高考第一轮复习恒定电流一.docx
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高考第一轮复习恒定电流一
恒定电流
(一)
主讲:
梁建兴
一.教学内容:
选修3-1第七章恒定电流
(一)
二.高考考纲及分析
(一)高考考纲
欧姆定律(Ⅱ)
电阻定律(I)
电路的串、并联(I)
电源的电动势和内电阻(Ⅱ)
闭合电路的欧姆定律(I)
电功率.焦耳定律(I)
(二)考纲分析
1.从2007年高考新课标地区对电路部分的考查来看,山东约占11/89分(占分/满分),广东约占12/150分,海南约占14/100分,宁夏约占21/110分。
2.考查的知识点主要集中在三个方面:
(1)部分电路和闭合电路的欧姆定律.把部分电路的欧姆定律、闭合电路的欧姆定律和电容器、电表、动态分析结合起来进行考查。
(2)和其他知识点的结合,例如和电磁感应、交流电的综合考查。
考查电路部分在电磁感应、交流电中的应用。
(3)电学实验的考查.电学实验部分是这一章的重点,也是高考考查的重点和难点。
主要从电阻的测量、测定电源的电动势和内电阻、电表的改装等几个方面进行考查。
三.知识网络
四.知识要点
第一单元串、并联电路和欧姆定律
(一)电流:
电荷的定向移动形成电流。
1.形成电流的条件:
内因是有自由移动的电荷,外因是导体两端有电势差。
2.电流强度:
I=Q/t,通过导体横截面的电量Q与通过这些电量所用的时间t的比值。
①电流的微观表达式:
假设导体单位体积内有n个电子,电子定向移动的速率为V,则I=neSv;
②表示电流的强弱,是标量。
但有方向,规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
③单位是:
安、毫安、微安1A=103Ma=106μA
(二)部分电路欧姆定律
1.导体中的电流I跟导体两端的电压成正比,跟它的电阻R成反比。
I=U/R
2.适用于金属导电体、电解液导体,不适用于空气导体和某些半导体器件。
3.导体的伏安特性曲线:
研究部分电路欧姆定律时,常画成I~U或U~I图象,对于线性元件伏安特性曲线是直线,对于非线性元件,伏安特性曲线是非线性的。
注意:
①我们处理问题时,一般认为电阻为定值,不可由R=U/I认为电阻R随电压大而大,随电流大而小。
②I、U、R必须是对应关系,即I是过电阻的电流,U是电阻两端的电压。
(三)电阻、电阻定律
1.电阻:
加在导体两端的电压与通过导体的电流强度的比值.R=U/I,导体的电阻是由导体本身的性质决定的,与U.I无关。
2.电阻定律:
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.R=ρL/S
3.电阻率:
电阻率ρ是反映材料导电性能的物理量,由材料决定,但受温度的影响。
①电阻率在数值上等于这种材料制成的长为1m,横截面积为1m2的柱形导体的电阻。
②单位是:
Ω·m。
(四)电功、电功率
1.电功:
电荷在电场中移动时,电场力做的功W=UIt,电流做功的过程是电能转化为其它形式的能的过程。
2.电功率:
电流做功的快慢,即电流通过一段电路电能转化成其它形式能对电流做功的总功率,P=UI
3.焦耳定律;电流通过一段只有电阻元件的电路时,在t时间内的热量Q=I2Rt。
纯电阻电路中W=UIt=U2t/R=I2Rt,P=UI=U2/R=I2R
非纯电阻电路W=UIt,P=UI
4.电功率与热功率之间的关系
纯电阻电路中,电功率等于热功率,非纯电阻电路中,电功率只有一部分转化成热功率。
纯电阻电路:
电路中只有电阻元件,如电熨斗、电炉子等。
非纯电阻电路:
电机、电风扇、电解槽等,其特点是电能只有一部分转化成内能。
(五)串并联电路
1.串联电路
①电路中各处电流相同,I=I1=I2=I3=……
②串联电路两端的电压等于各电阻两端电压之和。
U=U1+U2+U3……
③串联电路的总电阻等于各个导体的电阻之和,即R=R1+R2+…+Rn
④串联电路中各个电阻两端的电压跟它的阻值成正比,即
⑤串联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成正比,即
2.并联电路
①并联电路中各支路两端的电压相同,U=U1=U2=U3……
②并联电路子路中的电流等于各支路的电流之和,I=I1+I2+I3=……
③并联电路总电阻的倒数等于各个导体的电阻的倒数之和,
=
+
+…+
