高中物理知识点总结-直流电路部分ppt课件

恒定电流 2 总体归纳 七 四 四 二 五七个基本概念四个基本规律四种常见电路两个伏安曲线五个电学实验 3 考纲要求 4 知识网络 恒定电流 基本概念 电流 定义 条件 方向 电流强度 电压 定义式UAB WAB q A B 定义式I q t 微观表示I nqsv 决定式I U R E R r 决定式U IR U外 E Ir U内 Ir 电阻 定义式R U I 决定式R L S 电动势 定义式E W非静电力 q 量度式E U外 U内 IR Ir 电功 定义式W qU IUt 纯电阻 非纯电阻电路 计算式W I2Rt U2t R 纯电阻电路 电功率 用电器 定义式P W t 计算式P IU I2R U2 R 纯电阻 电源 总功率 P总 IE 输出功率 P出 IU端损失功率P损 I2r 效率 P出 P总 5 基本规律 电阻定律 内容 公式 R L S 电阻率 超导 半导体 欧姆定律 部分电路欧姆定律I U R 闭合电路欧姆定律I E R r 复习指南 1 本章是高考的重点 主要考查欧姆定律 串并联电路中电流电压和功率的分配 2 本章可与机械能 电场 电磁感应 磁场 交变电流等知识综合出题 3 实验是本章的重中之重 是高考试卷中的常客 我们将在以后作专题复习 6 第一课时电流 电阻定律 欧姆定律 一 电流 1 电流的形成 电荷的定向移动形成电流 电子正 负离子 金属导电 电解液导电 电流形成的条件 存在自由电荷 导体两端存在电势差 电流的分类 方向不变 方向 大小都不变 方向改变 直流电 恒定电流 交变电流 电流的方向 规定 正电荷的定向移动方向为电流方向 电路中电源外部从正极到负极 电源内部从负极到正极 7 2 电流的大小 定义 通过导体横截面的电量q与通过这些电量所需时间t的比值叫电流 定义式 I q t 单位 安培 A 是国际单位制中的基本单位 金属导体中电流的微观表达式 导体单位体积内的自由电荷数 n 自由电荷的带电量 q 导体的横截面积 S 自由电荷定向移动速率 v I nqvS 题型一对电流的理解 在电解槽中 1min内通过横截面的一价正离子和一价负离子的个数分别为1 125 1021和7 5 1020 则通过电解槽的电流为 8 设氢原子中电子在半径为r的轨道上做圆周运动 电子的电量为e 质量为m 静电力常量为k 试求等效电流的电流强度 某电解槽中 如果在1s内共有5 1018个二价正离子和1 1019个一价负离子通过面积为0 1m2的某横截面 则通过该横截面的电流为多大 有一横截面为S的铜导线 流经其中的电流为I 设每单位体积的导线有n个自由电子 电子电量为e 此时电子的定向移动速度为v 在 t时间内 通过导体横截面的自由电子数目可表示为 A nvS t B nv t C I t e D I t Se AC 9 解析根据电流的定义式可知 在 t内通过导线横截面的电荷量Q t所以在这段时间内通过的自由电子数为N 所以C项正确 D项错 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 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 10 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距L和4L的两处 各取一段极短的相等长度的质子流 其中的质子数分别为n1和n2 则n1 n2 6 25x1015 2 1 11 二 电阻定律 1 内容 在温度不变时 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 表达式 R L S 决定电阻的大小 2 电阻率 物理意义 反映材料的导电性能 由材料本身决定 与温度有关 单位 m 电阻率随温度的变化 金属电阻率随温度升高而增大 金属温度计 铂 有些合金电阻率几乎不受温度变化的影响 标准电阻 温度降低电阻率减小 温度降到某一值 电阻率突然为零 超导 转变温度 12 3 半导体 定义 电阻率介于导体与绝缘体之间 且随温度升高反而降低的材料 半导体的特性 热敏特性 温度升高电阻率迅速减小 热敏电阻 温控开关 光敏特性 在光照下电阻率迅速减小 光敏电阻 光控开关 掺杂特性 掺入杂质导电性能大大增强 4 理解与巩固 关于电阻率 下列说法中不正确的是 A 电阻率是表征材料导电性能好坏的物理量 电阻率越大 其导电性能越好 B 各种材料的电阻率都与温度有关 金属的电阻率随温度升高而增大 C 所谓超导体 当其温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时 它的电阻率突然变为零 D 某些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响 