【红对勾】高考物理 恒定电流课件.ppt

从上表可以看出 近几年高考在本章的考查呈现以下特点 1 本章知识在高考试题中重现率为百分之百 所占分值一般约为全卷的15 以上 内容主要涉及欧姆定律 电阻定律 闭合电路的欧姆定律及电学实验内容 2 电路分析包括含有电容器 滑动变阻器在内的电路变化 动态问题分析 电功 电功率分配问题的分析是物理知识应用与分析能力方面考查的重点问题 高考中出现的几率最大 多以选择题形式出现 3 运用学过的原理设计实验 不但能考查学生的创新能力 而且电学设计实验也能考查出学生运用有关知识综合分析问题的能力 是今后高考出题的侧重点 本章主要讨论了恒定电流的产生 电源的作用 电路的组成和结构 电流 电压和功率的分配以及电路中的能量转化关系等内容 其中像电流 电压 电阻 电动势等物理概念以及部分电路欧姆定律 闭合电路欧姆定律 电阻的串联 并联规律等物理规律 既是电磁学的基础 也是处理电路问题应用频率最高的知识点 在复习中必须深入理解 熟练掌握 本章内容是电磁学的基础 学好本章知识对学习 磁场 电磁感应 以及 交变电流 电磁振荡 等章节内容起着重要作用 课时1部分电路欧姆定律电功和电功率 知识点一电流 知识回顾 1 电流 电荷的移动形成电流 人为规定的定向移动方向为电流的方向 2 电流的形成条件 1 要有能的电荷 2 导体两端必须存在 定向 正电荷 自由移动 电压 3 电流强度 通过导体横截面的跟通过这些电荷量所用的时间t的比值叫电流强度 简称电流 即i 电荷量q 2 微观表达式 i nesv 式中i为瞬时电流 n为金属导线单位体积内的自由电子数 e为电子的电荷量 s为导线的横截面积 v为电子定向移动的速率 既不是热运动速率 也不是传导速率 电子热运动的平均速率为105m s 电子定向移动速率为10 4m s 电场传播速率为3 108m s 基础自测 有一横截面积为s的铜导线 流经其中的电流为i 设每单位体积的导线中有n个自由电子 电子的电荷量为q 此时电子的定向移动速度为v 在 t时间内 通过导线横截面的自由电子数目可表示为 由于自由电子定向移动的速率是v 因此在时间 t内 位于以横截面s为底 长l v t的这段导线内的自由电子都能通过横截面 如图1 这段导线的体积v sl sv t 所以 t内通过横截面s的自由电子数为n nv nsv t 选项a b均错 故选c项 答案 c 图1 知识点二电阻 电阻定律 知识回顾 1 电阻 1 定义 导体两端的电压与通过导体中的电流的 2 定义式 r 单位 国际符号 3 物理意义 导体的电阻反映了大小 r越大 阻碍作用越强 比值 欧姆 导体对电流的阻碍作用 4 半导体和超导 半导体 导电性能介于之间的材料 半导体有 和掺入杂质导电性能增强的特性 超导现象 当温度降低到某一温度时的现象 转变温度 导体由普通状态向转变时的温度 导体和绝缘体 热敏特性 光敏特性 电阻减小为零 超导态 2 电阻定律 1 内容公式 导体的电阻r跟它的成正比 跟它的成反比 还跟导体的有关 r 2 电阻率 计算公式 与导体的长度l 横截面积s无关 是导体材料本身的电学性质 由导体的决定且与有关 物理意义 反映了材料对的阻碍作用 在数值上等于用这种材料制成的长 截面积为的导线的电阻值 长度l 横截面 积s 材料 材料 温度 电流 1m 1m2 要点深化 电阻率与温度的关系各种材料的电阻率都随温度而变化 金属的电阻率随温度升高而增大 应用 可制成电阻温度计 半导体和电介质的电阻率随温度的升高而减小 且半导体的电阻率随温度变化较大 应用 可制成热敏电阻 有些合金 如锰铜 