浙江省2021高考物理一轮复习专题八恒定电流课件

浙江省2021高考物理一轮复习专题八恒定电流课件

考点清单 考点一　电路的基本概念和规律 考点基础 一、电路的基本概念 物理量 描述 表达式 性质 备注 电流 电荷的定向移动 形成电流 I =   标量,方向规定为 与正电荷定向移 动方向相同 形成条件:a.导体 中存在自由电 荷;b.导体两端存 在电压 电阻 导体对电流的阻 碍作用的大小 R =   标量 ρ 为电阻率,跟导体 材料和温度有关 电功 电流做功的实质 是电场力对电荷 做 正功 在任何电路中 W = qU = UIt 在纯电阻电路中 W = qU = UIt = I 2 Rt =   t 标量 电场力对电荷做 正功,电荷的电势 能减小,电势能转 化为其他形式的 能 电功率 单位时间内电流 做的功叫电功率 P =   标量 P =   和 P = UI 适用 于任何电路 电热 电流通过有电阻 的电路产生的焦 耳热 Q = I 2 Rt 标量 Q = I 2 Rt 适用于任何 电路 二、电阻定律 1.内容:导体的电阻与导体的长度成正比,与横截面积成反比,还跟导体的材 料有关。数学表达式为 R = ρ   。 2.电阻率:反映导体导电性能的物理量,由导体的材料决定,且随着材料的温 度的改变而变化。 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。 三、部分电路欧姆定律 1.内容:通过一段电路的电流,跟这段电路两端的电压成正比,跟这段电路的 电阻成反比,这一规律叫部分电路欧姆定律。 2.表达式: I =   。 3.定律的适用范围:纯电阻电路。 4. I - U 图线和 U - I 图线: (1)在 R 一定的情况下, I 正比于 U ,所以 I - U 图线和 U - I 图线都是通过原点的直 线,如图甲、乙所示。 I - U 图线中, R 1 < R 2 ; U - I 图线中, R 1 > R 2 ,此时,导体的电阻 等于 U - I 图线的斜率, R =   =   。 (2)在 R 变化的情况下, I 与 U 不再成正比,而是一条曲线,如小灯泡的 U - I 图线 如图丙所示,此时电阻 R =   ≠   ,即电阻 R 等于图线上的点与坐标原点连 线的斜率而不是切线的斜率。 串联 并联 电流 I = I 1 = I 2 = … = I n I = I 1 + I 2 + … + I n 电压 U = U 1 + U 2 + … + U n U = U 1 = U 2 = … = U n 电阻 R = R 1 + R 2 + … + R n   =   +   + … +   电压分配   =   ,   =   — 电流分配 —   =   ,   =   功率分配   =   ,   =     =   ,   =   四、串联、并联电路 考向突破 考向　电源和电流 三个电流公式的理解 定 义 式 I =   ,式中 I 表示电流, q 为时间 t 内通过导体横截面的有效电荷量(从产生电流的效果上来说)。该式求出的是电流的平均值 决 定 式 I =   (仅适用于纯电阻电路) ,不考虑温度的影响,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 微 观 表 达 式 I = neSv ,式中 I 为瞬时电流, n 为金属导线单位体积内的自由电子数, e 为电子的电荷量, S 为导线的横截面积, v 为电子定向移动的速率(既不是热运动速率,也不是电场传导速率)常温下金属中电子热运动的平均速率约为10 5 m/s,电子定向移动的速率约为10 -5 m/s,电场传导速率为3 × 10 8 m/s 例1　(多选)有一横截面积为 S 的铜导线,流经其中的电流为 I ,设每单位体积 的导线中有 n 个自由电子,每个自由电子的电荷量均为 q ,此时电子定向移动 的速率为 v ,则在Δ t 时间内,通过导线横截面的自由电子数目可表示为       (　　) A. nvS Δ t 　    B. nv Δ t 　    C.   　    D.   