2024-2025学年高中物理第3章恒定电流章末综合提升学案鲁科版选修3-1

PAGE7-恒定电流[体系构建][核心速填]一、基本概念1．电流(1)定义：电荷定向移动时，在单位时间内通过导体任一横截面的电荷量称为电流，用符号I表示。(2)定义式：I＝eq\f(q,t)。(3)单位①国际单位制单位：安培，符号为A。②其他常用单位：毫安，符号为mA；微安，符号为μA。③单位间的换算关系：1A＝103mA＝106μA2．电阻(1)定义：导体对电流的阻碍作用。(2)定义式：R＝eq\f(U,I)。(3)单位电阻的国际单位是欧姆，符号为Ω。3．电功和电功率(1)电功①定义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。②公式：W＝UIt。③单位：在国际单位制中，电功的单位是焦耳(J)。(2)电功率①定义：单位时间内电流所做的功叫作电功率。②公式：P＝eq\f(W,t)＝UI。③单位：在国际单位制中，电功率的单位是瓦特，符号为W。4．电热和热功率(1)电热①定义：电流流过导体时产生的热量。②公式：Q＝I2Rt。③单位：在国际单位制电热的单位是焦耳，符号为J。(2)热功率①定义：单位时间内电流流过导体发热的功率，即电流流过导体时电能转化为内能的功率。②表达式：P热＝eq\f(Q,t)＝I2R。二、基本规律1．电阻定律(1)内容导体的电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比，还与导体的材料有关。(2)公式：R＝ρeq\f(l,S)。2．部分电路欧姆定律(1)内容：流过导体的电流与导体两端电压U成正比，与导体的电阻R成反比。(2)公式：I＝eq\f(U,R)。3．焦耳定律(1)内容：电流通过导体时产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。(2)表达式：Q＝I2Rt。三、基本电路1．串联电路的两个基本特点(1)电流相等，即I＝I1＝I2＝I3＝…＝In。(2)总电压等于各部分电压之和，即U＝U1＋U2＋U3＋…＋Un。2．并联电路的两个基本特点(1)并联电路中各支路的电压相等，即U1＝U2＝…＝Un＝U。(2)并联电路的总电流等于各支路的电流之和，即I＝I1＋I2＋…＋In。3．纯电阻电路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t；P电＝P热＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R)。4．非纯电阻电路：电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，W＞Q；电功率P＝UI，热功率P热＝I2R，P＞P热。非纯电阻电路的分析与计算1.在非纯电阻电路中，欧姆定律不再适用，此时不行用欧姆定律求电流，应用P＝UI求解电流。2．在非纯电阻电路中，电功大于电热，即W＞Q，这时电功只能用W＝UIt计算，电热只能用Q＝I2Rt计算，两式不能通用。3．留意电路中的能量转化关系，由能量守恒定律得W＝Q＋E其他，E其他为其他形式的能。【例1】如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1Ω，电动机两端的电压为5V，电路中的电流为1A，重物A的重力为20N，不计摩擦，(1)电动机线圈电阻消耗的热功率是_______W。(2)电动机的输入功率和输出功率分别是_____W、_____W。(3)10s内，可以把重物A匀速提升的高度是________m。(4)这台电动机的机械效率是________%。思路点拨：①电机工作电路是非纯电阻电路。②正确区分电机的各种功率。[解析](1)依据焦耳定律可知，电动机线圈电阻消耗的热功率为P热＝I2r＝12×1W＝1W。(2)电动机的输入功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积，即P入＝IU＝1×5W＝5W，输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率，即P出＝P入－P热＝5W－1W＝4W。(3)电动机输出的功率用来提升重物转化为机械功率，在10s内，有P出t＝mgh，解得h＝eq\f(P出t,mg)＝eq\f(4×10,20)m＝2m。(4)机械效率η＝eq\f(P出,P入)×100%＝80%。[答案](1)1(2)54(3)2(4)80[一语通关]电动机的几个功率(1)输入功率：电动机的总功率。由电动机电路的电流和电压确定，计算：P总＝UI。(2)输出功率：电动机做有用功的功率。如图所示，P出＝mgv(设重物匀速上升)。(3)热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，热功率P热＝I2rD。(4)功率关系：P总＝P出＋P热。eq\a\vs4\al([跟进训练])1．(多选)如图所示，电阻R1＝20Ω，电动机的绕组的电阻R2＝10Ω。当开关断开时，电流表的示数是0.5A，当开关合上后，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PA．I＝1.5A B．I＜C．P＝15W D．