2012高考物理 专题复习精品 恒定电流 电流 电阻和电阻定律（教师版）

用心 爱心 专心 1 第八章第八章 恒定电流恒定电流 第一节第一节 基本概念和定律基本概念和定律 一 电流 电阻和电阻定律一 电流 电阻和电阻定律 1 电流 电荷的定向移动形成电流 1 形成电流的条件 内因是有自由移动的电荷 外因是导体两端有电势差 2 电流强度 通过导体横截面的电量 Q 与通过这些电量所用的时间 t 的比值 I Q t 假设导体单位体积内有 n 个电子 电子定向移动的速率为 V 则 I neSv 表示电流的强弱 是标量 但有方向 规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 单位是 安 毫安 微安 1A 103mA 106 A 2 电阻 电阻定律 1 电阻 加在导体两端的电压与通过导体的电流强度的比值 R U I 导体的电阻是由导体 本身的性质决定的 与 U I 无关 2 电阻定律 导体的电阻 R 与它的长度 L 成正比 与它的横截面积 S 成反比 R L S 3 电阻率 电阻率 是反映材料导电性能的物理量 由材料决定 但受温度的影响 3 半导体与超导体 了解内容 1 半导体的导电特性介于导体与绝缘体之间 2 半导体的应用 热敏电阻 能够将温度的变化转成电信号 测量这种电信号 就可以知道温度的变化 光敏电阻 光敏电阻在需要对光照有灵敏反应的自动控制设备中起到自动开关的作用 晶体二极管 晶体三极管 电容等电子元件可连成集成电路 半导体可制成半导体激光器 半导体太阳能电池等 3 超导体 超导现象 某些物质在温度降到绝对零度附近时 电阻率突然降到几乎为零的现象 应用 超导电磁铁 超导电机等 例例 1 1 2003 上海高考物理卷考题 若氢原子的核外电子绕核做半径为 r 的匀速圆周运动 则其角速度 电子绕核的运动可等效为环形电流 则电子运动的等效电流 I 已知电子的质量为 m 电荷量为e 静电常量用 k 表示 例例 2 2 如图 7 1 16 示 假如考虑温度对电阻率的影响 能较正确反映通过灯泡的电流 I 与 灯泡两端电压 U 关系的图线是图中的 二 部分电路欧姆定律二 部分电路欧姆定律 1 导体中的电流 I 跟导体两端的电压成 正比 跟它的电阻 R 成反比 I U R 2 适用于金属导电体 电解液导体 不适用于空气导体和某些半导体器件 3 导体的伏安特性曲线 研究部分电路欧姆定律时 常画成 I U 或 U I 图象 对于线性元件伏安特性曲线是直线 对于非线性元件 伏安特性曲线是非线性的 注意 我们处理问题时 一般认为电阻为定值 不可由 R U I 认为电阻 R 随电压大而大 随电流 大而小 R2 R1 R2 R1 图 7 1 16 用心 爱心 专心 2 I U R 必须是对应关系 即 I 是过电阻的电流 U 是电阻两端的电压 三 电功 电功率三 电功 电功率 1 电功 电荷在电场中移动时 电场力做的功 W UIt 电流做功的过程是电能转化为其它形式的能的过程 2 电功率 电流做功的快慢 即电流通过一段电路电能转化成其它形式能对电流做功的总功率 P UI 3 焦耳定律 电流通过一段只有电阻元件的电路时 在 t 时间内的热量 Q I2Rt 纯电阻电路中 W UIt U2t R I2Rt P UI U2 R I2R 非纯电阻电路电流做功 W UIt 电功率 P UI 电热 Q I2rt 热功率 P热 I2r 4 电功率与热功率之间的关系 纯电阻电路中 电功率等于热功率 非纯电阻电路中 电功率只有一部分转化成热功率 纯电阻电路 电路中只有电阻元件 如电熨斗 电炉子等 非纯电阻电路 电机 电风扇 电解槽等 其特点是电能只有一部分转化成内能 例例 3 3 一只标有 220 V 60 W 字样的灯泡 在额定电压下工作时 灯丝中通过的电流多大 如果线路电压下降到 200V 时 它的功率多大 假设灯丝电阻不随温度而变化 解析解析 灯泡上标有 220 V 60 W 的字样 表明灯泡的额定电压 即正常一作的电压 为 220 V 只有在这个电压下 它的功率才是额定功率 60w 如果实际的电压不是 220V 那么 它的功率就不再是 60 W 由题意可认为它相当于一个阻值不变的电阻 灯泡的工作电流 I P U 