高三恒定电流复习课件全章.ppt

第十章电流 要点1 电流 P169 电流的定义式 适用于任何电荷的定向移动形成的电流 对于金属导体有I nqvS n为单位体积内的自由电子个数 S为导线的横截面积 v为自由电子的定向移动速率 约10 5m s 远小于电子热运动的平均速率105m s 更小于电场的传播速率3 108m s 这个公式只适用于金属导体 电源和导体中的堆积电荷在导体内产生的电场 恒定电场 方向与导线平行 下列电流 时间图象中属于直流电的是 AB 来自质子源的质子 初速度为零 经一加速电压为800kV的直线加速器加速 形成电流强度为1mA的细柱形质子流 已知质子电荷e 1 60 10 19C 这束质子流每秒打到靶上的质子数为 假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的 在质子束中与质子源相距L和4L的两处 各取一段极短的相等长度的质子流 其中的质子数分别为n1和n2 则n1 n2 由于各处电流相同 设这段长度为l 其中的质子数为n个 1 是反映材料导电性能的物理量 叫材料的电阻率 2 纯金属的电阻率小 合金的电阻率大 3 材料的电阻率与温度有关系 金属的电阻率随温度的升高而增大 半导体的电阻率随温度的升高而减小 有些物质当温度接近0K时 电阻率突然减小到零 这种现象叫超导现象 能够发生超导现象的物体叫超导体 要点2 电阻定律 P170 导体的电阻R跟长度l成正比 跟横截面积S成反比 注意 公式R U I是电阻的定义式 而R L S是电阻的决定式 R与U成正比或R与I成反比的说法是错误的 导体的电阻大小由长度 截面积及材料决定 一旦导体给定 即使它两端的电压U 0 它的电阻仍然存在 适用于金属导体和电解液 不适用于气体导电 要点3 部分电路欧姆定律 P170 电阻的伏安特性曲线 注意I U曲线和U I曲线的区别 实验室用的小灯泡灯丝的I U特性曲线可用以下哪个图象来表示 A B C D I o U I I I o o o U U U 下图所列的4个图象中 最能正确地表示家庭常用的白炽电灯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以下哪个图象 A C 一根粗细均匀的导线 两端加上电压U时 通过导线中的电流强度为I 导线中自由电子定向移动的平均速度为v 若导线均匀拉长 使其半径变为原来的 再给它两端加上电压U 则 C 自由电子定向移动的平均速率为 B 通过导线的电流为 D 自由电子定向移动的平均速率为 A 通过导线的电流为 BC 对于金属导体有I nqvS 一 电动势 1 电源两端的电压由电源本身的性质决定 同种电源两极间电压相同 不同种电源两极间电压不同 为了表征电源的这种特性 引入电动势的概念 电动势用符号E表示 单位是伏特 V 电动势的数值电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压 电动势等于电源的开路电压 要点4 闭合电路欧姆定律 P171 3 从能量角度理解电动势的物理意义 1 电源的电动势在数值上等于电路中移动单位电荷时 电源提供的电能 2 电动势的物理意义 电动势是描述电源把其他形式的能量转化为电能本领大小的物理量 有外电路时 电源的电动势等于内 外电压之和 要点4 闭合电路欧姆定律 P171 要点4 闭合电路欧姆定律 P171 表达形式 I R间关系 U R间关系 U I间关系 闭合电路欧姆定律 在横轴上的截距表示电源的短路电流 图象斜率的绝对值表示电源的内阻 内阻越大 图线倾斜得越厉害 在纵轴上的截距表示电源的电动势E 图象的物理意义 电源的伏安特性曲线 路端电压U随电流I变化的图象 E I短 r 要点4 闭合电路欧姆定律 P171 变化电路的讨论 闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化 就会影响整个电路 使总电路和每一部分的电流 电压都发生变化 讨论依据是 闭合电路欧姆定律 部分电路欧姆定律 串联电路的电压关系 并联电路的电流关系 以右图电路为例 设R1增大 总电阻一定增大 由 I一定减小 由U E Ir U一定增大 因此U4 I4一定增大 由I3 I I4 I3 U3一定减小 由U2 U U3 U2 I2一定增大 由I1 I3 I2 I1一定减小 例1 在图3的电路中 