知识讲解恒定电流复习与巩固基础

恒定电流复习与巩固编稿：张金虎审稿：李勇康【学习目标】1．识别常见的电路元件，初步了解它们在电路中的作用。2．初步了解多用电表的原理学会使用多用电表。3.知道决定导线电阻的因素，知道电阻定律。4.知道电源的电动势和内阻，理解闭合电路的欧姆定律。5.学习掌握测量电源的电动势和内阻方法。6.知道焦耳定律，了解焦耳定律在生产、生活中的应用。7.初步了解门电路的基本作用。初步了解逻辑电路的基本原理以及在自动控制中的应用。8.初步了解集成电路的作用。【知识网络】【要点梳理】一、电路涉及的物理概念闭合电路中的功率闭合电路中的功率逻辑关系：输入端全为逻辑关系：输入端全为“1”时，输出端才为“1”符号：≥1ABY&ABY“与”门：“或”门：逻辑关系：输入端只要有“1”，输出端就是“1”符号：逻辑关系：输入端为“1”输出端一定为“0”输入端为“0”输出端一定为““非”门：符号：1AY逻辑电路二、电路的特点三、基本规律四、电路实验描绘灯泡的伏安特性曲线测定金属的电阻率测定电源的电动势和内阻多用电表的使用五、需要注意的问题1．电流的计算2．对闭合电路中能量转化所涉及的诸多概念的理解4．闭合电路欧姆定律与其它关系的区别必须引起注意5．电路的简化是电路计算的关键环节除了电路整形，等势点合并分离外，电表的理想化、电表的等效、电容电路的处理必须理解和掌握。6．对电路进行动态分析是电路知识的综合运用必须熟练地掌握动态分析的顺序，理解各电路量变化的原因。7．电源的输出功率存在极值8．伏安法测电阻时电流表内外接法的判断不可片面要在比较与、的关系后得出结论，不可只做与的比较后就决定电流表的接法。9．滑动变阻器的限流式和分压式接法各有妙用弄清它们各自接法的特点和区别选择使用。10．测定电源电动势和内阻的多种方法主要仪器原理电路图误差分析电压表电流表变阻器电动势和内阻均偏小电压表变阻箱电动势和内阻均偏小电流表变阻箱电动势无偏差，内阻偏大一只电压表（粗测）电动势偏小两只电压表无误差11．用电流表和电压表测定电源电动势和内阻的误差分析（2）系统误差：来源于电压表的分流作用。导致电流表示数比干路电流略小。由图线可看出和的测量值都小于真实值。要点诠释：eq\o\ac(○,1)外电路短路时，电流表的示数等于干路电流的真实值，所以图乙中、两图线交于短路电流处。eq\o\ac(○,2)当路端电压为时，由于电流表示数小于干路电流，所以、两图线出现了图示的差异。（3）伏安法测、还可接成如图所示实验线路。要点诠释：一般电源的内阻都较小，与电流表的内阻相差不大，而电压表的内阻远大于内阻，也远大于测量电路中的外电阻，所以为减小误差，我们采用如图甲所示的电路，而不采用如图丙所示的电路。12．伏安法测电阻的两种接法的选择为减小伏安法测电阻的系统误差，应对电流表外接法和内接法作出选择，其方法是：【典型例题】类型一、直流电路的功率计算直流电路有纯电阻电路和非纯电阻电路之分．【思路点拨】正确识别纯电阻电路和非电阻电路，注意“使其不能转动”时和“正常工作时”的根本区别。其输入的电功率为：电动机的机械功率：【总结升华】（1）正确识别纯电阻电路和非电阻电路，不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路，要从其工作状态及能量转化来分析判定．当电动机不转动时，其消耗的电能完全转化为内能．是纯电阻电路．举一反三【高清课堂：恒定电流复习与巩固例１】【解析】当先断开电键，移动触片，使电压表读数为时，滑动变阻器的部分的阻值为；然后闭合，间的总阻值为。类型二、直流电路中的极值问题极值问题在物理习题中经常出现，处理这类问题的常见方法是：先找出物理量间的函数关系，再利用数学知识求极值．在处理直流电路中的极值问题时，应先分析电路结构，并画出等效电路，写出含有变量的等效电阻或电流、电压、功率的表达式。然后求极值．（2）当阻值多大时，它消耗的电功率最大？（3）当阻值多大时，电源的输出功率最大？【答案】（1）（2）（3）【解析】由电路图可知，与并联后再与串联，电流表是测量通过电阻的电流，根据串并联电路的特点以及闭合电路欧姆定律可求出该题的答案．（1）设干路电流为，根据并联电路的分流原理：外电路的总电阻由闭合电路欧姆定律得由①②③式求得（2）设阻值为时，它消耗的功率最大为，此时外电路总电阻为干路电流由④⑤⑥⑦式得：（3）设阻值为时，电源输出功率最大为，【总结升华】本题涉及闭合电路欧姆定律和电功率的知识，考查了运用数学极值法处理物理问题的能力，这是处理物理极值问题的基本方法。类型三、含电容电路问题电容器是一个储存电能的元件．在直流电路中，当电容器充、放电时，电路里有充、放电电流，一旦电路达到稳定状态，电容器就相当于一个阻值无限大（只考虑电容器是理想的、不漏电的情况）的元件，在电容器处的电路可看做是断路，简化电路时可去掉它．