高考物理一轮复习 71 部分电路欧姆定律 电功 电功率课件 新人教版.ppt

第七章恒定电流 1 正确理解有关电路的基本概念和基本规律 掌握基本规律的使用范围和适用条件 掌握电路分析和计算的基本方法 2 串并联电路 闭合电路欧姆定律是高考考查的重要知识点 要熟练掌握串并联电路的特点 并能正确进行电压 电流 电阻 电功率等物理量的计算 会简单的串并联电路的分析计算即可 掌握电动势的物理意义 掌握闭合电路欧姆定律的不同表达形式 3 要熟练掌握基本仪器的使用方法 读数方法 常见仪器和电路的选取方法 仪器的连接方式 实验数据及误差分析方法等 本章涉及的四个电学实验都有可能命题 要设计好实验 必须熟练掌握电流表 电压表 多用电表的使用 会用这些仪器进行测量 并且要知道它们的测量原理 能正确接入电路 选用合适的量程 正确读取数据 熟练掌握伏安法测电阻的内 外接法及两种不同接法测电阻带来的误差表现形式 以及滑动变阻器分压和限流两种接法的区别 特别要把本章涉及的四个电学实验掌握好 以不变应万变 4 电路的分析与计算是近年来高考考查的重点 是对这些知识的应用上 因此在熟练掌握串并联电路的特点的基础上 只需处理一些简单的串并联电路问题即可 无须搞得太复杂 要注意电路中的理想电流表 理想电压表与非理想电流表 非理想电压表处理方法的不同 熟练掌握电路的简化问题 考点1电流 电阻和电阻定律 学案1部分电路欧姆定律电功电功率 2 电流虽然有大小 方向 但电流是标量 如图所示 ad表示粗细均匀的一段导体l 两端加一定的电压 导体中的自由电荷沿导体定向移动的速度为v 设导体的横截面积为s 导体每单位体积内的自由电荷数为n 每个自由电荷所带的电荷量为q ad导体中的自由电荷总数 n nls总电荷量q nq nlsq所有这些电荷都通过横截面d所需要的时间 t l v所以导体ad上的电流 i q t nlsq l v nqsv 由此可见 从微观上看 电流取决于导体中自由电荷的密度 电荷量 定向移动速度 还与导体的横截面积有关 1 对电流的理解 1 q it中 当异种电荷反向通过某一横截面时 不能相互抵消 而是q q1 q2 1 由i nqsv可以看出 导体横截面积越大的位置 自由电荷定向移动的速率越小 2 公式i nqsv是由i q t推导出来的 适合于从微观出发研究电流的形成 其中n为导体单位体积内的自由电荷数 3 正确理解r l s和r u i的区别 例1 如图所示为某种带有一价离子的水溶液中 正负离子在定向移动 方向如图 如果测得2s内有1 0 1018个正离子和负离子通过溶液内部的横截面m 试问 溶液中电流的方向如何 电流多大 本题的关键是正确把握电流定义式i q t中电量的含义 注意两方面的理解 1 q是通过横截面的电量 该 横截面 未必一定是单位横截面 2 负离子的定向移动等效看作是正离子反方向的定向移动 当异种电荷反方向通过某一个横截面时 q q1 q2 当异种电荷同方向通过某一个横截面时 q q1 q2 解析 水溶液导电是靠自由移动的正负电荷 它们在电场的作用下向相反方向定向移动 电学中规定 电流的方向为正电荷定向移动的方向 所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同 即由a指向b 每个离子的电荷量为1e 1 6 10 19c 该水溶液导电时负电荷由b向a运动 负离子的定向移动可以等效看作是正离子反方向的定向移动 所以 一定时间内通过横截面的电量应该是正负两种离子电荷量的绝对值之和 i q t q1 q2 t 1 0 1018 1 6 10 19 1 0 1018 1 6 10 19 2a 0 16a 典例一 电流的计算 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 静电力恒量用k表示 1 例2 材料的电阻率 随温度变化的规律为 0 1 t 其中 称为电阻温度系数 0是材料在t 0 时的电阻率 在一定的温度范围内 是与温度无关的常量 金属的电阻一般随温度的增加而增加 具有正温度系数 而某些非金属如碳等则相反 具有负温度系数 利用具有正负温度系数的两种材料的互补特性 可制成阻值在一定温度范围内不随温度变化的电阻 已知 在0 时 铜的电阻率为1 7 10 8 m 碳的电阻率为3 5 10 5 m 在0 附近 铜的电阻温度系数为3 9 10 3 1 碳的电阻温度系数为 5 0 10 4 1 将横截面积相同的碳棒与铜棒串接成长1 0m的导体 要求其电阻在0 附近不随温度变化 求所需碳棒的长度 忽略碳棒和铜棒的尺寸随温度的变化 电阻定律的应用 典例二 解析 设所需碳棒的长度为l1 电阻率为 1 电阻温度系数为 1 铜棒的长度为l2 电阻率为 2 电阻温度系数为 2 由题意 得 1 10 1 1t 2 20 1 2t 式中 10 20分别为碳和铜在0 时的电阻率 设碳棒的电阻为r1 铜棒的电阻为r2 根据电阻定律 有r1 1l1 s r2 2l2 s 其中s为碳棒和铜棒的横截面积 碳棒与铜棒连接成的导体的总电阻和总长度分别为r r1 r2 l0 l1 l2 式中l0 1 0m由 得r 10l1 s 20l2 s 10 1l1 20 2l2 s t 要使r不随t变化 式中t的系数必须为零 即 10 1l1 20 2l2 0 由 两式 有l1 20 2 20 2 10 1 l0 代入数据得l1 3 8 10 3m 本题考查重点是电阻定律及其应用 考查了利用题叙述材料进行推理能力及应用数学知识解决问题的能力 2 两根完全相同的金属导线 如果把其中的一根均匀拉长到原来的4倍 把另一根导线对折后绞合起来 则它们的电阻之比是多少 答案 64 1 考点2部分电路欧姆定律 1 对部分电路欧姆定律的理解 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 欧姆定律不同表达式的物理意义 i u r是欧姆定律的数学表达式 