高二物理恒定电流复习人教实验版知识精讲

高二物理恒定电流复习人教实验版知识精讲

高二物理恒定电流复习人教实验版 ‎ ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 恒定电流复习 ‎［知识结构］‎ ‎［重点和难点］‎ 一、部分电路欧姆定律 ‎　1. 部分电路欧姆定律的内容 ‎　　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。公式表示为：‎ 本定律通过探索性实验得到电流I和电压U之间的关系，其关系也可以用I－U图像表示出来（如图1）。‎ ‎　2. 几个公式的含义 公式是欧姆定律，也是部分电路电流的决定式，公式习惯上也称为欧姆定律。而公式是电阻的定义式，它表明了一种量度电阻的方法，绝不可以错误地认为“电阻跟电压成正比，跟电流成反比”，或认为“既然电阻是表示导体对电流的阻碍作用的物理量，所以导体中没有电流时导体就不存在电阻”。‎ ‎　3. 知道欧姆定律的适用范围 ‎　　欧姆定律是在金属导电的实验基础上总结出来的，对于电解液导电也适用，但对于气体导电和半导体导电就不适用了。‎ 二、电阻定律 ‎　　导体的电阻是由它本身的性质决定的，金属导体的电阻由它本身的长度l、横截面积S、所用材料和温度决定。在温度一定时，金属导体的电阻跟它的长度l成正比，跟它的横截面积S成反比，用公式表示为：‎ ‎　　这就是电阻定律，式中ρ叫做导体的电阻率，由导体的材料决定。‎ ‎　　注意：‎ ‎　1. 物质的电阻率与温度有关，实验表明，温度越高，金属的电阻率就越大，因此，金属导体的电阻随温度的升高而增大。例如，白炽灯泡点亮时的灯丝电阻比不通电时要大很多倍，因为灯泡点亮后，灯丝温度升高，电阻率增大，电阻也随之增大。‎ ‎　2. 导体的电阻由式定义，也可以利用其测量，但并不是由U和I 决定的，而是由电阻定律决定的，即导体本身的性质决定的。‎ 三、电功、电热、电功率 ‎　1. 各概念之间的区别与联系 ‎　2. 电功和电热不相等的原因 ‎　　由前面的表格，我们看到，只有在纯电阻电路中才有电功等于电热，而一般情况电路中电功和电热不相等。这是因为，我们使用用电器，相当多的情况是需要其提供其它形式的能量. 如电动机，消耗电能是需要让其提供机械能，如果电功等于电热，即消耗的电能全部转化为电动机线圈电阻的内能，电动机就不可能转起来，就无从提供机械能了. 因而一般的电路中电功一定大于电热，从而为电路提供除内能之外的其它能量. 但无论什么电路，原则上一定要有一部分电能转化为内能，因为任何电路原则上都存在电阻.‎ ‎　　所以电路中的能量关系为：，只有在纯电阻电路中W ＝ Q.‎ ‎　3. 额定电压与实际电压、额定功率与实际功率 额定电压指用电器正常工作时的电压，这时用电器消耗的功率为额定功率。但有时加在用电器上的电压不等于额定电压，这时用电器不能正常工作，这时加在用电器上的电压就称之为实际电压，这时用电器消耗的功率为实际功率。要注意，在一些问题中“额定”和“实际”往往不相等。‎ ‎4. 计算电路问题时注意公式选取的灵活性 ‎⑴计算电流，除了用外，还经常用并联电路总电流和分电流的关系：I＝I1+I2‎ ‎⑵计算电压，除了用U＝IR外，还经常用串联电路总电压和分电压的关系：U＝U1+U2‎ ‎⑶计算电功率，无论串联、并联还是混联，总功率都等于各电阻功率之和：P＝P1+P2‎ 对纯电阻，电功率的计算有多种方法：P＝UI＝I 2R＝‎ 以上公式I＝I1+I2、U＝U1+U2和P＝P1+P2既可用于纯电阻电路，也可用于非纯电阻电路。‎ 四、闭合电路欧姆定律 ‎　1. 公式：‎ 常用的表达式还有：E＝IR+Ir＝U+U＇‎ U＝E－Ir ‎2. 电动势与路端电压的比较：E ‎　3. 路端电压U随外电阻R变化的讨论 ‎　　电源的电动势和内电阻是由电源本身的性质决定的，不随外电路电阻的变化而变化，而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而变化的。‎ ‎ ①‎ U＝E－Ir ②‎ 当外电路断路时，‎ 当外电路短路时，‎ 路端电压随电流变化的图线（U－I图线）如图2所示。‎ 图2‎ 由U＝E－Ir可知，图线纵轴截距等于电源电动势E，若坐标原点为（0，0），则横轴截距为短路电流，图线斜率的绝对值等于电源的内电阻，即。‎ ‎　　在解决路端电压随外电阻的变化问题时，由于E、r不变，先判断外电阻R变化时电流I如何变化，再判断I变化时路端电压U如何变化，因为在两式中除E和r都还分别有两个变量，一式中是外电阻R和电流I，一式中是电流I和路端电压U，这样可以讨论一个量随另外一个量的变化。有的同学试图用公式来讨论路端电压随外电阻的变化问题，但由于当外电阻R发生变化时电流I也发生变化，因此无法讨论路端电压U的变化情况。