作时转化为机械能的功率P机 P入 P内 66W 1 8W 64 2W电风扇正常工作时转化为内能的功率P内 I2R 0 32 20W 1 8W电风扇正常工作时的效率 3 电风扇风叶被卡住后通过电风扇的电流电动机消耗的电功率P IU 11 220W 2420W电动机发热功率P内 I2R 112 20W 2420W答案 1 0 3A 2 64 2W1 8W97 3 3 11A2420W2420W 高分通道解决电功 电热这类问题的基本思路 1 首先判断电路是纯电阻电路 还是非纯电阻电路 2 若是非纯电阻电路 关键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 3 在非纯电阻电路里 要注意区别电功和电热 搞清楚电路中能的转化关系 电热Q I2Rt 电动机消耗的电能W IUt 对电动机来说 输入的功率R入 IU 发热的功率P热 I2R 输出的功率 即机械功率P机 P入 P热 UI I2R 变式2 有一直流电动机 把它接入0 2V电压的电路中 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 故又在该电阻上产生内能 输入的电功率P电 P热 P机 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 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 则电能全部转化为内能 故其发热功率 P热 W 8W答案 1 5W8W 例3 2010年烟台模拟 下面列出不同品牌的电视机 电风扇 空调机和电冰箱铭牌上的主要项目 根据铭牌上提供的信息 试判断下列说法正确的是 A 正常工作时电风扇中流过的电流最小B 正常工作时电风扇消耗的电功率最小C 在24小时内正常使用的电冰箱比连续运转的电风扇耗电多D 在24小时内正常使用的电冰箱比连续运转的电风扇耗电少 解析 本题属于信息题 首先要正确找出正常工作时的功率即额定功率 然后利用W Pt比较24小时内电冰箱和电风扇的耗电量 由P UI得空调机的额定功率P空 1364W 所以正常工作时电风扇消耗的电功率最小 电流也最小 故A B均对 由于在24小时内电冰箱的耗电量W 0 8kW h 而电风扇的耗电量W pt 65 24W h 1 55kW h 所以C错 D对 答案 ABD 高分通道 1 用电器正常工作的条件 用电器两端的实际电压等于其额定电压 用电器中的实际电流等于其额定电流 用电器的实际功率等于其额定功率 由于以上三个条件中的任何一个得到满足时 其余两个条件必同时满足 因此它们是用电器正常工作的等效条件 灵活选用等效条件 往往能够简化解题过程 2 用电器接入电路时的规定 纯电阻用电器接入电路中 若无特别说明 应认为其电阻不变 用电器的实际功率超过额定功率时 认为它将被烧毁 不考虑其安全事故 没有注明额定值的用电器 如用于限流的变阻器等 接入电路时 认为其工作的物理量均小于其额定值 能安全使用 变式3 如下图所示 额定电压都是110V 额定功率分别为PA 100W PB 40W的两灯泡 接在220V电路上使用 使电灯能够正常发光 且电路中消耗电能最小的电路是哪一个 解析 根据按题目已知PA PB 则RA RB 对于A B电路 B的电压大于A的电压 B灯将烧毁 两灯不能正常发光 故本题A B均错 C电路中通过变阻器调节 可使左右两部分电阻相等 即均在110V额定电压下工作而正常发光 P总 2PA 200W D电路中若通过变阻器调节 左右两部分电阻也可能相等 保证A B两灯均在110V下工作而正常发光 易知P总 2 PA PB 280W 故选C 答案 C 1 关于导体的电阻 下列说法正确的是 A 导体的电阻仅由导体两端的电压决定B 导体的电阻在一定温度下仅由长度和横截面积决定C 导体的电阻在一定温度下由导体的长度 粗细及材料决定D 导体的电阻与导体所通电流的大小有关 解析 导体的电阻由材料的电阻率 长度 横截面积决定 与电压 电流无关 因此A B D错误 C正确 答案 C 2 如图3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 图3 答案 D 3 2009年天津卷 为探究小灯泡L的伏安特性 连好图4的电路后闭合开关 通过移动变阻器的滑片 使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大 直到小灯泡正常发光 由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U I图象应是下图中的 图4 解析 小灯泡中的电流逐渐增大时其温度升高 导致电阻R增大 只有C选项对 答案 C 4 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 使它的横截面的半径变为原来的 再给它两端加上电压U 则 答案 BC 5 如图5所示的电路中 输入电压U恒为12V 灯泡L上标有 6V 12W 字样 电动机线圈的电阻RM 0 50 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12WB 电动机的输出功率为12WC 电动机的热功率为2 0WD 整个电路消耗的电功率为22W 图5 答案 AC 6 如图6所示 为电动机提升重物的装置 电动机线圈电阻为r 1 电动机两端电压为5V 电路中的电流为1A 物