解析　根据电流定义可知,在Δ t 时间内通过导线横截面的电荷量 Q = I Δ t ,所 以在这段时间内通过的自由电子数为 N =   =   ,所以C对,D错;由于自由电 子定向移动速率是 v ,在时间Δ t 内,位于以某横截面为底,长 l = v Δ t 这段导线内 的自由电子都能通过横截面, V = Sl = Sv Δ t ,总的自由电子数 N = nV = nSv Δ t ,A对, B错。 答案    AC 考向二　串联电路和并联电路 电表的改装 改装成电压表 改装成电流表       改装原理 串联分压 并联分流 改装后 的量程 U = I g ( R + R g ) I =   I g 备注 改装后指针偏角大小取决于通过表头的电流大小,而示数则由偏 角和量程共同决定 例2　有两个相同的电流表,允许通过的最大电流(满偏电流)为 I g =1 mA,表 头电阻 R g =30 Ω,若改装成一个量程为3 V的电压表和一个量程为0.6 A的电 流表应分别   (　　) A.串联一个2 990 Ω的电阻和并联一个0.15 Ω的电阻 B.并联一个2 990 Ω的电阻和串联一个0.15 Ω的电阻 C.串联一个2 970 Ω的电阻和并联一个0.05 Ω的电阻 D.并联一个2 970 Ω的电阻和串联一个0.05 Ω的电阻 解析　若改装成一个量程为3 V的电压表需串联一个分压电阻,由 U = I g ( R 串 + R g )得,所串联的分压电阻阻值 R 串 =   - R g =   Ω-30 Ω=2 970 Ω;若改装成 一个量程为0.6 A的电流表需并联一个分流电阻,由 I g R g =( I - I g ) R 并 得,所并联 的分流电阻 R 并 =   =   Ω=0.05 Ω。故选项C正确。 答案    C 考向三　焦耳定律 电功与电热的关系 纯电阻电路 非纯电阻电路 实例 白炽灯、电炉、电饭锅、电热 毯、电熨斗及转子被卡住的电 动机等 电动机、电解槽等 电功 与电热 W = UIt Q = I 2 Rt =   t W = Q W = UIt Q = I 2 Rt W > Q 电功率与 热功率 P 电 = UI P 热 = I 2 R =   P 电 = P 热 P 电 = UI P 热 = I 2 R P 电 > P 热 注意    (1)白炽灯或小灯泡都是纯电阻,不要认为它们消耗的电能有一部分 转化成了光能,其实电能还是全部转化成了内能,只不过内能中又有一部分 进一步转化成了光能而已。 (2)根据灯泡的额定功率和额定电压求得的电阻值是灯泡正常工作时的电 阻,在非工作状态下其阻值小于其正常工作时的电阻,如“220 V　100W” 的灯泡,正常工作时电阻 R =484 Ω,而直接用多用电表测得其电阻值约 为10 Ω。 例3    (2018浙江超级全能生联考,8)电动机是把电能转化成机械能的一种 设备,在工农业、交通运输、国防及家电、医疗领域广泛应用。图示表格 是某品牌电动机铭牌的部分参数,据此信息,下列说法中不正确的是   (    　) A.该电动机的发热功率为110 W B.该电动机转化为机械能的功率为1 100 W C.该电动机的线圈电阻 R 为4.4 Ω D.该电动机正常工作时每分钟对外做的功为5.94 × 10 4 J 型号 YE3-132S2-2 编号 521780 额定功率 1 100 W 额定电压 220 V 额定电流 5.0 A 额定转速 2 900 r/min 效率 90.0% 频率 50 Hz 解析　由电动机的额定功率及效率可求得电动机的发热功率为 P 热 = P 额 (1- η )=1100 × (1-0.9) W=110 W,电动机转化为机械能的功率为 P 机 = P 额 - P 热 =1100 W-110 W=990 W,故A正确,B错误;由 P 热 = I 2 r 可得电动机的线圈电阻为 r =   =   Ω=4.4 Ω,故C正确;电动机正常工作时每分钟对外做的功为 W 机 = P 机 t = 990 × 60 J=59 400 J=5.94 × 10 4 J,故D正确。 答案    B 考点二　闭合电路欧姆定律 考点基础 一、电源: 使导体两端存在持续电压,将其他形式的能转化为电能的装置。 二、电动势 1.物理意义:反映不同电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理 量。电动势大,说明电源把其他形式的能转化为电能的本领大;电动势小, 说明电源把其他形式的能转化为电能的本领小。 2.大小:等于外电路断开时的路端电压,数值上也等于把1 C的正电荷从电 源负极移到正极时非静电力所做的功。 