（新课标卷）河北省2013年高考物理二轮专题复习 恒定电流教案

1 河北河北 20132013 年高考二轮专题复习教案年高考二轮专题复习教案 恒定电流恒定电流 一 基本概念 1 电流 电流的定义式 适用于任何电荷的定向移动形成的电流 t q I 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 不能到处套用 2 电阻定律 导体的电阻R跟它的长度l成正比 跟它的横截面积S成反比 s l R 是反映材料导电性能的物理量 叫材料的电阻率 单位是 m 纯金属的电阻率小 合金的电阻率大 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 铂较明显 可用于电阻温度计 锰铜 镍铜的电 阻率几乎不随温度而变 可用于标准电阻 半导体的电阻率一般随温度的升高而减小 有些物质当温度接近 0 K 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 材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度 TC 现在科学家们正努力做到室温超导 3 半导体 有些材料 它们的导电性能介于导体和绝缘体之间 而且电阻随温度的升高而减小 这 种材料称为半导体 有的半导体 在温度升高时电阻减小得非常迅速 利用这种材料可以制成体积很小的 热敏电阻 它能将温度变化转化为电信号 测量这种电信号 就可以知道温度变化的情况 有的半导体 在光照下电阻大大减小 利用这种半导体材料可以作成体积很小的光敏 电阻 光敏电阻可以起到开关的作用 在需要对光照有灵敏反应的自动控制设备中有广泛应 用 在纯净的半导体中掺入微量的杂质 会使半导体的导电性能大大增强 4 欧姆定律 适用于金属导体和电解质溶液 不适用于气体和半导体导电 R U I 电阻的伏安特性曲线 注意I U曲线和U I曲线的区别 当考虑 到电阻率随温度的变化时 电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线 例 1 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 解 通过灯丝的电流越大 温度越高 温度达到一定值时 灯丝发出可见光 这时灯丝温度 有几千度 考虑到灯丝的电阻率随温度的变化 U越大I U曲线上对应点与原点连线的斜率越小 O U O U O U O U I I I I 1 2 1 2 R1R2 O O U I I U 2 选 A 5 电功和电热 电功就是电场力做的功 因此W UIt 由焦耳定律 电热Q I2Rt 电流通过金属导体时 自由电子在加速运动过程中频繁与正离子相碰 使离子的热运动加剧 而电子速率减小 可 以认为自由电子只以某一速率定向移动 电能没有转化为电子的动能 只转化为内能 对纯电阻而言 电功率等于热功率 W Q UIt I 2R t 因此t R U 2 R U RIIU 2 2 对非纯电阻电路 如电动机和电解槽 由于电能除了转化为电热以外还同时转化为 机械能或化学能等其它能 所以电功必然大于电热 W Q 这时电功只能用W UIt计算 电 热只能用Q I 2Rt计算 两式不能通用 电功率和热功率的关系也变为P电 P热 P其 例 2 某电动机 当电压U1 10V 时带不动负载 因此不转动 这时电流为I1 2A 当电 压为U2 36V 时能带动负载正常运转 这时电流为I2 1A 不考虑电动机线圈的电阻随温度的 改变 求这时电动机的机械功率是多大 解 电动机不转时可视为为纯电阻 由欧姆定律得 这个电阻可认为是 5 1 1 I U R 不变的 电动机正常转动时 输入的电功率为P电 U2I2 36W 内部消耗的热功率P热 5W 所以机械功率P 31WRI 2 2 由这道例题可知 电动机在启动时电流较大 容易被烧坏 正常运转时电流反而较小 二 串并联电路与混联电路 1 应用欧姆定律须注意对应性 选定研究对象电阻R后 I必须是通过这只电阻R的电流 U必须是这只电阻R两端的 电压 该公式只能直接用于纯电阻电路 不能直接用于含有电动机 电解槽等用电器的电路 2 公式选取的灵活性 计算电流 除了用外 还经常用并联电路总电流和分电流的关系 I I1 I2 R U I 计算电压 除了用U IR外 还经常用串联电路总电压和分电压的关系 U U1 U2 计算电功率 无论串联 并联还是混联 总功率都等于各电阻功率之和 P P1 P2 以上关系式I I1 I2 U U1 U2和P P1 P2既可用于纯电阻电路 也可用于非纯电阻电路 既可以用于恒定电流 也可以用于交变电流 例 3 已知如图 两只灯泡L1 L2分别标有 110V 60W 和 110V 100W 另外有一 只滑动变阻器R 将它们连接后接入 220V 的电路中 要求两灯泡都正常发光 并使整个电路 消耗的总功率最小 应使用下面哪个电路 