60 220 0 27 A 灯泡的电阻 R U2 P 2202 60 807 灯泡的实际功率 P U 2 R 2002 807 50 W 点评点评 由公式 P U2 R 可知 当用电器电阻 R 不变时 P U2 可用 P1 P2 U12 U22来计算 这 样就不必算出灯丝的电阻 用电器实际功率的大小 是由加在用电器两端的实际电压的大小 决定的 例例 4 4 直流电动机线圈的电阻为 R 当电动机工作时通过线圈的电流是 I 此时它两端的电 压为 U 则电动机的输出功率为 A UI B IU I2R C IU 一 I2R D U2 R 解析 解析 该题不少学生选了 D 其原因是同电源输出功率混淆 认为输出功率就是端电压与电 流乘积 而这里不是电源输出而是电机输出 答案答案 C 点评 l 处理该类题目首先应当注意这是非纯电阻电路 2 这里的输入功率 UI 转化成机械能的功率十转化成内能的功率 规律方法规律方法 1 1 电功 电功率的计算 电功 电功率的计算 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 用电器的实际电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 其余两个条件必定满足 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 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 用电器实际功率超过其额定功率时 认为它将被烧毁 例例 5 5 微型吸尘器的直流电动机内阻一定 当加上 0 3V 的电压时 通过的电流为 0 3A 此时电动机不转 当加在电动机两端的电压为 2 0V 时 电流为 0 8A 这时电动机正常工 用心 爱心 专心 3 作 则吸尘器的效率为多少 解析解析 当加 0 3V 电压时 电动机不转 说明电动机无机械能输出 它消耗的电能全部转化 为热能 此时电动机也可视为纯电阻 则 r U1 I1 1 当加 2 0V 电压 电流为 0 8A 时 电协机正常工作 有机械能输出 此时的电动机为非纯电阻用电器 消耗的电能等于转化机 械能和热能之和 转化的热效率由 P I22r 0 82 1 0 64 W 计算 总功率由 P0 I2U2 0 8 2 0 1 6W 计算 所以电动机的效率为 P P0 P 60 2 2 部分电路欧姆定律的应用 部分电路欧姆定律的应用 例例 6 6 如图所示是一种测定风作用力的仪器原理图 P 为金属球 悬挂在一细长金属丝下面 O 是悬点 R0是保护电阻 CD 是水平放置的光滑电阻丝 与细金属丝始终保护良好接触 无 风时 金属丝与电阻丝在 C 点接触 此时 示数为 I0 有风时金属丝将偏转一角度 角 与风力大小有关 设风力方向水平向左 OC h CD L 金属球质量为 m 电阻丝单位长度的 阻值为 k 电源内阻和金属丝电阻不计 金属丝偏角为 时 的示数为 I 此时风力为 F 试 写出 1 F 与 的关系式 F 2 F 与 I 的关系式 解析 1 有风力时 对金属球 P 受力如图 F F1sin mg F1cos F mgtan 2 无风时 电路中 U I0 R0 kL 有风力时 电路中 U I R0 kL L L htan 由以上各式解得 0 mg FII I kh 思考 本题你是怎样将实际问题抽象成简单的物理模型的 例例 7 7 图为一种加速仪的示意图 质量为 m 的振子两端连有劲度系数均为 K 的轻弹簧 电源动势为 E 不计内阻 滑动变阻器的总阻值为 R 有效长度为 L 系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中 这时电压表指针恰好在刻度 盘正中 求 1 系统的加速度 a 以向右为正 和电压表读数 U 的函数关系式 2 将电压表刻度改为加速度刻度后 其刻度是均匀的还是不均匀的 为什么 3 若电压表指针指在满刻度的 3 4 位置 此时系统的加速度大小和方向如何 解析 设加速度 a 向右 m 向左平移了 x 对 m 用牛顿第二定律有 2Kx ma 根据部分电路欧 姆定律和电阻定律 电压表示数与左段电阻成正比 因此也和 