高三物理第七章恒定电流.docx
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高三物理第七章恒定电流
第七章恒定电流
第1单元基本概念和定律
一、电流强度——(I标量)——表示电流的强弱。
1、定义式:
适用于任何电荷的定向移动形成的电流。
2、电流的微观表达式
这个公式只适用于金属导体。
二、欧姆定律
三.电功和电热
1、纯电阻电路-电能全部转化成内能(电阻、灯泡、电炉、电烙铁)
2、非纯电阻电路(电能的一部分转化成热能,电动机、电解槽)
对于电动机例:
电动机,U=220V,I=50A,R=0.4Ω求:
①电功率p=UI=220×5=11KW②热功率p=I2R=502×0.4=1KW
【例1】下图所列的4个图象中,最能正确地表示家庭常用的白炽电灯在不同电压下消耗的电功率P与电压平方U2之间的函数关系的是以下哪个图象()
A.B.C.D.
【例2】某电动机,电压U1=10V时带不动负载,不转动,电流为I1=2A。
当电压为U2=36V时能带动负载正常运转,电流为I2=1A。
求这时电动机的机械功率是多大?
【例3】某一直流电动机提升重物的装置,如图所示,重物的质量m=50kg,电源提供给电动机的电压为U=110V,不计各种摩擦,当电动机以v=0.9m/s的恒定速率向上提升重物时,电路中的电流强度I=5.0A,求电动机的线圈电阻大小(取g=10m/s2).
针对练习
1.关于电阻率,下列说法中不正确的是()
A.电阻率是表征材料导电性能好坏的物理量,电阻率越大,其导电性能越好
B.各种材料的电阻率都与温度有关,金属的电阻率随温度升高而增大
C.所谓超导体,当其温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时,它的电阻率突然变为零
D.某些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,通常都用它们制作标准电阻
2.如图所示,厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab=10cm,bc=5cm,当将A与B接入电压为U的电路中时,电流强度为1A,若将C与D接入电压为U的电路中,则电流为()
A.4AB.2AC.
AD.
A
3.如图所示,两段材料相同、长度相等、但横截面积不等的导体接在电路中,总电压为U,则().
①通过两段导体的电流相等
②两段导体内自由电子定向移动的平均速率不同
③细导体两端的电压U1大于粗导体两端的电压U2
④细导体内的电场强度大于粗导体内的电场强度
A.①B.①②C.①②③D.①②③④
4.一根粗细均匀的导线,两端加上电压U时,通过导线中的电流强度为I,导线中自由电子定向移动的平均速度为v,若导线均匀拉长,使其半径变为原来的
,再给它两端加上电压U,则()
A.通过导线的电流为
B.通过导线的电流为
C.自由电子定向移动的平均速率为
D.自由电子定向移动的平均速率为
5.如图所示,当滑动变阻器的滑键从最左端向右滑过2R/3时,电压表的读数由U0增大到2U0,若电源内阻不计,则下列说法中正确的是()
A.通过变阻器R的电流增大为原来的2倍
B.变阻器两端的电压减小为原来的
倍
C.若R的阻值减小到零,则电压表的示数为4U0
D.以上说法都正确
6.在电解槽中,1min内通过横截面的一价正离子和一价负离子的个数分别为1.125×1021和7.5×1020,则通过电解槽的电流为_______.
7.如图,电源可提供U=6V的恒定电压,R0为定值电阻,某同学实验时误将一电流表(内阻忽略)并联于Rx两端,其示数为2A,当将电流表换成电压表(内阻无限大)后,示数为3V,则Rx的阻值为____Ω.
8.甲、乙两地相距6km,两地间架设两条电阻都是6Ω的导线.当两条导线在甲、乙两地间的某处发生短路时,接在甲地的电压表,如图所示,读数为6V,电流表的读数为1.2A,则发生短路处距甲地多远?
