高三第一轮复习 专题7 恒定电流Word格式文档下载.docx
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(2)比较电阻的大小
图线的斜率k=
=
,图中R1___R2(填“>
”、“=”或“<
”).
特别提示:
对于有些纯电阻元件在温度发生变化时,电阻值也随之改变,它的U-I或I-U图象不再是直线.
四、电功、电热和电功率
1.电功
(1)实质:
电流做功的实质是电场力对电荷做正功.电势能转化为其他形式的能的过程.
(2)公式:
W=qU=UIt,这是计算电功普遍适用的公式.
2.电热
(1)定义:
电流流过一段导体时产生的热量.
(2)公式:
Q=_____(焦耳定律).
3.电功率
(1)定义:
单位时间内电流做的功叫电功率.
(2)公式:
P=
=UI,这是计算电功率普遍适用的公式.
(3)额定功率和实际功率
额定电压、额定功率是用电器的重要参数,分别表示用电器正常工作电压和在正常电压下用电器的功率.例:
“220V,40W”的白炽灯.
①用电器在额定电压下工作,用电器的实际功率等于额定功率,即P实=P额.
②用电器的工作电压不一定等于额定电压,用电器的实际功率不一定等于额定功率.
(4)纯电阻电路和非纯电阻电路电功与电热分析
特别提醒:
(1)在非纯电阻电路中,
t既不能表示电功,也不能表示电热,因为欧姆定律不再成立.
(2)不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路,当电动机不转时,该电路为纯电阻电路.
例.(2011年合肥质检)有一内阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V,60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电路两端,灯泡正常发光,则( )
A.电解槽消耗的电功率为120W;
B.电解槽的发热功率为60W;
C.电解槽消耗的电功率为60W;
D.电路消耗的总功率为60W.
解析:
选C.灯泡能正常发光,说明电解槽和灯泡均分得110V电压,且干路电流I=I灯=
A,则电解槽消耗的功率P=P灯=60W,C对A错;
电解槽的发热功率P热=I2R=1.3W,B错;
整个电路消耗的功率P总=220×
W=120W,D错.
五、串、并联电路的特点
电路
特点
串联电路
并联电路
电流
I=I1=I2=…=In
I=I1+I2+…+In
电压
U=U1+U2+…+Un
U1=U2=U3=…=Un
总电阻
R总=R1+R2+…+Rn
+
+…+
功率分配
P∝R
P∝
(1)串联电路的总电阻大于电路中任一电阻;
并联电路的总电阻小于电路中任一支路的电阻.
(2)不论是串联电路还是并联电路,其中任意一个电阻变大(或变小)时,总电阻变大(或变小).
六.高考典型题型
题型一:
电阻定律的应用
【例1】.两根完全相同的金属裸导线,如果把其中的一根均匀地拉长到原来的两倍,把另一根对折后绞合起来,然后给它们分别加上相同的电压,则在相同时间内通过它们的电荷量之比为( )
A.1∶4 B.1∶8C.1∶16D.16∶1
导线长度和横截面积变化时,导线的体积保持不变.因此当把第一根金属线均匀拉长到原来的2倍时,其横截面积减小为原来的一半,根据电阻定律R=ρl/S,则电阻变为原来的4倍;
当把第二根金属线对折后并合时,其长度减半,横截面积加倍,所以电阻变为原来的1/4.显然,两个金属线的电阻之比为16∶1.根据电流的定义得q=It,结合欧姆定律,当给它们分别加上相同的电压时,在相同时间内通过它们的电荷量之比为q1∶q2=I1∶I2=R2∶R1=1∶16.
【答案】 C
规律总结:
某一导体形状改变后,讨论其电阻变化要抓住要点:
①电阻率不变;
②总体积不变.由V=lS可知l和S成反比例变化,在ρ、l、S都确定后,应用电阻定律R=
判断.
【变式训练1】:
(2011年淮北一中模拟)如图所示,厚薄均匀的矩形金属片,边长ab=10cm,bc=5cm,当A与B之间接入的电压为U时,电流为1A,若C与D间接入的电压为U时,其电流为( )
A.4A B.2AC.0.5AD.0.25A
选A.设金属片的厚度为m,则接A、B时R1=ρ·
=ρ·
接C、D时,R2=ρ·
所以
,又电压不变,得I2=4I1=4A.
