高二物理期末复习恒定电流人教版选修3

高二物理期末复习恒定电流人教版选修3

高二物理复习-------恒定电流 ‎ ‎ 编写人：孙克干 ‎ 一、目标定位 ‎1. 电流 欧姆定律 电阻和电阻定律 （Ⅱ）‎ ‎2.电阻率与温度的关系（Ⅰ）‎ ‎3.半导体及其应用 超导及其应用（Ⅰ）‎ ‎4.电阻的串、并联 串联电路的分压作用 并联电路的分流作用（Ⅱ）‎ ‎5.电功 电功率 串、并联电路的功率分配（Ⅱ）‎ ‎6.电源的电动势和内电阻 闭合电路的欧姆定律 路端电压（Ⅱ）‎ ‎7.电流、电压和电阻的测量 电流表、电压表和多用电表的使用 伏安法测电阻 测定电池的电动势和内阻 （Ⅱ）‎ 二、网络构建 恒定电流 电流：定义式，微观表达式 电阻：定值电阻、可变电阻，电阻定律 电压：内电压、路端电压 概念 电源及效率与功率 提供电能的装置 总功率P= I E P=P输+P内 输出功率P输= I U 当R＝r时，电源有最大输出功率 内损功率P内= I 2r 效率：η= I U/ I E=R/(R+r)‎ 电路的 串并联 电阻关系 电压分配 电流分配 电功率分配 欧姆 定律 部分电路欧姆定律：I =U/R 闭合电路欧姆定律：I =E/(R+r)‎ 电功与 电热 纯电阻电路中 W=Q 非纯电阻电路中 W＞Q 电功W=U I t 电功率P=U I 电热Q= I 2Rt 热功率P=I2R 电流：电流表 电压：电压表 电阻：‎ 电学量测 量 欧姆表 读数及使用方法 伏安法 电流表内接或外接法 滑动变阻器的分压、限流接法 电源的电动势与内阻 三、概念梳理 Q t I=‎ ‎（一）电流、电压、电阻 ‎1．电流强度定义式：‎ ‎2．电流强度微观表达式：I=nqsv 其中导体的横截面积为S，单位体积内有n个电荷量为q的自由电荷，电荷定向移动速度v U R I=‎ U ‎ I I ‎ u A B ‎3．电流为标量，规定正电荷定向移动的方向为电流方向．‎ ‎4．部分电路欧姆定律： （适用于纯电阻电路）‎ ‎5．伏安特性：R=k=tanθ (A图 ) R=1/k=1/tanθ （B图）‎ L S R=ρ 图像是一条过原点的直线 ‎6．电阻定律的公式为： 式中的ρ为电阻率，它仅由材料性质决定，单位是欧姆·米 各种材料的电阻率均随温度变化而变化，金属的电阻率随温度升高而增大．当温度降至0附近时，某些材料的电阻率突然减为零，这种现象叫超导现象．‎ ‎7．半导体 有些材料，它的导电性能介于导体和绝缘体之间 ‎+ -‎ a.热敏电阻（电阻随温度升高而减小），光敏电阻（电阻随光强增大而减小）‎ b.二极管单向导电性 正向电阻小，反向电阻大 ‎ ‎（二）电功、电热、电功率 ‎8．电功的计算公式：W=UIt，　　　　　电功率的计算公式：P=UI ‎9．电流通过导体时，导体上产生的热量为：Q=I2Rt．热功率P热=I2R 电功和电热、电功率和热功率的计算公式适用于一切电路 ‎（若纯电阻电路：Q=W=UIt= I2Rt=U2t/R　　　　P=P热= UI= I2R=U2/R）‎ ‎（三）串并联电路特点 ‎10. 串联：I＝I1____I2 U=U1__U2 R=R1_______R2 P=P1___P2 串联电路电压分配：_______‎ 并联：I=I1___I2 U=U1__U2 1 /R=1/R1____1/R2 P=P1____P2 并联电路电流分配：_______‎ ‎(四)电动势、闭合电路欧姆定律 ‎11．电源：能把其他形式的能转换为电能的装置．‎ U E ‎0 Im I ‎12．电源的电动势E：①表征电源把其他形式的能转换为电能的本领，在数值上等于电源没有接人电路时两极间的电压；闭合电路中等于内、外电压之和，即E＝U外+U内．‎ ‎13．闭合电路欧姆定律：I=E/(R+r)或者E＝U外+I r＝U外+U内． ‎ ‎14．