简化后若要求电容器所带的电荷量时，可在相应的位置补上．分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：（1）电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻无电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压．（2）当电容器和电阻并联后接人电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等．（3）电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充（放）电．如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它并联的电路放电．例3．（2016江西二模）在如图所示的电路中，电表均为理想电表，闭合电键S，将滑动变阻器滑片P向左移动一段距离后，下列结论结论正确的是（）A．灯泡L变亮B．电压表读数变大C．电容器C上电荷量减少D．电流表读数变小【答案】BD【解析】当滑动变阻器滑片P向左移动时，其接入电路的电阻增大，电路的总电阻R总增大，总电流I减小，灯泡的功率为P=I2RL，RL不变，则P减小，灯泡变暗，故A错误；电路中总电流减小，则电流表读数变小，电压表读数为U=EIr，I减小，则U变大，故BD正确；变阻器两端电压增大，电容器与变阻器并联，电容器上电压也增大，则其电荷量增大，故C错误。故选：BD举一反三【高清课堂：恒定电流复习与巩固例４】（1）当闭合时间足够长时，和所带的电量各是多少？（2）然后把打开，打开后通过的电量是多少？【解析】（1）关键是计算电容器两端的电压。类型四、电路故障问题1．故障特点（1）断路特点：电路中发生断路，表现为电源电压不为零而电流为零．若外电路中无用电器的任意两点间电压不为零，则这两点间有断点，而这两点与电源连接部分无断点．（2）短路特点：电路中发生短路，表现为有电流通过电路而电压为零．2．故障的分析方法这类题目要从已知条件出发，进行严密地推理，找出故障的原因．具体分为两种方法：（1）仪器检测法：eq\o\ac(○,1)断点故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点．eq\o\ac(○,2)短路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该电路被短路；若电压表示数不为零，则该电路没有被短路或不完全被短路．（2）假设法：已知电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后假设某部分电路发生故障，运用欧姆定律进行正向推理，推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路．若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路．用此方法，直到找出发生故障的全部可能为止．例4．（2015吉安县校级模拟）某同学按如图电路进行实验，电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零。实验中由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了（但不为零），若这种情况的发生是由用电器引起的，则可能的故障原因是（）A．短路B．短路C．断开D．断开【答案】BD【解析】根据四个选项逐一代入检查，分析哪种情况中两电压表测量哪部分电压，示数是否相同，再进行选择．A：若短路时，由于电流表内阻看作零，两电压表都被短路，示数都为零，与题不符，故A错．B：短路时，两电压表都测的电压，示数相同，而且都不为零，故选项B正确．C：断开时，由于电压表内阻看作无限大，电压表测的电压，电压表测和串联的电压，电压表的示数大于电压表的示数，故选项C错误．D：断开时，电路的总电阻增大，总电流减小，中电流为零，两电压表都测的电压．示数相同，而且都不为零，故选项D正确．【总结升华】电路故障的出现有多种可能，可采用四个选项逐一代入检查，据此进行推理，看结论是否与题设条件相符，这是物理学中重要的思维方法．举一反三【高清课堂：恒定电流复习与巩固例3】【变式】两地间铺有通讯电缆，长为，它是由两条并在一起彼此绝缘的均匀导线组成的，通常称为双线电缆，在一次事故中经检查断定是电缆上某处的绝缘保护层损坏，导致两导线之间漏电，相当于该处电缆的两导线间接了一个电阻，检查人员经过下面的测量可以确定损坏的位置：（1）令端的双线断开，在处测出两端间的电阻；（2）令端的双线断开，在处测出双线两端间的电阻（3）在端的双线间加一已知电压，在端用内阻很大的电压表测出两线间的电压。