当滑动变阻器的滑动头向下滑动时 A B两灯亮度的变化情况为 B A A灯和B灯都变亮B A灯 B灯都变暗C A灯变亮 B灯变暗D A灯变暗 B灯变亮 解 R减小 R总减小 I增大 U减小 PA U2 RA减小 A灯变暗 IA U RA减小 I1 I IA增大 U1 I1R1增大 UB U U1减小 PB UB2 RB减小 B灯变暗 例2 如图所示 电源电动势为E 内电阻为r 当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时 发现电压表V1 V2示数变化的绝对值分别为 U1和 U2 下列说法中正确的是A 小灯泡L1 L3变暗 L2变亮B 小灯泡L3变暗 L1 L2变亮C U1 U2 解 滑动变阻器的触片P从右端滑到左端 总电阻减小 总电流增大 路端电压减小 与电源串联的灯泡L2电流增大 变亮 与电阻并联的灯泡L3电压降低 变暗 与电阻串联的L1通过电流增大 变亮 U1减小 U2增大 而路端电压U U1 U2减小 所以U1的变化量大于U2的变化量 选BD 例3 如图所示电路 当滑动变阻器的滑片P向上移动时 判断电路中的电压表 电流表的示数如何变化 解 首先弄清电路结构和各电压表所测电压的含义 当P向上移动时 电路的总电阻减小 总电流增大 路端电压 即V1示数 减小 通过R1的电流增大 R1两端电压增大 R2两端电压 即V2示数 减小 总结规律如下 总电路上R增大时总电流I减小 路端电压U增大 变化电阻本身的电阻 电流 电压和总电路的电阻 电流 电压变化规律相同 和变化电阻有串联关系的 看电流 即总电流减小时 该电阻的电流 电压都减小 和变化电阻有并联关系的 看电压 即路端电压增大时 该电阻的电流 电压都增大 要点5 电功和电热的计算 P171 1 电功 1 概念 2 公式 3 国际单位 焦耳 J 常用单位 KWh 也叫 度 1度 焦 电路中电场力做的功 也称为电流做的功 叫电功 W UIt 在纯电阻电路中还可写成W I2Rt 3 6 106 纯电阻电路 U IR 电功和电功率 2 电功率 1 定义 电流所做的功跟完成这些功所用的时间的比值叫着电功率 2 公式 P W t UI 在纯电阻电路中还可写成 P I2R U2 R 3 国际单位 瓦特 w 常用单位 千瓦 kw 4 额定功率P额 用电器正常工作时的功率 实际功率可以小于额定功率 但不能长时间超过额定功率 对纯电阻电路还有 P额 I2额R U2额 R U 3 焦耳定律 1 内容 电流通过导体产生的热量跟电流的平方I2 导体的电阻R和通过的时间t成正比 2 公式 Q I2Rt注意 焦耳定律是电流热效应的实验规律 凡是要计算电热 都应首选Q I2Rt 3 电功和电热的关系 a 在纯电阻电路中 电能通过电流做功全部转化为内能 电热 即 W UIt I2Rt U2t R b 在非纯电阻电路中 电能通过电流做功W一部分在电阻上转化为Q 另一部分转化为其它形式的能E 即W Q E Q 非纯电阻电路 电动机 P172例题7如图所示 已知电源电动势 20V 内阻r 1 当接入固定电阻R 4 时 电路中标有 3v4 5w 的灯泡L和内阻r 0 5 的小型直流电动机恰能正常工作 求 1 电路中的电流强度 2 电动机的额定工作电压 解析 1 串联电路中灯L正常发光 电动机正常工作 所以电路中电流强度为灯L的额定电流 灯L正常工作时的电阻灯L的额定电流为电路中电流强度I 1 5A 2 电路中的电动机是非纯电阻电路 根据能量守恒 电路中 UR UL Ur UmUm UR UL Ur I R RL r 20 1 5 2 4 1 V 9 5V Um Ir 吗 P172例题7如图所示 已知电源电动势 20V 内阻r 1 当接入固定电阻R 4 时 电路中标有 3v4 5w 的灯泡L和内阻r 0 5 的小型直流电动机恰能正常工作 求 1 电路中的电流强度1 5A 2 电动机的额定工作电压9 5v 3 电动机消耗的电功率多大 电动机内阻发热的功率多大 解析 电动机消耗的电功率Pm UmIm 9 5 1 5w 14 25w 电动机内阻发热功率PQ I2r 1 52 0 5w 1 125w P172 6 某一用直流电动机提升重物的装置 如上右图所示 重物的质量m 50千克 电源的电动势 110伏特 不计电源内阻及各处的摩擦 当电动机以v 0 90米 秒的恒定速度向上提升重物时 电路中的电流强度I 