P＜15WBD[电路两端的电压为：U＝I1R1＝0.5A×20Ω＝10V。电动机是非纯电阻用电器，UI2＞Ieq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))R2，所以I2＜eq\f(U,R2)＝1A。电流表的示数I＝eq\f(U,R1)＋I2＜1.5A，A错误，B正确。电路总功率为P＝UI＜15W，C错误，D正确。]以测电阻为核心的电学试验基础1.限制电路的选择限制电路即滑动变阻器在电路中的连接，常有两种不同的形式，图甲为限流式，图乙为分压式。甲乙2．测量电路的选择测量电路的选择即电流表在电路中有两种接法，图丙为电流表内接，图丁为电流表外接。丙丁3．电学试验仪器的选择选择电学试验器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器材，一般要考虑四方面因素：(1)平安因素：通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的最大电流。(2)误差因素：选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在运用时，其指针应偏转到满偏刻度的eq\f(1,3)以上；运用欧姆表时宜选用指针尽可能在中间刻度旁边的倍率挡位。(3)便于操作：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的改变范围既能满意试验要求，又便于调整。在调整滑动变阻器时，应使其大部分电阻线都用到。(4)试验实际：除以上三个因素外，还应留意试验实际，如所用的电源与打点计时器的匹配问题等。4．实物图连接的留意事项(1)画线连接各元件，一般先从电源正极起先，依据电路原理图依次到开关，再到滑动变阻器，按依次以单线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来；其次将要并联的元件再并联到电路中去。(2)连线时要将导线接在接线柱上，两条导线不能交叉。(3)要留意电表的量程和正、负接线柱，要使电流从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出。【例2】某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99999.9Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5kΩ)，直流电源E(电动势3V)，开关1个，导线若干。试验步骤如下：①按电路原理图(a)连接线路；(a)②将电阻箱阻值调整为0，将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置，闭合开关S；③调整滑动变阻器，使电压表满偏；④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调整电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00V，登记电阻箱的阻值。回答下列问题：(1)试验中应选择滑动变阻器________(选填“R1”或“R2(2)依据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。(b)(3)试验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω，若认为调整电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位)。[解析](1)滑动变阻器R1的阻值较小，在分压电路中便于调整，故试验中应选择滑动变阻器R1。(2)实物图连线如图所示。(3)电阻箱阻值为0时，电压表满偏电压Ug＝2.5V，电阻箱阻值R＝630.0Ω时，电压表的示数UV＝2.00V，此时电阻箱两端的电压UR＝Ug－UV＝0.5V，依据串联电路电压与电阻成正比可得eq\f(UV,UR)＝eq\f(Rg,R)，故Rg＝eq\f(UV,UR)R＝eq\f(2.00,0.5)×630.0Ω＝2520Ω。[答案](1)R1(2)连线图见解析(3)2520eq\a\vs4\al([跟进训练])2．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的试验中，可供选择的试验仪器如下：小灯泡L：“3.8V，0.3A”电压表V：量程0～5V，内阻5kΩ电流表A1：量程0～100mA，内阻4Ω电流表A2：量程0～500mA，内阻0.4Ω滑动变阻器R1：最大阻值10Ω，额定电流1.0A滑动变阻器R2：最大阻值5Ω，额定电流0.5A直流电源E：电动势约为6V，内阻约为0.5Ω(1)在上述器材中，滑动变阻器应选________；电流表应选________。(2)在虚线框内画出试验的电路图，并在图中注明各元件的符号。(3)某试验小组完成试验后利用试验中得到的试验数据在I­U坐标系中，描绘出如图所示的小灯泡的伏安特性曲线，依据此图给出的信息，可以推断下图中正确的是(图中P为小灯泡的功率)________。[解析](1)本题变阻器采纳分压接法，通常应当选用最大阻值小的滑动变阻器，但本题中假如选用R2，则电路中的电流会