新高考物理一輪復(fù)習(xí)專題十恒定電流教學(xué)課件

考點一電路的基本概念和規(guī)律一、電流1.導(dǎo)體中形成電流的條件(1)導(dǎo)體中有能夠自由移動的電荷。(2)導(dǎo)體兩端存在電壓。2.電流的方向(1)與正電荷定向移動的方向相同,與負電荷定向移動的方向相反。(2)在外電路中電流由電源正極流向負極,在內(nèi)電路中電流由電源負極流向正極。3.三種電流表達式的比較4.電流的微觀表達式的推導(dǎo)(1)建立微觀模型:如圖所示,粗細均勻的一段導(dǎo)體長為l,橫截面積為S,導(dǎo)體單位體積內(nèi)

的自由電子數(shù)為n,電子的電荷量為e,當導(dǎo)體兩端加上一定的電壓時,導(dǎo)體中的自由電

子沿導(dǎo)體定向移動的速率為v。(2)在時間t內(nèi)通過橫截面的總電荷量q=nvtSe。(3)電流的表達式:I=

=neSv。二、歐姆定律電阻定律1.部分電路歐姆定律(1)內(nèi)容:導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比。(2)表達式:I=

。2.電阻定律(1)內(nèi)容:同種材料的導(dǎo)體,其電阻R與它的長度l成正比,與它的橫截面積S成反比;導(dǎo)體

電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)。(2)公式:R=ρ

。l是導(dǎo)體的長度,S是導(dǎo)體的橫截面積,ρ是導(dǎo)體的電阻率,ρ的國際單位是歐·米,符號為Ω·m。(3)電阻率①物理意義:電阻率是反映材料導(dǎo)電性能優(yōu)劣的物理量。溫度一定時,某種材料的電

阻率由這種材料的性質(zhì)決定,與導(dǎo)體的大小、形狀無關(guān)。②電阻率與溫度的關(guān)系a.金屬導(dǎo)體:電阻率隨溫度升高而增大。b.一些半導(dǎo)體:電阻率隨溫度升高而減小。c.超導(dǎo)體:當溫度特別低時,某些材料的電阻率可以降到0,成為超導(dǎo)體。d.一些合金:電阻率幾乎不受溫度變化的影響。

決定式:R=ρ

定義式:R=

區(qū)別說明了導(dǎo)體的電阻由哪些因素

決定,R由ρ、l、S共同決定提供了一種測電阻的方法——

伏安法,R與U、I均無關(guān)適用于粗細均勻的金屬導(dǎo)體和

濃度均勻的電解質(zhì)溶液適用于純電阻電路3.電阻的決定式和定義式的區(qū)別三、電功電功率焦耳定律1.電功(1)定義:導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的靜電力做的功。(2)公式:W=qU=UIt。(3)能量轉(zhuǎn)化:電荷的電勢能轉(zhuǎn)化成其他形式的能。2.電功率(1)定義:單位時間內(nèi)電流所做的功,表示電流做功的快慢。(2)公式:P=

=UI。3.焦耳定律(1)內(nèi)容:電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導(dǎo)體的電阻及通電時間

成正比。(2)公式:Q=I2Rt。4.熱功率(1)定義:單位時間內(nèi)電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量。(2)公式:P熱=I2R。四、純電阻電路和非純電阻電路1.純電阻電路與非純電阻電路的比較

純電阻電路非純電阻電路電路組成只包含將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的元件的電路包含將電能轉(zhuǎn)化為除內(nèi)能外的其他形式能量的元件的電路(例如含電動機的電路)電路特點(1)遵循歐姆定律(2)電流做的功全部轉(zhuǎn)化為電熱,電功率和熱功率相等(1)不遵循歐姆定律,I<