试由以上测量结果确定损坏处离的距离。【解析】设单位长度电缆电阻为，故障处的电阻为，则根据题意，又因为类型五、关于电路中电流表、电压表的处理技巧1．电表可看做理想电表时的处理技巧理想电流表的内阻可看作为零，理想电压表的内阻可看做无穷大，如果有理想电表接入电路，可先把该电表除去，凡电压表处除去即可（看做断路），凡电流表处用导线替代（看做短路）；在进行电路结构分析或画好等效电路后，再按电表所测的对象把电表接入电路．电路中的滑动变阻器，一般可以把它当作两个可变电阻来处理．2．电表不能看做理想电表时的处理技巧在这种场合下，要考虑到电表内电阻对原电路的影响，可把电流表和电压表分别看作能显示出电流值或电压值的电阻．【思路点拨】电路中电表较多，不易看清各元件间的串、并联关系，先将各电表除去（理想电流表内阻可看做零，理想电压表内阻可看做无穷大）。分别画出两种状态下的电路图，再根据闭合电路欧姆定律（注意串并联关系）进行计算。【解析】本题电路中电表较多，不易看清各元件间的串、并联关系，可先将各电表除去，按前述处理技巧可将原电路画成图甲所示的形式，其中是的段电阻，是的段电阻，再将原电表按所测对象一一接入电路，如图乙所示．由题可知所以由闭合电路欧姆定律得：【总结升华】理想电流表内阻可看做零，理想电压表内阻可看做无穷大．举一反三【高清课堂：恒定电流复习与巩固例8】【变式】在如图所示的电路中，滑动变阻器的滑片从端向端滑动过程中，安培表的读数（）（安培表内阻不计，电源内阻小于滑动变阻器总阻值）A．从小变到大 B．从大变到小C．先变小再变大 D．先变大再变小【答案】C类型六、测量电路的电路设计、仪器选择和实物图连接在有关恒定电流的实验中，常常要求测电阻的阻值、测导体的电阻率、描绘小灯泡的伏安特性曲线，测用电器的电功率、电源的电动势和内阻等．这些待测量的值的测定，往往都要测待测元件的电压和电流，所以对待测元件的电压和电流的测量也就成了最基本的测量．1．电路设计要完成一个测量实验，必须进行电路设计，而电路往往分测量电路和供电电路两部分．（1）测量电路测量电路有两种方法：电流表内接法和外接法．确定内接法还是外接法，有三种判定方法：如图所示，将单刀双掷开关分别接触点和点，若看到电流表读数变化较大，说明电压表分流影响较大，应该选用电流表内接法；若看到电压表读数变化较大，说明电流表分压影响较大，应该选用电流表外接法．对于学生实验，测定金属电阻率电路，由于电阻丝电阻较小，所以实验室采用电流表外接法；而测电池的电动势和内阻，通常只采用电流表内接法．（2）供电电路供电电路一般由电源和滑动变阻器按一定的连接方式组成，滑动变阻器在供电电路中有两种接线方式：限流式和分压式（如图）．限流式可省一个耗电支路，分压式电压调节范围大，应根据需要选用．变阻器的分压与限流接法是高考的热点，虽然两种电路均可调节负载电阻电压和电流的大小，但在不同条件下，调节效果大不一样．选用时应注意以下几点：eq\o\ac(○,1)负载电阻的阻值远大于变阻器的总电阻，须用分压式接法．eq\o\ac(○,2)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调，须用分压式接法．eq\o\ac(○,3)负载电阻的阻值Rx小于变阻器总电阻R或相差不多，且电压电流变化不要求从零调起时，可采用限流式接法．eq\o\ac(○,4)两种接法均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流接法总功率较小．eq\o\ac(○,5)特殊问题中还要根据电压表和电流表量程以及电阻允许通过的最大电流值来反复推敲，以更能减小误差的连接方式为好．注意：两种接法的比较：电路负载RL上电压调节范围负载RL上电流调节范围闭合开关前触头所处位置相同条件下消耗总功率限流接法端分压接法端比较分压电路调节范围大分压电路调节范围大都为了保护负载电路限流电路能耗小2．实验仪器选用（1）仪器的选择一般遵从以下三个原则：eq\o\ac(○,1)安全的原则，如通过电源和电阻的电流不能超过其允许的最大电流；eq\o\ac(○,3)便于操作的原则，如选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节，滑动变阻调节时应用大部分电阻线，否则不便于操作．（2）选择仪器的一般步骤：eq\o\ac(○,1)根据实验要求设计合理的实验电路；eq\o\ac(○,2)根据电路选择滑动变阻器：eq\o\ac(○,3)选定电源、电压表和电流表以及所用的量程．3．实物图的连接连接实物图的基本方法：