A B C D 解 只有 B D 两图中的两灯泡都能正常发光 电路特点是左 右两部分的电流 电压 都相同 因此消耗的电功率一定相等 可以直接看出 B 图总功率为 200W D 图总功率为 320W 所以选 B 也可以看总电路 路端电压都是 220V B 图总电流是L2的额定电流 而 D 图总电流是L1 L2的额定电流之和 因此选 B 3 分析复杂电路可利用用等势点法 L1 L2 L1 L2 L1 L2 L1 R R R L2 R 3 凡用导线直接连接的各点为等势点 电流为零的电阻两端是等势点 在外电路 沿着电流方向电势降低 凡接在同两个等势点上的电器为并联关系 不加声明的情况下 不考虑电表对电路的影响 RA 0 RV 例 4 一个T型电路如图所示 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cd端断路时 ab之间的等效电阻是 40 B 当ab端短路时 cd之间的等效电阻是 120 C 当ab两端接通测试电源时 cd两端的电压为 80V D 当cd两端接通测试电源时 ab两端的电压为 80V 解 cd端断路时 ab之间的等效电阻是 50 ab端短路时 cd之间的等效电阻是 128 ab两端接通测试电源时 cd两端的电压等于R3两端电压为 80V cd两端接通测试电 源时 ab两端的电压等于R3两端电压 为 25V 选 C 4 含电容器电路的计算 电容器与跟它并联的用电器两端的电压相等 在计算出电容器的带电量后 必须同时判定两板的极性 并标在图上 在充放电时 电容器两根引线上的电流方向总是相同的 最好根据正极板电荷变化情 况来判断电流方向 如果变化前后极板带电的电性相同 那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器 电荷量的差 如果变化前后极板带电的电性改变 那么通过每根引线的电荷量等于始末状态 电容器电荷量之和 例 5 已知如图 电源内阻不计 为使电容器的带电量增大 可采 取以下那些方法 A 增大R1 B 增大R2 C 增大R3 D 减小R3 解 由于稳定后电容器相当于断路 因此R3上无电流 电路中的等 势点如图中A B D所示 电容器相当于和R2并联 只有增大R2或减小 R1才能增大电容器C两端的电压 从而增大其带电量 改变R3不能改变电容器的带电量 因 此选 B 例 6 已知如图 R1 30 R2 15 R3 20 AB间电压U 6V A端为正C 2 F 为使 电容器带电量达到Q 2 10 6C 应将R4的阻值调节到多大 解 由于R1 和R2串联分压 可知R1两端电压一定为 4V 由电容器的电 容知 为使C的带电量为 2 10 6C 其两端电压必须为 1V 所以R3的电压可 以为 3V 或 5V 因此R4应调节到 20 或 4 两次电容器上极板分别带负电 和正电 可以得出推论 当R4由 20 逐渐减小的到 4 的全过程中 通过图中P点的电荷量应 该是 4 10 6C 电流方向为向下 三 闭合电路欧姆定律 电源不接用电器时 即外电路断开时 电源两端的电压是由电源本身的性质决定的 为 了表征电源的这种特性 引入了电动势的概念 电源的电动势等于电源没有接入电路时两极 间的电压 电源接入电路后形成闭合电路 其中电源外部的电路叫做外电路 电源内部的电路叫做 内电路 外电路的电阻称为外电阻 内电路的电阻称为内阻 1 主要物理量 研究闭合电路 主要物理量有E r R I U 前两个是常量 后三个是变量 R1R2 R3 b a d c R1 R3 R2 E C ABB D DD A U B R3 R4 R1 R2 C P 4 闭合电路欧姆定律的最常用的表达形式有 I R间关系 U E Ir U I间关系 rR E I 从以上两式看出 当外电路断开时 I 0 路端电压等于电动势 这时若用 电压表去测量时 读数却略小于电动势 有微弱电流 当外电路短路时 R 0 因而U 0 电流最大 为Im E r 一般不允许出现这种情况 电流太大 很容易把电源烧坏 2 电源的功率和效率 功率 电源的功率 电源的总功率 PE EI 电源的输出功率P出 UI 电源内部消耗的功率Pr I 2r 电源的效率 最后一个等号只适用于纯电阻电路 rR R E U P P E 电源的输出功率 电源输出功率随外 r E r E rR Rr rR RE P 44 4 22 22 2 电阻变化的图线如图所示 而当内外电阻相等时 电源的输出功率最大 为 r E Pm 4 2 例 7 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 解 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 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 3 