路端电压：外电路两端的电压，即电源的输出电压 ‎ 路端电压与外电阻关系： U=IR （路端电压随外电阻增大而增大）‎ ‎ 路端电压与电流关系： U=E-Ir 理解图象意义 P E2/4r ‎ O R ‎15．电路中能量转化：‎ ‎ 　a. 电源就是通过内部非静电力搬运电荷做功而将其他形式的能转化为电能的装置，欧姆定律就是能的转化与守恒定律在直流电路中的具体表现形式 b.几种常见的电功率：‎ ‎ 电源总功率 P总=IE ‎ 电源输出功率 P出=IU=I2R （当外电阻等于内电阻R=r时电源的输出功率最大Pmax=E2/4r（此时电 源效率为50%）当R＞r时输出功率随R增大而减小，当R＜r时输出功率随R增大而增大）‎ 电源发热功率 P热=I2r 电源的效率 η=P出/P总=（P总-P热）/ P总 ‎ ‎（五）电压表和电流表 ‎ ‎16．电流表：表头 ‎(1)构造：主要由水磁体和放人其中的可转动的线圈组成．‎ ‎(2)工作原理：当线圈中有电流通过时，线圈在磁场力的作用下带着指针一起偏转，电流越大，指针偏转的角度越大，从表盘上即可读出电压或电流值．‎ ‎(3)三个主要参数 ‎ ①内阻Rg：电流表的内电阻．‎ ‎ ②满偏电流Ig：指针偏转到最大刻度时的电流，也叫电流表⑥的量程．‎ ‎③满偏电压Ug：电流表通过满偏电流时加在电流表两端的电压．‎ ‎(4)三个参数间的关系：Ug=IgRg ‎17．电压表(V)的改装 电流表的电压量程较小Ug=IgRg ，当改装成较大量程为U的电 压表时，应串联一个电阻R如图所示，因为串联电阻有分压作用，‎ 因此叫做分压电阻，电压扩大量程倍数n＝U／Ug ‎ 则 U=IgRg+=IgR ‎ 需要串联的电阻为 R=（n-1）Rg 改装后的电压表内阻为：Rv=R+Rg ‎18．电流表（A）的改装 ‎(1)将量程为Ig表头改装成量程为I 电流表应并联一个电阻R，如图所示，因为并联电阻有分流作用，因此叫做分流电阻．扩大量程倍数n＝I ／Ig 则需要并联的分流电阻 R＝Rg／(n一1)．‎ 改装后的电流表内阻等于Rg与R并联时的总电阻．‎ ‎19．伏安法测电阻 用伏安法测电阻时，若不知被测电阻的大概值，为了减小测量误差，如何选择正确电路连接? ‎ 采用试触法：可将电路如图所示连接，只空出电压表的一个接头S， ‎ ‎ 然后将S分别与a、b接触一下，观察电压表和电流表的示数变化 情况．若电流表示数有显著变化，说明电压表的分流作用较强，即 Rx是一个高阻值电阻，应选用内接法，S应接b测量．若电压表示数有显著变化，说明电流表的分压作用较强，即Rx是一个低阻值电阻，应选用外接法，S应接a测量．‎ ‎20．滑动变阻器连接方式 Rx Rx+R0‎ E ‎(1)限流式接法：电路中变阻器起限流作用，负载Rx上的电压可调范围 ‎ 为 ～E，电压变化范围较小；消耗能量少；适应于用电器电阻 阻值与变阻器阻值相当的电路。‎ ‎(2)分压式接法：电路中变阻器起分压作用，滑片自A端向B端滑动时，负 载上电压的范围为0～E，显然比限流时调节范围大，但消耗能量多，对于 要求电压变化范围大的，或滑动变阻器总阻值较小的，使用此连接方式 ‎21．欧姆表测量电阻 ‎ (1)欧姆表构造 如图所示，G是内阻为R、满偏电流为Ig的微安表或毫 安表R0是调零电阻，电池的电动势为E，内阻为r，黑表笔接电池正极，‎ 红表笔接电池负极．‎ ‎(2)欧姆表原理 欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的．当红、黑表笔 ‎ 间接入待测电阻Rx时，此时通过G表的电流为I，则：‎ ‎ ‎ 应当注意，欧姆表刻度是不均匀的．‎ ‎(3)注意事项：①使用前进行机械调零，使指针指在电流表的零刻度．②要使被测电阻与其他元件和电源断开，不能用手接触表笔的金属杆．③合理选择量程，使指针尽量在中间位置附近．④使用欧姆档的另一量程时，一定要重新进行电阻调零（即换档调零）。⑤读数时，应将表针示数乘以选择开关所指的倍率．⑥测量完毕，拔出表笔，开关置于交流电压最高挡或OFF挡，若长期不用，取出电池。