第2单元串并联电路
一、串并联
【例1】已知如图,两只灯泡L1、L2分别标有“110V,60W”和“110V,100W”,另外有一只滑动变阻器R,将它们连接后接入220V的电路中,要求两灯泡都正常发光,并使整个电路消耗的总功率最小,应使用下面哪个电路?
A.B.C.D.
【例2】实验表明,通过某种金属氧化物制成的均匀棒中的电流I跟电压U之间遵循I=kU3的规律,其中U表示棒两端的电势差,k=0.02A/V3。
现将该棒与一个可变电阻器R串联在一起后,接在一个内阻可以忽略不计,电动势为6.0V的电源上。
求:
(1)当串联的可变电阻器阻值R多大时,电路中的电流为0.16A?
(2)当串联的可变电阻器阻值R多大时,棒上消耗的电功率是电阻R上消耗电功率的1/5?
【例3】图为分压器接法电路图,电源电动势为E,内阻不计,变阻器总电阻为r。
闭合电键S后,负载电阻R两端的电压U随变阻器本身a、b两点间的阻值Rx变化的图线应最接近于右图中的哪条实线
A.①B.②C.③D.④
二、电路中有关电容器的计算。
【例4】已知如图,电源内阻不计。
为使电容器的带电量增大,可采取以下那些方法:
A.增大R1B.增大R2C.增大R3D.减小R1
【例5】已知如图,R1=30Ω,R2=15Ω,R3=20Ω,AB间电压U=6V,A端为正C=2μF,为使电容器带电量达到Q=2×10-6C,应将R4的阻值调节到多大?
三、伏安法——电阻的测量
电阻的测量有多种方法,下面主要介绍伏安法测电阻的电路选择
1.伏安法测电阻的两种电路形式(如图所示)
2.实验电路(电流表内外接法)的选择
(1)若
>
,一般选电流表的内接法。
(2)若
<
,一般选电流表外接法。
四、滑动变阻器的使用
1、滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点
通常把图(a)电路称为限流接法,图(b)电路称为分压接法.
2、滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法
(1)下列情况必须选用分压式接法
负载RL上电压调节范围(忽略电源内阻)
负载RL上电流调节范围(忽略电源内阻)
相同条件下电路消耗的总功率
限流接法
E≤UL≤E
≤IL≤
EIL
分压接法
0≤UL≤E
0≤IL≤
E(IL+Iap)
比较
分压电路调节范围较大
分压电路调节范围较大
限流电路能耗较小
①要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时.
②当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0,且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时,必须采用分压接法.
③若采用限流接法,电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过RL的额定值时,只能采用分压接法.
(2)下列情况可选用限流式接法
①测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节,只是小范围内测量,且RL与R0接近或RL略小于R0,采用限流式接法.
②没有很高的要求,仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时,可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法.
【例6】用伏安法测量某一电阻Rx阻值,现有实验器材如下:
待测电阻Rx(阻值约5Ω,额定功率为1W);电流表A1(量程0~0.6A,内阻0.2Ω);电流表A2(量程0~3A,内阻0.05Ω);电压表V1(量程0~3V,内阻3kΩ);电压表V2(量程0~15V,内阻15kΩ);滑动变阻器R0(0~50Ω),蓄电池(电动势为6V)、开关、导线.为了较准确测量Rx阻值,
电压表、电流表应选________,并画出实验电路图.