题型二:
串、并联电路的计算
(2011年宿州质检)在如图所示的电路中,电阻R1、R2、R3的阻值均为2Ω,电流表内阻不计,在B、C两点间加上6V的电压时,电流表的读数为( )
A.0B.1AC.1.5AD.2A
在B、C两点间加上6V的电压时,R2与R3并联,然后与R1串联,电流表的示数是流过电阻R2的电流大小.计算可得,流过R1的干路电流为
A=2A,各个电阻相等,所以电流表示数为1A,B正确.
答案 B
易误警示:
如果不清楚电路结构,那就不能判断电流表的电流来源,本题容易错误地认为电流流过R1、R3而电流表中没有电流,误选A;
或者误认为电流表的电流是流过R1、R3的电流,误选C.这都是由于对电路结构分析不够而造成的.
【变式训练2】一个T型电路如图所示,电路中的电阻R1=10Ω,R2=120Ω,R3=40Ω.另有一测试电源,电动势为100V,内阻忽略不计.则( )
A.当cd端短路时,ab之间的等效电阻是40Ω
B.当ab端短路时,cd之间的等效电阻是40Ω
C.当ab两端接通测试电源时,cd两端的电压为80V
D.当cd两端接通测试电源时,ab两端的电压为80V
选C.当cd端短路时,ab之间的电路为R2和R3并联,然后与R1串联,因此ab之间的等效电阻为
+R1=40Ω.选项A错误.同理,当ab端短路时,R1和R3并联,然后与R2串联,总电阻为128Ω,B选项错误.当ab两端接通测试电源时,cd两端的电压为R3两端的电压,电路为测试电源给串联的电阻R1和R3供电,
因此,cd两端的电压为
×
40V=80V,选项C正确.同理,当cd两端接通测试电源时,ab两端的电压即R3两端的电压为
40V=25V,选项D错误.故选C.
题型三:
非纯电阻电路中功率的计算
【例3】一台电风扇,内阻为20Ω,接上220V电压后正常工作,消耗功率66W,求:
(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少?
(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少?
转化为内能的功率是多少?
电动机的效率是多少?
(3)如果接上电源后,电风扇的扇叶被卡住,不能转动,这时通过电动机的电流以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少?
思路点拨:
电风扇是非纯电阻用电器,关键是把握住能量守恒定律及电风扇不转时可视为纯电阻用电器.
☞解题样板规范步骤,该得的分一分不丢!
(1)因为P入=IU(1分)所以I=
A=0.3A.(1分)
(2)电风扇正常工作时转化为内能的功率为P内=I2R=0.32×
20W=1.8W(2分)
电风扇正常工作时转化为机械能的功率为P机=P入-P内=66W-1.8W=64.2W(2分)
电风扇正常工作时的效率为η=
100%≈97.3%.(2分)
(3)电风扇的扇叶被卡住后通过电风扇的电流I=
A=11A(2分)
电动机消耗的电功率P=IU=11×
220W=2420W.(2分)
电动机发热功率P内=I2R=112×
20W=2420W.(2分)
答案:
(1)0.3A
(2)64.2W 1.8W 97.3%(3)11A 2420W 2420W
解决电功、电热这类问题时,首先判断电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路.若是非纯电阻电路,关键是搞清楚电能转化为什么形式的能,然后再确定选用哪个公式计算电功或电功率.
【变式训练3】如图所示,有一个提升重物用的直流电动机,电阻为r=0.6Ω,电路中的固定电阻R=10Ω,电路两端的电压U=160V,理想电压表的示数U′=110V,则通过电动机的电流是多少,电动机的输入功率和输出功率又各是多少?
对电阻R根据欧姆定律得
A=5A
电动机的输入功率P=IU′=5×
110W=550W
电动机的发热功率P1=I2r=52×
0.6W=15W
所以电动机的输出功率P出=P-P1=535W.
5A 550W 535W
第二单元:
电动势、闭合电路的欧姆定律
一、电动势1.定义式:
E=W/q2.方向:
在电源内部由_____指向______
3.大小:
(1)等于外电路______时电源两端的电压.