④并联电路中通过各个电阻的电流踉它的阻值成反比,即I1R1=I2R2=…=InRn=U。
⑤并联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成反比,即P1R1=P2R2=…=PnRn=U2。
第二单元电源的电动势和内阻闭合电路的欧姆定律
(一)电源
1.电源是将其它形式的能转化成电能的装置。
2.电动势:
非静电力搬运电荷所做的功跟搬运电荷电量的比值,ε=W/q。
表示电源把其它形式的能转化成电能本领的大小,在数值上等于电源没有接入电路时两极板间的电压,单位:
V
3.电动势是标量,要注意电动势不是电压;
(二)闭合电路的欧姆定律
(1)内、外电路
①内电路:
电源两极(不含两极)以内,如电池内的溶液、发电机的线圈等。
内电路的电阻叫做内电阻。
②外电路:
电源两极,包括用电器和导线等。
外电路的电阻叫做外电阻。
(2)闭合电路的欧姆定律
①内容:
闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,与内、外电路的电阻之和成反比,即I=E/(R+r)
②E=U+Ir可见电源电势能等于内外压降之和;
③适用条件:
纯电阻电路
(3)路端电压跟负载的关系
路端电压:
外电路的电势降落,也就是外电路两端的电压。
U=E-Ir,路端电压随着电路中电流的增大而减小;
(4).闭合电路的输出功率
①功率关系:
P总=EI=U外I十U内I=UI+I2r
②电源的供电效率
(五)重点、难点解析
1.部分电路欧姆定律
(1)欧姆定律的内容:
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,其表达式为
。
(2)图象
①伏安特性曲线:
在直角坐标系中,用纵轴表示电流,横轴表示导体两端的电压,导体中电流和电压的函数图象叫伏安特性曲线。
②电阻恒定不变的导体,它的伏安特性曲线是直线,如图中a、b两直线所示,直线的斜率等于电阻的倒数,由于
,因此斜率大的电阻小。
电阻因外界条件变化而变化的导体,它的伏安特性曲线是曲线,如图中c所示,曲线c随电压的增大而斜率(即曲线上点的切线斜率)逐渐增大,说明导体c的电阻随电压升高而减小。
(3)欧姆定律的适用范围
a.金属导电和电解液导电(对气体导电不适用);
b.纯电阻电路(不含电动机、电解槽的电路)。
2.电功和电热的关系
(1)如果电流通过某个电路时,它所消耗的电能全部转化为内能,如:
电炉、电烙铁、白炽灯,这种电路叫做纯电阻电路。
在纯电阻电路中:
电能全部转化为内能,电功和电热相等,电功率和热功率相等。
(2)非纯电阻电路:
电路中含有电动机、电解槽等。
在非纯电阻电路中消耗的电能除转化成内能外,还转化成机械能(如电动机)和化学能(如电解槽),即:
在非纯电阻电路中,电功大于电热,W>Q,即UIt>I2Rt;电功率大于热功率,即UI>I2R,在计算电功和电热时要用各自的定义式。
W=UItP=UI
Q=I2RtP热=I2R
说明:
①W=UIt,Q=I2Rt是电功、电热的定义式,适用任何电路中电功、电热的计算。
②在纯电阻电路中,
,可以通过不同形式计算电功和电热;但在非纯电阻电路中,电功和电热只能通过定义式计算。
③若电路中消耗的电能只转化为电路的内能(例如纯电阻电路),欧姆定律U=IR适用;若电路中消耗的电能除转化为内能外还转化为机械能或化学能(例如非纯电阻电路)欧姆定律U=IR不适用,此时U>IR,但对电路中的纯电阻器件仍适用。
④白炽灯或小灯泡都是纯电阻,不要认为它们消耗的电能有一部分转化成了光能,其实电能还是全部转化成了内能,只不过内能中又有一部分进一步转化成了光能而已。
⑤特别注意:
根据灯泡的额定功率和额定电压求得的电阻值是灯泡正常工作时的电阻,在非工作状态其值小于其正常工作时的电阻,如“220V,100W”的灯泡,正常工作时电阻
,而直接用多用电表测得电阻值约几十欧。
3.用电器接入电路时的约定
(1)纯电阻用电器接入电路中,若无特别说明,应认为其电阻不变。
(2)用电器的实际功率超过额定功率时,认为它将被烧毁,不考虑其安全系数。
(3)没有注明额定值的用电器(如用于限流的变阻器等)接入电路时,认为其工作的物理量均小于其额定值,能安全使用。
4.电路的简化
(1)电路化简原则:
①无电流的支路化简时可去除;
②等电势的各点化简时可合并;
③理想导线可任意长短;
④理想电流表可认为短路,理想电压表可认为断路;
⑤电压稳定时电容器可认为断路.