【例7】某电流表的内阻在0.1Ω~0.2Ω之间,现要测量其内阻,可选用的器材如下:
A.待测电流表A1(量程0.6A);B.电压表V1(量程3V,内阻约2kΩ)C.电压表V2(量程15V,内阻约10kΩ);D.滑动变阻器R1(最大电阻10Ω)E.定值电阻R2(阻值5Ω)F.电源E(电动势4V)G.电键S及导线若干
(1)电压表应选用_____________;
(2)画出实验电路图;
(3)如测得电压表读数V,电流表读数I,则电流表A1内阻表达式为:
RA=________。
五、针对训练
1.在如图所示的电路中,R1=R2=R3,在a、c间和b、c间均接有用电器,且用电器均正常工作,设R1、R2、R3上消耗的功率分别为P1、P2、P3,则()
A.P1>P2>P3B.P1>P3>P2C.P1>P2=P3
D.因用电器的阻值未知,无法比较三个功率的大小
2、如图所示的电路中,L1、L2为“220V、100W”灯泡,L3、L4为“220V,40W”灯泡,现将两端接入电路,其实际功率的大小顺序是()
A.P4>P1>P3>P2B.P4>P1>P2>P3
C.P1>P4>P2>P3D.P1>P4>P3>P2
3、如图所示,把两相同的电灯分别拉成甲、乙两种电路,甲电路所加的电压为8V,乙电路所加的电压为14V。
调节变阻器R1和R2使两灯都正常发光,此时变阻器消耗的电功率分别为P甲和P乙,下列关系中正确的是()
A.P甲>P乙B.P甲<P乙
C.P甲=P乙D.无法确定
4、一盏电灯直接接在恒定的电源上,其功率为100W,若将这盏灯先接上一段很长的导线后,再接在同一电源上,在导线上损失的电功率是9W,此时电灯实际消耗的电功率()
A.等于91WB.小于91WC.大于91WD.条件不足,无法确定
5、把两个标有“6V、3W”和“6V、4W”的小灯泡串联,则串联电路允许达到的最大功率是W;把这两个小灯泡并联,则并联电路允许达到的最大功率是W。
6、如图所示的电路中,R1=10Ω,R2=4Ω,R3=6Ω,R4=3Ω,U=2.4V。
在ab间接一只理想电压表,它的读数是;如在ab间接一只理想电流表,它的读数是。
第3单元闭合电路欧姆定律
一、闭合电路欧姆定律
①E=U外+U内②
(I、R间关系)③U=E-Ir(U、I间关系)
④
(U、R间关系)
二、U外~I的图象
三、输出功率的最大值
输出P
得P
当
时,即R=r时,输出P最大,此时
四电动势和内阻的测量
例题汇总
【例1】已知如图,E=6V,r=4Ω,R1=2Ω,R2的变化范围是0~10Ω。
求:
①电源的最大输出功率;②R1上消耗的最大功率;③R2上消耗的最大功率。
【例2】电源的内阻不可忽略.已知定值电阻R1=10Ω,R2=8Ω.当电键S接位置1时,电流表的示数为0.20A.那么当电键S接位置2时,电流表的示数可能是下列的哪些值()
A.0.28AB.0.25AC.0.22AD.0.19A
【例3】如图所示,电源电动势为E,内电阻为r.当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时,发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2,下列说法中正确的是()
A.小灯泡L1、L3变暗,L2变亮B.小灯泡L3变暗,L1、L2变亮
C.ΔU1<ΔU2D.ΔU1>ΔU2
五、电路故障问题的分类解析
【例4】如图所示的电路中,闭合电键,灯L1、L2正常发光,由于电路出现故障,突然发现灯L1变亮,灯L2变暗,电流表的读数变小,根据分析,发生的故障可能是:
()
(A)R1断路(B)R2断路(C)R3短路(D)R4短路
针对训练
1.一太阳能电池板,测得它的开路电压为800mV,短路电流为40mA,若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是()
.A.0.10VB.0.20VC.0.30VD.0.40V
2.在如图所示的电路中,R1、R2、R3和R4皆为定值电阻,R5为可变电阻,电源的电动势为E,内阻为r0,设电流表A的读数为I,电压表V的读数为U0,当R5的滑动触点向图中a端移动时(),