x 成正比 所以 2 L x U EL 两 式解得 2kLkLU a mEm 可见 a 与 U 为一次函数关系 所以将电压表刻度改为加速度刻度后 其刻 度是均匀的 因为系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中 电压表指针恰好在刻度盘正 中 U E 2 所以电压表指针指在满刻度的 3 4 位置时 U 3E 4 带入 a 与 U 的一次函数关系式 得 2 kL a m 负号表示加速度方向向左 第二节第二节 串并联及混联电路串并联及混联电路 基础知识基础知识 一 串联电路一 串联电路 F F1 mg 用心 爱心 专心 4 电路中各处电流相同 I I1 I2 I3 串联电路两端的电压等于各电阻两端电压之和 U U1 U2 U3 串联电路的总电阻等于各个导体的电阻之和 即 R R1 R2 Rn 二 并联电路二 并联电路 并联电路中各支路两端的电压相同 U U1 U2 U3 并联电路子路中的电流等于各支路的电流之和 I I1 I2 I3 并联电路总电阻的倒数等于各个导体的电阻的倒数之和 R 1 1 1 R 2 1 R n R 1 当并联 电路是由 n 个相同的电阻 R 并联而成时 总电阻 R总 当并联电路只有两个 支路时 则总电阻为 R总 三 分电阻和总电阻的关系三 分电阻和总电阻的关系 当电键接通或断开 改变电路结构 或者移动滑动变阻器滑键 改变某一部分电阻时 总电阻的变化规律满足 1 当外电路的任何一个电阻增大 或减小 时 电路中总电阻一定 增大 或减小 2 若电键的通断使串联的用电器增多时 总电阻增大 若电键的通断使并联支路增 多时 总电阻减小 3 如果R1 R2 恒量 则R1 R2时并联的电阻最大 且R1 R2差别越大总电阻越小 如图 7 1 3 所示 由R1 R2和R组成双臂环路 当AR1P支路 和AR2P支路总阻值相等时 RAB最大 当P滑到某端 使某一 支路阻值最小时 RAB最小 例例 1 1 如图所示 P 为一块均匀的半圆形薄电阻合金片 先将它 按图甲方式接在电极 A B 之间 测出电阻为 R 然后再将它按图乙方式接在 C D 之间 这 时 P 的电阻为 A R B R C R 4 D 4R 简析简析 将半圆形合金片从中间 图中虚线所示 割开 分成完全相 同的两块 设每块电阻力 R0 则图中甲连接方式相当于两个电阻并 联 图乙连接相当于两个电阻串联 RAB R0 2 R RCD 2R0 4R 答案答案 D 规律方法规律方法 1 1 电路结构分析 电路结构分析 电路的基本结构是串联和并联 分析混联电路常用的方法是 节点法 把电势相等的点 看做同一点 回路法 按电流的路径找出几条回路 再根据串联关系画出等效电路图 从而明确其电 路结构 其普遍规律是 凡用导线直接连接的各点的电势必相等 包括用不计电阻的电流表连接的 点 在外电路 沿着电流方向电势降低 凡接在同样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 例例 2 2 图中所示电路由 8 个不同的电阻组成 已知 R1 12 其余电阻阻值未知 测得 A B 之间总电阻为 4 今将 R1换成 6 的电阻 则 A B 间的总电阻变为 解析 利用等效代换的办法处理 即将除去 R1之后的 7 个不同的电阻对 R1 R1 B A R2 P R 图 7 1 3 用心 爱心 专心 5 A B 两点间的等效阻值设为 R 则总的对 A B 间的等效电阻值就为 R1与 R 之并联等效值 由并联电路规律有 12 1 R 1 4 1 6 1 R 1 AB R 1 联立求得 RAB 3 例例 3 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 A C 两图中灯泡不能正常发光 B D 中两灯泡都能正常发光 它们的特点是左右两部 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 2 2 电表的改装 电表的改装 1 灵敏电流表 也叫灵敏电流计 符号为 用来测量微弱电流 电压的有无和方 向 其主要参数有三个 内阻 Rg 满偏电流 Ig 即灵敏电流表指针偏转到最大刻度 时的电流 