的电阻率几乎不受温度变化的影响 应用 可制成标准电阻 当温度降低到绝对零度附近时 某些材料的电阻率会突然减小到零 成为超导体 基础自测 金属材料的电阻率有以下特点 一般而言 纯金属的电阻率小 合金的电阻率大 有的金属的电阻率随温度变化而显著变化 有的合金的电阻率几乎不受温度的影响 根据以上的信息 判断下列说法中正确的是 a 连接电路用的导线一般用合金来制作b 电炉 电热器的电阻丝一般用合金来制作c 电阻温度计一般用电阻率几乎不受温度影响的合金来制作d 标准电阻一般用电阻率随温度变化而显著变化的金属材料制作 解析 电路中导线输送电能 但由于导线本身有电阻 所以导线也要消耗电能 并转化为热量 导线电阻越小 在其他条件一定的情况下 损耗的电能也越小 故应选择电阻率小的材料 由提供的信息知纯金属较合适 电炉与电热器是利用电流的热效应工作的 流过电热器的电流与导线上的电流相等 但电热器却能明显发热 说明其电阻大 选择电阻率大的合金丝较合适 电阻温度计是利用材料的电阻率随温度有明显变化的原理工作的 电阻率几乎不受温度影响的显然不能成为电阻温度计的材料 标准电阻的电阻率应很稳定 综上所述 正确的选项为b 答案 b 知识点三部分电路欧姆定律 知识回顾 1 部分电路欧姆定律 导体中的电流跟导体两端的成正比 跟导体的成反比 其表达式为i 2 欧姆定律的适用范围 对气体导电不适用 和 不含电动机及电解槽的电路 电压 电阻 金属导电 电解液导电 纯电阻电路 3 导体的伏安特性 导体中的电流i和电压u的关系可以用图线来表示 用纵轴表示 横轴表示 画出的i u图线叫做导体的伏安特性曲线 伏安特性曲线为直线的元件叫做元件 伏安特性曲线不是直线的元件叫做元件 如气体 半导体二极管等 电流i 电压u 线性 非线性 要点深化 伏安特性曲线电阻恒定不变的导体 它的伏安特性曲线是直线 如图2中a b两直线 直线的斜率等于电阻的倒数 斜率大的电阻小 图2 基础自测 已知某导体的伏安特性曲线为直线 若加在该导体两端的电压变为原来的3 5时 导体中的电流减少了0 4a 如果所加电压变为原来的2倍 则导体中的电流多大 答案 2 0a 图3 知识点四串联电路和并联电路 知识回顾 1 串联电路特点 1 等效电阻 r 2 各处的电流强度相等 3 分压原理 4 电路两端电压 5 功率分配 r1 r2 rn i i1 i2 in u u1 u2 un 2 并联电路特点 1 等效电阻 2 各支路电压相等 3 分流原理 4 电路中的总电流 i 5 功率分配 u u1 u2 un i1r1 i2r2 inrn i1 i2 in p1r1 p2r2 pnrn 要点深化 在连接形式较为复杂的电路中 导体间的串并联关系不很明显 这时需要将电路等效变换成较为规则的电路 以便认清其串并联关系 1 电路的等效原则 无电流的支路除去 电势相等的各点合并 理想电流表可认为短路 理想电压表可认为断路 电压稳定时 电容器可认为断路 在电路中 若只有一处接地线 只影响电路中各点的电势值 不影响电路结构 若电路中有两点或两点以上的接地线 除了影响电路中各点的电势外 还改变电路结构 接地点之间认为是接在同一点 2 电路等效的常用方法 电流分支法 先将各节点标上字母 判定各支路元件的电流方向 按电流流向 自左向右将各元件 节点 分支逐一画出 加工整理即可 等势点排列法 标出节点字母 判断出各节点电势的高低 将各节点按电势高低自左向右排列 再将各节点间的支路画出 然后加工整理即可 注意 串联电路电流相等 具有分压作用 并联电路电压相等 具有分流作用 无论是串联还是并联 其总功率都等于各个用电器的功率之和 