(2)等于非静电力把1C的正电荷从电源内部的_____移到______所做的功.
二、闭合电路的欧姆定律
闭合电路的电流跟电源的电动势成______,跟内、外电路的电阻之和成______.
或E=
.(只适用于纯电阻电路);
常用表达式E=U外+U内(适用于任何电路).
三、路端电压与外电阻、电流的关系
1.路端电压与外电阻的关系
(1)根据U=IR=
·
可知,当R增大时U_______,R减小时U_______.
(2)外电路断开时,R为无限大,I=___,路端电压U=_____.
(3)外电路短路时,R=0,U=____,I=
(短路电流).
2.路端电压跟电流的关系
路端电压跟电流的关系是U=E-Ir,用图象表示如图所示.此图象的物理意义是:
(1)图线与纵轴的交点对应的电压等于电源的__________.
(2)图线斜率大小代表电源的______,路端电压U随电流I变化的本质原因是由于电源内阻的存在.
(3)图中Im代表短路电流,Im=___.
四、电源的相关功率和电源的效率问题
1.正确区分相关电功率的含义
电功率
意义
公式
电源功率
指电源提供的全部电功率
P总=EI
电源输出功率
指电源提供给外电路的功率
P出=UI
电源内部消耗功率
指电源内电阻消耗的功率
P内=I2r
用电器的额定功率
指用电器在正常工作条件(即额定电压)下的功率
P额=U额I额
用电器的实际功率
指用电器在实际电压下消耗的功率
P实=U实I实
应用指导:
元件的总功率≥元件的输出功率;
元件的实际功率≤元件的额定功率.
2.电源的输出功率
P出=I2R=
(输出功率随外电阻变化的图线如图所示).
(1)当R=r时,P出最大=
.
(2)当P出<
P出最大时,每个输出功率值对应两个可能的外电阻R1和R2,且r=
(3)R<
r时,P出随R的增大而增大;
R>
r时,P出随R的增大而减小.
3.电源的效率
η=
,η随着R的增大而增大,η-R变化规律如图所示:
可见,当R=r时,电源有最大输出功率时,效率仅为50%.
(1)当电源的输出功率最大时,其效率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,其消耗的功率应根据P=I2R来判断,与输出功率大小的判断方法不同.
例1.(2011年江苏盐城联合调研)在如图甲所示的电路中,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器.闭合开关S,将滑动变阻器的滑动触头P从最右端滑到最左端,两个电压表的示数随电路中电流变化的完整过程图线如图乙所示.则( )
A.图线乙是电压表V2示数随电流变化的图线
B.电源内电阻的阻值为10ΩC.电源的最大输出功率为3.6W
D.滑动变阻器R2的最大功率为0.9W
选D.V1是定值电阻R1两端电压,随电流的增大而增大,应是乙图线所反映的U-I关系,图线甲是电压表V2示数随电流变化的图线,A错误;
图线甲的斜率表示的是R1和电源内阻之和,电源内阻为r=
Ω-
Ω=5Ω,所以B错误;
内外电阻相等时,输出功率最大,Pm=
W=1.8W;
可将R1和电源内阻之和等效为电源的“内阻”,当滑动变阻器的电阻等于该“内阻”时,滑动变阻器的功率最大,P′m=
W=0.9W.
五、闭合电路的动态分析
1.程序法:
闭合电路中,由于局部电阻变化(或开关的通断),引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化,分析此类问题的基本步骤是:
(1)由局部电阻变化判断总电阻的变化;
(2)由I=
判断总电流的变化;
(3)据U=E-Ir判断路端电压的变化;
(4)由欧姆定律及串并联电路特点判断各部分电流、电压变化.
2.极限法:
即因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论.3.特殊值法:
对于某些电路问题,可以采取代入特殊值法判定,从而得出结论.
(1)电路的动态分析问题是指由于电路中某一电阻的变化造成电路中其他物理量变化,只要熟练掌握串并联电路的特点及欧姆定律即可顺利解决问题.
(2)该类问题在近几年高考题中经常出现,且常以选择题考查为主.