也叫灵敏电流表的电流量程 满偏电压 Ug 灵敏电流表通过满偏电流时加 在表两端的电压 以上三个参数的关系 Ug Ig Rg 其中 Ig和 Ug均很小 所以只能用来测 量微弱的电流或电压 2 电流表 符号 用来测量电路中的电流 电流表是用灵敏电流表并联一个分流电阻改 装而成 如图所示为电流表的内部电路图 设电流表量程为 I 扩大量程的倍数 n I Ig 由并联电路的特点得 Ig Rg I Ig R 1 ggg g I RR R IIn 内阻 gg A g RRR r RRn 由这两式子可知 电流表量程越大 Rg越小 其内阻也越小 3 电压表 符号 用来测量电路中两点之间的电压 电压表是用灵敏电流表串联一个分 压电阻改装而成 如图所示是电压表内部电路图 设电压表的量程为 U 扩大量程的倍数 为 n U Ug 由串联电路的特点 得 U Ug IgR Ig Ug Rg 11 gg g U RRnR U 电压表内阻 Vgg rRRnR 由这两个式子可知 电压表量程 越 大 分压电阻就越大 其内阻也越大 4 半偏法半偏法测电流表的内阻 其原理是 当 S1闭合 S2打开时 ERrI gg 1 当 S2再闭合时 EUU RG 2 ER R rI IrI gg ggg 1 2 22 1 2 1 联立以上两式 消去E可得 2 1 11 22 R R rRrRI ggg L1 L2 L1 L2 L1 L2 L1 R R R L2 R 1 R 2 R 1 S 2 S G 用心 爱心 专心 6 得 21 21 RR RR rg 可见 当R1 R2时 有 2 Rrg 5 非理想电表对电路的影响不能忽略 解题时应把它们看作是能显示出本身电压或电流 的电阻器 用电压表测得的电压实际上是被测电路与电压表并联后两端的电压 由于电压表内阻不可 能无限大 因此测得的电压总比被测电路两端的实际电压小 表 的内阻越大 表的示数越接近于实际电压值 用电流表测得的电流 实质上是被测量的支路 或干路 串联一个 电阻 即电流表内阻 后的电流 因此 电流表内阻越小 表的示 数越接近于真实值 例例 4 4 电流一电压两用电表的电路如图所示 已知图中 S 是双刀双掷 开关 a b c d e f 为接线柱 双刀双掷开关的触刀掷向 a b e 与 a 接通 f 与 b 接通 掷向 c d e 与 c 接通 f 与 d 接通 电流表 G 的量程是 0 001 A 内阻是 100 电阻 R1的阻值为 9900 R2的阻值是 1 0l 1 触刀掷向 a b 时 此两用表是什么表 量程是多大 2 触刀掷向 c d 时 此两用表是什么表 量程是多大 分析分析 用 改装成电流表时需要并联一个电阻 改装成电压表时需要串联一个电阻 根据 这个原理可以判断出是什么表 并算出其量程 解析解析 1 触刀掷向 ab 时 R1与 串联 是电压表 其量程为 U Ig R1 Rg 0 001 100 9900 10V 2 触刀掷向 cd 时 R2与 并联 是电流表 其量程为 2 100 0 001 0 0010 1 1 01 gg g I R IIA R 例例 5 5 如图所示 四个相同的表头分别改装成两个安培表和两个伏特表 安培表 A1的量程大 于 A2的量程 伏特表 V1的量程大于 V2的量程 把它们按图接入电路 则 安培表 A1的读数 安培表 A2的读数 安培表 A1的偏转角 安培表 A2的偏转角 伏特表 V1的读数 伏特表 V2的读数 伏特表 V1的偏转角 伏特表 V2的偏转角 填 大于 小于 或 等于 解 两电流表并联 两表头两端的电压相同 流过的电流相同 故偏角相同 但因A1的量程 大 故A1的示数大于A2的示数 当把V1和V2串联使用时 组成电压表的电流表和分压电阻 都是串联关系 通过完全相同的两只电流表的电流强度也相等 指针偏转角度相等 根据串 联电路的电压分配关系 分配在V1和V2两端电压 即V1和V2读数之比等于两只电压表的内 阻之比 伏特表 V1的量程大 所以读数大 例例 6 6 将两个相同的表头 分别改装成一只电流表和一只电压表 一个同学在做实验时误将这 两个表串联起来 则 A 两表指针都不偏转 B 两表指针偏角相同 C 电流表指针有偏转 电压表指针几乎不偏转 D 电压表指针有偏转 电流表指针几乎不偏转 