通常都用它们制作标准电阻 13 如图7所示 两个截面不同 长度相等的均匀铜棒接在电路中 两端电压为U 则A 通过两棒的电流不相等B 两棒的自由电子定向移动的平均速率不同C 两棒内的电场强度不同 细棒内场强E1大于粗棒内场强E2D 细棒的电压U1大于粗棒的电压U2 解析两铜棒串联 故电流相等 A错 由I neSv知I n e相同 S不同 v不同 B对 棒中电场E U L 而U IR 故S小的U大 即U1 U2 E1 E2 C D对 答案BCD 14 三 欧姆定律 1 内容 导体中的电流跟导体两端的电压成正比 跟导体的电阻成反比 2 表达式 I U R 3 适用范围 适用于金属和电解液导电 气体导电不适用 或适用于纯电阻电路 不适用于非纯电阻电路 4 伏安特性曲线 U I图线 I U图线 当电阻率随温度变化时 电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线 5 理解与巩固 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 15 一根粗细均匀的导线 两端加上电压U时 通过导线中的电流强度为I 导线中自由电子定向移动的平均速度为v 若导线均匀拉长 使其半径变为原来的1 2 再给它两端加上电压U 则 A 通过导线的电流为I 4B 通过导线的电流为I 16C 自由电子定向移动的平均速率为v 4D 自由电子定向移动的平均速率为v 16 甲 乙两地相距6km 两地间架设两条电阻都是6 的导线 当两条导线在甲 乙两地间的某处发生短路时 接在甲地的电压表 如图所示 读数为6V 电流表的读数为1 2A 则发生短路处距甲地多远 2 5km 16 一个标有 220V60W 的白炽灯泡 加上的电压U由零逐渐增大到220V 在此过程中电压U和电流I的的关系可用下图所示 在给出的四个图线中符合实际的是 题型二对伏安曲线的理解 17 如图7 1 2甲为一测量电解液电阻率的玻璃容器 P Q为电极 设a 1m b 0 2m c 0 1m 当里面注满某电解液 且P Q加上电压后 其U I图线如图7 1 2乙所示 当U 10V时 求电解液的电阻率 是多少 18 解析 由题图乙可求得电解液的电阻为 R 2000 由题图甲可知电解液长为 l a 1m截面积为 S bc 0 02m2结合电阻定律 R 得 40 m 答案 40 m 19 两电阻R1 R2的电流I随电压U变化的关系图线如图2所示 其中R1的图线与纵轴的夹角和R2的图线与横轴的夹角都是 30 若将R1 R2串联起来接入电路中 则通电后R1 R2消耗的电功率之比P1 P2等于 A 1 B 3 C 1 3D 3 1 图2 21 第二课时电路的连结 电功 电功率 一 串 并联电路的特点 注 在串 并联电路中 电路消耗的总功率等于各用电器消耗的功率之和 22 二 电路的简化 1 特殊电路元件处理方法 理想电流表可看成短路 用导线代替 理想电压表可看成电路断开 非理想电表可看成能读出电流 电压的电阻 电容器稳定时可看成电路断开 两极板间电压等于与之并联的电阻两端电压 电路中无电流通过的电阻可用导线代替 同一导线上的节点可以合并 2 画等效电路的方法 如 如图所示的电路中 三个电阻的阻值相等 电流表A1 A2和A3的内电阻均可忽略 电流表的读数分别为I1 I2和I3 则I1 I2 I3 23 一个T型电路如图所示 电路中电阻 另有一测试电源 电动势为100V 内阻忽略不计 则A 当cd端短路时 ab之间的等效电阻是40B 当ab端短路时 cd之间的等效电阻是40C 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 24 解析当cd端短路时 等效电阻R123 R1 40 所以A对 当ab端短路时 等效电阻R123 128 所以B错 当ab两端接通测试电源时 根据欧姆定律得 A 2A 所以Ucd IR3 80V 所以C对 当cd两端接通测试电源时 根据欧姆定律得 所以Uab IR3 25V 所以D错 答案AC 25 三 电功 电功率 1 电功 实质 电场力对电荷做功 电荷具有的电势能转化为其它形式的能 即电能转化为其它形式的能的过程 计算公式 W qU IUt 适用于任何电路 W I2Rt U2t R 适用于纯电阻电路 2 电功率 电流所做的功与完成这些功所需时间的比值 P W t IU 适用于任何电路 P I2R U2 R 适用于纯电阻电路 26 3 焦耳定律 电热 Q I2Rt 发热功率 P热 I2R 4 纯电阻 非纯电阻电路 纯电阻电路 电能全部转化为内能 P热 UI I2R U2 R 非纯电阻电路 电能转化为内能和其它形式的能 P UI P热 I2R P其它 UI