‎ ‎22．实验：测定电池的电动势和内阻 目标：1．掌握实验电路、实验原理及实验方法．2．学会用图象法处理实验数据．‎ ‎ 原理： 根据闭合电路欧姆定律的不同表达形式，可以采用下面几种不同的方法测E和r ‎ (1)由E=U+Ir知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于正、r的方程，从而解出E、r，电路图如图所示．‎ ‎ (2)由E＝IR+Ir知，测出I、R的两组数据，列出方程解出E、r，电路图如图所示．‎ ‎ (3)由正＝U+Ur/R,，测出U 、R两组数据，列出关于E、r的两个方程，电路图如图所示．‎ ‎ ‎ ‎ (1) (2) (3) ‎ ‎ ‎ 数据处理 图象法：以I为横坐标，U为纵坐标建立直角坐标系． 据实验数据描点．如果发现个别明显错误的数据，应该把它剔除．用直尺画一条直线，使尽量多的点落在这条直线上，不在直线上的点能均分两侧，‎ 注意事项：‎ ‎(1)为了使电池的路端电压变化明显，电池宜选内阻大些的． ‎ ‎(2) 因该实验中电压U的变化较小，为此可使纵坐标不从零开始，把坐标的比例放大，可减小实验误差．此时图象与横轴交点不表示短路电流，计算内阻时，要在直线上任取两个相距较大的点，用r＝△U/△I计算出电池的内阻r．‎ 四、规律运用 例１．（伏安特性曲线的应用）如图所示的Ｉ一U图像所对应的两个导体：‎ ‎ (1)电阻之比R1：R2=________；‎ ‎ (2)若两导体中的电流相等(不为零)时，电压之比U1：U2＝‎ ‎_____‎ ‎ (3)若两个导体两端的电压相等(不为零)时，电流强度之比Il：I2_______；‎ ‎ 练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的关系可用图线表示，在右边四个图线中可能符合实际的是 ( )‎ 例2．（电功很电热） 解决电功、电热这类问题的基本思路：‎ ‎ （1）首先判断电路是纯电阻电路，还是非纯电阻电路．‎ ‎ （2）若是非纯电阻电路关键分析清楚电能转化为什么形式的能，然后再确定选什么公式计算电功或电功率．‎ ‎ 规格为“220V 36W”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求接上220V电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率，如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率．‎ 例3．（电路动态分析）‎ 如图所示电路中，A、B、C、D是四只相同的电灯，当滑动变阻器的滑片下滑时，各灯的亮度怎样变化? ’‎ ‎ 解决这类问题的常见方法如下：‎ ‎ ①先搞清电路连接情况；②弄清各电表测量哪段电路的哪个物理量；③‎ 考察电路的变化(如滑动变阻器滑动、开关断开闭合等)而引起的电路电阻如何变化；④判断电路总电流I及电路路端电压U如何变化；⑤再根据串并联电路的特点、欧姆定律、电功率等公式判断所求物理量的变化。‎ 练3. 如图所示，当滑动变阻器R3的滑片C向B方向移动时，电路中各电表示数如何变化?(电表内阻对电路的影响不计)‎ 例4．(电路故障判断) (电路故障判断：电路中的用电器不正常工作可能是短路也可能是断路；用电压表检测时只要电压表有示数则由电源及电压表组成的回路是通的)‎ 如图所示电路中，由于某处出现了故障，导致电路中的A、B两灯变亮，C、D两灯变暗，故障的原因可能是： ‎ A R1 短路 B R2断路 C R2短路 D R3短路 ‎ 练4. 如图所示，当闭合电键S后，发现两只标有‘3V1W”字样的相同的小灯泡均不亮，用电压表测得Uac=Ubd＝6V，如果各段导线及接线均无问题，下列说法正确的是 ‎ A L1灯丝断了 B．L2灯丝断了 ‎ C可变电阻器R的电阻丝断了 D．