人教版高中物理选修31第13讲恒定电流综合学生版劲松齐梅云.docx
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人教版高中物理选修31第13讲恒定电流综合学生版劲松齐梅云
恒定电流综合
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1.能够推导出闭合电路的欧姆定律及其公式,知道电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和。
2.理解路端电压与负载的关系,知道这种关系的公式表达和图线表达,并能用来分析、计算有关问题。
3.掌握电源断路和短路两种特殊情况下的特点。
知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。
4.熟练应用闭合电路欧姆定律解决有关的电路问题。
5.理解闭合电路的功率表达式,知道闭合电路中能量的转化。
6、理解并掌握欧姆表和多用电表的制作原理。
1、电流:
电荷的定向移动行成电流。
1、产生电流的条件:
(1)自由电荷;
(2)电场;
2、电流是标量,但有方向:
我们规定:
正电荷定向移动的方向是电流的方向;
注:
在电源外部,电流从电源的正极流向负极;在电源的内部,电流从负极流向正极;
3、电流的大小:
通过导体横截面的电荷量Q跟通过这些电量所用时间t的比值叫电流I表示;
(1)数学表达式:
I=Q/t;
(2)电流的国际单位:
安培A(3)常用单位:
毫安mA、微安uA;(4)1A=103mA=106uA
二、欧姆定律:
导体中的电流跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比;
1、定义式:
I=U/R;
2、推论:
R=U/I;
3、电阻的国际单位时欧姆,用Ω表示; 1kΩ=103Ω,1MΩ=106Ω;
4、伏安特性曲线:
三、闭合电路:
由电源、导线、用电器、电键组成;
1、电动势:
电源的电动势等于电源没接入电路时两极间的电压;用E表示;
2、外电路:
电源外部的电路叫外电路;外电路的电阻叫外电阻;用R表示;其两端电压叫外电压;
3、内电路:
电源内部的电路叫内电阻,内点路的电阻叫内电阻;用r表示;其两端电压叫内电压;如:
发电机的线圈、干电池内的溶液是内电路,其电阻是内电阻;
4、电源的电动势等于内、外电压之和;
E=U内+U外;U外=RI;E=(R+r)I
四、闭合电路的欧姆定律:
闭合电路里的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比;
1、数学表达式:
I=E/(R+r)
2、当外电路断开时,外电阻无穷大,电源电动势等于路端电压;就是电源电动势的定义;
3、当外电阻为零(短路)时,因内阻很小,电流很大,会烧坏电路;
五、半导体:
导电能力在导体和绝缘体之间;半导体的电阻随温升越高而减小;
六:
导体的电阻随温度的升高而升高,当温度降低到某一值时电阻消失,成为超导;
类型一:
电路故障问题
例1.(2014·济宁模拟)如图4所示的电路中,灯泡A和灯泡B原来都是正常发光的,现在突然灯泡A比原来变暗了些,灯泡B比原来变亮了些,则电路中出现的故障可能是( )
A.R3断路
B.R1短路
C.R2断路
D.R1、R2同时短路
例2.在如图5所示的逻辑电路中,当A端输入电信号“1”、B端输入电信号“0”时,则在C和D端输出的电信号分别为( )
A.1和0B.0和1
C.1和1D.0和0
图5
类型二:
多用表
例3.(2014·全国卷)如图11所示的电路中,1、2、3、4、5、6为连接点的标号.在开关闭合后,发现小灯泡不亮.现用多用电表检查电路故障,需要检测的有:
电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点.
图11
(1)为了检测小灯泡以及3根导线,在连接点1、2已接好的情况下,应当选用多用电表的________挡.在连接点1、2同时断开的情况下,应当选用多用电表的________挡.
(2)在开关闭合情况下,若测得5、6两点间的电压接近电源的电动势,则表明__________可能有故障.
(3)将小灯泡拆离电路,写出用多用电表检测该小灯泡是否有故障的具体步骤.
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例4.(14高考)在使用多用电表测量时,指针的位置如图(a)所示,若选择开关拨至“×1”挡,则测量的结果为_________;若选择开关拨至“50mA”挡,则测量结果为__________。
(2)多用电表测未知电阻阻值的电路如图(b)所示,电池的电动势为ε、内阻为r,R0为调零电阻,Rg为表头内阻,电路中电流I与待测电阻的阻值Rx关系
图像如图(c)
所示,
则该图像的函数关系式为_____________________;
(3)下列根据图(c)中I-Rx图线做出的解释或判断中正确的是()(多选)
A.因为函数图线是非线性变化的,所以欧姆表的示数左大右小
B.欧姆表调零的实质是通过调节R0使Rx=0时电路中的电流I=Ig
C.Rx越小,相同的电阻变化量对应的电流变化量越大,所以欧姆表的示数左密右疏
D.测量中,当Rx的阻值为图(c)中的R
2时,指针位于表盘中央位置的左侧
类型三:
伏安法测量电阻
例5.图6所示为伏安法测电阻的一种常用电路,以下分析正确的是( )
A.此接法的测量值大于真实值
B.此接法的测量值小于真实值
C.此接法要求待测电阻值小于电流表内阻
D.开始实验时滑动变阻器滑动头P应处在最左端
例6.
