高二物理__第2章恒定电流复习

1、高二物理 第2章恒定电流复习一 知识要点（一）导体中的电场和电流、电动势1.导体中的电场和电流（1） 电源：电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。（在这一过程中，自由电子所受电场力的方向与运动方向相反，故需要电源提供一个非静电力的作用，使自由电子在非静电力的作用下克服电场力做功，从而将其他形式的能转化为电能）（2） 导线中的电场：当导线内的电场达到动态平衡状态时，导线内的电场线保持与导线平行，自由电子只存在定向移动。因为电荷的分布是稳定的，由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。（3）电流概念：电荷的定向移动形成电流。电流的方向：

2、规定为正电荷定向移动的方向。定义：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用的时间的比值。定义式：单位：安培（A），1 A =103mA = 106µA电流强度是标量。电流的种类 直流电：方向不随时间而改变的电流。直流电分为恒定电流和脉动直流电两类：其中大小和方向都不随时间而改变的电流叫恒定电流；方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。 交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流。2电动势（1）物理意义：表示电源把其它形式的能（非静电力做功）转化为电能的本领大小。电动势越大，电路中每通过1C电量时，电源将其它形式的能转化成电能的数值就越多。（2）定义：在电源内部非静电力所做的

3、功W与移送的电荷量q的比值，叫电源的电动势，用E表示。定义式为：E = W/q 注意： 电动势的大小由电源中非静电力的特性（电源本身）决定，跟电源的体积、外电路无关。电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压。电动势在数值上等于非静电力把1C电量的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。（3）电源（池）的几个重要参数 电动势：它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质，与电池的大小无关。 内阻（r）:电源内部的电阻。 容量：电池放电时能输出的总电荷量。其单位是：A·h，mA·h.注意：对同一种电池来说，体积越大，容量越大，内阻越小。（二）部分电路欧姆定律，电路的

4、连接，电功、电功率、电热，电阻定律1部分电路欧姆定律（1） 电阻（电阻是描述导体的性质） 定义：导体两端的电压和通过导体中的电流的比值，定义式 R =U/I 物理意义：表示导体对电流的阻碍作用。 单位：欧姆（） 1M = 103k = 106（2）电压（又叫电势差）电流通过电阻R时，电阻两端的电势差值，又叫电势降落，其大小U =IR。（3）欧姆定律:（反映一段导体电流、电压、电阻的关系） 导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻成反比。即I=U/R欧姆定律的适应范围：金属导体、电解质溶液；不含电源的部分电路，即纯电阻电路。（4）导体的伏安特性曲线 伏安特性曲线：常用纵坐标表示电流I

5、、横坐标表示电压U，而画出的IU图象。 线性元件（伏安特性曲线通过坐标原点的直线）和非线性元件（伏安特性曲线通过坐标原点的曲线） 实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线 电路连接如图。变阻器采用限流接法，或分压接法。分压接法可以使电压U能从零开始调整。（3）决定电阻的因素2电路的连接（1） 串联电路电路中各处的电流强度相等。电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和串联电路的总电阻，等于各个电阻之和。电压分配：功率分配：n个相同电池（E、r）串联：En = nE rn = nr（2）并联电路 并联电路中各支路两端的电压相等。 电路中的总电流强度等于各支路电流强度之和。 并联电路总电阻的倒数，等于各个电

6、阻的倒数之和。 对两个电阻并联有：R=R1R2/（R1+R2）电流分配：功率分配：n个相同电池（E、r）并联：En = E rn =r/n讨论问题： 几个相同的电阻并联，总电阻为一个电阻的几分之一； 若不同的电阻并联，总电阻小于其中最小的电阻； 若某一支路的电阻增大，则总电阻也随之增大； 若并联的支路增多时，总电阻将减小； 当一个大电阻与一个小电阻并联时，总电阻接近小电阻。（3）电压表和电流表 表头：表头就是一个电阻，同样遵从欧姆定律，与其他电阻的不同仅在于通过表头的电流是可以从刻度盘上读出来的。描述表头的三个特征量：电表的内阻Rg、满偏电流Ig、满偏电压Ug，它们之间的关系是Ug=IgRg，

7、因而若已知电表的内阻Rg，则根据欧姆定律可把相应各点的电流值改写成电压值，即电流表也是电压表，本质上并无差别，只是刻度盘的刻度不同而已。因此，电表若串联使用即为电流表，并联使用即为电压表。电表改装和扩程：要抓住问题的症结所在，即表头内线圈容许通过的最大电流(Ig)或允许加的最大电压(Ug)是有限制的。要测量较大的电压(或电流)怎么办?- 利用电阻（串联、并联）来分压(或分流)。分压(或分流)电阻的阻值如何确定?-请推导出有关的公式。3电功、电功率、电热（1）电功概念：电场力对电荷所做的功，常说成电流的功，简称电功。 公式：W =UIt单位：在国际单位制中是焦耳J，实用单位是度KWh，1KWh=

