专题08 电流与电路的切磋较量-高考物理必备知识一本通

专题08 电流与电路的切磋较量-高考物理必备知识一本通

专题八：电流与电路的切磋较量必备知识1．电流的理解(1)定义：电荷的定向移动形成电流。(2)条件：①有可以自由移动的电荷；②导体两端存在电压。(3)方向：电流是标量，为研究问题方便，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。在外电路中电流由电源正极到负极，在内电路中电流由电源负极到正极。(4)三个电流表达式的比较公式适用范围字母含义公式含义定义式I＝一切电路q为时间t内通过导体横截面的电荷量反映了I的大小，但不能说I∝q，I∝微观式I＝nqSv一切电路n：导体单位体积内的自由电荷数q：每个自由电荷的电荷量S：导体横截面积v：电荷定向移动速率从微观上看n、q、S、v决定了I的大小决定式I＝金属、电解液U：导体两端的电压R：导体本身的电阻I由U、R决定，I∝U，I∝2．欧姆定律(1)内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。(2)公式：I=。(3)适用范围：适用于金属和电解液等纯电阻电路。(4)公式R＝、I＝和U＝IR的对比公式物理意义适用条件R＝导体电阻的定义式，反映导体对电流的阻碍作用R由导体本身决定，与U、I无关，适用于所有导体I＝某段导体中电流与两端电压和电阻的关系适用于纯电阻电路U＝IR沿电流方向电势逐渐降低(外电路)，电压等于I和适用于金属导体、电解液9 R的乘积(5)导体的伏安特性曲线以电流为纵轴、电压为横轴画出导体上的电流随电压的变化曲线，如图所示。比较电阻的大小图线的斜率tanθ＝＝，图中R1R2(填“>”、“<”或“＝”)3．电阻定律(1)内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻还与构成它的材料有关。(2)表达式：R＝ρ。(3)电阻率：计算式：ρ＝R。物理意义：反映导体的导电性能，是导体材料本身的属性。电阻率与温度的关系：金属的电阻率随温度升高而增大，半导体的电阻率随温度升高而减小。(4)表达式R=与R=ρ的区别R=R=ρ区别电阻的定义式电阻的决定式给出了导体电阻测量的一种方法:伏安法给出了测导体的电阻率的一种方法,测出R，l，S就可以求出ρ适用于纯电阻元件适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液、等离子体联系R=ρ是对R=的进一步说明,即导体的电阻与U和I无关,而是取决于导体本身的材料、长度和横截面积4.电功(1)定义：导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动，电场力做的功称为电功。(2)公式：W＝qU＝IUt。(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程。5.电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢。(2)公式：P＝＝IU。9 6．焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。(2)公式：Q＝I2Rt。7．热功率(1)定义：单位时间内的发热量。(2)表达式：P＝＝I2R。8.关于非纯电阻电路的两点注意(1)纯电阻电路：如电炉等构成的电路，电流做功将电能全部转化为内能，此时有W=Q。计算时可任选一公式W=Q=Pt=I2Rt=UIt=t。(2)非纯电阻电路：如含有电动机、电解槽等的电路，电流做功除将电能转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，此时有W>Q，电功只能用公式W=UIt来计算，焦耳热只能用公式Q=I2Rt来计算。对于非纯电阻电路，欧姆定律不再适用。关键能力1.（2019·浙江省高考真题）电动机与小电珠串联接人电路，电动机正常工作时，小电珠的电阻为R1，两端电压为U1，流过的电流为I1；电动机的内电阻为R2，两端电压为U2，流过的电流为12。则（）A．B．C．D．【答案】D【解析】由题意可知I1=I2，选项A错误；因U2>I2R2，U1=I1R1，则，选项BC错误，D正确；故选D。2.（2015·安徽省高考真题）一根长为L，横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为ρ，棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m，电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流、自由电子定向运动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为（）A．B．C．ρnevD．【答案】C9 【解析】，I=neSv，，，联立得E=ρnev，故选C。【点睛】(1)无论是纯电阻还是非纯电阻，电功均为W=UIt,电热均为Q=I2Rt。(2)处理非纯电阻的计算问题时，要善于从能量转化的角度出发,紧紧围绕能量守恒，利用“电功=电热+其他能量”寻找等量关系求解。(3)非纯电阻在一定条件下可当作纯电阻处理,如电风扇卡住不转时即为纯电阻。必备知识1.电路的串联、并联串联并联电流关系I＝I1＝I2＝…＝InI＝I1＋I2＋…＋In电压关系U＝U1＋U2＋…＋UnU＝U1＝U2＝…＝Un电阻关系R＝R1＋R2＋…＋Rn＝＋＋…＋功率分配＝＝…＝P1R1＝P2R2＝…＝PnRn2.电动势和内阻(1)定义：电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。(2)表达式：E＝。　　　　（电动势是描述电源的参量，由电源本身决定）(3)物理意义：反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领大小。(4)内阻：电源内部导体的电阻。3.闭合电路欧姆定律(1)内容：闭合电路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。(2)公式：I＝(只适用于纯电阻电路)；E＝U内＋U外(适用于任何电路)①闭合电路欧姆定律对于所有电源都是成立的。②表达式I=适用于纯电阻电路；表达式E=U外+U内或U=E-Ir适用于任何闭合电路。③当外电路断路时，电源电动势等于路端电压(外电压)；当外电路短路时，外电阻R=0，I=。4.