3.电动势的方向:电动势虽是标量,但为了研究电路中电势分布的需要,我们 规定由负极经电源内部指向正极的方向(电势升高的方向)为电动势的方向。 三、闭合电路欧姆定律 1.内容:闭合电路中的电流跟电源电动势成正比,跟内、外电路电阻之和成 反比,这个结论叫做闭合电路欧姆定律。 2.表达式:a.电流表达式为 I =   ; b.电动势表达式为 E = IR + Ir , E = U 外 + U 内 。 3.适用范围:外电路是纯电阻的电路。 四、路端电压 U 外电路两端的电压,即电源的输出电压, U = E - Ir 。 1.当外电阻 R 增大时, I 减小,内电压减小,路端电压 U 增大。当外电路断开时, I =0, U = E 。 2. 当外电阻 R 减小时 , I 增大 , 内电压增大 , 路端电压 U 减小。当电源两端短路 时 , 外电阻 R =0, I =   , U =0 。 3.路端电压也可以表示为 U = IR =   =   ,也可以得到 路端电压随外电 阻增大而增大的结论 。 五、 U - I 图像 如图甲所示为 U - I 图像,由 U = E - Ir 知,图线为一条直线,纵截距为电源电动势, 横截距为短路电流,直线的斜率的绝对值等于电源内阻。 甲 乙 由于一般电源的内阻 r 很小,故外电压 U 随电流 I 的变化不太明显,实际得到 的图线往往很平,只画在坐标纸的上面一小部分,为充分利用坐标纸,往往 将横轴向上移,如图乙所示的实验图线。此时应注意,图线与横轴交点的横 坐标值 I 1 并非短路电流,不可盲目用它求内阻,但图线与纵轴交点的纵坐标 值仍代表电动势 E ,图线斜率的绝对值仍等于内阻 r 。 六、闭合电路中的功率 1.电源的总功率: P 总 = IE = IU + IU r = P 出 + P 内 。 2.电源内耗功率: P 内 = I 2 r = P 总 - P 出 。 3.电源的输出功率: P 出 = IU = IE - I 2 r = P 总 - P 内 。 考向突破 考向　闭合电路的欧姆定律 一、几种 I - U 、 U - I 图线的比较 类别 图像 物理意义 注意问题 线性元件   反映 I 跟 U 的正比关系 图线的斜率的倒数表示导体的电阻, R =   =   ,遵从欧姆定律 非线性 元件   反映 I 跟 U 的非正比关系 图线的斜率仅表示电阻的变化趋势,若求解电阻需用点的坐标值来计算,即 R =   电源   反映电源的输出特性,纵轴截距为电源电动势,横轴截距为短路电流 图线斜率的绝对值表示电源的内阻(注意纵坐标数值在坐标原点是否从零值开始) 二、电源的功率和效率 1.电源的效率: η =   =   。 2.在闭合电路中,当外电路是纯电阻电路时: P 总 = EI =   , P 出 =   R , η =   =   。 3.电源的最大输出功率 P 出 = UI = I 2 R =   R =   =   ,由此式可看出,当 R = r 时, P 出 有 最大值,即 P m =   =   。 P 出 与外电阻 R 的函数关系可用如图所示图像表示,由图像可以看出: (1)当 R = r 时,输出功率最大, P m =   。 (2)当 R < r 时,若 R 增大,则 P 出 增大;当 R > r 时,若 R 增大,则 P 出 减小。 注意　(1)当电源输出功率最大时,效率并不是最大, η =50%。当 R → ∞ 时, η →100%,但此时 P 出 →0,无实际意义。 (2)对于内外电路上的固定电阻,其消耗的功率仅取决于电路电流的大小, 即根据 I 2 R 来判断,与输出功率大小的判断方法不同。 例4    (2018浙江名校协作体联考)(多选)用标有“6 V　3 W”的灯泡L 1 、 “6 V　6 W”的灯泡L 2 与理想电压表和理想电流表连接成如图甲所示的 实验电路,其中电源电动势 E =9 V。图乙是通过两个灯泡的电流随两端电 压变化的曲线。当其中一个灯泡正常发光时(　　) A.电流表的示数为0.5 A　　B.电压表的示数为6 V C.电路输出功率为6 W　　 D.电源内阻为2 Ω 解析    L 1 正常发光时的电流为0.5 A,L 2 正常发光时的电流为1 A,因两灯串 联在电路中,只有一灯正常发光,则一定是L 1 正常发光,此时电路中的电流 为0.5 A,即电流表的示数为0.5 A。