8、3.6×106J （2） 电功率定义：电流所做的功跟完成这些功所需时间的比值叫功率。 公式：P =UI 单位：瓦（W） 1KW=103W（3） 电热（焦耳定律）定义：电流通过导体时所产生的热量。 公式：Q =I2Rt（焦耳定律） 单位：焦耳（J）4. 电阻定律（1）电阻定律:同种材料的导体，其电阻R与导体的长度L成正比，与它的横截面积S成反比；导体的电阻与构成它的材料有关。写成公式 （2）材料的电阻率（描述导体材料的性质），跟材料和温度有关；各种材料的电阻率一般随温度的变化而变化；对金属，温度升高，增大。（3）电阻测量（探究）电路用课本P58图2。6-2（自己画出）变阻器采用分压接法

9、，以便能获得多组实验数据，以使R的测量更准确；电流表采用外接法或内接法（根据实际情况而定，应考虑电流表和电压表的内阻，即电流表的分压作用和电压表的分流作用），以减少实验的系统误差。（三）闭合电路的欧姆定律1 闭合电路欧姆定律的三种表达式：E = IR + Ir，E = U内+ U外，以及I = E/（R+r）注意：前两个表达式与第三式还是有区别的。前两式主要表达的是因消耗其他形式能量而产生的电势升高E通过外电路R和内电路r而降落。第三式主要回答了电路中的电流与哪些因素有关。另外，第一式和第三式只适用于外电路是纯电阻的条件下，而第二式却不需要这样的条件。 闭合电路欧姆定律中的R是外电路的总电阻（

10、负载）。2. 路端电压（1）定义：电源两极间的电压。又叫外电压或输出电压（2）求法： （限于外电路为纯电阻）   3路端电压与负载变化的关系根据I=E/（R+r）, U内=Ir，E=U内+U外,当E、r一定时： 外电路电阻剧R(断路) (短路)4多用电表（1）欧姆表基本构造：由电流表、调零电阻、电池、红黑表笔组成。（内电路请自己画出）原理：利用闭合电路欧姆定律即可找到I与R的关系，变形即可得R与I的关系。注意：欧姆表实际上是由电流表改装而成。首先，电流表和电压表测量的是电压和电流，故改装时不需要提供新的电源，而欧姆表是用电流表来测量电阻，故必须提供一个电源。其次，由闭合电路欧姆定律，

11、在电路中的电流的大小与电阻又是一一对应关系，且R增大时，电流减小，故电流表的电流从满偏至零对应于电阻从零到无穷大，只要抓住该对应关系，即可将电流表改装成欧姆表。（3） 多用电表内部结构：都是在电流表的基础上增加电路而实现新的功能。因此电流表是公共部分，要实现不同的功能只需让电流表与不同的附加电路相连即可，利用一个选择开关即可实现。多用电表的外形图，由两部分构成，上半部分为表盘，下半部分是选择开关，即功能开关。使用方法：将选择开关旋转到电压档（V）-测电压将选择开关旋转到电流档（mA）-测电流将选择开关旋转到欧姆档（）-测电阻欧姆表的使用方法：根据被测电阻的大致值，将选择开关旋转到相应的倍率上；

12、【注意】欧姆表测电阻时，指针越接近半偏位置，测量结果越准确。调零：将红、黑表笔短接，调节调零旋钮使指针0处。测量：将被测电阻跨接在红、黑表笔间。 读数：测量值 = 表盘指针示数×倍率【注意】不要用手接触电阻的两引线；若发现指针偏角太大或太小应换用倍率较小或较大的档；且每次换档必需重新调零。整理：测量完毕，将选择开关旋转到OFF档或交流最大电压档，拨出表笔，若长期不用应取出电池。5.测定电池的电动势和内电阻 实验原理：用电流表和电压表测出电流和路端电压，再用闭合电路欧姆定律求出电池的电动势和内电阻。测定电池的电动势和内电阻 通过这个实验，应掌握用图象处理数据，从而测定电池的电动势和内电

13、阻的方法。 注意事项： 在实验时，应注意以下几点： 为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些(或与电池串联一个几欧的电阻充当内阻)，这是因为路端电压U=E/（1+r/R），当rR时，UE，从而造成U没有变化，不方便读数，也不方便作图； 实验中不要将I调得过大，每次读完立即切断电源，且最好使，值由大到小顺序变化，使实验过程中E和r的值较稳定； 要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些。 在画U-I图线时，要尽量使多数点落在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不考虑。这样，就可减小偶然误差，提高测量精度。干电池内阻较小时U的变化较小，可以通过将I轴向U轴