5A 由此可见电动机线圈的电阻等于多少 g 10m s2 解 由能量守恒定律 P电 P机 PR I mgv I2R 4 要点6电源的功率输出功率及效率 P172 1 电源功率 电源的输出功率P出 U外I 电源内部消耗的功率Pr I2r 电源的总功率P总 EI 电源的输出功率 对纯电阻电路 可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示 2 电源的效率 最后二个等号只适用于纯电阻电路 P172 例题8 已知如图 E 6V r 4 R1 2 R2的变化范围是0 10 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 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 R2 2 时 外电阻等于内电阻 电源输出功率最大为2 25W R1是定值电阻 电流越大功率越大 所以R2 0时R1上消耗的功率最大为2W 3 电源输出功率与U I图象的关系 当两个斜率相等时 即内 外电阻相等时 图中矩形面积最大 即输出功率最大 可以看出当时路端电压是电动势的一半 电流是最大电流的一半 右图中a为电源的U I图象 b为外电阻的U I图象 a的斜率的绝对值表示电源内阻大小 a与纵轴的交点坐标表示电源的电动势 b的斜率的绝对值表示外电阻的大小 两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压 该点和原点之间的矩形的面积表示电源的输出功率 例 如图所示直线A为电源的U I图线 直线B为电阻的U I图线 用该电源和该电阻组成闭合电路 则电源的输出功率和电源的效率分别是 A 4W 33 B 2W 33 3 C 2W 67 D 4W 67 解 由图线可知R 1 E 3Vr 0 5 虚线和坐标轴所包围的面积等于输出功率 P出 4W P总 EI 6W P出 P总 4 6 67 D 练习 P173 8 如图所示 图线a是某一蓄电池组的伏安特性曲线 图线b是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线 若已知该蓄电池组的内阻为2 0 则这只定值电阻的阻值为 现有4只这种规格的定值电阻 可任意选取其中的若干只进行组合 作为该蓄电池组的外电路 则所组成的这些外电路中 输出功率最大时是 W 6 50 4 电源的几种功率与输出电流的关系 练习 P173 9 如图所示 直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I变化的图线 抛物线OBC为同一直流电源内部热功率Pr随电流I变化的图线 若A B的横坐标为2A 那么AB线段表示的功率及I 2A时对应的电阻为 A 2W 0 5 B 4W 2 C 2W 1 D 6W 2 P173 9 如图所示 直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I变化的图线 抛物线OBC为同一直流电源内部热功率Pr随电流I变化的图线 若A B的横坐标为2A 那么AB线段表示的功率及I 2A时对应的电阻为 A 2W 0 5 B 4W 2 C 2W 1 D 6W 2 解 由图象知 当I 3A时P总 Pr 9W 由P IE得 E 3V 由P I2r得 r 1 当I 2A时 电源的总功率P 总 IE 6W Pr I2r 4W 电源的输出功率P出 P 总 Pr 2WR P出 I2 0 5 练习2 辩析改错 如图所示电源电动势E 10V 内阻r 0 5 电动机的电阻R0 1 0 定值电阻R 1 5 电动机正常工作时电压表的示数为3 0V 求电源释放的电功率为多少 电动机消耗的电功率为多少 某同学求解如下 整个回路的电流是 经检查 数值计算无误 该同学求解过程是否有不当之处 若有请予以改正 电动机消耗功率 电源释放的电功率 P EI 10 3 33 33 3W P I2R0 3 332 10 11 1W 电动机 答 此解法不当 整个回路的电流是 电源释放的电功率 电动机消耗功率 已知 E 10V r 0 5 R电动机 1 0 R 1 5 UV 3 0V 或 U电动机 E I R r 10 2 1 5 0 5 V 6VP电动机 UI 6 2W 12W 电动机 练习3 汽车电动机