(2)電流做的功除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外,還要轉(zhuǎn)化為其他形式的能,電功大于電熱,電功率大于熱功率應(yīng)用公式W=Q,即UIt=I2Rt=

t(1)求電功,必須要用W=UIt(2)求電熱,必須要用Q=I2Rt(3)W>Q,W=Q+E其他元件舉例電阻、電爐絲等轉(zhuǎn)動的電動機、電解槽等2.電動機和發(fā)電機(1)電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能;發(fā)電機將其他能轉(zhuǎn)化為電能。(2)電動機的三個功率及效率輸入功率電動機的總功率。由電動機電路中的電流和電壓決定,即P總=P入=UI輸出功率電動機做有用功的功率,也叫機械功率熱功率電動機的線圈有電阻,電流通過線圈時會發(fā)熱,熱功率P熱=I2r三者關(guān)系P總=P出+P熱效率η=

×100%=

×100%說明①正常工作的電動機是非純電阻元件,可等效為一個轉(zhuǎn)動元件和電阻串聯(lián)②電動機因故障或其他原因不轉(zhuǎn)動時,相當于一個純電阻元件五、串并聯(lián)電路的規(guī)律

串聯(lián)并聯(lián)電流I=I1=I2=…=InI=I1+I2+…+In其中I1∶I2∶I3∶…=

∶

∶

∶…電壓U=U1+U2+…+Un其中U1∶U2∶U3∶…=R1∶R2∶R3∶…U=U1=U2=…=Un電阻R=R1+R2+…+Rn

=

+

+…+

功率P1∶P2∶P3∶…=R1∶R2∶R3∶…P1∶P2∶P3∶…=

∶

∶

∶…考點二閉合電路歐姆定律一、電動勢和內(nèi)阻1.電動勢(1)定義:在電源內(nèi)部非靜電力把+q電荷從負極搬運到正極所做的功與搬運的電荷量q

的比值,E=

。(2)物理意義:表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能本領(lǐng)的大小,在數(shù)值上等于電源沒

有接入電路時兩極間的電壓。2.內(nèi)阻:電源內(nèi)部導(dǎo)體的電阻。3.電池的容量:電池放電時能輸出的總電荷量叫作電池的容量,通常以“安時”(A·h)或

“毫安時”(mA·h)作單位。二、閉合電路歐姆定律1.內(nèi)容:閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。2.公式(1)I=

(只適用于純電阻電路)。(2)E=U外+U內(nèi)或E=U外+Ir(適用于任意電路)。3.路端電壓與負載的關(guān)系(1)純電阻電路:U=IR=

·R=

,當R增大時,U增大。(2)特殊情況①當外電路斷路時,I=0,U=E。②當外電路短路時,I短=

,U=0。4.路端電壓與電流的關(guān)系(1)關(guān)系式:U=E-Ir。(2)如圖所示,其中縱截距為電動勢,橫截距為短路電流,斜率的絕對值為電源的內(nèi)阻。

知識拓展

等效電源把含有電源、電阻的部分電路等效為新的“電源”,其“電動勢”和“內(nèi)阻”如下。(1)兩點間斷路時的電壓為等效電動勢E'。(2)兩點短路時的電流為等效短路電流I短',等

效內(nèi)阻r'=

。常見電路等效電源如下。

三、閉合電路中電源的功率和效率問題1.閉合電路中的功率(1)電源的總功率:P總=IE=IU+IUr=P出+P內(nèi)。(2)電源內(nèi)阻消耗的功率:P內(nèi)=I2r=P總-P出。(3)電源的輸出功率:P出=IU=IE-I2r=P總-P內(nèi)。2.純電阻電路中電源的輸出功率與效率隨外電阻變化的規(guī)律(1)電源的輸出功率為P出=I2R=

R=

=

,當R=r時,P出有最大值,即P出m=

。P出與外電阻R的這種函數(shù)關(guān)系可用圖像定性地表示,如圖所示。由圖像還可知,對應(yīng)電源的非最大輸出功率P可以有兩個不同的外電阻R1和R2,當R<r時,