(1)闭合电路的功率及效率问题电源总功率任意电路：P总＝EI＝P出＋P内纯电阻电路：P总＝＝I2(R＋r)内部功率P内＝I2r＝P总－P出9 输出功率任意电路：P出＝UI＝P总－P内纯电阻电路：P出＝＝I2R＝P出与外电阻R的关系P出随R的增大先增大后减小，当R＝r时达到最大Pm＝，P出＜Pm时对应两个外电阻R1和R2，且R1R2＝r2。电源的效率任意电路：η＝×100%＝×100%纯电阻电路：η＝×100%，因此在纯电阻电路中R越大,η越大(2)用电器获得最大功率问题的分析方法①定值电阻：根据P=I2R或P=讨论，要功率P最大，需通过该电阻的电流或电阻两端的电压最大。②可变电阻：通常采用等效电源法，解题时根据需要选用不同的等效方式，将用电器获得最大功率问题转化为电源最大输出功率问题。5．路端电压U与电流I的关系(1)关系式：U＝E－Ir。(适用于任何电路)(2)UI图像①当电路断路即I＝0时，纵轴的截距为电源电动势。②当外电路电压为U＝0时，横轴的截距为短路电流。③图线的斜率的绝对值为电源的内阻。注意：将电压表接在电源两极间测得的电压U是指路端电压，不是内电阻两端的电压，也不是电源电动势。(3)电源与电阻U-I图像的比较图像上的特征物理意义电源UI图象电阻UI图象图形图象表述的物理量变化关系电源的路端电压随电路电流的变化关系电阻两端电压随电阻中的电流的变化关系9 图线与坐标轴交点与纵轴交点表示电源电动势E,与横轴交点表示短路电流过坐标轴原点,表示没有电压时电流为零图线上每一点坐标的乘积UI表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率图线上每一点对应U,I比值表示外电阻的大小,不同点对应的外电阻大小不同每一点对应的比值均等大,表示此电阻的大小不变图线斜率的绝对值大小内阻r电阻大小(4)U-I图象和I-U图象　　图象比较内容　　I-U图像(伏安特性曲线)U-I图象斜率图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体电阻的倒数图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体的电阻线性元件非线性元件6.闭合电路的动态分析(1)判定总电阻变化情况的规律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若开关的通、断使串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；若开关的通、断使并联的支路增多时，电路的总电阻减小。③在如图所示分压电路中，滑动变阻器可视为由两段电阻构成，其中一段R并与用电器并联，另一段R串与并联部分串联。A、B两端的总电阻与R串的变化趋势一致。(2)电路动态分析的常用“两法”：9 ①程序判断法：电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U外的变化→固定支路→支路的变化。②极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。7.分析含电容器电路应注意的两点(1)电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路上的电阻无电压降低，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。在电路稳定后，与电容器串联的电阻中无电流通过，与电容器串联的电阻阻值变化，不影响电路中其他电表示数和灯泡亮度。(2)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，电荷量增大；如果电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电，电荷量减小。8．电容器的电荷量及电荷量变化(1)利用Q＝UC计算电容器初、末状态所带的电荷量Q1和Q2；(2)如果变化前后极板带电的电性相同，通过所连导线的电荷量为|Q1－Q2|；(3)如果变化前后极板带电的电性相反，通过所连导线的电荷量为Q1＋Q2。9.电路故障问题的分析(1)故障特点①断路特点：表现为电源电压不为零而电流为零；如果外电路中两点间的电压不为零而电流为零，则说明这两点间有断点，而这两点与电源的连接部分没有断点。②短路特点：用电器或电阻发生短路,表现为有电流通过电路但它两端电压为零。(2)检查方法①电压表检测：如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联路段短路。②电流表检测：当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电流值的分析,可以确定故障的位置。在运用电流表检测时,一定要注意电流表的极性和量程。欧姆表检测：当测量值很大时,表示该处是断路,当测量值很小或为零时,表示该处是短路。在运用欧姆表检测时,电路一定要切断电源。假设法：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某种故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理。关键能力1.（2018·江苏省）如图所示电路，电源内阻不可忽略．开关S闭合后，在变阻器Ru9 的滑动端向下滑动的过程中（）A．电压表与电流表的示数都减小B．电压表与电流表的示数都增大C．电压表的示数增大，电流表的示数减小D．电压表的示数减小，电流表的示数增大．【答案】A【解析】当滑片下移时，滑动变阻器接入电阻减小，则外电路总电阻减小，电路中总电流增大，电源的内电压增大，则由闭合电路欧姆定律可知，电路的路端电压减小，故电压表示数减小；由欧姆定律可知，R1上的分压增大，而路端电压减小，故并联部分的电压减小，则通过R2的电流减小，根据并联电路的特点可知：通过R0的电流增大，则电流表的示数增大．故A正确，BCD错误。2.（2019·湖北省高二期末）图甲为某电源的图线，图乙为某小灯泡的图线，则下列说法中正确的是（　　）A．电源的内阻为B．小灯泡的电阻随着功率的增大而减小C．把电源和小灯泡组成闭合回路，小灯泡的功率约为D．把电源和小灯泡组成闭合回路，电路的总功率约为【答案】D【解析】A．根据闭合电路欧姆定律变形：可得图像与纵轴的交点表示电动势，图像斜率的大小表示内阻，根据甲图电动势为：9 内阻为：，A错误；B．根据乙图可知电流越大，小灯泡功率越大，根据欧姆定律变形得：可知乙图线上某点与原点连线的斜率为电阻，所以小灯泡的电阻随着功率的增大而增大，B错误；C．把电源和小灯泡组成闭合回路，将甲、乙两图叠加到一起：两曲线的交点即小灯泡的电压、电流，根据图像读数：；所以，小灯泡的功率为：，C错误；D．回路中的总功率为：，D正确。故选D。9