A.I变大,U变小
B.I变大,U变大
C.I变小,U变大
D.I变小,U变小
3.如图1—30—4所示的电路中,闭合电键S后,灯L1和L2都正常发光,后来由于某种故障使灯L2突然变亮,电压表读数增加,由此推断,这故障可能是()
A.L1灯灯丝烧断
B.电阻R2断路
C.电阻R2短路
D.电容器被击穿短路
4.调整如图所示电路的可变电阻R的阻值,使电压表V的示数增大ΔU,在这个过程中()
A.通过R1的电流增加,增加量一定等于ΔU/R1
B.R2两端的电压减小,减少量一定等于ΔU
C.通过R2的电流减小,但减少量一定小于ΔU/R2
D.路端电压增加,增加量一定等于ΔU
5.如图所示是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路,在增大电容器两极板间距离的过程中()
A.电阻R中没有电流B.电容器的电容变小
C.电阻R中有从a流向b的电流D.电阻R中有从b流向a的电
6.某闭合电路的路端电压U随外电阻R变化的图线如图1—30—6所示,则电源的电动势为_______,内电阻为_______,当U=2V时,电源的输出功率为_______
7.在如图所示的电路中,电源的内阻不可忽略不计,已知R1=10Ω,R2=8Ω.S与1连接时,电流表的示数为0.2A;将S切换到2时,可以确定电流表的读数范围是_______.
8.如图所示,电路中电阻R1=8Ω,R2=10Ω,R3=20Ω,电容器电容C=2μF,电源电动势E=12V,内电阻r不计,开关S闭合,当滑动变阻器的阻值R由2Ω变至22Ω的过程中,通过A2的电荷量是_______,A1的读数变化情况是_______(选填“增大”“减小”“先增后减”“先减后增”).
9.如图所示的电路中,电池的电动势E=9.0V,内电阻r=2.0Ω,固定电阻R1=1.0Ω,R2为可变电阻,其阻值在0~10Ω范围内调节,问:
取R2=______时,R1消耗的电功率最大.取R2=_______时,R2消耗的电功率最大..
第1单元基本概念和定律
【例1】解:
此图象描述P随U2变化的规律,由功率表达式知:
,U越大,电阻越大,图象上对应点与原点连线的斜率越小。
选C。
【例2】解:
电动机不转时可视为为纯电阻,由欧姆定律得,
,这个电阻可认为是不变的。
电动机正常转动时,输入的电功率为P电=U2I2=36W,内部消耗的热功率P热=
=5W,所以机械功率P=31W
由例题可知:
电动机在启动时电流较大,容易被烧坏;正常运转时电流反而较小。
【例3】解析:
电动机的输入功率P=UI,电动机的输出功率P1=mgv,电动机发热功率P2=I2r
而P2=P-P1,即I2r=UI-mgv代入数据解得电动机的线圈电阻大小为r=4Ω
针对练习
1、A2、A3、D4、BC5、ABCD6、(5A)7、(3)8、(2.5km)
第2单元串并联电路
【例1】B【例2】解:
画出示意图如右。
(1)由I=kU3和I=0.16A,可求得棒两端电压为2V,因此变阻器两端电压为4V,由欧姆定律得阻值为25Ω。
(2)由于棒和变阻器是串联关系,电流相等,电压跟功率成正比,棒两端电压为1V,由I=kU3得电流为0.02A,变阻器两端电压为5V,因此电阻为250Ω。
【例3】解:
当Rx增大时,左半部分总电阻增大,右半部分电阻减小,所以R两端的电压U应增大,排除④;如果没有并联R,电压均匀增大,图线将是②;实际上并联了R,对应于同一个Rx值,左半部分分得的电压将比原来小了,所以③正确,选C。
【例4】BD。
【例5】解:
由于R1和R2串联分压,可知R1两端电压一定为4V,由电容器的电容知:
为使C的带电量为2×10-6C,其两端电压必须为1V,所以R3的电压可以为3V或5V。
因此R4应调节到20Ω或4Ω。
两次电容器上极板分别带负电和正电。
还可以得出:
当R4由20Ω逐渐减小的到4Ω的全过程中,通过图中P点的电荷量应该是4×10-6C,电流方向为向下。
【例5】解题方法与技巧:
由待测电阻Rx额定功率和阻值的大约值,可以计算待测电阻Rx的额定电压、额定电流的值约为
U=
≈2.2V,I=
=0.45A.则电流表应选A1,电压表应选V1.