例2.(2009年高考广东理科基础卷)如图所示是一实验电路图.在滑动触头由a端滑向b端的过程中,下列表述正确的是( )
A.路端电压变小B.电流表的示数变大
C.电源内阻消耗的功率变小D.电路的总电阻变大
选A.由a到b,R1值减小,因此总电阻变小,D错,总电流增大,内电压增大,路端电压减小,所以A正确,再结合欧姆定律知电流表的示数变小,B错,由P内=I2r知电源内阻消耗的功率变大,C错.
六、含容电路的分析和计算
电容器是一个储存电能的元件,在直流电路中,当电容器充、放电时,电路有充电、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时,可在相应的位置补上,分析和计算含有电容器的直流电路时,关键是准确地判断和求出电容器两端的电压,具体做法是:
1.确定电容器和哪个电阻并联,该电阻两端电压即为电容器两端电压.2.当电容器和某一电阻串联后,接在某一电路两端时,此电路两端电压即为电容器两端电压.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.电量的多少可根据Q=C·
U计算.
求解含有电容器的电路问题,首先要弄清楚电路结构,分析出电容器两极板间的电压如何变化,然后根据串并联电路的特点结合欧姆定律,确定其他量.
3.如图中电源电动势E=10V,内阻可忽略,R1=4Ω,R2=6Ω,C=30μF,求:
(1)S闭合后,稳定时通过R1的电流.
(2)S原来闭合,然后断开,求这个过程中流过R1的总电荷量.
(1)电路稳定时,R1、R2串联,易求I=
=1A,即为流过R1的电流.
(2)S闭合时,电容器两端电压UC=U2=I·
R2=6V,储存的电荷量Q=C·
UC.S断开至达到稳定后电路中电流为零,此时UC′=E,储存的电荷量Q′=CUC′.很显然电容器上的电荷量增加了ΔQ=Q′-Q=CU′C-CUC=1.2×
10-4C.电容器上的电荷量的增加是在S断开以后才产生的,这只有通过R1这条途径实现,所以流过R1的电荷量就是电容器带电荷量的增加量.
(1)1A
(2)1.2×
10-4C
七、电路故障问题的分析方法
1.故障特点
(1)断路的特点:
电路中某一部分发生断路表现为电源电压不为零,而电流强度为零.
(2)短路的特点:
电路中某一部分发生短路,表现为有电流通过电路而该电路两端电压为零.
2.故障的分析方法
(1)断路故障的判断:
用电压表与电源并联,若有电压时,再逐段与电路并联,若电压表指针偏转,则该段电路中有断路.
(2)短路故障的判断:
用电压表与电源并联,若有电压时,再逐段与电路并联;
若电压表示数为零,则该电路被短路.
例4.(2011年陕西宝鸡二检)在如图所示的电路中,电源的电动势E和内阻r恒定,闭合开关S后灯泡能够发光,经过一段时间后灯泡突然变亮,则出现这种现象的原因可能是( )
A.电阻R1断路B.电阻R2断路
C.电阻R2短路D.电容器C断路
选B.若R1断路,则无电流流过灯泡,灯泡不亮,A错误;
若R2断路,R总变大,I总变小,U内=I总r变小,U外变大,U1=I总R1变小,因UL=U外-U1,所以UL变大,灯泡变亮,故B正确;
若R2短路,电流不经过灯泡,灯泡不亮,C错误;
若电容器断路,总电阻不影响,故灯泡亮度不变,D错误.
八.高考典型题型
电路的动态分析
【例1】
(2011年滁州模拟)如图所示的电路,闭合开关S,滑动变阻器滑片P向左移动,下列结论正确的是( )
A.电流表读数变小,电压表读数变大B.小灯泡L变亮
C.电容器C上的电荷量减小D.电源的总功率变大
滑动变阻器R的滑片P向左移,电路总电阻变大,则由I=
,可知干路电流变小,即电流表读数变小,由路端电压U=E-Ir,可知电压表读数变大,A正确;
由于干路电流变小,所以灯变暗,B错误;
变阻器两端电压变大,电容器两端电压变大,电荷量增加,C错误;
而电源总功率P=IE,I减小,所以P减小,即D错误.
A
方法技巧:
电路的动态分析应该先局部后整体,整体后再局部.先局部是看由于局部的电阻变化而引起的总电阻的变化,然后看整体的干路电流和路端电压的变化情况,结合它们的变化情况再分析需要求解的物理量的变化.