(1)如图9甲所示,在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,同组同学已经完成部分导线的连接,请你在实物接线图中完成余下导线的连接.
图9
(2)某同学从标称为“220V25W”、“220V300W”、“220V500W”的3只灯泡中任选一只,正确使用多用电表测量灯泡阻值如图9乙所示.该灯泡的阻值是________Ω,标称的额定功率为________W.
例7.图12为用伏安法测量电阻的原理图.图中,
为电压表,内阻为4000Ω;
为电流表,内阻为50Ω;E为电源,R为电阻箱,Rx为待测电阻,S为开关.
(1)当开关闭合后电压表读数U=1.6V,电流表读数I=2.0mA.若将Rx=
作为测量值,所得结果的百分误差是________.
(2)若将电流表改为内接,开关闭合后,重新测得电压表读数和电流表读数,仍将电压表读数与电流表读数之比作为测量值,这时结果的百分误差是________.
(百分误差=
×100%)
基础演练
1.在如图所示的电路中,电源电动势为E、内电阻为r.将滑动变阻器的滑片P从图示位置向右滑动的过程中,关于各电表示数的变化,下列判断中正确的是( )
A.电压表V的示数变小
B.电流表A2的示数变小
C.电流表A1的示数变小
D.电流表A的示数变大
2.某实验小组用三只相同的小灯泡连接成如图所示的电路,研究串并联电路的特点.实验中观察到的现象是()
A.K2断开,K1与a连接,三只灯泡都熄灭
B.K2断开,K1与b连接,三只灯泡亮度相同
C.K2闭合,K1与a连接,三只灯泡都发光,L1、L2亮度相同
D.K2闭合,K1与b连接,三只灯泡都发光,L3的亮度小于L2的亮度
3.在如图所示的电路中,电源电压不变.闭合电键K后,灯L1、L2都发光.一段时间后,其中一灯突然熄灭,而电流表、电压表的示数都不变,则产生这一现象的原因可能是()
A.灯L1短路
B.灯L2短路
C.灯L1断路
D.灯L2断路
4.有四盏电灯,如图所示连接在电路中,L1和L2都标有“220V,100W”字样,L3和L4都标有“220V,40W”字样,把电路接通后,最暗的是()
A.L1
B.L2
C.L3
D.L4
5.在如图所示的电路中,R1为定值电阻,R2为可变电阻,E为电源电动势,r为电源内阻.则以下说法中正确的是()
A.当R2=R1+r时,R2上获得最大功率
B.当R1=R2+r时,R1上获得最大功率
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
6.如图所示的电路中,输入电压U恒为12V,灯泡L标有“6V,12W”字样,电动机线圈的
电阻RM=0.50Ω.若灯泡恰能正常发光,以下说法中正确的是()
A.电动机的输入功率是12W
B.电动机的输出功率12W
C.电动机的热功率是2W
D.整个电路消耗的电功率是22W
7.在如图所示的电路中,E为电源的电动势,r为电源的内电阻,R1、R2为可变电阻.在下列叙述的操作中,可以使灯泡L的亮度变暗的是()
A.仅使R1的阻值增大
B.仅使R1的阻值减小
C.仅使R2的阻值增大
D.仅使R2的阻值减小
8.一台直流电动机的电阻为R,额定电压为U,额定电流为I,当其正常工作时,下述正确的是()
A.电动机所消耗的电功率I2R
B.t秒内所产生的电热为UIt
C.t秒内所产生的电热为I2Rt
D.t秒内输出的机械能为(U-IR)It
9、(15年江苏模拟考)一个灯泡L,标有“6V12W”字样,一台直流电动机D,其线圈电阻为2Ω,把L与D并联,当电动机正常工作时,灯泡也正常发光;把L与D串联,当电动机正常工作时,灯泡的实际功率是额定功率的3/4。
求这台电动机正常工作时转化为机械能的功率。
(假定灯泡电阻保持不变)
10.用伏安法测电阻,可采用图所示的甲、乙两种接法.如所用电压表内阻为5000Ω,电流表内阻为0.5Ω.