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 rR E I 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 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 变化电阻本身和总电路变化规 律相同 和变化电阻有串联关系 通过变化电阻的电流也通过该电阻 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 通过变化电阻的电 流不通过该电阻 看电压 即路端电压增大时 该电阻的电流 电压都增大 例 8 如图 电源内阻不可忽略 已知定值电阻R1 10 R2 8 当电键S接 位置 1 时 电流表的示数为 0 20A 那么当电键S接位置 2 时 电流表的示数可能是 下列的哪些值 A 0 28A B 0 25A C 0 22A D 0 19A 解 电键接 2 后 电路的总电阻减小 总电流一定增大 所以不可能是 0 19A 电源的路端电压一定减小 原来路端电压为 2V 所以电键接 2 后路端电压低于 2V 因此电流一定小于 0 25A 所以只能选 C 注意隐含条件 电压也降低了 凡变化电路 必须同时考虑R I U三者的变化 例 9 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 O R P出 Pm r I R E r R2 R1 Er R1 R2 R3 R4 Er 2 A R1 R2 1 S V2 V1 L1L2 L3 P 5 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变亮 L1 L2变暗 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 与电阻蝉联串联的灯泡L1 L2电流增大 变亮 与电阻并联的灯泡L3电压降低 变 暗 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 D 4 闭合电路的U I图象 右图中a为电源的U I图象 b为外电阻的U I图象 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 输出功率 a的斜率的绝对值表示内阻大小 b的斜率的绝对值表示外电阻的大 小 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 例 10 如图电路中R1 R2 100 是阻值不随温度而变的定值电阻 白炽灯 泡L的伏安特性曲线如右边I U图线所示 电源电动势 E 100V 内阻不计 求 当电键K断开时灯 泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实 际电功率 当电键闭合时 灯泡两端的电压 和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率 解 设K断开时灯泡两端的电压和通过 灯泡的电流分别为U1 I1 U1 E IR1 即 U1 100 100I1 作出图线如图中 所示 该直 线与灯泡的I U图线交点坐标M的物理意义就是当时的实际电 压电流 因此有U1 40V I1 0 60A W1 24W 设K闭合时灯泡两端的电压和通过灯泡的电流分别为U2 I2 则U2 E I2 U2 R2 R1 即U2 50 50I2 作出图线如图中 所示 该直线与灯泡的I U图线交点N坐标的物理意 义就是当时的实际电压电流 因此有U2 27V I2 0 46A W1 12W 5 滑动变阻器的两种特殊接法 在电路图中 滑动变阻器有两种接法要特别引起重视 右图电路中 当滑动变阻器的滑动触头P从a端滑向b端的过程中 总 电阻先增大后减小 到达中点位置时外电阻最大 总电流最小 所以电流表 A 的示数先减小后增大 还可以证明 A1的示数一直减小 而 A2的示数一直增大 右图电路中 设路端电压U不变 当滑动变阻器的滑动触头P从a端滑 向b端的过程中 总电阻逐渐减小 总电流I逐渐增大 Rx两端的电压逐渐增 大 通过Rx的电流Ix也逐渐增大 这就是分压电路的工作原理 例 11 如图所示 电路中ab是一段长 10 cm 电阻为 100 的均匀电阻丝 两只定值电阻的阻值分别为R1 80 和R2 20 当滑动触头P从a端缓慢向b 端移动的全过程中灯泡始终发光 则当移动距离为 cm 时灯泡最亮 移动距离 为 cm 时灯泡最暗 解 当P移到右端时 外电路总电阻最小 灯最亮 这时aP长 10cm 当aP 间电阻为 20 时 外电路总电阻最大 灯最暗 这时aP长 2cm 0 80 0 60 0 40 0 20 U V 20 40 60 80 100 I A O M N O I I0 Im b a U0 M I0 U0 E U N R2 R1