P热 四 理解与巩固 1 串 并联电路的特点 如图所示电路中 各电阻阻值已标出 当输入电压UAB 110V时 输出电压UCD V 27 某实验小组用三只相同的小灯泡 联成如图所示的电路 研究串并联电路特点 实验中观察到的现象是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亮度小于L2的亮度 S未接通 题型三 对电路认识与电路的简化 28 3 电功 电功率 有四盏灯 接入如图11中 L1和L2都标有 220V 100W 字样 L3和L4都标有 220V 40W 字样 把电路接通后 最暗的灯将是 A L1 B L2 C L3 D L4 题型四 纯电阻电路规律的综合考查 如图10所示 电路中电池的电动势E 5V 内电阻r 10 固定电阻R 90 R0是可变电阻 在R0从零增加到400 的过程中 求 1 可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最大热功率 2 电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和 29 分析与解 1 可变电阻R0上消耗的热功率 时 P0最大 其最大值 2 当电流最小时 电阻r和R消耗的热功率最小 此时R0应调到最大400 内阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和为本题关键 写出P0 P小表达式 进行数学变换 一定要养成先写表达式 再求极值的良好解题习惯 否则就容易出错 30 如图所示 电阻R1 20 电动机绕线电阻R2 10 当电键S断开时 电流表的示数是I1 0 5A 当电键合上后 电动机转动起来 电路两端的电压不变 电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是 A I 1 5AB I 1 5AC P 15WD P 15W 分析与解 当电键S断开时 电动机没有通电 欧姆定律成立 所以电路两端的电压U I1R1 10V 当电键合上后 电动机转动起来 电路两端的电压U 10V 通过电动机的电流应满足UI2 I22R2 所以I2 1A 所以电流表的示I 1 5A 电路消耗的电功率P 15W 即BD正确 题型五 会解非纯电阻电路问题 31 某一用直流电动机提升重物的装置 如图所示 重物的质量m 50kg 电源电动势E 110V 不计电源电阻及各处摩擦 当电动机以V 0 90m s的恒定速度向上提升重物时 电路中的电流强度I 5A 由此可知 电动机线圈的电阻R是多少 g 10m s2 分析与解 在上面物理过程中 电源工作将其他形式的能转化电能输入电路 电流通过电机将电能转化为机械能输出 由能量守恒定律可得 解得电动机线圈的电阻R 4 32 5 与实际生活相联系 演示位移传感器的工作原理如右图示 物体M在导轨上平移时 带动滑动变阻器的金属滑杆p 通过电压表显示的数据 来反映物体位移的大小x 假设电压表是理想的 则下列说法正确的是 A 物体M运动时 电源内的电流会发生变化B 物体M运动时 电压表的示数会发生变化C 物体M不动时 电路中没有电流D 物体M不动时 电压表没有示数 33 34 第三课时闭合电路欧姆定律 一 电动势 1 物理意义 反映电源把其它形式的能转化为电能的本领大小 在数值上等于在电源内移动1C的电荷电源提供的能量 2 电动势的大小在外电路断开时等于电源两极间的电压 外电路闭合时等于内 外电压之和 二 闭合电路欧姆定律 1 内容 闭合电路里的电流与电源的电动势成正比 与整个电路的电阻成反比 2 表达式 外电路为纯电阻 Eq qU外 qU内能量形式 IE IU外 IU内功率形式 35 三 路端电压 1 U端 E Ir U端随I的增大而减小 直线的斜率的绝对值表示电源内阻 图线上每一点坐标的乘积为电源的输出功率 也是外电路的消耗功率 四 电源的功率与效率 电源的功率 电源的总功率 P总 EI 电源内部消耗的功率P内 I2r 电源的输出功率P出 P总 P内 EI I2r IU端 E2R R r 2 当R r时 Pmax E2 4r 36 五 理解与巩固 1 闭合电路欧姆定律 如图所示的电路中 定值电阻R 3 当开关S断开时 电源内 外电路消耗的功率之比为1 3 当开关S闭合时 内 外电路消耗的功率之比为1 1 求开关S闭合前和闭合后 灯泡L上消耗的功率之比 不计灯泡电阻的变化 在如图所示的电路中 R1 2 R2 R3 4 当电键K接a时 R2上消耗的电功率为4W 当电键K接b时 电压表示数为4 5V 试求 1 电键K接a时 通过电源的电流和电源两端的电压 2 电源的电动势和内电阻 3 当电键K接c时 通过R2的电流 37 2 电源的伏安特性曲线 如图所示 