如外电阻R增大时，电流I减小，其乘积的变化无从判断。‎ ‎　4. 闭合电路中的几种电功率 由于在闭合电路中内、外电路中的电流都相等，因此由E＝U+U＇可以得到 IE＝IU+IU＇ 或 ‎ 式中IEt是电源将其它形式的能转化成的电能，IUt 是电源输出的电能，即外电路消耗的电能，是电源内电阻上消耗的电能，等于，即内电阻上产生的热。与之相对应，IE是电源的总功率，IU是电源输出的电功率，是内电阻上的焦耳热功率。一定要从能量转化和守恒的观点理解这几个功率的意义。‎ ‎【典型例题】‎ 例1. 画出实验室用的小灯泡灯丝的I－U特性曲线（考虑灯丝的电阻随温度的变化而变化）：‎ 分析：随着电压的升高，电流增大，灯丝的电功率将会增大，于是温度升高，电阻率也将随之增大，所以电阻增大，I－U曲线的斜率减小。‎ 例2. 某一电动机，当电压U1＝10V时带不动负载，因此不转动，这时电流为I1＝2A。当电压为U2＝36V时能带动负载正常运转，这时电流为I2＝1A。求这时电动机的机械功率是多大？‎ 分析：电动机不转时为纯电阻，由欧姆定律得，，这个电阻是不变的。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 由这道例题可知：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. 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？‎ 解：A、C两图中灯泡不能正常发光。B、D中两灯泡都能正常发光，它们的特点是左右两部分的电流、电压都相同，因此消耗的电功率一定相等。可以直接看出：B图总功率为200W，D图总功率为320W，所以选B。‎ 例4. 如图所示电路中，电阻R1＝8Ω。当电键K断开时，电压表的示数为5.7V，电流表的示数为0.75A，电源总功率是9W；当电键K闭合时，电压表的示数为4V。若电键断开和闭合时电源内部损耗的电功率之比是9：16。求电源的电动势和电阻R2、R3。‎ 解析：K断开时，电流表示数是通过电源的电流值，设为I1＝0.75A，‎ 则电源电动势ε＝P总/I1＝12V 电压表V1示数是R3、R4两端总电压，有R3＋R4＝U1/I1＝7.6Ω 电源内阻r＝ε/I1－（R1＋R3＋R4）＝0.4Ω K断开和闭合时，电路总电流之比I1：I2＝∶＝3∶4‎ K闭合时电路总电流为I2＝4I1/3＝‎1A R4＝U2/I2＝4Ω R3＝3.6Ω 根据ε＝I2r＋I2[R3＋R4＋R1R2/（R1＋R2）] 解得R2＝8Ω。‎ 例5. 如图所示的电路中，已知R1＝4 Ω，电流表的读数I＝0.75 A，电压表读数U＝2.0 V，经一段时间后一电阻断路，使电流表的读数变为 ＝0.80‎ ‎ A，而电压表的读数变为 ＝3.2 V，求：‎ ‎（1）发生断路的电阻是哪一个?‎ ‎（2）电源电动势和内阻各是多少?‎ 解析：此题电路的连接方式是，R1和R2串联成一个支路与R3支路并联后接到电源上，电流表测的是通过R3支路的电流，电压表测的是加在R2两端的电压。‎ 当其中一个电阻断路后，电流表、电压表均有示数，说明R1和R3都没有断路，所以只能是R2发生断路，此时R1上没有电流通过，电压表测量的是路端电压U′＝3.2 V，电流表测量的R3中电流也是干路中电流 I′＝‎0.80 A，所以：‎ R3＝ Ω＝4 Ω R2断路前，路端电压U0＝I3R3＝0.75×4 V＝3 V 对R1和R2串联的支路，加在R1两端的电压：U1＝3 V－2 V＝1 V I1＝＝‎‎0.25 A R2的大小： R2＝＝8 Ω 则R2断路前，电路中总电流I0＝I1+I3＝0.25+0.75＝1（A）‎ 根据全电路欧姆定律：‎ R2断开前：E＝U0+I0r＝3+r R2断开后：E＝+r＝3.2+0.8r 联解上述两式得：E＝4 V r＝1 Ω 例6. 如图所示，图线a是某一蓄电池组的伏安特性曲线，图线b是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线. 若已知该蓄电池组的内阻为2.0Ω，则这只定值电阻的阻值为______Ω ‎。现有4只这种规格的定值电阻，可任意选取其中的若干只进行组合，作为该蓄电池组的外电路，则所组成的这些外电路中，输出功率最大时是_______W。‎ 解：由图象可知蓄电池的电动势为20V，由斜率关系知外电阻阻值为6Ω。用3只这种电阻并联作为外电阻，外电阻等于2Ω，因此输出功率最大为50W。‎ ‎【模拟试题】‎ 一、选择题 ‎1. 实验室用的小灯泡灯丝的I－U特性曲线可用以下哪个图象来表示（ ）‎ ‎ 2. 