即p p1 p2 pn 基础自测 某实验小组用三只相同的小灯泡连接成如图4所示的电路 研究串并联电路的特点 实验中观察到的现象是 图4 a k2断开 k1与a连接 三只灯泡都熄灭b k2断开 k1与b连接 三只灯泡亮度相同c k2闭合 k1与a连接 三只灯泡都发光 l1 l2亮度相同d k2闭合 k1与b连接 三只灯泡都发光 l3的亮度小于l2的亮度 解析 k2断开 k1与a连接时三只灯泡串联 三只灯泡应该亮度相同 a错误 k2断开 k1与b连接时l1 l2两只灯泡串联 l3被断开没有接入电路 b错误 k2闭合 k1与a连接时只有l2亮 l1和l3被短路 c错误 k2闭合 k1与b连接时 l1和l3并联 然后与l2串联 此时三只灯泡都发光 l3的亮度与l1的亮度相同 都小于l2的亮度 d正确 答案 d 知识点五电功 电热 焦耳定律 知识回顾 1 电功 1 定义 电路中移动电荷做的功 2 公式 w qu 适用于任何电路 3 实质 转化成其他形式能的过程 电场力 iut 电能 2 电功率 1 定义 单位时间内电流做的功 表示电流做功的 2 公式 p w t 适用于任何电路 3 电热 电流流过导体产生的热量 由定律来计算 q 4 热功率 单位时间内的发热量 表达式为 p 快慢 iu 焦耳 i2rt i2r 要点深化 电功与电热的关系1 电功是电能转化为其他形式能量的量度 电热是电能转化为内能的量度 计算电功时用公式w iut 计算电热时用公式q i2rt 2 从能量转化的角度看 电功与电热间的数量关系是 w q 即uit i2rt 具体地说 基础自测 如图5所示 有一个提升重物用的直流电动机 电动机铭牌有 电机内阻r 0 6 的标志 如果已知电路中的固定电阻r 10 电路两端电压u 160v 电压表的示数u 110v 图5 根据以上数据试计算 1 通过电动机的电流 2 电动机的输入功率 3 电动机的输出功率 答案 1 5a 2 550w 3 535w 题型一伏安特性曲线的应用 例1 在如图6甲所示的电路中 电源电压为6 0v 内阻不计 l1 l2 l3为三个相同规格的小灯泡 这种小灯泡的伏安特性曲线如图6乙所示 当开关闭合后 下列关于电路中的灯泡的判断中正确的是 图6 a 灯泡l1的电阻为12 b 通过灯泡l1的电流为通过灯泡l2的电流的2倍c 灯泡l1消耗的电功率为3wd 灯泡l2消耗的电功率为1 2w 解析 由题图甲所示的电路可知 l1两端的电压为6 0v l2 l3两端的电压均为3 0v 由题图乙可知 流过l1的电流为0 50a 流过l2 l3的电流为0 40a 由电路的计算可求得a c d正确 如认为小灯泡的电阻是个定值 则会误选b 题中已给出了小灯泡的伏安特性曲线 由图线易看出小灯泡的电阻不是定值 答案 acd 题后反思一段导体的伏安特性曲线反映了导体两端电压与流过导体中电流之间的关系 从物理本质上看 它反映了导体的电阻 电阻率 随温度的变化情况 由于金属电阻率随温度升高而增大 所以金属导体的伏安特性曲线不是过原点的直线 本题中 灯丝的u i图逐渐上扬 表明灯丝电阻随温度升高逐渐增大 变式1 1如图7所示是电阻r1和r2的伏安特性曲线 并且把第一象限分为 三个区域 现在把r1和r2并联在电路中 消耗的电功率分别为p1和p2 并联的总电阻设为r 下列关于p1和p2的大小关系及r的伏安特性曲线应该在的区域正确的是 a 特性曲线在 区 p1p2c 特性曲线在 区 p1 p2d 特性曲线在 区 p1 p2 图7 答案 c 题型二部分电路的分析与计算 例2 如图8所示 电阻r1 10 r2 3 r3 