【变式训练】 (2009年高考广东卷)如图所示,电动势为E、内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接,只合上开关S1,三个灯泡都能正常工作.如果再合上S2,则下列表述正确的是( )
A.电源输出功率减小
B.L1上消耗的功率增大
C.通过R1上的电流增大
D.通过R3上的电流增大
电源不计内阻,故电源两端的电压不变,再合上S2,实际上就是将电阻R2并联入电路中,引起总电阻减小,干路总电流必然增大,由P=UI知,电源的输出功率应增大,A错;
R1处于干路中,C对;
由于R1两端的电压U1=IR1,I增大,故U1增大,则L1两端的电压减小,由P=
知L1的功率减小,B错;
L3和R3两端的电压减小,通过R3的电流必减小,D错.选C.
闭合电路欧姆定律的应用
【例2】(17分)(2011年宁波模拟)在如图所示的电路中,R1=2Ω,R2=R3=4Ω,当开关S接a时,R2上消耗的电功率为4W,当开关S接b时,电压表示数为4.5V,试求:
(1)开关S接a时,通过电源的电流和电源两端的电压;
(2)开关S接b时,电源的电动势和内电阻;
(3)当开关S接c时,通过R2的电流.
【思路点拨】 当开关接不同触点a、b、c时,电阻R1、R2、R3的连接方式发生了变化,搞清它们之间的连接方式是解题的前提和关键.
解题样板规范步骤,该得的分一分不丢!
(1)当S接a时,R1被短路,外电阻为R2,可得:
通过电源的电流I1=
=1A(2分)
电源两端的电压U1=
=4V.(2分)
(2)当S接a时,有E=U1+I1r=4+r①(2分)
当S接b时,R1和R2串联,R外′=R1+R2=6Ω(1分)通过电源的电流I2=
=0.75A(1分)这时有:
E=U2+I2r=4.5+0.75r②(2分)解①②式得:
E=6V r=2Ω.(2分)
(3)当S接c时,R总=R1+r+R23=6Ω(1分)总电流I3=E/R总=1A(2分)
通过R2的电流I′=
I3=0.5A.(2分)
【答案】
(1)1A 4V
(2)6V 2Ω (3)0.5A
(1)不能正确判断本题电路中因开关S的触点位置变化导致电阻连接方式的变化是失误的主要原因.
(2)不能灵活应用一些基本公式,如P=I2R、P=
、E=U+Ir等造成计算繁琐.
第三单元 电学实验
实验七:
测定金属的电阻率
一.实验目的:
1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法;
2.掌握螺旋测微器的使用和读数方法;
3.会用伏安法测电阻,进一步测定金属的电阻率.
二.实验原理:
1.螺旋测微器
(1)构造:
如图,又叫千分尺.
(2)读数:
测量值(毫米)=固定刻度数(毫米)(注意半毫米刻线是否露出)+可动刻度数(估读一位)×
0.01(毫米)如图所示,固定刻度示数为2.0mm,不足半毫米而从可动刻度上读的示数为15.0,最后的读数为:
2.0mm+15.0×
0.01mm=2.150mm.
使用螺旋测微器读数时,以毫米为单位,有三位小数.
2.游标卡尺
主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺,尺身上还有一个紧固螺钉.
(2)用途:
测量厚度、长度、深度、内径、外径.
(3)原理:
利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成.
不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的,见下表:
刻度格数(分度)
刻度总长度
每小格与1mm的差值
精确度(可准确到)
10
9mm
0.1mm
20
19mm
0.05mm
50
49mm
0.02mm
(4)读数:
若用x表示由主尺上读出的整毫米数,K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数,则记录结果表达为(x+K×
精确度)mm.
3.伏安法测电阻
(1)原理:
,用电压表测定电阻两端的电压U,用电流表测定流过电阻的电流I.
(2)电流表的内接法和外接法的比较
(3)两种电路的选择
①阻值比较法:
先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,
,宜采用电流表外接法;
若Rx较大,
,宜采用电流表内接法.简单概括为“大内偏大,小外偏小”.
实验试探法:
按图接好电路,让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采
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