高考物理知識點之直流電路

高考物理知識點之直流電路考試要點基本概念一、.電流條件：1、導(dǎo)體兩端有持續(xù)的電壓2、有可以自由移動的電荷金屬導(dǎo)體――自由電子電解液――正負(fù)離子氣體――正負(fù)離子、自由電子方向：正電荷的定向移動的方向C22－C22－SO42－電流在電源外部由正極流向負(fù)極二、電流強(qiáng)度——（I標(biāo)量）——表示電流的強(qiáng)弱。通過導(dǎo)體某一截面的電量q跟通過這些電量所用時間的比值，叫電流強(qiáng)度，簡稱電流。1、定義式：適用于任何電荷的定向移動形成的電流。單位：1C/s=1A1A＝103mA1mA＝103μA注意：在電解液導(dǎo)電時，是正負(fù)離子向相反方向定向移動形成電流，在用公式I＝q／t計算電流強(qiáng)度時應(yīng)引起注意。vABvABvt已知：粒子電量q導(dǎo)體截面積s粒子定向移動的速率v粒子體密度（單位體積的粒子的個數(shù)）n推導(dǎo)：對于金屬導(dǎo)體有I=nqvS（n為單位體積內(nèi)的自由電子個數(shù)，S為導(dǎo)線的橫截面積，v為自由電子的定向移動速率，約10-5m/s，遠(yuǎn)小于電子熱運動的平均速率105m/s，更小于電場的傳播速率3×108m/s），這個公式只適用于金屬導(dǎo)體，千萬不要到處套用。三、歐姆定律1、內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，跟導(dǎo)體的電阻R成反比2、公式：3、R電阻，1V/A＝1Ω1KΩ＝1000Ω1MΩ＝1000KΩ由本身性質(zhì)決定4、適用范圍：對金屬導(dǎo)體和電解液適用，對氣體的導(dǎo)電不適用IOUOIU1212IOUOIU1212R1<R2R1>R2四.電阻定律——導(dǎo)體電阻R跟它的長度l成正比，跟橫截面積S成反比。（1）ρ是反映材料導(dǎo)電性能的物理量，叫材料的電阻率（反映該材料的性質(zhì)，不是每根具體的導(dǎo)線的性質(zhì)）。單位是Ωm。（2）純金屬的電阻率小，合金的電阻率大。⑶材料的電阻率與溫度有關(guān)系：①金屬的電阻率隨溫度的升高而增大（可以理解為溫度升高時金屬原子熱運動加劇，對自由電子的定向移動的阻礙增大。）鉑較明顯，可用于做溫度計；錳銅、鎳銅的電阻率幾乎不隨溫度而變，可用于做標(biāo)準(zhǔn)電阻。②半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而減?。梢岳斫鉃榘雽?dǎo)體靠自由電子和空穴導(dǎo)電，溫度升高時半導(dǎo)體中的自由電子和空穴的數(shù)量增大，導(dǎo)電能力提高）。③有些物質(zhì)當(dāng)溫度接近0K時，電阻率突然減小到零——這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象。能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物體叫超導(dǎo)體。材料由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度叫超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度TC。我國科學(xué)家在1989年把TC提高到130K。現(xiàn)在科學(xué)家正努力做到室溫超導(dǎo)。注意：公式R＝是電阻的定義式，而R=ρ是電阻的決定式R與U成正比或R與I成反比的說法是錯誤的，導(dǎo)體的電阻大小由長度、截面積及材料決定，一旦導(dǎo)體給定，即使它兩端的電壓U＝0，它的電阻仍然照舊存在。五.電功和電熱電功就是電場力做的功，因此是W=UIt；由焦耳定律，電熱Q=I2Rt。其微觀解釋是：電流通過金屬導(dǎo)體時，自由電子在加速運動過程中頻繁與正離子相碰，使離子的熱運動加劇，而電子速率減小，可以認(rèn)為自由電子只以某一速率定向移動，電能沒有轉(zhuǎn)化為電子的動能，只轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。1、電功和電功率電功：電場力對運動電荷所做的功，也叫做電流所做的功適用于任何電路能量轉(zhuǎn)化：把電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能2、電熱和熱功率（焦耳定律）電流通過導(dǎo)體時，釋放的熱量適用于任何電路能量轉(zhuǎn)化：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能3、純電阻電路（一來一去，電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能（電阻、燈泡、電爐、電烙鐵））引：真空中和電阻中電流作功把電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪艿牟煌▌幽?