2013高考物理练兵题6

用心 爱心 专心 1 恒定电流恒定电流 考纲要求考纲要求 1 电流 欧姆定律 电阻和电阻定律 2 电阻率与温度的关系 3 半导体及其应用 超导及其应用 4 电阻的串 并联 串联电路的分压作用 并联电路的分流作用 5 电功和电功率 串联 并联电路的功率分配 6 电源的电动势和内电阻 闭合电路的欧姆定律 路端电压 7 电流 电压和电阻的测量 电流表 电压表和多用电表的使用 伏安法测电阻 知识网络 知识网络 单元切块 单元切块 按照考纲的要求 本章内容可以分成三部分 即 基本概念和定律 串并联电路 电表 的改装 闭合电路欧姆定律 其中重点是对基本概念和定律的理解 熟练运用欧姆定律和其 他知识分析解决电路问题 难点是电路的分析和计算 1 1 基本概念和定律基本概念和定律 教学目标 教学目标 1 掌握电流 电阻 电功 电热 电功率等基本概念 2 掌握部分电路欧姆定律 电阻定律 3 知道电阻率与温度的关系 了解半导体及其应用 超导及其应用 用心 爱心 专心 2 教学重点 教学重点 部分电路欧姆定律 电阻定律 教学难点 教学难点 部分电路欧姆定律 电阻定律的应用 教学方法 教学方法 讲练结合 计算机辅助教学 教学过程 教学过程 一 基本概念和定律一 基本概念和定律 1 1 电流电流 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 千万不要到处套用 注意 在电解液导电时 是正负离子向相反方向定向移动形成电流 在用公式I q t 计算电流强度时应引起注意 2 2 电阻定律电阻定律 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 1 是反映材料导电性能的物理量 叫材料的电阻率 反映该材料的性质 不是每 根具体的导线的性质 单位是 m 2 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 可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧 对 自由电子的定向移动的阻碍增大 铂较明显 可用于做温度计 锰铜 镍铜的电阻率几乎 不随温度而变 可用于做标准电阻 半导体的电阻率随温度的升高而减小 可以理解为半导体靠自由电子和空穴导电 温 度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大 导电能力提高 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 我国科学家在 1989 年把TC提高到 130K 现在科学家们正努力做到室温超导 注意 公式 R 是电阻的定义式 而R 是电阻的决定式R与U成正比或R与I I U S L 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 它的电阻仍然照旧存在 用心 爱心 专心 3 3 3 欧姆定律欧姆定律 适用于金属导体和电解液 不适用于气体导电 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 还要注意 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 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 解 灯丝在通电后一定会发热 当温度达到一定值时才会发出可见光 这时温度能达到 很高 因此必须考虑到灯丝的电阻将随温度的变化而变化 随着电压的升高 电流增大 灯 丝的电功率将会增大 温度升高 电阻率也将随之增大 电阻增大 U越大I U曲线上对应 点于原点连线的斜率必然越小 选 A 例 2 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U 2之间的函数关系的是以下哪个图象 A B C D 解 此图象描述P随U 2变化的规律 由功率表达式知 U越大 电阻越大 图 R U P 2 象上对应点与原点连线的斜率越小 选C 4 4 电功和电热电功和电热 电功就是电场力做的功 因此是W UIt 由焦耳定律 电热Q I2Rt 其微观解释是 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 I O U O I U 1 2 1 2 R1R2 A B C D I I I I o U o U o U o U P U2 o P U2 o P U2 o P U2 o 用心 爱心 专心 4 1 对纯电阻而言 电功等于电热 W Q UIt I 2R t t R U 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 为了更清楚地看出各概念之间区别与联系 列表如下 注意注意 1 电功和电热的区别 1 纯电阻用电器 电流通过用电器以发热为目的 例如电炉 电熨斗 电饭锅 电 烙铁 白炽灯泡等 2 非纯电阻用电器 电流通过用电器是以转化为热能以外的形式的能为目的 发热 不是目的 而是不可避免的热能损失 例如电动机 电解槽 给蓄电池充电 日光灯等 在纯电阻电路中 电能全部转化为热能 电功等于电热 即W UIt I2Rt t是通用的 R U 2 没有区别 同理P UI I2R 也无区别 在非纯电阻电路中 电路消耗的电能 即W UIt分 R U 2 为两部分 一大部分转化为其它形式的能 另一小部分不可避免地转化为电热Q I2Rt 这里 W UIt 不再等于Q I2Rt 应该是W E其它 Q 电 功就只能用W UIt计算 电热就只能用 Q I2Rt计算 2 关于用电器的额定值问题 额定电压是指用电器在正常工作的条件下应加的电压 在这个条件下它消耗的功率就是 额定功率 流经它的电流就是它的额定电流 如果用电器在实际使用时 加在其上的实际电压不等于额定电压 它消耗的功率也不再 是额定功率 在这种情况下 一般可以认为用电器的电阻与额定状态下的值是相同的 并据 用心 爱心 专心 5 L 4L 质子源 v1 v2 此来进行计算 例 3 某一电动机 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 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 例 4 某一直流电动机提升重物的装置 如图所示 重物的质量m 50kg 电源提供给 电动机的电压为U 110V 不计各种摩擦 当电动机以v 0 9m s 的恒定速率向上提升重物时 电路中的电流强度I 5 0A 求电动机的线圈电阻大小 取g 10m s2 解析 电动机的输入功率P UI 电动机的输出功率 P1 mgv 电动机发热功率P2 I2r 而P2 P P1 即I2r UI mgv 代入数据解得电动机的线圈电阻大小为r 4 例 5 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