高中物理关于闭合电路欧姆定律的动态电路分析习题知识点总结.docx
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高中物理关于闭合电路欧姆定律的动态电路分析习题知识点总结.docx
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高中物理关于闭合电路欧姆定律的动态电路分析习题知识点总结
高中物理关于闭合电路欧姆定律的动态电路
分析习题知识点总结
一、部分电路欧姆定律电功和电功率
(一 ) 部分电路欧姆定律
1.电流
(1)电流的形成:
电荷的定向移动就形成电流。
形成电流的条件是:
①要有能自由移动的电荷; ②导体两端存在电压。
(2)电流强度:
通过导体横截面的电量 q 跟通过这些电量所用时间 t 的比值,叫电流强度。
①电流强度的定义式为:
l=q/t
②电流强度的微观表达式为:
I=nqSv
n 为导体单位体积内的自由电荷数,q 是自由电荷电量,v 是自由电荷定向移动的速率,S是导体的横截面积。
(3)电流的方向:
物理学中规定正电荷的定向移动方向为电流的方向,与负电荷定向移
动方向相反。
在外电路中电流由高电势端流向低电势端,在电源内部由电源的负极流向正极。
2.电阻定律
(1) 电阻:
导体对电流的阻碍作用就叫电阻,数值上:
R=U/I。
(2) 电阻定律:
公式:
R=ρL/S ,式中的ρ为材料的电阻率,由导体的材料和温度决定。
纯金属的电阻率随温度的升高而增大,某些半导体材料的电阻率随温度的升高而减小,某些合金的电阻率几乎不随温度的变化而变化。
(3) 半导体:
导电性能介于导体和绝缘体之间,如锗、硅、砷化镓等。
半导体的特性:
光敏特性、热敏特性和掺杂特性,可以分别用于制光敏电阻、热敏电阻及晶体管等。
(4) 超导体:
有些物体在温度降低到绝对零度附近时。
电阻会突然减小到无法测量的程度,这种现象叫超导;发生超导现象的物体叫超导体,材料由正常状态转变为超导状态的温度叫做转变温度 Tc。
3.部分电路欧姆定律
内容:
导体中的电流跟它两端的电压成正比,跟它的电阻成反比。
公式:
I=U/R
适用范围:
金属、电解液导电,但不适用于气体导电。
欧姆定律只适用于纯电阻电路,而不适用于非纯电阻电路。
伏安特性:
描述导体的电压随电流怎样变化。
若U-I图线为过原点的直线,这样的元件叫线性元件;若u-i图线为曲线叫非线性元件。
(二 )电功和电功率
1.电功
(1) 实质:
电流做功实际上就是电场力对电荷做功,电流做功的过程就是电荷的电势能
转化为其他形式能的过程。
(2) 计算公式:
W=qU=UIt适用于任何电路。
W=I^2Rt=U^2t/R只适用于纯电阻电路。
2.电功率
(1) 定义:
单位时间内电流所做的功叫电功率。
(2) 计算公式:
P=W/t=UI 适用于任何电路。
P=I^2R=U^2/R只适用于纯电阻电路。
3.焦耳定律
电流通过电阻时产生的热量与电流的平方成正比,与电阻大小成正比,与通电时间成正比,即Q=I^2Rt
(三 )电阻的串并联
1.电阻的串联
电流强度I=I1=I2=I3=......:
电压U=U1+U2+.....:
电阻:
R=R1+R2+....
电压分配U1/U2=R1/R2....,
功率分配P1/P2=R1/R2....,
2.电阻的并联
电流强度I=I1+I2+....
电 压U=U1=U2=....
电阻1/R=1/R1+1\R2+1/R3.....
电流分配I1/I2=R2/R1
功率分配P1/P2=R2/R1
注意:
无论电阻怎样连接,每一段电路的总耗电功率P,总是等于各个电阻耗电功率之和。
二、闭合电路欧姆定律
(一)电动势
电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量,例如一节干电池的电动势E=1.5V,物理意义是指:
电路闭合后,电流通过电源,每通过lC的电荷,干电池就把1.5J的化学能转化为电能。
(二 )闭合电路的欧姆定律
1.闭合电路欧姆定律
闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路中的电阻之和成反比:
I=E/(R+r)。
常用表达式还有:
E=IR+Ir=U+U’=U+Ir和U=E-Ir
2.路端电压U随外电阻R变化的讨论
电源的电动势和内电阻是由电源本身决定的,不随外电路电阻的变化而改变,而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而改变的:
(1) 外电路的电阻增大时,I减小,路端电压升高;
(2) 外电路断开时,R=无穷大。
路端电压U=E;
(3) 外电路短路时,R=0,U=0,I=E/r(短路电流).短路电流由电源电动势和内阻共同决定.由于r一般很小。
短路电流往往很大,极易烧坏电源或线路而引起火灾。
路端电压随外电阻变化的图线如图所示。
3.电源的输出功率随外电阻变化的讨论
(1) 电源的工作功率:
P=IE ,这个功率就是整个电路的耗电功率,通常叫做电源的供电功率。
(2) 内耗功率:
P内=I^2r 。
(3) 输出功率:
P输出=P-P内=EI-I^2*r=IU,式中U为路端电压。
特别地,当外电路为纯电阻电路时,P出=I^2R
由I=E/R+r 得,P出=E^2/[(R-r)^2/R+4r],故R=r(内、外电阻相等)时P出最大,且最大值为P出m=E^2/4r,图线如图所示。
可见,当R<r时,R增大,输出功率增大。
当R>r时,R增大,输出功率减小。
习题演练
动态电路大小变化
1、如图所示是一火警报警器的部分电路示意图,其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器,电流表为值班室的显示器,a、b之间接报警器,当传感器所在处出现火情时,显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是( )
A.I变大,U变大 B.I变大,U变小 C.I变小,U变大 D.I变小,U变小
【解析】本题需要大家明白两点:
1、半导体热敏电阻特点:
温度升高→阻值降低
2、当闭合电路中某一电阻阻值发生变化时,电路其他部分电流、电压、电功率遵循一个规则——串反并同。
【解答】例如本题中
当“出现火情”时,R2阻值降低,电流表与R2并联,所以读数“并同”即相同,降低。
报警器与R2也是并联,故电压也是“并同”,即降低。
所以选择D。
如果你不太相信“串反并同”,那我们可以用闭合电路欧姆定律判断一下:
R2的电阻减小,电路总电阻减小,干路电流增加。
根据闭合电路的欧姆定律知电源内阻分压增加,电源电动势不变,故路端电压减小。
干路电流增加,则两端的电压增加,由于路端电压减小,则并联部分的电压减小,通过的电流减小,所以显示器的电流变小,报警器的电压变小。
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