、?nèi)能、機(jī)械能、化學(xué)能等）4、非純電阻電路（一來多去電能的一部分轉(zhuǎn)化成熱能（電動機(jī)、電解槽，電感，電容……）W＝I2Rt＋其他形式的能量，即I2I2R機(jī)械pUI5、對于電動機(jī)UI＝I2R＋機(jī)械P輸入功率內(nèi)耗功率輸出功率總功率熱功率機(jī)械功率消耗功率損失功率有用功率6、關(guān)于用電器的額定值問題額定電壓是指用電器在正常工作的條件下應(yīng)加的電壓，在這個條件下它消耗的功率就是額定功率，流經(jīng)它的電流就是它的額定電流。如果用電器在實際使用時，加在其上的實際電壓不等于額定電壓，它消耗的功率也不再是額定功率，在這種情況下，一般可以認(rèn)為用電器的電阻與額定狀態(tài)下的值是相同的，并據(jù)此來進(jìn)行計算。一、串并聯(lián)1、串聯(lián)I1＝I2R＝R1+R2U＝U1+U22、并聯(lián)I1+I2＝IU1＝U2（1）(2)總電阻小于任何一個電阻（3）某一個電阻變大，總電阻變大CDABCDAB（5）某一支路短路，總電阻為零3、分壓器分清負(fù)載和空載時的輸出電壓UCDCD間接入電阻的大小和多少對輸出電壓的影響p在中點時的輸出電壓UCD4、電源的串聯(lián)和并聯(lián)二、電路的簡化原則：無電流得支路可以除去等勢點可以合并理想導(dǎo)線可以任意長短理想電壓表斷路，理想電流表短路電容充電完畢時斷路，看成并聯(lián)，電壓相等方法：兩種方法經(jīng)常一起使用電流分支法兩種方法經(jīng)常一起使用找交叉點法注意：不漏掉任何一個元件，不重復(fù)用同一個元件ABABBCR2R4R1R3cR2R3R1R4CAB1、BPAMBPAMNDCMDNCAB2R2RR2R4R3R1R1R2DR3R4RR1R3R2R4電鍵斷開電鍵閉合R1RR1R2R3R1R2R3三、電路中有關(guān)電容器的計算。（1）電容器跟與它并聯(lián)的用電器的電壓相等。（2）在計算出電容器的帶電量后，必須同時判定兩板的極性，并標(biāo)在圖上。（3）在充放電時，電容器兩根引線上的電流方向總是相同的，所以要根據(jù)正極板電荷變化情況來判斷電流方向。如果變化前后極板帶電的電性相同，那么通過每根引線的電荷量等于始末狀態(tài)電容器電荷量的差；如果變化前后極板帶電的電性改變，那么通過每根引線的電荷量等于始末狀態(tài)電容器電荷量之和。四、電表的改裝（1）電流表原理和主要參數(shù)電流表G是根據(jù)通電線圈在磁場中受磁力矩作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理制成的，且指什偏角θ與電流強(qiáng)度I成正比，即θ＝kI，故表的刻度是均勻的。電流表的主要參數(shù)有，表頭內(nèi)阻Rg：即電流表線圈的電阻；滿偏電流Ig：即電流表允許通過的最大電流值，此時指針達(dá)到滿偏；滿偏電壓U：即指針滿偏時，加在表頭兩端的電壓，故Ug＝IgRg（2）電流表改裝成電壓表方法：串聯(lián)一個分壓電阻R，如圖所示，若量程擴(kuò)大n倍，即n＝，則根據(jù)分壓原理，需串聯(lián)的電阻值，故量程擴(kuò)大的倍數(shù)越高，串聯(lián)的電阻值越大。（3）電流表改裝成電流表方法：并聯(lián)一個分流電阻R，如圖所示，若量程擴(kuò)大n倍，即n＝，則根據(jù)并聯(lián)電路的分流原理，需要并聯(lián)的電阻值，故量程擴(kuò)大的倍數(shù)越高，并聯(lián)電阻值越小。需要說明的是，改裝后的電壓表或電流表，雖然量程擴(kuò)大了，但通過電流表的最大電流或加在電流表兩端的最大電壓仍為電流表的滿偏電流Ig和滿偏電壓Ug，只是由于串聯(lián)電路的分壓及并聯(lián)電路的分流使表的量程擴(kuò)大了。五、伏安法——電阻的測量電阻的測量有多種方法，主要有伏安法、歐姆表法，除此以外，還有半偏法測電阻、電橋法測電阻、等效法測電阻等等.下面主要介紹伏安法測電阻的電路選擇1．伏安法測電阻的兩種電路形式（如圖所示）2．實驗電路（電流表內(nèi)外接法）的選擇（1）若＞，一般選電流表的內(nèi)接法。（2）若＜，一般選電流表外接法。