表示通过导体的电流i与电压u成正比 与电阻r成反比 常用于计算一部分电路加上一定电压时产生的电流 此公式是电流的决定式 反映了电流i与电压u和电阻r的因果关系 公式r u i是电阻的定义式 它表明了一种量度电阻的方法 不能错误地认为 电阻跟电压成正比 跟电流成反比 对于给定的导体 其电阻是一定的 和导体两端是否有电压 导体中是否有电流无关 也就是说r u i仅是电阻的测量式 而r l s才是电阻的决定式 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 要区分i u图线还是u i图线 对线性元件 r u i u i 对非线性元件r u i u i 应注意 线性元件不同状态时比值不变 非线性元件不同状态时比值不同 1 图线ab表示线性元件 图线cd表示非线性元件 图象的斜率表示电阻的倒数 斜率越大 电阻越小 故ra rb 图线c的斜率增大 电阻减小 图线d的斜率减小 电阻增大 2 由于导体的导电性能不同 所以不同的导体有不同的伏安特性曲线 伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值 对应这一状态下的电阻 2 对伏安特性曲线的理解 典例三 伏安特性曲线 例3 如图所示i u图象所对应的两个导体 1 电阻之比r1 r2为多少 2 若两个导体两端的电压相等 不为零 时 电流之比i1 i2为多少 1 明确图象是u i图象还是i u图象 2 正确区分导体电阻r与两种图象斜率的关系 解析 1 在i u图象中 图线斜率的倒数与导体电阻值相等 即r u i 所以r1 10 10 3 5 10 3 2 r2 10 10 3 15 10 3 2 3 则r1 r2 2 2 3 3 1 2 由欧姆定律i u r 当导体两端电压相等时 i1 i2 r2 r1 1 3 3 实验室用的小灯泡的伏安特性曲线可用图象表示的是 c 考点3串 并联电路 1 串 并联电路特点 2 几个有用的结论 1 串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻 电路中任意一个电阻变大或变小时 串联电路的总电阻变大或变小 2 并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻 任意一个电阻变大或变小时 总电阻变大或变小 填 变大 或 变小 1 n个相同的电阻并联 总电阻为一个电阻的n分之一 2 几个不同的电阻并联 总电阻一定小于其中最小的电阻 典例四 串 并联规律的应用 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c d端短路时 a b之间的等效电阻是40 b 当a b端短路时 c d之间的等效电阻是40 c 当a b两端接通测试电源时 c d两端的电压为80vd 当c d两端接通测试电源时 a b两端的电压为80v 1 求解等效电阻时先分清电路的串并联结构 2 利用串联电路电压分配与电阻成正比求解电压 ac 解析 根据电路中串 并联特点 c d端短路时 r2 r3并联后与r1串联 所以等效电阻r r1 r2 r3 r2 r3 10 120 40 120 40 40 故a正确 同理 a b端短路时 c d之间等效电阻r 128 故b错 a b端接电源时 r1与r3串联 无电流流经r2 故c d两端电压即r3两端电压 故ucd r3 r1 r3 uab 40 40 10 100v 80v 故c正确 同理c d端接电压时uab r3 r2 r3 ucd 40 120 40 100v 25v 故d错 4 如图所示 ab两端接直流稳压电源 uab 100v r0 40 滑动变阻器总电阻r 20 当滑动片处于变阻器中点时 c d两端电压ucd为 v 通过电阻r0的电流为 a 80 2 考点4电功和电功率 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 u2 r t 2 在非纯电阻电路 含有电动机 电解槽 给蓄电池充电及日光灯等 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 u2 r t既不能表示电功 也不能表示电热 因为欧姆定律不再成立 2 电功率与热功率 1 在纯电阻电路中 电功率等于热功率 即p u i i2r u2 r 2 在非纯电阻电路中 电功率包含热功率 p ui为电功率 p i2r为热功率 有p p 总之 从能量守恒的角度看 电功是电能转化为其他形式的能的总和 电热是电能中仅转化为内能的部分 二者不同 3 用电器的额定功率和实际功率 1 用电器正常工作条件下所加的电压叫做额定电压 额定电压时消耗的功率是额定功率 即p额 i额 u额 2 实际功率是指用电器在实际电压下消耗的功率 即p实 i实 u实 p实不一定等于p额 若u实 u额 则p实 p额 用电器可能被烧毁 1 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 2 某些纯电阻如电灯泡在额定电压下工作时和低于额定电压下工作时的电阻不同 典例五 电功 电功率的计算 例5 有一个直流电动机 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是多大 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 1 当电动机不转时 电动机为纯电阻r u i p热 ui 2 当电动机转动时 电动机为非纯电阻 r u i p热 i2r ui 解析 当电动机接入电压为0 2v的电路时 电动机不转 此时电动机仅相当于纯电阻 由欧姆定律得电动机内阻r u1 i1 0 2 0 4 0 5 当电动机接入2 0v电路中时 电动机正常工作 输入给电动机的功率p u2i2 2 0 1 0w 2 0