解答 把完全相同的表头 分别改制成一只电流表和一只电压表 串联接入电路中时 电流 表中均有电流通过 两表指针都偏转 只是电压表中的电流表处在干路中通过的电流大 偏 转角也大 用心 爱心 专心 7 第三节第三节 闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律 基础知识基础知识 一 电源一 电源 1 电源是将其它形式的能转化成电能的装置 2 电动势 非静电力搬运电荷所做的功跟搬运电荷电量的比值 W q 表示电源把其它 形式的能转化成电能本领的大小 在数值上等于电源没有接入电路时两极板间的电压 单位 V 3 电动势是标量 要注意电动势不是电压 二 闭合电路的欧姆定律二 闭合电路的欧姆定律 1 内 外电路 内电路 电源两极 不含两极 以内 如电池内的溶液 发电机的线圈等 内电路的电 阻叫做内电阻 外电路 电源两极 包括用电器和导线等 外电路的电阻叫做外电阻 2 闭合电路的欧姆定律 内容 闭合电路的电流跟电源的电动势成正比 与内 外电路的电阻之和成反比 即 I R r U Ir 可见电源电势能等于内外压降之和 适用条件 纯电阻电路 3 路端电压跟负载的关系 路端电压 外电路的电势降落 也就是外电路两端的电压 U Ir 路端电压随着 电路中电流的增大而减小 U 一 I 关系图线 当电路断路即 I 0 时 纵坐标的截距为电动势 E 当外电路电压为 U 0 时 横坐标的截距 I短 E r 为短路电流 图线的斜率的绝对值 为电源的内电阻 4 闭合电路的输出功率 功率关系 P总 EI U外I 十 U内I UI I2r 电源的输出功率与外电路电阻的关系 2 2 2 4 E PI R Rr r R 出 当 R r 时也即 I E 2r 时 电源的输出功率最大 2 4 m E P r 由图象可知 对应于电源的非最大输出功率 P 可以有两个不同的外电阻 Rl和 R2 不难证明 12 rR R 由图象还可以看出 当 Rr 时 若 R 增大 则 P出减小 应注意 对于内外电路上的固定电阻 其消耗的功率仅取决于电路中的电流大小 电源的供电效率 100 100 100 UPR PERr 外出 总 规律方法规律方法 1 1 动态电路的分析与计算 动态电路的分析与计算 动态电路变化的分析是根据欧姆定律及串 并联电路的性质 来分析电路中某一电阻变化 而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况 常见方法如下 1 程序法 基本思路是 部分 整体 部分 部分电路欧姆定律各部分量的变化情况 即 R局增大减小 R总增大减小 I总增大减小 U总增大减小 I分U分 用心 爱心 专心 8 2 直观法 即直接应用 部分电路中 R I U 的关系 中的两个结论 任一电阻 R 阻值增大 必引起该电阻中电流 I 的减小和该电阻两端电压 U 的增大 任一电阻 R 阻值增大 必将引起与这并联的支路中电流 I并的增大和与之串联的各电路电 压 U串的减小 3 极限法 即因变阻器滑动引起电路变化的问题 可将变阻器的滑动端分别滑至两个极 端去讨论 4 特殊值法 对于某些双臂环路问题 可以采取代入特殊值去判定 从而找出结论 例例 1 1 如图所示 当滑动变阻器的滑动片 P 向上端移动时 判断电路中的 电压表 电流表的示数如何变化 解析解析 先认清电表 A 测量 R3中的电流 电表 V2测量 R2和 R3并联的电压 电表 V1测量路端电压 再利用闭合电路欧姆定律判断主干上的一些物理 量变化 P 向上滑 R3的有效电阻增大 外电阻 R外增大 干路电流 I 减小 路端电压 U 增大 至此 已判断出 V1示数增大 再进行分支上的分析 由 I 减小 知内电压 U 和 R1的端电压 UR1减小 由 U外增大知 R2和 R3并联的电压 U2增大 判断出 V2示数增大 由 U2增大和 R3 有效电阻增大 无法确定 A 示数如何变化 这就要从另一条途径去分析 由 V2示数增大知通 过 R2的电流 I2增大 而干路电流 I 减小 所以 R3中的电流减小 即 A 示数减小 2 2 电路故障分析与黑盒子问题 电路故障分析与黑盒子问题 闭合电路黑盒 其解答步骤是 将电势差为零的两接线柱短接 