此时电压表测L 2 两端的电压,则电压表 的示数为2 V。由图可知,L 1 的电压为 U 1 '=6 V,此时路端电压为 U = U 1 '+ U 2 '= 6 V+2 V=8 V,电源的输出功率 P = UI =8 × 0.5 W=4 W。电源的内阻 r =   =   Ω=2 Ω。故B、C错误,A、D正确。故选A、D。 答案    AD 解题关键　本题考查了串联电路的特点和闭合电路欧姆定律、电功率公 式的应用,由于电流和电压不成正比,即电阻是变化的,所以应直接从图中 找出电流对应的电压进行求解。 方法1 　动态直流电路的分析方法 1.程序法 (1)确定电路的外电阻( R 外总 )如何变化。 方法技巧 说明　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,总电阻增大;若开关的通断使并联 的支路增多时,总电阻减小。 ③在如图所示的分压电路中,滑动变阻器可以视为由两段电阻构成,其中一 段与用电器并联(以下简称并联段),另一段与并联部分串联(以下简称串联 段)。设滑动变阻器的总电阻为 R ,灯泡的电阻为 R 灯 ,与灯泡并联的那一段电 阻为 R 并 ,则该段电路的总电阻为 R 总 = R - R 并 +   = R -   = R -   。 由上式可以看出,当 R 并 减小时, R 总 增大;当 R 并 增大时, R 总 减小。由此可以得出 结论:分压电路总电阻的变化情况,与并联段电阻的变化情况相反,与串联 段电阻的变化情况相同。 (2)根据闭合电路欧姆定律 I 总 =   ,确定电路的总电流如何变化。 (3)由 U 内 = Ir ,确定电源的内电压如何变化。 (4)由 U 外 = E - U 内 ,确定电源的外电压(路端电压)如何变化。 (5)由部分电路欧姆定律,确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化。 (6)确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。 (a)　 　　　　　　　(b) 2.结论法 当局部电阻 R n 变化时,与 R n 串联的电阻 R 的功率 P 、电流 I 、电压 U 与 R n 变化 相反,简称串联反变或串反,如图(a)。而与 R n 并联的 R 上, I R 、 U R 、 P R 与 R n 的 变化相同,简称并联同变或并同,如图(b)。总称串反并同。 例1　如图, E 为内阻不能忽略的电池, R 1 、 R 2 、 R 3 为定值电阻,S 0 、S为开关,   与   分别为电压表与电流表。初始时S 0 与S均闭合,现将S断开,则   (    　) A.   的读数变大,   的读数变小 B.   的读数变大,   的读数变大 C.   的读数变小,   的读数变小 D.   的读数变小,   的读数变大 解题思路　当S断开时, R 总 变大,由闭合电路欧姆定律,可判断相关量的变 化。 解析       故B正确。 答案    B 方法2 　含电容器电路的分析与计算方法 在直流电路中,当电容器充、放电时,电路中有充、放电电流。一旦电路达 到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是 理想的不漏电的情况)的元件,在电容器处电路可看作是断路,简化电路时 可去掉它。简化后若要求电容器所带电荷量,则可将电容器接在相应的位 置上。分析和计算含有电容器的直流电路时,需注意以下几点: 1.电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过,所以在此支路中的电阻上 无电压降,因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。 2.当电容器和电阻并联后接入电路时,电容器两极板间的电压与其并联电 阻两端的电压相等。 3. 电路的电流、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 ; 如果电压降低 , 电容器将通过与它连接的电路 放电。 例2　(多选)如图所示, R 1 、 R 2 、 R 3 、 R 4 均为可变电阻, C 1 、 C 2 均为电容器,电 源的电动势为 E ,内阻 r ≠ 0,若改变四个电阻中的一个阻值,则   (　　)   A.