两个小灯泡，分别标有“‎1A，4W”和“‎2A，1W”的字样，则它们均在正常发光时的电阻阻值之比为（ ）‎ A. 2：1 B. 16：‎1 ‎ C. 4：1 D. 1：16‎ ‎3. 已知如图，电源内阻不计。为使电容器的带电量增大，可采取以下哪些方法（ ）‎ A. 增大R1 B. 增大R‎2 ‎ C. 增大R3 D. 减小R1‎ ‎4. 铅蓄电池的电动势为2V，这表示（ ）‎ A. 电路中每通过‎1C电量，电源把2J的化学能转变为电能 B. 蓄电池两极间的电压为2V C. 蓄电池能在1s内将2J的化学能转变成电能 D. 蓄电池将化学能转变成电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）的大 ‎5. 一段长为L，电阻为R的均匀电阻丝，把它拉制成‎3L长的均匀细丝后，切成等长的三段，然后把它们并联在一起，其电阻值为（ ）‎ A. R/3 B. 3R C. R/9 D. R ‎6. 一个直流电动机所加电压为U，电流为 I，线圈内阻为 R，当它工作时，下述说法中错误的是（ ）‎ A. 电动机的输出功率为U2/R B. 电动机的发热功率为I2R C. 电动机的输出功率为IU－I2R D. 电动机的功率可写作IU＝I2R＝U2/R ‎7. 在用螺旋测微器测量金属导线的直径时，下述操作步骤中正确的是（ ）‎ A. 旋动旋钮K使测微螺杆P与小砧A接近，再改旋微调旋钮K′，直至PA并拢，观察可动刻度H的零点与固定刻度G的零点是否恰好重合 B. 旋动旋钮K测微螺杆P旋出，把被测金属导线放入螺杆P和小砧A之间的夹缝中，再使劲旋动旋钮K，直到螺杆P和小砧A紧紧夹住导线为止 C. 由固定刻度G上读出导线直径的整毫米数，再从可动刻度H上读出其小数部分，读数时，尤其要注意G上半毫米刻度线是否已露出，再将两读数相加即得出导线的直径数值 D. 为了减小测量误差，应在导线的同一部位测量3次，求其平均值即得该导线的直径d ‎8. 下面给出多种用伏安法测电池电动势和内电阻的数据处理方法，其中既减小偶然误差，又直观、简便的方法是（ ）‎ A. 测出两组I，U的数据，代入方程组E＝U1+I1r和E＝U2+I2r中，即可求出E和r B. 多测几组I，U的数据，求出几组E，r，最后分别求出其平均值 C. 测出多组I，U的数据，画出U—I图像，再根据图像求E，r D. 多测出几组I，U数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出开路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r 二、填空题 ‎9. 两导线长度之比为1：2，横截面积之比为3：4，电阻率之比为5：6，则它们的电阻之比为______。‎ ‎10. 一台电阻为2Ω的电动机，接在110V电路中工作时，通过电动机的电流为‎10A，则这台电动机消耗的电功率为______，发热功率为______，转化成机械功率为______，电动机的效率为______。‎ ‎11. 为了测定干电池的电动势和内电阻，现有下列器材：a.1.5‎V干电池两节；b.电压表（0V～3V～15V）；c.电流（‎0A～‎0.6A～‎3.0A）；d. 滑动变阻器（0Ω～20Ω）；e.滑动变阻器（0Ω～1000Ω）；f.电阻箱（0Ω～9999.9Ω）；g.电键，导线等。‎ ‎（1）除电池外，应选用器材：____，____，____，____。‎ ‎（2）将下列实验步骤按次序排列：____。‎ A. 打开电键 B. 按照电路图接好电路，电压表用0V～3V，电流表用‎0A～‎0.6A.‎ C. 移动滑键减小电阻，使电流表指针有较明显的偏转，记录电流表和电压表的读数.‎ D. 把滑动变阻器的滑键滑到一端使阻值最大.‎ E. 再移动滑键减小电阻，记录一组电流表，电压表的示数，以后逐渐减小 三、计算题 ‎12. 在下图中，加接一个电流表，就可以测出电源的电动势和内电阻. 当变阻器的滑片在某一位置时，电流表和电压表的读数分别是‎0.20A和1.98V，改变滑片的位置后，两表的读数分别是‎0.40A和1.96V。求电池的电动势和内电阻。‎ 试题答案 一、选择题 ‎1. A 2. B 3. BD 4. AD ‎5. D 6. AD 7. AC 8. C 二、填空题 ‎9. 5：9‎ ‎10. 1100W，200W，900W，82%‎ ‎11. （1）b（0～3V），c（0～‎0.6A），d，g ‎（2）BDFCEA 三、计算题 ‎12. 解：画出如图的电路图，根据闭合电路的欧姆定律可得 ε＝U1+I1r， ε＝U2+I2r，‎ 式中U1＝1.98V，I1＝0.20A，U2＝1.96V，I2＝0.40A，解出r得：‎ 代入ε＝U1+I1r，得 ε＝1.98V+0.20×0.1V＝2.00V