(2)常用等效化简方法:
①电流分支法:
a.先将各结点用字母标上;b.判定各支路元件的电流方向(若电路原无电流,可假设在总电路两端加上电压后判断);c.按电流流向,自左到右将各元件、结点、分支逐一画出;d.将画出的等效图加工整理。
②等势点排列法:
a.将各结点用字母标出;b.判定各结点电势的高低(若原电路未加电压,可先假设加上电压);c.将各结点电势高低自左到右排列,再将各结点之间支路画出;d.将画出的等效图加工整理。
注意:
若能将以上两种方法结合使用,效果更好。
1.闭合电路欧姆定律
(1)电动势为E、内电阻为r的电源和电阻R组成闭合回路,如图,电路中有电流I通过,根据欧姆定律U=IR,U′=Ir和E=U+U′得
闭合电路的电流,跟电源的电动势成正比,跟整个电路的电阻成反比。
(2)常用的变化形式:
U=E-Ir。
说明:
公式
只适用于外电路为纯电阻的闭合电路;U=E-Ir既适应于外电路为纯电阻的闭合电路,也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路。
(3)对E=IR-Ir两边同乘以电流I,得EI=I2R+I2r,EI=UI+I2r.该式反映:
在闭合电路中,在单位时间内,电源获得的电能和在内、外电路中消耗的电能的关系。
2.路端电压
(1)路端电压:
电源正负极间的电压(或说电源外电路两端的电压)。
(2)路端电压的计算(如图所示)
在电流I和外电路总电阻R已知时:
U=IR。
在电源电动势E、电阻r和电流E已知时:
U=E-Ir。
(3)路端电压U与外电阻R之间的关系对于纯电阻电路:
①当外电路电阻R增大时,由
可知,电路电流I减小,再由U=E-Ir可知路端电压U增大。
当R变为无限大时,即外电路开路,电流I=0,路端电压U=E。
②当外电路电阻R减小时,由
可知,电路电流I增大.再U=E-Ir可知路端电压U减小。
当R变为零时,即外电路短路,电路电流I=E/r,此时电流很大,路端电压U=0。
(4)U-I图象(如图所示)
①图线与纵坐标交点表示电路断开情况,其值为电源电动势E。
②图线与横坐标交点表示外电路短路情况,其值为短路电流
。
③图线斜率绝对值(
)表示电源的内电阻。
3.动态直流电路的分析方法
分析解答这类习题的一般步骤是:
(1)确定电路的外电阻,外电阻R外总如何变化。
说明:
①当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小)。
②若电键的通断使串联的用电器增多时,总电阻增大;若电键的通断使并联的支路增多时,总电阻减小。
③在图所示分压电路中,滑动变阻器可以视为由两段电阻构成,其中一段与用电器并联(以下简称并联段),另一段与并联部分相串联(以下简称串联段);设滑动变阻器的总电阻为R,灯泡的电阻为R灯,与灯泡并联的那一段电阻为R并,则分压器的总电阻为
由上式可以看出,当R并减小时,R总增大;当R并增大时,R总减小。
由此可以得出结论:
分压器总电阻的变化情况,与并联段电阻的变化情况相反,与串联段电阻的变化情况相同。
(2)根据闭合电路欧姆定律
,确定电路的总电流如何变化。
(3)由U内=I内r,确定电源的内电压如何变化。
(4)由U外=E-U内,确定电源的外电压(路端电压)如何变化。
(5)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化。
(6)确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。
4.含电容电器的分析与计算方法
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,电容器在电路中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,在电容器处电路可看作是断路,简化电路时可去掉它。