直线A为电源的U I图线 直线B为电阻R的U I图线 用该电源和电阻组成闭合电路时 电源的输出功率和电路的总功率分别是 A 4W 8WB 2W 4WC 4W 6WD 2W 3W 3 电源的输出功率 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 38 如图所示 直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I变化的图线 抛物线OBC为同一直流电源内部热功率Pr随电流I变化的图线 若A B的横坐标为1A 那么AB线段表示的功率等于 A 1WB 3WC 2WD 2 5W C 39 如图7 2 13所示 在U I图象上 a b c各点均表示该电路中的一个确定的工作状态 45 则下列说法正确的是 A 在b点时 电源有最小的输出功率B 在b点时 电源的总功率最大b 增大 电源的总功率和输出功率都增大C 从a b 增大 电源的总功率和输出功率都增大D 从b c 增大 电源的总功率和输出功率都减小 40 解析 在b点时 电源的内阻等于外电阻 电源有最大的输出功率 电源的总功率R总 IE 电流越大总功率越大 外电阻为零时总功率最大 从a c 增大 外电阻增大 电流减小 电源的总功率减小 输出功率增大 从b c时 增大 电流减小 电源的总功率和输出功率都减小 答案 D 41 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 42 题型八 电路 图象问题例1 如图是某一半导体器件的U I图 将该器件与标有 9V 18W 的用电器串联后接入电动势为12V的电源两端 用电器恰能正常工作 求此时电源的输出功率是多少 若将该器件与一个阻值为1 33的电阻串联后接在此电源两端 则该器件消耗的电功率约为多少 43 题型3伏安特性曲线的应用 例3 如图4所示为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线 由图可知 两者不成线性关系 这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故 参考这条曲线回答下列问题 不计电流表和电池的内阻 图4 44 1 若把三个这样的电灯串联后 接到电动势为12V的电源上 求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻 2 如图5所示 将两个这样的电灯并联后再与10 的定值电阻串联 接在电动势为8V的电源上 求通过电流表的电流值和每个灯泡的电阻 图5 45 解析 1 三个灯串联时 每个灯的电压为4V由图象知 当灯泡两端的电压为4V时 灯泡的电流为0 4A 灯泡的电阻为R 10 2 在图5中 若设灯泡电流为I 两端电压为U由欧姆定律得E 2IR0 U 即U 8 20I将U 8 20I函数关系图象作在图4中 如下图所示 两图线交点为 2V 0 3A 可得此种情况下电流为0 3A 46 通过电流表的电流值为IA 2I 0 6A灯泡的电阻为R 6 7 答案 1 0 4A10 2 0 6A6 7 47 例3 图7 2 12甲为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线 由图可知 两者不成线性关系 这是由于 如图乙所示 将这个电灯与20 的定值电阻R串联 接在电动势为8V的电源上 则电灯的实际功率为 W 不计电流表电阻和电源内阻 48 解析 根据闭合电路欧姆定律 E IR UL得到 8 UL 20I在甲图中画出此方程的图象如右图由图象得出 该图象与原图的交点为此电路对应的电流和电压值 故此电路中小灯泡两端电压为U 2V 电流I 0 3A 所以功率P UI 0 6W 答案 随电压的增大 灯变亮 灯丝温度升高 电阻率变大 电阻变大0 6 49 第四课时电路中的特殊问题 一 电路的动态分析 1 问题特点 电路中的局部变化会引起整个电路电流 电压 电功率的变化 2 处理方法 在对电路进行分析时从阻值变化的部分入手 理清电路结构 结合欧姆定律进行分析 并同串反 在如图所示的电路中 R1 R2 R3和R4皆为定值电阻 R5为可变电阻 电源的电动势为E 内阻为r0 设电流表A的读数为I 电压表V的读数为U0 当R5的滑动触点向图中a端移动时 A I变大 U变小B I变大 U变大C I变小 U变大D I变小 U变小 50 解析 由电路图可知 滑动变阻器的触头向b端滑动时 其连入电路的阻值变大 导致整个电路的外电阻R外增大 由U R外 知 路端电压即电压表的读数变大 而R1的分压UR1 R1减小 故R2两端的电压UR2 U UR1增大 再据I 可得通过R2的电流增大 即电流表的读数增大 所以A项正确 答案 A 