减小 R 1 , C 1 、 C 2 所带的电荷量都增加 B.增大 R 2 , C 1 、 C 2 所带的电荷量都增加 C.增大 R 3 , C 1 、 C 2 所带的电荷量都增加 D.减小 R 4 , C 1 、 C 2 所带的电荷量都增加 解析    减小 R 1 ,电容器 C 1 、 C 2 两端电压不变,电容器所带电荷量不变,故A错误;增大 R 2 ,整个电路电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知,电路电流减小,路端电压变大,电阻 R 3 、 R 4 两端电压变小,电阻 R 2 两端电压变大,电阻 R 2 、 R 3 串联的总电压变大,即电容器 C 1 、 C 2 两端电压都变大,由 Q = CU 可知,两电容器所带的电荷量都增加,故B正确;增大 R 3 ,整个电路电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知,电路电流减小,由 U = IR 可知,电阻 R 2 两端电压变小,即电容器 C 1 两端电压变小;路端电压变大,电阻 R 4 两端电压变小,电阻 R 2 、 R 3 串联的总电压变大,即电容器 C 2 两端电压变大,由 Q = CU 可知,电容器 C 1 所带电荷量减少, C 2 所带的电荷量增加,故C错误;减小 R 4 ,电路总电阻变小,由闭合电路欧姆定律可知,电路电流变大,电阻 R 2 两端电压变大,电阻 R 2 、 R 3 串联的总电压变大,即电容器 C 1 、 C 2 两端电压都增大,由 Q = CU 可知, C 1 、 C 2 所带的电荷量都增加,故D正确。故选B、D。 答案     BD 方法3 　电路故障的分析方法 1.故障特点 (1)断路特点:电路中发生断路,表现为电源电压不为零而电流为零;若外电 路中任意两点间的电压不为零,则这两点间有断点,而这两点与电源连接部 分无断点。 (2)短路特点:电路中发生短路,表现为有电流通过电路而电压为零。 2.故障的分析方法 (1)仪器检测法 ①断路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联,若 电压表指针不偏转,则剩余电路中有断点。 ②短路故障的判断 : 用电压表与电源并联 , 若有电压 , 再逐段与电路并联 , 若 电压表示数为零 , 则该并联段电路被短路。若电压表示数不为零 , 则该并联 段电路没有被短路或不完全被短路。 (2)假设法:已知电路发生某种故障,寻找故障发生的位置时,可将整个电路 划分为若干部分;然后逐一假设某部分电路发生故障,运用欧姆定律进行正 向推理,推理结果若与题述物理现象不符合,则故障不是发生在这部分电 路;若推理结果与题述物理现象符合,则故障可能发生在这部分电路,直到 找出发生故障的全部可能为止,亦称排除法。 例3　在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中,用导 线 a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f 、 g 和 h 按如图所示方式连接好电路,电路中所有元器 件都完好,且电压表和电流表已调零。闭合开关后: (1)若电压表的示数为2 V,电流表的示数为零,小电珠不亮,则断路的导线为 　　　　     。 (2)若电压表的示数为零,电流表的示数为0.3 A,小电珠亮,则断路的导线为 　　　　     。 (3)若反复调节滑动变阻器,小电珠亮度发生变化,但电压表、电流表的示 数不能调为零,则断路的导线为 　　　　     。 解析　(1)若 d 导线断路,则小电珠断路,不亮,但电压表与电流表串联后接在 电路中,因电压表内阻很大而电流表内阻很小,所以电压表有读数而电流表 无读数。若其他导线断路,则与题述现象不符合。 (2)小电珠亮,则 a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f 都不发生断路,若 g 发生断路,则电压表有 示数,若 h 发生断路,则符合题意。 (3) g 导线断路,滑动变阻器接成限流式接法,它与小电珠串联,小电珠亮度发 生变化,但电压表、电流表的示数不能调为零。 答案　(1) d 　(2) h 　(3) g