14、的正方向平移的方法来使图线更完整，图线斜率的绝对值仍是电池的内阻。 造成实验误差的主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些。作图不准确也会造成偶然误差。 误差分析： 用电流表和电压表测电源的电动势和内电阻时，电流表外接和内接两种情况下电动势的测量值与真实值、电源内阻的测量值与真实值间的关系如何? 若采用如图甲电路时，根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir，两次测量的方程为： E测=U1+I1r测 E测=U2+I2r测 解得： 甲 若考虑电流表和电压表的内阻，对图所示电路应用闭合电路欧姆定律有： 式中，E和r为电动势和内阻的真实值。解得： ,

15、比较得：若采用图乙所示的电路（A与变阻器串联）。同样考虑电流表和电压表的内阻，应用闭合电路欧姆定律有：， 乙解得：，比较得：。（四） 简单的逻辑电路主要应了解“与”逻辑、“或”逻辑和“非”逻辑的意义，理解条件与结果之问的关系，以及这些逻辑关系的真值表。关于如何实现这些逻辑关系，则不需要掌握。二. 重、难点突破1. 电解液导电时，用公式求电流强度时应注意：。由于正负离子向相反方向定向移动，形成的电流方向是一致的，所以。例如：在内通过电解槽某一横截面向右迁移的正离子所带电量为，向左迁移的负离子所带的电量也为，那么，电解槽中电流强度的大小应为，而不是。2. 公式是电阻的定义式，而是电阻的决定式，与成

16、正比或与成反比的说法都是错误的，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，它的电阻仍然存在。3. 注意电功和电热的区别（注意运用能量观点）（1）纯电阻用电器：电流通过用电器以发热为目的。如：电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁、白炽灯等。（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。如：电解槽、电动机、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，同理。在非纯电阻电路中，电路消耗的电能分为两部分，一部分转化为热能，另一部分转化为其它形式的能（如电流通过电动机时，电能转化为机械能）。这里不再等

17、于，应该是，电功就只能用计算，电热就只能用计算。4. 额定功率与实际功率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，一般可认为用电器的电阻不变（等于额定状态下的电阻值），并据此来进行计算。5. 电源的输出功率随外电阻变化的规律 （1）当时，有最大值： 图1 （2）当时，随的增大而增大。 （3）当时，随的增大而减小。 图2 与外电阻的上述关系可用如图1的图像直观像表示。由图像还可知，对应于电源的非最大输出功率可以有两个不同的

18、外电阻和，例如：如图2所示的电路，已知，电源的输出功率为，求得的阻值有两个值：，。（由）代入数据有：，解之得出，。 6. 电源的效率按定义有，可见，当增大时，效率提高。值得指出的是，电源有最大输出功率时（时），电源的效率仅为50%，效率并不高，而效率较高时，输出功率可能较小。7. 闭合电路中的几个概念及能量关系：（1）电源的总功率（2）电源内部发热功率（3）电源的输出功率（外电路消耗的总功率）【典型例题分析】例1 如图所示，直线A为电源的路端电压U与电流I的关系图线，直线B是电阻R的两端电压U与电流I的关系图像，用该电源与电阻R组成闭合电路，电源的输出功率和电源的效率分别为多少？分析：图中直线

19、A与B的交点P是电源与电阻R相连的工作状态点，从这个点可知电路工作时电源的输出电压（电阻两端的电压）及电路的工作电流，从A在纵轴上的截距可求得电源电动势，利用有关概念、公式即可求得题中结果。解答：P点是电路的工作状态点，故由图像得：电源的输出电压，电路中的电流强度，据得电源的输出功率 又由图线A与纵轴的交点得所以，电源的效率： 代入数据得说明：1. 本题中要能根据U-I图线，分别寻出电源电动势E和内电阻r以及B线对应的电阻R。2. 理解A线与B线交点P的物理意义，不仅能进一步理解电源与电阻所发生的物理现象，而且能简化解此题的过程。例2 在如图所示的电路中，电池的电动势E =5V，内电阻，固定电

20、阻，是可变电阻，在由零增加到的过程中，求：（1）可变电阻上消耗热功率最大的条件和最大热功率；（2）电池的内电阻和固定电阻上消耗的最小热功率之和。分析：当电路中可变电阻发生变化时，电源的功率、各用电器上的电流强度、电压、功率都随之发生改变，根据需求的量，列出数学表达式，然后结合物理量的物理意义，分析数学表达式即可求得。解答：（1）可变电阻上消耗的热功率由上式可得：当时，有最大值（2）与上消耗的热功率之和由上式可知，最大时，最小 即：当时，有最小值说明：1. 物理中求最大值或最小值的思路是：先根据物理现象列出所求量的数学表达式，掌握其动态变化，然后根据动态变化的分析找出最大值和最小值的条件，再求最大值或最小值。2. 本题若改为选择或填空，采用等效思维则可减少解题过程的繁琐，提高解题速度。如在（1）中，把看成是电源的内阻，利用电