2020 4 22 51 52 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变暗 L1 L2变亮C U1 U2 3 滑动变阻器的特点 限流式接法 RAB随pb间的电阻增大而增大 分压电路 当P由a滑至b时 电路的总电阻RAB持续减小 反之增大 53 并联式电路 两并联支路的电阻之和为定值 则两支路的并联电阻随两支路阻值之差的增大而减小 随两支路阻值之差的减小而增大 且支路阻值相差最小时有最大值 相差最大时有最小值 如图所示 电灯A标有 10V 10W 电灯B标有 8V 20W 滑动变阻器的总电阻为6 当滑动触头由a端向b端滑动的过程中 不考电灯电阻的变化 A 安培表示数一直减小 伏特表示数一直增大 B 安培表示数一直增大 伏特表示数一直减小 C 安培表示数先增大后减小 伏特表示数先减小后增大 D 安培表示数先减小后增大 伏特表示数先增大后减小 54 二 电路故障分析 如图为一电路板的示意图 a b c d为接线柱 a d与220V的交流电源连接 ab间 bc间 cd间分别连接一个电阻 现发现电路中没有电流 为检查电路故障 用一交流电压表分别测得b d两点间以及a c两点间的电压均为220V 由此可知 A ab间电路通 cd间电路不通 B ab间电路不通 bc间电路通 C ab间电路通 bc间电路不通 D bc间电路不通 cd间电路通C D 总结 由给定测量值 分析推断故障 应注意电压表有读数 必须有电流通过电压表 即与电压表相连的电路应是完好的 55 56 分析与解 先将电路简化 R1与r看成一个等效内阻r R1 r 则由V1和A1的两组数据可求得电源的电动势 由A2和V1的数据可求出电阻R3 由V2和A1 A2的数据可求出R2 当发现两电压表的示数相同时 但又不为零 说明V2的示数也是路端电压 即外电路的电压全降在电阻R2上 由此可推断Rp两端电压为零 这样故障的原因可能有两个 若假设R2是完好的 则Rp一定短路 若假设RP是完好的 则R2一定断路 57 如图所示的电路中 闭合电键 灯L1 L2正常发光 由于电路出现故障 突然发现灯L1变亮 灯L2变暗 电流表的读数变小 根据分析 发生的故障可能是 A R1断路 B R2断路 C R3短路 D R4短路 总结 解决此类问题可借鉴电路的动态分析的方法 某居民家中的电路如图所示 开始时各部分工作正常 将电饭煲的插头插入三孔插座后 正在烧水的电热壶突然不能工作 但电灯仍正常发光 拔出电饭煲的插头 把试电笔分别插入插座的左 右插孔 氖管均能发光 则 A 仅电热壶所在的C D两点间发生了断路故障B 仅电热壶所在的C D两点间发生了短路故障C 仅导线AB间断路D 因为插座用导线接地 所以发生了上述故障 58 解析画出原电路的等效电路图如下图所示 若R1断路 则R总增大 根据闭合电路欧姆定律得I总减小 又由U E Ir可知 路端电压增大 而ab之间的电阻不变 I总减小 所以Uab减小 由Uab UL1 U可知UL1增大 则L1变亮 由于Uab减小 59 据I2 可知I2减小 灯L2变暗 同理可知电流表的示数减小 故A正确 若R2断路 总外电阻变大 总电流减小 ac部分电路结构没变 电流仍按原比例分配 R1 L1中电流都减小 与题意相矛盾 故B选项错 若R3短路或R4短路 总外电阻减小 总电流增大 电流表示数变大 与题意相矛盾 故C D选项错 答案A 2020 4 22 60 分析与解 首先应对电路进行标准化 如图38所示为其标准化后的电路 当R1断路时 总电阻增大 所以通过电源的总电流减小 灯L2变暗 电流表的读数变小 而路端电压增大 所以L1两端电压增大 灯L1变亮 所以A选项正确 61 三 含容电路 求电路稳定后电容器所带的电量 在图所示的电路中 已知电容C 2 F 电源电动势E 12V 内电阻不计 R1 R2 R3 R4 1 2 6 3 则电容器极板a所带的电量为 A 8 10 6C B 4 10 6C 4 10 6C D 8 10 6 如图 E 10V R1 4 R2 6 C 30 F 电池内阻可忽略 1 闭合电键K 求稳定后通过R1的电流 2 然后将电键K断开 求这以后流过R1的总电量 62 图中电源电动势E 10V C1 C2 30 F R1 4 0 R2 6 0 电源内阻可忽略 先闭合电键K 待电路稳定后 再将K断开 则断开K后流过电阻R1的电量为 判定带电粒子的运动情况 一平行板电容器C 极板是水平放置的 它和三个可变电阻及电源联接成如图所示的电路 今有一质量为m的带电油滴悬浮在两极板之间静止不动 要使油滴上升 可采用的办法是 A 增大R1B 增大R2C 增大R3D 减小R2 63 四 电表的改装 1 电流表 G 表头 构造 由辐向均匀分布的磁场和放入其中的可转动的线圈组成 如图 工