(1)当测量100Ω左右的电阻时,宜采用电路.
(2)现采用乙电路测量某电阻的阻值时,两电表的读数分别为10V、0.5A,则此电阻的测量值为Ω,真实值为Ω.
巩固提高
1.如图10—1所示,电源内阻和电压表电阻都不知道,当开关S断开时,V1的示数为12V,V2的示数为6V;当S闭合后,V2的示数为15V,则
A.电源电动势E=20V
B.电源电动势E=27.5V
C.电源内阻与电压表V1电阻之比为1:
6
D.电源内阻与电压表V1电阻之比为1:
12
2.在闭合电路中,下列说法中正确的是
A.电流总是由高电势点流向低电势点B.电流越大,电源功率越大
C.电源输出功率越大,电源效率越高D.电源输出电压越高,电源效率越高
3.在如图所示的电路中,A、B、C分别表示理想电流表或电压表,它们的示数以安或伏为单位,当电键S闭合后,A、B、C三块表的示数分别为1、2、3时,灯L1、L2恰好正常发光。
已知灯L1、L2的额定功率之比为3:
1,则可判定
A.A、B、C均为电流表
B.A、B、C均为电压表
C.B为电流表,A、C为电压表
D.B为电压表,A、C为电流表
4.在如图所示电路中,电源内阻为r,定值电阻R0=r,滑动变阻器R的全部阻值为2r,当滑动头P由a向b端滑动时
A.电源输出功率由小变大
B.电源内部消耗的功率由大变小
C.滑动变阻器R消耗的功率由大变小
D.电源的输出功率由大变小
5.欲用伏安法测定一段阻值约为5Ω左右的金属导线的电阻,要求测量结果尽量准确,现备有以下器材:
A.电池组(3V,内阻1Ω)B.电流表(0~3A,内阻0.0125Ω)
C.电流表(0~0.6A,内阻0.125Ω)D.电压表(0~3V,内阻3kΩ)
E.电压表(0~15V,内阻15kΩ)F.滑动变阻器(0~20Ω,额定电流1A)
G.滑动变阻器(0~2000Ω,额定电流0.3A)H.开关、导线
(1)上述器材中应选用的是.(填写各器材的字母代号)
(2)实验电路应采用电流表接法.(填“内”或“外”)
(3)实验中,电流表、电压表的某组示数如下图所示,图示中I=A,U=V.
(4)为使通过待测金属导线的电流能在0~0.5A范围内改变,请按要求画出测量待测金属导线的电阻Rx的原理电路图,然后根据你设计的原理电路将下图中给定的器材连成实验电路.
6.现有一特殊电池,它的电动势E约为9V,内阻r约为40Ω,已知该电池允许输出的最大电流为50mA.为了测定这个电池的电动势和内阻,某同学利用如图所示的电路进行实验,图中电流表的内阻RA已经测出,阻值为5Ω,R为电阻箱,阻值范围0~999.9Ω,R0为定值电阻,对电路起保护作用.
(1)实验室备用的定值电阻R0有以下几种规格.
A.10ΩB.50ΩC.150ΩD.500Ω
本实验选用哪一种规格的定值电阻最好.
(2)该同学接入符合要求的R0后,闭合开关K,调整电阻箱的阻值,读取电流表的示数,记录多组数据,作出了如下图所示的图线,则根据该同学作出的图线可求得该电池的电动势E=V,内阻r=Ω.
1.(15浙江效实中学检测)如图7-1-2所示,一根截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为( )
图7-1-2
A.vq B.
C.qvSD.