六、滑動變阻器的使用1、滑動變阻器的限流接法與分壓接法的特點負(fù)載RL上電壓調(diào)節(jié)范圍（忽略電源內(nèi)阻）負(fù)載RL上電流調(diào)節(jié)范圍（忽略電源內(nèi)阻）相同條件下電路消耗的總功率限流接法E≤UL≤E≤IL≤EIL分壓接法0≤UL≤E0≤IL≤E（IL+Iap）比較分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大限流電路能耗較小如圖兩種電路中，滑動變阻器（最大阻值為R0）對負(fù)載RL的電壓、電流強(qiáng)度都起控制調(diào)節(jié)作用，通常把圖（a）電路稱為限流接法，圖（b）電路稱為分壓接法.其中，在限流電路中，通RL的電流IL=，當(dāng)R0＞RL時IL主要取決于R0的變化，當(dāng)R0＜RL時，IL主要取決于RL，特別是當(dāng)R0<<RL時，無論怎樣改變R0的大小，也不會使IL有較大變化.在分壓電路中，不論R0的大小如何，調(diào)節(jié)滑動觸頭P的位置，都可以使IL有明顯的變化.2、滑動變阻器的限流接法與分壓接法的選擇方法（1）下列三種情況必須選用分壓式接法①要求回路中某部分電路電流或電壓實現(xiàn)從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時（如：測定導(dǎo)體的伏安特性、校對改裝后的電表等電路），即大范圍內(nèi)測量時，必須采用分壓接法.②當(dāng)用電器的電阻RL遠(yuǎn)大于滑動變阻器的最大值R0，且實驗要求的電壓變化范圍較大（或要求測量多組數(shù)據(jù)）時，必須采用分壓接法.因為按圖（b）連接時，因RL>>R0＞Rap，所以RL與Rap的并聯(lián)值R并≈Rap，而整個電路的總阻約為R0，那么RL兩端電壓UL=IR并=·Rap，顯然UL∝Rap，且Rap越小，這種線性關(guān)系越好，電表的變化越平穩(wěn)均勻，越便于觀察和操作.③若采用限流接法，電路中實際電壓（或電流）的最小值仍超過RL的額定值時，只能采用分壓接法.（2）下列情況可選用限流式接法①測量時電路電流或電壓沒有要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只是小范圍內(nèi)測量，且RL與R0接近或RL略小于R0，采用限流式接法.②電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求時，采用限流式接法.③沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者均可采用時，可考慮安裝簡便和節(jié)能因素采用限流式接法.一、電源內(nèi)部非靜電力搬運電荷，對電荷做功2、兩極出現(xiàn)電勢差+－－+－－+RErIRV1V2+－探針二、電動勢意義：1、表示把其他形式的能量轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)的物理量2、等于電源沒接入電路時兩極間的電三、外電路和內(nèi)電路在任何電路中，有E＝U外＋U內(nèi)(類比：掙錢和花錢)外電路和內(nèi)電路電流的流向四、閉合電路歐姆定律E＝U外＋U內(nèi)即E＝IR+Ir∴閉合電路中的電流強(qiáng)度跟電源的電動勢成正比，跟電路的總電阻成反比。（比較兩個歐姆定律的異同）閉合電路歐姆定律的表達(dá)形式有：①E=U外+U內(nèi)②（I、R間關(guān)系）③U=E-Ir（U、I間關(guān)系）④（U、R間關(guān)系）五、路端電壓跟負(fù)載的關(guān)系E＝IR+IrR變大，I減小，U內(nèi)減小，U外變大UIEI0θ（1）RUIEI0θ（2）R0，I0＝E/r，短路電流六、U外～I(xiàn)的圖象U外＝－Ir+E電動勢短路電流Ior＝E/I0＝tanθ七、閉合電路中的功率EI＝U外×I+U內(nèi)×I總功率輸出功率內(nèi)耗功率八、輸出功率的最大值oRP出PmoRP出Pmr當(dāng)時，即R＝r時，輸出P最大，此時九電動勢和內(nèi)阻的測量E＝E＝I1（R1+r）E＝I2（R2+r）得E＝……r＝……1R12R21R11R12R2E＝……r＝……十、電路故障問題的分類解析1.常見的故障現(xiàn)象斷路：是指電路兩點間（或用電器兩端）的電阻無窮大，此時無電流通過，若電源正常時，即用電壓表兩端并聯(lián)在這段電路（或用電器）上，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則該段電路斷路，如電路中只有該一處斷路，整個電路的電勢差全部降落在該處，其它各處均無電壓降落（即電壓表不偏轉(zhuǎn)）。短路:是指電路兩點間（或用電器兩端）的電阻趨于零，此時電路兩點間無電壓降落，用電器實際功率為零（即用電器不工作或燈不亮，但電源易被燒壞）2.檢查電路故障的常用方法電壓表檢查法：當(dāng)電路中接有電源時，可以用電壓表測量各