若R增大,則P出增大;當R>r時,若R增大,則P出減小。提示

上面的結(jié)論都是在電源的內(nèi)電阻r不變且外電路為純電阻電路的情況下適用。

如果一個電路的外電阻固定不變,當電源的內(nèi)電阻發(fā)生變化時,電源的輸出功率隨內(nèi)

電阻的變化是單調(diào)的,內(nèi)電阻減小,輸出功率增大,當內(nèi)電阻最小時,輸出功率最大。(2)電源效率:指電源的輸出功率與電源的總功率之比,即η=

×100%=

×100%=

×100%。對純電阻電路:η=

×100%=

×100%。所以當R增大時,效率η提高,當R=r時,電源有最大輸出功率,但效率僅為50%,并不高。知識拓展

閉合電路中功率的最值問題(1)定值電阻的功率:P定=I2R。R為定值電阻,P定只與電流有關(guān)系,當R外最大時,I最小,P定

最小,當R外最小時,I最大,P定最大。(2)電源的輸出功率:當R外=r時,P出最大,P出m=

。(3)變化電阻的功率:利用等效思想,把除變化電阻之外的其他的定值電阻及電源原本

的內(nèi)阻等效成電源新的內(nèi)阻r',則變化電阻的功率即為等效以后的電源的輸出功率,即

當R變=r'時,P變有最大值P變m=

。例

在如圖所示電路中,電源電動勢E=12V,內(nèi)阻r=8Ω,定值電阻R1=2Ω,R2=10Ω,R3=20Ω,滑動變阻器R4的取值范圍為0~30Ω,所有電表均為理想電表。閉合開關(guān)S,在滑動

變阻器的滑片從a端滑到b端的過程中,電壓表V1、電壓表V2、電流表A示數(shù)的變化量

分別為ΔU1、ΔU2、ΔI。下列說法正確的是(

)

A.

大于

B.

不變,

增大C.R4的功率先增大后減小,最大值為0.36WD.電源的輸出功率先增大后減小,最大值為4.5W

解析

當滑片在a端時,外電路的總電阻R外=

+R1=

Ω>r=8Ω;滑片從a端滑到b端的過程中,R外不斷增大,所以電源輸出功率一直減小,D錯誤。將電源、R1和R2等效為

新的電源,等效電動勢E'=

=6V,等效內(nèi)阻r'=

=5Ω,等效后的電路圖如圖所示。

對電阻R3,由歐姆定律可得U1=IR3,解得

=R3;對整個電路,由閉合電路歐姆定律可得U2=E'-I(R3+r'),解得

=R3+r',可得

<

,

和

為定值,A、B均錯誤。滑片從a端滑到b端的過程中,滑動變阻器的阻值由0Ω增大到30Ω,則R4的功率先增大后減

小,當R4=r'+R3時,滑動變阻器的功率最大,此時的功率P4=

=0.36W,C正確。

答案

C知識拓展

在求

的變化情況時,若U、I分別是定值電阻兩端電壓和流經(jīng)定值電阻的電流,則

不變,若不是,則應(yīng)利用閉合電路歐姆定律求解函數(shù)U=f(I),則

=f'(I),即電壓對電流求導(dǎo)數(shù)。微專題17電路的動態(tài)分析與故障分析一、動態(tài)電路分析1.程序法分析解答動態(tài)直流電路類問題的一般步驟:(1)確定電路的外電阻(R外總)如何變化;(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律I總=

,確定電路的總電流如何變化;(3)由U內(nèi)=I總r,確定電源的內(nèi)電壓如何變化;

(4)由U外=E-U內(nèi),確定電源的外電壓(路端電壓)如何變化;(5)由部分電路歐姆定律,確定干路上某定值電阻兩端的電壓如何變化;(6)確定支路兩端的電壓如何變化以及通過各支路的電流如何變化。知識拓展