电键S接触不良 例5（含容电路）（分析含电容器的电路的基本思路： 1．首先分析情楚电路的连接方式，必要时画等效电路，在电容器处电路可看作是断路，简化电路时可去掉它． 2．分析电容器两端电压与哪部分电路(或电阻)的电压相同． 3．弄清楚电容是充电，还是放电过程，再由Q=CU进行求解．）‎ 如图所示，电容器C1＝6μF，C2＝3μF，电阻R1=6Ω，R2＝3Ω．当电健S断开时，A、B两点间的电压UAB=? 当S闭合时，电容器C1的电荷量改变了多少?（已知电压U=l8V)‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 练5 如图的电路中，电键Kl、K2、K3、K4均闭合，C是水平放置的平行板电容器，板间悬浮着一油滴P，断开哪一个电键，P会向下运动 A Kl B K2 C K3 D K4‎ 例6.（闭合电路有关计算）( 闭合电路问题的分析方法：1．分析电路的结构，对于复杂电路，画出电路简图． 2．利用闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、电源的有关功率的公式结合求解．3．电路中出现极值问题时，可采用数学法、图像法、等效法求解．)‎ 如图甲所示电路中，R1＝R2＝R3＝100Ω，S断开时，伏特表示数为16V，S闭合时，伏特表示数为10V，若伏特表可视为理想的，求：‎ ‎ (1)电源电动势和内阻各为多大?‎ ‎ (2)闭合S前后R1消耗的功率分别多大?‎ ‎(3)若将原电路改为图乙所示电路，其他条件不变，则S断开和闭合 ‎ ‎ 时电压表的示数分别为多大?‎ ‎ ‎ 练6 如图1所示，R1为定值电阻，R2为可变电阻，E 为电源电动势，r为电源内电阻，以下说法中正确的是 A .当R2=R1+r时，R2上获得最大功率 B. 当R1=R2+r时，R1上获得最大功率 C.当R2=0时，R1上获得最大功率 D. 当R2=0时，电源的输出功率最大 例7.（电流表、电压表的改装） ( 解决电表改装问题的关键是： 1．掌握好电阻的串并联特点． 2．抓住不变量． 把电流表改装成电压表，通过表头的最大电流不变。 把电流表改装成量程较大的电流表，表头两端的最大电压不变．)‎ 电流表，内阻Rg=100Ω，满偏电流Ig＝3mA，把它改装成量程为3V的电压表，需串联一个多大的电阻? 该电压表的内阻多大?‎ ‎ ‎ 练7. 一个电压表由电流表G和电阻R串联而成，如图所示．若使用中发现电压表的示数总比准确值稍小一些，采取下列哪种措施可以改进 A．在R上串联一个比R小得多的电阻 B．在R上串联一个比R大得多的电阻 C．在R上并联一个比R小得多的电阻 D．在R上并联一个比R大得多的电阻 ‎√RARv ‎√RARv 例8.（用伏安法测电阻）为减小伏安法测电阻的系统误差，应对电流表外接法和内接法作出选择，其方法是： 1．阻值比较法：先将待测电阻的粗约值与电压表、电流表内阻进行比较，若R《Rv，宜采用电流表外接法；若R》RA，宜采用电流表内接法． 2．临界值计算法：当内、外接法相对误差相等时，有：RA/Rx=Rx/RV ‎ ‎ 所以，当Rx> (即R为大电阻)用内接法． 当R< (即R为小电阻)用外接法．‎ 用伏安法测金属电阻Rx(约为5Ω)的值，已知电流表内阻为1Ω，量程为0.6A，电压表内阻为几千欧，量程为3V，电源电动势为9V，滑动变阻器的阻值为0～6Ω，额定电流为5A，试画出测量Rx原理图．‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 练8. 有一未知电阻R，为了较准确地测出电阻值，先后用如图所示的甲、乙 两种电路进行测试，利用甲电路测得的数据为2.8V，5.0mA，利用乙电路 测得数据为2.8V，4.0mA，那么该电阻测量值较准确的数值等于________，‎ 测量值与真实值的偏差情况是 _________‎ 例9.