2、电源的电动势和内阻都保持一定,在外电路的电阻逐渐减小的过程中,下面说法中正确的是()
A电源的路端电压一定逐渐变小B电源的输出功率一定逐渐变小
C电源内部消耗的功率一定逐渐变大D电源的供电效率一定逐渐变小
3、将内阻为0.5Ω的电池组用电阻为0.75Ω的导线,与标有“6V7.2W”的小灯泡串联,就可以使这个小灯泡正常发光,由此可知,所用电池组的电动势是()
A6VB7.5VC9VD10.5V
4、关于电阻和电阻率的说法中,正确的是()
A.由R=U/I可知导体的电阻与导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比
B.将一根导线等分为二,则半根导线的电阻和电阻率都是原来的二分之一
C.超导体是指当温度降低到绝对零度时,它的电阻突然变为零的导体
D.有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,通常用它们制成标准的电阻
5、如图所示,电阻R1=20Ω,电动机的绕组R2=10Ω。
当电键打开时,电流表的示数是0.5A,当电键合上后,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应是()
AI=1.5ABI<1.5A
CP=15WDP<15W
6、某同学用螺旋测微器测量一根金属杆的直径时,螺旋测微器的读数如图6
(1)所示。
可知该金属杆的直径d=______mm;同学在某次实验中,电压表接0~3V量程、电流表接0~0.6A量程,当两表指针所指位置如图6
(2)所示时,电压表的读数为 V,电流表的读数为 A;用欧姆表测一个电阻R的阻值,选择旋钮置于“×10”挡,测量时指针指在100与200刻度的正中间,可以确定:
R1500Ω(选填“>”、“=”或“<”)。
7、将内阻分别为100Ω和80Ω,满偏电流相同的两个电流表,通过串联不同的电阻改装成量程相同的电压表,两电压表内阻之比为。
将两电压表串联后去测某一电压,两表示数之比为。
8.(2014·北京海淀期末)一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压220V的交流电源上(其内电阻可忽略不计),均正常工作。
用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0A,通过洗衣机电动机的电流是0.50A,则下列说法中正确的是( )
A.电饭煲的电阻为44Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440Ω
B.电饭煲消耗的电功率为1555W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5W
C.1min内电饭煲消耗的电能为6.6×104J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103J
D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍
9、有一电流表,量程为1mA,内阻r1约为100Ω。
要求测量其内阻。
可选用器材有:
A.电阻器R0,最大阻值为99999.9Ω;
B.滑动变阻器甲,最大阻值为10kΩ;
C.滑动变阻器乙,最大阻值为2kΩ;
D.电源E1,电动势约为2V,内阻不计;
E.开关2个,
F.导线若干。
采用的测量电路图如图8所示,实验步骤如下:
断开S1和S2,将R调到最大;
合上S1调节R使满偏;
合上S2,调节R1使半偏,此时R=96Ω。
在上述可供选择的器材中,可变电阻R1应该选择;为了使测量尽量精确,可变电阻R应该选择;rg=。
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1、图所示电路中,各灯额定电压和额定功率分别是:
A灯“10V10W”,B灯“60V60W”,C灯“40V40W”,D灯“30V30W”。
在a、b两端加上电压后,四个灯都能发光。
比较各灯消耗功率大小,正确的是()
APB>PD>PA>PCBPB>PA>PD>PC
CPB>PD>PC>PADPA>PC>PD>PB
2、如图所示的电路中,电源的电动势恒定,要想使灯泡变暗,可以()
A增大R1B减小R1
C增大R2D减小R2
3、电阻R1和R2串联在电路中,R1=2R2/3,欲使R1和R2上消耗的电功率之比P1:
P2=3:
2,可采用的办
法是()
A给R1并联一个电阻R,R=2R2B给R2并联一个电阻R,R=2R1
C给R2并联一个电阻R,R=3R1D给R2并联一个电阻R,R=2R2
图3
4、在一次研究性学习的实验探究中,某组同学分别测绘出一个电源的路端电压随电流变化的关系图线,还测绘出了一个电阻两端的电压随电流变化的关系图线,如图3中AC和OB所示。
若把该电阻R接在该电源上构成闭合电路(R为唯一用电器),由图可知()
A.外电阻的电阻值是1.2Ω
B.电源的内电阻是1.2Ω
C.电源提供的电功率是1.5W
D.电源的效率是80%
5、先后按图中
(1)、
(2)所示电路测同一未知电阻阻值Rx,已知两电路的路端电压恒定不变,若按图
(1)所示电路测得电压表示数为6V,电流表示数为2mA,那么按图
(2)所示电路测得的结果应有()
A电压表示数为6V,电流表示数为2mA
B电压表示数为6V,电流表示数小于2mA
C电压表示数小于6V,电流表示数小于2mA
D电压表示数小于6V,电流表示数大于2mA
6.如图所示电路,闭合开关S,两个灯泡都不亮,电流表指针几乎不动,而电压表指针有明显偏转,该电路的故障可能是
A.电流表坏了或未接好
B.从点a经过灯L1到点b的电路中有断路
C.灯L2的灯丝断或灯座未接通
D.电流表和灯L1、L2都坏了
7.(2014·浙江高考)功率为10W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60W的白炽灯相当。
根据国家节能战略,2016年前普通白炽灯应被淘汰。
假设每户家庭有2只60W的白炽灯,均用10W的LED灯替代,估算出全国一年节省的电能最接近( )
A.8×108kW·hB.8×1010kW·h
C.8×1011kW·hD.8×1013kW·h
8、用电动势为8V,内电阻2Ω的电池组连接两根各1Ω的电阻线,向某用电器(纯电阻)供电,如下图所示,该用电器可获得3W的电功率,求通过该用电器的电流和它两端的电压。
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