判斷電阻變化情況的規(guī)律(1)串聯(lián)電路的總電阻大于其中任一部分電路的總電阻。(2)并聯(lián)電路的總電阻小于其中任一支路的電阻。(3)n個相同的電阻并聯(lián),總電阻等于一個電阻的

,即R總=

R。(4)多個電阻并聯(lián)時,其中任一電阻增大或減小,總電阻也隨之增大或減小。(5)并聯(lián)支路增多,并聯(lián)電路總電阻減小。(6)大電阻和小電阻并聯(lián),總電阻接近小電阻的阻值。大電阻和小電阻串聯(lián),總電阻接

近大電阻的阻值。2.結(jié)論法(串反并同)(1)內(nèi)容:當局部電阻Rn變化時,與Rn串聯(lián)的電阻R的功率P、通過它的電流I、它兩端電

壓U的變化均與Rn的變化相反,簡稱串反,如圖(a)。而與Rn并聯(lián)的R上,IR、UR、PR的變化

均與Rn的變化相同,簡稱并同,如圖(b)。總稱串反并同。(a)(b)(2)適用條件:電源內(nèi)阻不能為零。3.極限法當電路中元件的阻值增大時,可將其阻值增大到無窮大,按斷路狀態(tài)來討論;當電路中

元件的阻值減小時,可將其阻值減小到零,按短路狀態(tài)來討論。因滑動變阻器的滑片

滑動引起電路變化的問題,可將滑動變阻器的滑片分別滑至兩端去討論。二、含容電路分析1.在分析電路結(jié)構(gòu)時,可以先把電容器拆去,明確電路結(jié)構(gòu)后,再把電容器接上。2.在電路穩(wěn)定的情況下,含電容器的支路上無電流,該支路中其他電阻兩端不存在電勢

差,其作用只相當于一段導(dǎo)線,此時電容器相當于斷路,電容器上的電壓等于與之并聯(lián)

電阻兩端的電壓,即把電容器“看成”理想電壓表,從而可以應(yīng)用Q=CU計算穩(wěn)定狀態(tài)

時電容器所帶的電荷量。3.電路結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時,引起電壓變化,使電容器所帶電荷量變化,電路中形成充、放

電電流。此過程要特別注意電壓是升高還是降低,電荷量是增加還是減少,并由此推

斷出電路中的電流方向,同時計算出兩穩(wěn)定態(tài)時電容器電荷量的變化量ΔQ=CΔU。三、電路故障分析1.故障特點(1)斷路特點:電路中發(fā)生斷路,表現(xiàn)為電源電壓不為零而電流為零。(2)短路特點:電路中發(fā)生短路,表現(xiàn)為有電流通過電路而電壓為零。2.幾種常用的電路故障檢測方法(1)電壓表檢測:如果電壓表示數(shù)為0,則說明可能在并聯(lián)路段之外有斷路,或并聯(lián)部分短路。(2)電流表檢測:當電路中接有電源時,可用電流表測量各部分電路上的電流,通過對電

流值的分析,確定故障的位置。(3)歐姆表檢測法:當測量值很大時,表示該處斷路;當測量值很小或為0時,表示該處短路。例1

(多選)如圖,電源內(nèi)阻不能忽略,電流表和電壓表均為理想電表,R1=R2<R3<R4,下列

說法中正確的是

(

)

A.若R2短路,電流表示數(shù)變小,電壓表示數(shù)變小B.若R2斷路,電流表示數(shù)變大,電壓表示數(shù)為零C.若R1短路,電流表示數(shù)變小,電壓表示數(shù)為零D.若R4斷路,電流表示數(shù)變小,電壓表示數(shù)變大

解析

R2短路,并聯(lián)電阻變小,總電阻變小,總電流變大,內(nèi)電壓變大,路端電壓變小,流過R3的電流變小,電流表示數(shù)變小,流過R1的電流變大,電壓表示數(shù)變大,A錯誤。R2斷

