高二物理恒定电流 1—5节人教实验版知识精讲

高二物理恒定电流 1—5节人教实验版知识精讲

高二物理恒定电流 1—5节人教实验版 ‎ ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 恒定电流 1—5节 知识要点：‎ ‎1. 知道恒定电场与静电场的基本性质相同， 在静电场中适用的关系在恒定电场中同样适用。‎ ‎2. 知道什么是恒定电流，知道电流的单位，理解电荷量、电流、通电时间等物理量之间的关系。‎ ‎3. 知道电源是提供电能的装置，通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能。理解电动势的概念，知道电动势和电压是两个不同的概念。‎ ‎4. 理解电阻的概念，知道电阻的物理意义的单位。理解欧姆定律及其适用范围。会用欧姆定律解决电路中的问题。‎ ‎5. 知道导体的伏安特性曲线，知道线性元件及非线性元件。‎ ‎6. 了解串并联电路的连接方式，掌握串并联电路的电流、电压、电阻的关系。‎ ‎7. 理解电功的概念，知道电功是指静电力对自由电荷所做的功。知道电功率和热功率的区别与联系，能区分电功和热功。‎ 重点、难点解析：‎ 一、电流 ‎（1）导线中的电场 ‎1.‎ ‎ 达到稳定状态时，导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的.电荷的分布是稳定的，电场的分布也是稳定的，且导线内的电场线保持和导线平行。‎ ‎2. 由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。静电场中的电势、电势差及其与电场强度的关系在恒定电场中同样适用。‎ ‎（2）形成电流的条件：一是要有自由电荷，二是导体两端存在电压。‎ ‎（3）电流：通过导体横截面的电荷量跟通过这些电荷量所用时间的比值。‎ 定义式：‎ 决定式：‎ 微观表达式：‎ 二、电动势 ‎1. 电动势是用来表示电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量，用E来表示。‎ ‎2. 定义式为E＝W/q 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。其单位是伏特。‎ ‎3. 注意：电动势与电压的区别 电动势是对电而言，它描述移送单位电荷量时非静电力做功多少，即移送1C电量时其它形式的能转化为电能的多少。而电压是对电路而言的，它描述在这段电路中移送单位电荷量时电场力做功多少，即移送1C电量时电能转化为其它形式的能的多少。‎ ‎4. 电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路无关。‎ ‎5. 电源的重要参数有电动势、内阻、容量等。‎ 家中常用的1、2、5号电池，标有“1.5V”的字样，这是什么意思?‎ 三、欧姆定律 ‎1. 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。‎ 公式为：或写成。‎ 公式的适用范围是金属导体和电解液导体，对气体导电不适用。应用时三个物理量要对应同一段电路。‎ ‎2. 伏安特性曲线：研究部分电路欧姆定律时。因是自变量，为因变量，故常画图线如下图所示。图线斜率，图中。‎ 四、电功和电功率 ‎1. 电功：电流做功。其实质是电场力对电荷做功。电场力对电荷做功，电荷的电势能减少。电势能转化为其他形式的能。因此电功，这是计算电功普遍适用的公式。单位时间内电流做的功叫电功率，，这是计算电功率普遍适用的公式。‎ ‎2. 焦耳定律：，此式适用于任何电路求解热功，生热功率P＝I2R 注意：纯电阻电路和非纯电阻电路 如果一段电路中只含有电阻元件称之为纯电阻电路，它有两大基本特点：①服从欧姆定律。②电流通过纯电阻电路时，电流做功所消耗的电能全部转化为内能。‎ 如果电路中除了含有电阻外，还包括电动机、电解槽等能够把电能转化为其它形式的能的用电器，这种电路称为非纯电阻电路，其特点是：①不服从欧姆定律，在非纯电阻电路中U>IR。②电流通过电路时，电流做功消耗的电能除了转化为内能外，还要转化成其它形式的能，如机械能、化学能等。‎ 五、串并联电路 ‎1. 