简化后若要求电容器所带电量时,可接在相应的位置上。
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上无电压降,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入电路时,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,电容器将通过与它连接的电路放电。
5.电路故障的分析方法
电路故障一般是短路或断路,常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不良等现象,检查故障的基本方法有两种。
(1)仪表检测法:
①电压表是由灵敏电流计G和分压电阻R0串联组成,内部结构如图所示。
②用电压表检测
如图所示,合上开关S,若电压表有示数,说明电路中有电流通过电压表,电路为通路(电压表作为一个高电阻把开关和电源接通了)则开关S和导线不断路,灯L断路即故障所在。
(2)假设法:
已知电路发生某种故障,录求故障发生在何处时,可将整个电路划分为若干部分;然后逐一假设某部分电路发生故障,运用电流定律进行正向来推理,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;直到找出发生故障的全部可能为止,亦称排除法。
6.电源输出最大功率和用电器获得最大功率的分析方法
(1)电源的输出功率:
是指外电路上的电功率。
它在数值上等于总电流I与路端电压U的乘积,即P出=IU。
对于纯电阻电路,电源的输出功率
由上式可以看出,当外电阻等于电源内电阻(R=r)时,电源输出功率最大,其最大输出功率为
。
(2)电源内部损耗的功率:
指内电阻的热功率,即
。
根据能量守恒定律可得P=P出+P内。
(3)电源的效率:
指电源的输出功率与电源功率之比。
即
对纯电阻电路,电源的效率为
由上式看出,外电阻越大,电源的效率越高。
(4)用电器获得最大功率的分析:
处理这类问题通常采用等效电源法,解题时应根据需要选用不同的等效方式,将用电器获得最大功率的问题转化为电源最大输出功率的问题解决。
[例1]如图所示,图象中的两条直线对应两个导体A、B,求:
(1)两个导体电阻之比;
(2)若两个导体电流相等时,导体两端电压之比;
(3)若两个导体电压相等时,通过导体的电流之比。
[例2]有一个直流电动机,把它接入0.2V电压的电路时,电机不转,测得流过电动机的电流是0.4A;若把电动机接入2.0V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1.0A。
求电动机正常工作时的输出功率多大?
如果在发动机正常工作时,转子突然被卡住,电动机的发热功率是多大?
[例3]两个用电器的额定电压都是6V,额定电流分别是0.1A和0.3A。
(1)把这两个用电器并联后接在电压为8V的电路中,要使它们正常工作,应附加多大电阻?
怎样连接,功率至少需多大?
(2)如果把它们串联后接在12V的电路上,要使它们正常工作应该怎样做?
[例4]如图所示的电路进行等效变换(S未接通)。
[例5]在如图所示电路中,R2、R3是定值电阻,R1是滑动变阻器,当R1的滑键P向右滑动时,各个电表的示数怎样变化?
[例6]如图所示,电容器C1=6μF,C2=3μF,电阻
.当电键S断开时,A、B两点间的电压UAB=?
当S闭合时,电容器C1的电量改变了多少(已知电压U=18V)?
[例7]如图所示,R1为定值电阻,R2为可变电阻,E为电源电动势,r为电源内电阻,以下说法中正确的是()
A.当R2=R1+r时,R2获得最大功率
B.当R1=R2+r时,R1获得最大功率
C.当R2=0时,R1上获得最大功率
D.当R2=0时,电源的输出功率最大
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