路,并聯(lián)電阻變大,總電阻變大,總電流變小,內(nèi)電壓變小,路端電壓變大,流過R3的電流變

大,電流表示數(shù)變大,流過R1的電流減小為零,電壓表示數(shù)為零,B正確。R1短路,總電阻

變小,總電流變大,內(nèi)電壓變大,路端電壓變小,流過R3的電流變小,電流表示數(shù)變小,R1兩

端電壓為零,電壓表示數(shù)為零,C正確。R4斷路,總電阻變大,總電流變小,內(nèi)電壓變小,路

端電壓變大,電流表示數(shù)變大,電壓表示數(shù)變大,D錯誤。

答案

BC一題多解

結(jié)論法(串反并同)若R2短路,R2電阻變小,電流表與R2可看作并聯(lián),電流表示數(shù)變小;電壓表與R2可看作串

聯(lián),電壓表示數(shù)變大,A錯誤。若R2斷路,R2電阻變大,電流表示數(shù)變大,電壓表示數(shù)變小,

且示數(shù)為零,B正確。若R1短路,R1電阻變小,電流表與R1可看作并聯(lián),電流表示數(shù)變小;

電壓表與R1可看作并聯(lián),電壓表示數(shù)變小,且示數(shù)為零,C正確。若R4斷路,R4電阻變大,電流表與R4可看作并聯(lián),電流表示數(shù)變大;電壓表與R4可看作并聯(lián),電壓表示數(shù)變大,D錯誤。例2如圖所示,電源電動勢E=6V,內(nèi)阻r=1Ω,R0=3Ω,R1=7.5Ω,R2=3Ω,R3=2Ω,電容器

的電容C=2μF。開始時開關(guān)S處于閉合狀態(tài),則下列說法正確的是

(

)

A.開關(guān)S閉合時,電容器上極板帶正電B.開關(guān)S閉合時,電容器兩極板間電勢差是3VC.將開關(guān)S斷開,穩(wěn)定后電容器極板所帶的電荷量是3.6×10-6CD.將開關(guān)S斷開至電路穩(wěn)定的過程中通過R0的電荷量是9.6×10-6C解題指導(dǎo)

開關(guān)S閉合時的等效電路圖如圖甲,開關(guān)S斷開時的等效電路圖如圖乙。

解析

開關(guān)S閉合時,等效電路中電容器與R3并聯(lián),電容器兩端電壓等于R3兩端電壓U3,已知電路總電阻R=

+r=4Ω,由閉合電路歐姆定律可知干路電流I=

=1.5A,路端電壓U=E-Ir=4.5V,則U3=

U=1.8V,此時電容器所帶電荷量Q1=CU3=3.6×10-6

C,且上極板帶負電,下極板帶正電,故A、B錯誤。開關(guān)S斷開時,穩(wěn)定后電容器兩端電

壓等于R2兩端電壓U2,此時U2=

R2=3V,電容器所帶電荷量Q2=CU2=6×10-6C,且上極板帶正電,下極板帶負電,故通過R0的電荷量Q=Q1+Q2=9.6×10-6C,C錯誤,D正確。

答案

D微專題18電路中的圖像問題一、基本圖像分析

電源U-I圖像定值電阻U-I圖像圖像

表達式U=E-IrU=IR圖像表述的物理量變化關(guān)系電源的路端電壓隨干路中的電

流的變化關(guān)系電阻兩端電壓隨電阻中的電流

的變化關(guān)系圖線與坐標軸交點與縱軸交點的縱坐標表示電源電動勢E,與橫軸交點的橫坐標表示電源短路時電流

過坐標軸原點,表示沒有電壓時

電流為零圖線上每一點坐標的乘積UI表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率圖線上每一點對應(yīng)的U與I的比

值表示外電阻的大小,不同點對應(yīng)

的外電阻大小不同每一點對應(yīng)的比值均等大,