串联电路 ‎①电流关系：电路中各处的电流强度都相等 I＝I1＝I2＝I3＝…‎ ‎②电压关系：电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和 U＝U1＋U2＋U3＋…‎ ‎③电阻关系：串联电路的总电阻等于各个导体的电阻之和 R＝R1＋R2＋R3＋…‎ 注意：1° 串联电路的总电阻大于任何一个电阻。‎ ‎2° 串联电阻越多，总电阻越大。‎ ‎3° 电路中某一电阻变大，则总电阻变大。‎ ‎④电压分配规律：串联电路中各个电阻两端的电压跟它的阻值成正比，电阻具有分压作用或U1∶U2∶U3∶…∶Un＝R1∶R2∶R3∶…∶Rn 练习：两白炽灯A（220V，40W）、B（220V、100W）串联接入电路中，求电路所能承受的最大电压？‎ ‎⑤电功率分配规律：串联电路消耗的总功率等于各个电阻消耗的功率之和 P总＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn 或 UI＝U1I＋U2I＋U3I＋…＋UnI 上述两个公式适用于任何用电器。根据欧姆定律，上述公式可以写成 I2R 总＝I2R1＋I2R2＋I2R3＋…＋I2Rn 或P总∶P1∶P2∶P3∶…∶Pn＝R总∶R1∶R2∶R3∶…∶Rn 由此可知，对于由纯电阻构成的串联电路，各个电阻消耗的功率与它的电阻值成正比。‎ 练习：将A（220V，40W）、B（220V，100W）两灯泡串联后，接到220V的电路中，哪个亮？‎ ‎2. 并联电路 ‎①电压关系：电路中各支路两端的电压相等 U总＝U1＝U2＝U3＝…＝Un ‎②电流关系：电路中干路中的电流等于各支路的电流之和 I总＝I1＋I2＋I3＋…＋In ‎③电阻关系：并联电路的总电阻的倒数等于各电阻倒数之和 ‎…‎ 注意：1° n个电阻均为R0的电阻并联，R总＝Ro/n ‎2° 并联电路的总电阻小于任何一个支路的电阻。‎ ‎3° 并联支路越多，总电阻越小。‎ ‎4° 某一支路电阻变大，则总电阻变大。‎ ‎④电流分配规律：并联电路各支路中电流的分配与电阻成反比，电阻具有分流 作用 I总R总＝I1R1＝I2R2＝I3R3＝…＝U 或 I∶I1∶I2∶I3 …＝…‎ 练习：一灯泡（6V，3W）直接接入6V，1.5A的电路中，行不行？为什么？要使灯泡接入电路中，且正常发光，怎么办？‎ ‎⑤电功率分配规律：在由纯电阻构成的并联电路中，各个电阻消耗的电功率与它的阻值成反比 由 可推出 P1R1＝P2R2＝P3R3＝…＝U2‎ 或 P1∶P2∶P3 …＝…‎ 练习：（1）有两个灯泡A（220V，40W）、B（220V，100W），并联后接入110V的电路中，哪个亮？‎ ‎（2）在如图所示的电路中，三个电阻的阻值分别是：R1＝9Ω，R2＝18Ω，R3＝18Ω。设它们的电功率分别为P1、P2和P3，则 （ ）‎ A. P1＝P2 B. P2＝P‎3 ‎ C. P2＝P1 D. P1＝P2＋P3‎ ‎【典型例题】‎ 例1. 一个标有“220V 60W”的白炽灯泡，加上的电压 U由零逐渐增大到220V，在此过程中，电压U和电流I的关系可用图象表示，题中给出的四个图线中，肯定不符合实际的是 解析：图线的斜率表示电阻，斜率越大，电阻越大，如果是曲线，表示电阻在不同的电压、电流时它的电阻是变化的，这时的电阻可以用该点和原点的连线的斜率来表示， 灯泡在电压加大过程中，灯丝中的电流增大，温度升高，电阻变大，所以B正确，A图表示电阻不变，C表示电阻变小，D表示电阻先变大后变小，故答案选ACD。‎ 答案：ACD 例2. 如图所示电路中，R1、R2都是4W、100的电阻，R3是lW、100的电阻，则 A、B间允许消耗的最大功率是 A. l.5W B. 9W C. 8W D. W 解析：依题，R3上最大允许电压为 R1和R2上最大允许电压为 R1和R2串联后，最大允许电压为 所以A、B两点间最大允许电压为 当A、B上电压取最大值UAB＝1OV时，R1和R2上消耗的功率为 此时R3上消耗的功率为P3＝1W，所以 答案：A 例3. 下图AB和A'B'是长度均为2km，每千米电阻值为1的两根输电线。今发现在距离A和A'等远的两点C和C'间发生漏电，相当于在两点间连接了一个电阻。现用电动势为90V，内阻不计的电源接在AA'间时，测得BB'电压为72V。把此电源接在BB'间时，测得AA'间电压为45V。由此可知A与C相距 km。‎ 解析：当电源接在AA'时，等效电路图如下图（甲）所示。当电源接在BB'时．等效电路图如下图（乙）所示。‎ 由甲图可知：‎ 由乙图可知，‎ 由于导线电阻每千米为1，则 由①可得：‎ 由②可得：‎ 由③④可得R1＝0.4‎ 因此，AC的距离为0.4km。