（滑动变阻器两种接法的选择）1．通常情况下(满足安全条件)，由于限流电路能耗较小，因此，优先考虑以限流接法为主． 2．在下面三种情况下必须要选择分压接法：(1)题目所提供的实验仪器，电表量程或待测电阻的最大允许电流小于限流电路中最小电流．(2)变阻器总电阻小于被测电阻．(3)要求待测电阻的电压从零开始连续变化．‎ 为测一个阻值约为25kΩ的电阻，备有下列实验器材：‎ ‎ A．电流表(量程100μA，内阻2kΩ) B．电流表(量程500μA，内阻3000Ω)·‎ C．电压表(量程10V，内阻100kΩ D．电压表(量程50V，内阻500kΩ E．稳压电源(电动势15V，允许最大电流lA) F．滑动变阻器(最大电阻置R0=10kΩ)‎ G．导线若干 ‎(1)电流表应选_______，电压表应选_________‎ ‎(2)画出测量电路．‎ 练9.如图所示为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下：‎ ‎(1)待测电阻Rx(约100Ω) (2)直流毫安表(量程0～10mA，内阻50Ω)；‎ ‎(3)直流电压表(量程0～3V，内阻5kΩ)， ‎ ‎(4)直流电源(输出电压4V，内阻不计)；‎ ‎ (5)滑动变阻器(阻值范围0—15Ω，允许最大电流lA)‎ ‎(6)电健1个，导线若干条．‎ 根据器材的，规格和实验要求，画出实验线路图并将实物图连线．‎ 例10（欧姆表的使用）某人用多用电表按正确的步骤测量一电阻值，指示针的位置如图所示，则这只电阻阻值约为_____Ω.如果要用这个多用电表测量一个约20kΩ的电阻．为了使测量结果比较准确，选择开关置于欧姆挡的________(填“X‎1”‎、“X‎10”‎、“X‎100”‎、“Xlk”)．‎ 练10 杭州电表厂生产的U一10型多用电表的欧姆挡分成X1、X10、X100、X1k四挡，某同学用它测一未知电阻，他首先选用X100挡测量，指针偏到如图中①的位置，无法读出确切的数值，必须换挡，其换挡测量步骤是：‎ ‎ (1)_________________________________________‎ ‎ (2)_________________________________________‎ ‎ (3)_________________________________________‎ 换挡后测量，指针偏到图中②位置，则此电阻阻值Rx＝__．‎ 例11.（测电源电动势与内阻）在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中，所用电流表和电压表的内阻分别为0.1Ω和1 kΩ，图为实验原理图及所需器件图．‎ ‎(1)在图中画出连线将器件按原理图连接成实验电路．‎ ‎(2)一位同学记录的6组数据见下表，试根据这些数据在图中画出U—I图象，根据图象读出电池的电动势E＝______V，根据图象求出电池内阻r＝____Ω·‎ 练11某研究性学习小组利用如图(甲)所示电路测量电池组的电动势正和内阻r．根据实验数据绘出如图(乙)所示的R—1/I图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E＝____V，r=___Ω 例12（实验电路设计）测量电源B的电动势E及内阻r(E约为4．5 V，r约为1．5 n)．器材：量程3 V的理想电压表V，量程0.5 A的电流表A(具有一定内阻)，固定电阻R＝4 Ω，滑动变阻器R’，开关S，导线若干．‎ ‎(1)画出实验电路原理图．图中各元件需用题目中给出的符 号或字母标出．‎ ‎(2)实验中，当电流表读数为I时，电压表读数为Ul；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2．则可以求出E＝______，r＝_____．(用I1、I2、U1、U2及R表示)‎