在电势差最大的两接线柱间画电源 根据题给测试结果 分析计算各接线柱之间的电阻分配 并将电阻接在各接线柱之间 例例 2 2 如图所示的电路中 灯泡 A 和 B 原来都是正常发光 忽然灯泡 B 比原来变暗了些 而灯 泡 A 比原来变亮了些 试判断电路中什么地方出现断路的故障 设只 有一处出现了故障 解析解析 依题意 整个电路只有一处发生了断路 下面分别对不同区域进 行讨论 1 若 R1断路 电路中总电阻变大 电流变小 路端电压升高 A B 两灯均未亮 不合题 意 2 若 R3断路 B 与 R3并联 该段电路中电阻变大 电压升高 B 中的电流增大 B 灯变亮 不合题意 3 若 R2断路 A 与 R2并联 这段电路中电阻变大 使总电阻变大 总电流变小 各部分 压降变小 A 灯两端电压升高 A 中电流增大 A 灯变亮 因 B 灯两端电压减小 B 灯中电流 变小 B 灯变暗 与题中条件相符 4 4 灯 B 灯所在支路或其他部分发生断路 则两灯均不会发光 不合题意 故应是 R2 断路 例例 3 3 一盒子里装有由导线和几个阻值相同的电阻组成的电路 盒外有 接线柱 1 2 3 4 已知 1 2 间的电阻是 1 3 间电阻的 1 5 倍 是 2 4 间电阻的 3 倍 而 3 4 间没有明显电阻 欲使盒内电路所含电阻 数最少 请画出盒内的电路图 解析解析 因 3 4 间没有明显电阻 将 3 4 短路得图 依题意 Rl2 1 5Rl3 3R24 为使电阻数最少 取 R24为一个电阻 用心 爱心 专心 9 R12为三个电阻串联 R13为二个电阻串联 根据 R12为三个电阻串联可把图补画成图 再满足 R24为一个电阻和 R23为二个电阻串联 把图又进而画成图 于是得所求结果 3 3 电路中的能量关系的处理 电路中的能量关系的处理 要搞清以下概念 1 电源的功率 电源消耗的功率 化学能转变为电能的功率 整个电 路消耗的功率都是指 I 或 I2 R外 r 2 电源的输出功率 外电路消耗的功率都是指 IU 或 I 一 I2r 或 I2R外 3 电源内阻消耗的功率 I2r 4 整个电路中 P电源 P外十 P内 例例 4 4 电源输出功率和效率的讨论 分析 分析 电源的输出功率为 P出 I2R 2 2 rR R RrrR R 4 2 2 rRrR4 2 2 当 R r 时 P出有最大值即 Pm R4 2 r4 2 P出与外电阻 R 的这种函数关系可用如图 9 19 的 图象定性地表示 由图象还可知 对应于电源的非最大输出功率 P 可以有两个不同的外电阻 R1和 R2 由图象还可知 当 R r 时 若 R 增加 则 P出增大 当 R r 时 若 R 增大 则 P 出减小 值得注意的是 上面的结论都是在电源的电动势 和内电阻 r 不变的情况下适 用 例如图 9 一 20 电路中 3v r 0 5 Ro 1 5 变阻器的最大阻值 R 10 在 R 时 R 消耗的功率才最大 此种情况可以把 R0归入内电阻 即当 R r Ro 2 时 R 消耗功率最大为 Pm R4 2 34 32 9 8w 那么当 R 时 R0消耗的功率才 最大呢 有些同学又会用了上述的方法来求解 把 R 归为内阻 调节 R 使内阻 R r R0 这 样会用是错误的 因为 Ro 是定值电阻 由 P I2R0知 只要电流最大 P 就最大 所以当把 R 调到零时 R0上有最大功率 Pm 2 0 2 rR R0 2 2 5150 3 1 5 8 27 W 由上述分析可知 在研究电阻 R 上消耗的最大功率时 应注意区分 可变与定值 这两 种情况 两种情况中求解的思路和方法是不相同的 电源的效率 rRI RI 2 2 rR R R r 1 1 所以当 R 增大时 效率 提高 当 R r 电 源有最大输出功率时 效率仅为 50 效率并不高 例例 5 5 在图中 发电机的内阻 r 0 1 每根连接导线的电阻 r1 0 1 负载电阻 R 22 电路中的电流强度 I 10A 求 1 负载两端的电压 UR 2 外 电路上的电压 U端 3 发电机的电动势 4 整个外电路上消 耗的功率 P外 5 负载上消耗的功率 6 导线上消耗的功率 7 发电机内部消耗的功率 8 发电机的功率 解析解析 1 负载两端的电压 UR IR 10 22 V 220 V