又因
=24.5Ω>Rx,则电流表必须外接.
因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻Rx,故首先考虑滑动变阻器的限流接法,若用限流接法,则被测电阻Rx上的最小电流为Imin=
=0.11A<I额,故可用限流电路.电路如图所示.
【例6】解:
利用电压表指电压,电流表指电流的功能,根据欧姆定律R=
计算电流表的内阻。
由于电源电动势为4V,在量程为15V的电压表中有
的刻度没有利用,测量误差较大,因而不能选;量程为3V的电压表其量程虽然小于电源电动势,但可在电路中接入滑动变阻器进行保护,故选用电压表V1。
由于电流表的内阻在0.1Ω~0.2Ω之间,量程为0.6A,电流表上允许通过的最大电压为0.12V,因而伏特表不能并联在电流表的两端,必须将一个阻值为5Ω的定值电阻R2与电流表串联再接到伏特表上,才满足要求。
滑动变阻器在本实验中分压与限流的连接方式均符合要求,但考虑限流的连接方式节能些,因而滑动变阻器采用限流的连接方式。
故本题电压表选用V1;设计电路图如图1所示;电流表A1内阻的表达式为:
RA=
-R2。
五、针对训练参考答案
1.A2、B3、A4、B5、21/4W、7W6、1.8V、2/3A
第3单元闭合电路欧姆定律
【例1】解:
①R2=2Ω时,外电阻等于内电阻,电源输出功率最大为2.25W;②R1是定植电阻,电流越大功率越大,所以R2=0时R1上消耗的功率最大为2W;③把R1也看成电源的一部分,等效电源的内阻为6Ω,所以,当R2=6Ω时,R2上消耗的功率最大为1.5W。
【例2】解:
电键接2后,电路的总电阻减小,总电流一定增大,所以不可能是0.19A.电源的路端电压一定减小,原来路端电压为2V,所以电键接2后路端电压低于2V,因此电流一定小于0.25A.所以只能选C。
【例3】解:
触片P从右端滑到左端,总电阻减小,总电流增大,路端电压减小。
与电阻蝉联串联的灯泡L1、L2电流增大,变亮,与电阻并联的灯泡L3电压降低,变暗。
U1减小,U2增大,而路端电压U=U1+U2减小,所以U1的变化量大于U2的变化量,选BD。
【例4】解析:
首先应对电路进行标准化,如图所示为其标准化后的电路。
当R1断路时,总电阻增大,所以通过电源的总电流减小,灯L2变暗,电流表的读数变小,而路端电压增大,所以L1两端电压增大,灯L1变亮,所以A选项正确。
当R2断路时,总电阻增大,所以通过电源的总电流减小,灯L1变暗,而路端电压增大,所以L2两端电压增大,灯L2变亮,B选项不正确。
当R3短路时,总电阻减小,所以通过电源的总电流增大,灯L1变亮,而路端电压减小,所以L2两端电压减小,灯L2变暗,因为总电流增加,而通过L2的电流减小,电流表的读数变大,所以C选项不正确。
当R4短路时,总电阻减小,所以通过电源的总电流增大,灯L1变亮,而路端电压减小,所以L2两端电压减小,灯L2变暗,因为总电流增加,而通过L2的电流减小,电流表的读数变大,所以D选项不正确。
1、D2、D3、B4、AC5、BC.6、(3.0V;1Ω;2.0W)7、(13.0.2A<I2<0.25A)8、(1.28×10-5C;减小)9、(0;3.0Ω)
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