‎ 答案：0.4‎ 例4. 有一直流电动机，把它接入0.2V电压的电路中，电机不转，测得电流为0.4A；若把电机接入2.0V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0A，求电动机工作时的输出功率多大?如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大?‎ 解析：电动机接入电路不转时，无机械能输出，相当于纯电阻电路，由题意可以得到电动机的内阻。‎ 电动机接入2.0V电压的电路中正常工作时 此时将转子卡住，又相当于纯电阻电路，全部电功率用于发热，所以 点评此题着重考查了对热功率、电功率的理解，以及纯电阻电路和非纯电阻电路的功率计算。‎ ‎【模拟试题】‎ ‎1、关于电功和电功率，下列说法正确的是（ ）‎ A、任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，且W＝Q B、任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，且W有时不等于Q C、电功W＝UIt在任何电路中都使用，Q＝I2Rt只有纯电阻电路中使用 D、电功W＝UIt、电热Q＝I2Rt只有纯电阻电路中使用 ‎2、根据欧姆定律，下列说法中正确的是（ ）‎ A、从关系式R＝U/I可知，对于一个确定的导体来说，如果通过的电流越大，则导体两端的电压也越大 B、从关系式R＝U/I可知，导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比 C、从关系式I＝U/R可知，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 D、从关系式R＝U/I可知，对于一个确定的导体来说，所加的电压跟通过的电流的比值是一确定值 ‎3、有a、b、c、d四只电阻，它们的I—U关系如图所示，则图中电阻最大的是（ ）‎ A、a B、b C、c D、d ‎4、铅蓄电池的电动势为2V，这表示（ ）‎ A、电路通过‎1C电量，电源把2J的化学能转变为电能 B、电源两极间电压为2V C、电源内电压为2V D、把化学能转化为电能的本领比一节干电池大 ‎5、关于形成电流的条件，下列说法正确的是（ ）‎ A、导体中的自由电荷不停的移动 B、导体接在电路上 C、导体置于电场中 D、导体两端存在电压 ‎6、电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积0.6×10‎-6m2‎的导线，则电路中的电流是（ ）‎ A、0.046A B、‎1.6 m A C、16A D、0.16A ‎7、关于三条公式（1）P＝IU，（2）P＝I2R，（3）P＝U2/R，下列叙述正确的是（ ）‎ A、公式（1）适用于任何电路的电热功率 B、公式（2）适用于任何电路的电热功率 C、公式（1）（2）（3）适用于任何电路的电功率 D、上述没有一个正确 ‎8、一根电阻丝，通过‎2C电荷量所消耗的电能为8J，若在相同的时间内通过‎4C的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别为（ ）‎ A、4V，16J B、8V，16J C、4V，32J D、8V，32J ‎9、甲、乙两根粗细相同的不同导线，电阻之比为2：1，则两根导线加相同的电压时，其电功率之比为（ ）‎ A、8:1 B、2:‎1 ‎ C、1:2 D、1:1‎ ‎10、一台直流电动机的电枢线圈的电阻是R，其额定电压是U，额定功率是P，那么它正常工作时的电流（ ）‎ A、等于P/U，且大于U/R B、等于P/U，且小于U/R C、等于P/U，也等于U/R D、不等于P/U，但等于U/R ‎11、一直流电源给蓄电池充电，电路如图所示，如果蓄电池内阻为r，伏特表读数为U，安培表读数为I，则输入蓄电池的电功率为 ，蓄电池的发热功率为 ，电能转变为化学能的功率为 。‎ ‎12、如图所示的电路中，电源的电压为60V，内阻不计，电阻R＝2，电动机的内阻R0＝1.6，电压表的示数为50V，电动机正常工作，求电动机的输出功率。‎ 试题答案 ‎1. B 2. ACD 3. D 4. AD 5. D ‎6. D 7. B 8. D 9. C 10. B ‎11. UI I2r UI－I2r ‎12. P＝210W