6 r4 4 电压u 24v 问 1 若在ab间接入一个内阻很大的电压表 它的读数是多少 2 如果在ab间接一个内阻很小的电流表 它的读数是多少 图8 分析 接入电压表 相当于ab间断路 接入电流表 相当于ab间短路 分别画出等效电路图 利用串并联电路特点进行计算 图9 2 ab间接入电流表这时ab间相当于短路 电流表测量的是经r4和r3的电流和 其等效电路如图10所示 图10 答案 1 18v 2 6 67a 题后反思处理复杂电路 关键是画复杂电路的等效电路 其原则为 无电流的支路除去 电势相等的各点合并 理想导线任意长短 理想电流表可认为短路 理想电压表可认为断路 方法有电流分支法和等势点排列法 变式2 1如图11所示的电路中 r1 3 r2 9 r3 6 电路两端电压u 24v 当开关s1 s2均开启和均闭合时 灯泡l都正常发光 求灯泡正常发光时的电阻r和电压ul 图11 图12 答案 3 4 8v 题型三非纯电阻电路中能量的转换 例3 有一个小型直流电动机 把它接入电压为u1 0 2v的电路中时 电动机不转 测得流过电动机的电流是i1 0 4a 若把电动机接入u2 2 0v的电路中 电动机正常工作 工作电流是i2 1 0a 求电动机正常工作时的输出功率多大 如果在电动机正常工作时 转子突然被卡住 此时电动机的发热功率是多大 分析 当电动机不转时 电动机能否看做纯电阻 欧姆定律能否使用 当电动机转动时 电动机能否看做纯电阻 根据能量守恒定律找出能量转换关系 题后反思在非纯电阻电路里 要注意区别电功和电热 注意应用能量守恒定律 电热q i2rt 电动机消耗的电能也就是电流的功w uit 由能量守恒得w q e e为其他形式的能 这里是机械能 对电动机来说 输入的功率p入 iu 发热的功率p热 i2r 输出的功率 即机械功率p机 p入 p热 ui i2r 变式3 1 2010 江苏盐城中学期中 用如图13所示的实验电路研究微型电动机的性能 当调节滑动变阻器r 让电动机停止转动时 电流表和电压表的示数分别为0 50a和2 0v 重新调节r 使电动机恢复正常运转时 电流表和电压表的示数分别为2 0a和24v 则这台电动机 不计温度对电阻的影响 a 正常运转时的输出功率为32wb 正常运转时的输出功率为48wc 正常运转时的发热功率为1wd 正常运转时的发热功率为47w 图13 答案 a 1 2009 广东理基 导体的电阻是导体本身的一种性质 对于同种材料的导体 下列表述正确的是 a 横截面积一定 电阻与导体的长度成正比b 长度一定 电阻与导体的横截面积成正比c 电压一定 电阻与通过导体的电流成正比d 电流一定 电阻与导体两端的电压成反比答案 a 2 一个t型电路如图14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 图14 a 当cd端短路时 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40 c 当ab两端接通测试电源时 cd两端的电压为80vd 当cd两端接通测试电源时 ab两端的电压为80v 答案 ac 3 夏天空调器正常工作时 制冷状态与送风状态交替运行 一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图15所示 此空调器运转1小时用电 a 1 0度b 1 5度c 2 0度d 2 5度 图15 答案 b 4 两个额定电压为220v的白炽灯l1和l2的u i特性曲线如图16所示 l2的额定功率约为 w 现将l1和l2串