U端 端 UR rL rL I 用心 爱心 专心 10 2 外电路上的电压 U 端 IR外 I R 十 2rL 10 22 2 0 1 V 222 V 3 电源电动势 U端十 Ir 222 10 0 1 V 223 V 4 外电路上消耗的功率 P外 IU端 10 222 W 2 2 kw 5 负载上消耗的功率 P负 IU负 10 220 2 2kw 6 导线上消耗的功率 P导 2I2r 2 102 0 2W 20 W 7 发电机内部消耗的功率 P内 I2r 102 0 1w 10W 8 发电机的功率 P I 10 223 W 2 23 kw 例例 6 6 如图所示 电源的电动势为 50V 电源内阻为 1 0 定值电阻 R 为 14 M 为直流 电动机 电枢电阻 R 为 2 0 电动机正常运转时 伏特表的读数为 35V 求在 100s 的时 间内电源做的功和电动机上转化为机械能的部分是多少 解析 由题设条件知 r 和 R 上的电压降之和为 U 所以电 路中的电流为 I rR U 114 3550 1 0A 所以在 100 s 内电源做的功为 WE It 50 1 100 J 5 0 103J 在 100s 内电动机上把电能转化为机械能的部分是 E IUt I2 r t 1 0 35 100 一 12 2 100 J 3 3 103J 4 4 含电容器电路的分析与计算 含电容器电路的分析与计算 电容器是一个储存电能的元件 在直流电路中 当电容器充放电时 电路里有充放电电 流 一旦电路达到稳定状态 电容器在电路中就相当于一个阻值无限大 只考虑电容器是理 想的不漏电的情况 的元件 在电容器处电路看作是断路 简化电路时可去掉它 简化后若 要求电容器所带电荷量时 可在相应的位置补上 分析和计算含有电容器的直流电路时 需 注意以下几点 1 电路稳定后 由于电容器所在支路无电流通过 所以在此支路中的电阻上无电压降 因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压 2 当电容器和用电器并联后接入电路时 电容器两极间的电压与其并联用电器两端的电 压相等 3 电路的电流 电压变化时 将会引起电容器的充 放 电 如果电容器两端电压升高 电容器将充电 如果电压降低 电容器将通过与它并联的电路放电 电容器两根引线上的电 流方向总是相同的 所以要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 例例 7 7 如图电路中 电源内阻不计 为使电容器的带电量增 大 可采取以下哪些方法 A 增大 R1 B 增大 R2 C 增大 R3 D 减小 R1 解析 由于在直流电路中稳定后电容器相当于断路 因此 R3上无电流 电容器相当于和 R2并联 为使电容器的带电量增大 根据 Q CU 应增大电容器 C 两端的电压 分析电路中的电压分配 只有增大 R2或减小 R1才能增大 R2两端的电压 即 电容器 C 两端的电压 从而增大电容器 C 的带电量 改变 R3不能改变电容器的带电量 正 确答案为 BD 例例 8 8 如图所示 E 10 V r 1 R1 R3 5 R2 4 C 100 F 当 S 断开时 电容器中带电粒子 R1 R3 R2 EC A B B C C C R2 R1 S C R3 E r 用心 爱心 专心 11 恰好处于静止状态 求 1 S 闭合后 带电粒子加速度的大小和方向 2 S 闭合后流过 R3的总电荷量 解析 开始带电粒子恰好处于静止状态 必有 qE mg 且 qE 竖直向上 S 闭合后 qE mg 的平 衡关系被打破 S 断开 带电粒子恰好处于静止状态 设电容器两极板间距离为 d 有 2 12 4 C R UEV RRr qUC d mg S 闭合后 2 2 8 C R UEV Rr 设带电粒子加速度为 a 则 qU C d mg ma 解得 a g 方向竖直向上 2 S 闭合后 流过 R3的总电荷量等于电容器上电荷的增加量 所以 Q C U c 一 Uc 4 10 4 C 例例 9 9 2010 安徽 18 如图所示 M N是平行板电容器的两个极板 R0为定值电阻 R1 R2为可调电阻 用绝缘细线将质量为m 带正电的小球悬于电容器内部 闭合电键 S 小球静止时受到悬线的拉力为F 调节 R1 R2 关于F的大小判断 正确的是 A 保持 R1不变 缓慢增大 R2时 F将变大 B 保持 R1不变 缓慢增大 R2时 F将变小 C 保持 R2不变 缓慢增大 R1时 F将变大 D 保持 R2不变 缓慢增大 R1时 F将变小 答案 B 解析 保持 R1不变 缓慢增大 R2时 由于 R0和 R2串联 R0两端 的电压减小 即平行板电容器的两个极板的电压 U 减小 带电小球 受到的电场力 U FqEq d 电 减小 悬线的拉力为 22 FmgF 电 将减小 选项 B 正确 A 错误 保持 R2不变 缓慢增大 R1时 R0两端的 电压不变 F电不变 悬线的拉力为F不变 C D 错误 第四节 简单的逻辑电路及总复习第四节 简单的逻辑电路及总复习 1 如果有一个事件的几个条件都满足 后该事件才能发生 我们把这种关系叫做 与 逻辑关系 具有 与 逻辑关系的电 路称为与门电路 简称 与 门 2 若几个条件中只要有一个条件得到满足某事件就 会发生 这种关系叫做 或 逻辑关系 具有 或 逻 辑关系的电路称为或门电路 简称 或 门 E S R0 R1 R2 MN 与 门的真值表 与 门符号 或 门符号 或 门的真值表 用心 爱心 专心 12 3 输出状态和输人状态呈相反的逻辑关系 叫做 非 关系 具有 非 逻辑关系的电 路被称为非门电路 简称 非 门 4 一个与门电路和一个非门电路组合在一 起 做成一个复合门电路 称为 与非 门 5 一个或门电路和一个非门电路组合在一起 做成一个 或非 门 6 集成电路 以半导体材料为基片 将组成电路的各种元件 如 电阻 电容 二极管 等 和连线集成在同一基片上 成为具有一定功能的微电路系统 这就是集成电路 7 05 上海 4 下面是逻辑电路图及其真值表 此逻辑电路为 门电路 在真值 表中 X 处的逻辑值为 非 门符号 非 门的真值表 或非 门符号 与非 门真值表 与非 门符号 或非 门的真值表 用心 爱心 专心 13 真值表 5 5 2010 2010 上海物理上海物理 23 23 电动机的自动控制电路如图所示 其 中 H R为热敏电阻 1 R为光敏电阻 当温度升高时 H R的阻值远 小于 1 R 当光照射 1 R时 其阻值远小于 2 R 为使电动机在温度 升高或受到光照时能自动启动 电路中的虚线框内应选 门逻 辑电路 若要提高光照时电动机启动的灵敏度 可以 2 R的阻 值 填 增大 或 减小 解析 为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动 即热敏电阻或光敏电阻的电阻值 小时 输入为 1 输出为 1 所以是 或门 因为若要提高光照时电动机启动的灵敏度 需要在光照较小即光敏电阻较大时输入为 1 输 出为 1 所以要增大 2 R 6 6 0909 年上海卷年上海卷 5 5 为了保障行驶安全 一种新型双门电动公交车安装了如下控制装置 只 要有一扇门没有关紧 汽车就不能启动 如果规定 车门关紧时为 1 未关紧时为 0 当输出信号为 1 时 汽车可以正常启动行驶 当输出信号为 0 时 汽车不能启动 能 正确表示该控制装置工作原理的逻辑门是 A 与门 B 或门 C 非门 D 与非门 答案答案 A 课后练习课后练习 1 1 2010 2010 上海物理上海物理 5 5 在右图的闭合电路中 当滑片P向右 移动时 两电表读数的变化是 A 变大 变大 B 变 A V A 小 变大 V C 变大 变小 D 变小 变小 A V A V 解析 B 电阻变大 电流变小 电压变大 电路图 用心 爱心 专心 14 v 压敏电阻 R E A I t1t2 t3 0 2 2 0909 年江苏物理年江苏物理 5 5 在如图所示的闪光灯电路中 电源的电动势为E 电容器的电容为C 当闪光灯两端电压达到击穿电压U时 闪光灯才有电流通过并发光 正常工作时 闪光灯周 期性短暂闪光 则可以判定 A 电源的电动势E一定小于击穿电压U B 电容器所带的最大电荷量一定为CE C 闪光灯闪光时 电容器所带的电荷量一定增大 D 在一个闪光周期内 通过电阻R的电荷量与通过闪光灯的电荷量一定相等 答案答案 D 解析解析 理解此电路的工作过程是解决本题的关键 电容器两