(好資料)2012高考物理專題教案第11章_恒定電流

2011高考物理專題教案第十一章：恒定電流本章內(nèi)容是在初中學過的“電流的定律”和“電功、電功率”的基礎(chǔ)上的加深和擴展，主要討論了電源的作用，電路的組成和結(jié)構(gòu)，有關(guān)電流的規(guī)律，電流、電壓和功率的分配以及電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系等內(nèi)容。其中電流、電壓、電阻、電動勢等物理概念以及部分電路歐姆定律、閉合電路歐姆定律、電阻的串并聯(lián)規(guī)律等物理規(guī)律，既是電磁學的基礎(chǔ)，也是處理電路問題應(yīng)用頻率最高的知識點，在復(fù)習中必須深入理解，熟練掌握。在本章復(fù)習中要講究分析、解決問題的方法，比如充分利用定量動態(tài)分析、等效法的運用，模型的轉(zhuǎn)化，非電學量的轉(zhuǎn)化，以及極限法、賦值法等運用，都是學會、學活本章所需的。復(fù)習中還要注意能量的轉(zhuǎn)化問題，要從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度去解決這些問題。第一模塊：電流、電阻、歐姆定律、焦耳定律夯實基礎(chǔ)知識一、電流1、電流的產(chǎn)生：電荷的定向移動形成電流。2、產(chǎn)生持續(xù)電流的條件：（1）內(nèi)因：存在自由電荷。金屬導(dǎo)體自由電子，電解液正負離子。（2）外因：導(dǎo)體兩端存在電勢差導(dǎo)體兩端存在電壓時，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力作用下發(fā)生定向移動，形成電流。電源的作用是保持導(dǎo)體兩端的電壓，使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流。3、電流的方向：人們規(guī)定正電荷移動的方向為電流的方向。（1）在金屬導(dǎo)體中，電流的方向與自由電荷（電子）的定向移動方向相反。在電解液中，電流的方向與正離子定向移動方向相同，與負離子定向移動方向相反。（2）在外電路中正負，內(nèi)電路中負正（3）電流是標量，它的運算不遵循平行四邊形定則。3、電流的強弱電流I（1）定義：過導(dǎo)體橫截面的電量Q與通過這些電量所用的時間t的比值。即（2）單位：電流是物理學中七個基本物理量之一，相應(yīng)的單是基本單位，在國際單位制中，電流的單位是安培，符號是A，通常單位還有毫安、微安1A=103mA=106A4、決定電流大小的微觀量如圖所示，在加有電壓的一段粗細均勻的導(dǎo)體AD上取兩個截面B和C，設(shè)導(dǎo)體的橫截面是S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)是n，每個電荷的電量為q，電荷定向移動的速率為v，則在時間t內(nèi)處于相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面CA B C Dvt由得I=neSv5、區(qū)分三種速率：（1）電流傳導(dǎo)速率：既電場的傳播速率，等于光速3m/s。（2）電荷定向移動速率：I=neSv中的v是電荷定向移動的速率約為m/s（機械運動速率）。（3）電荷無規(guī)則熱運動的速率大約是m/s6、歸納一下和電流有關(guān)的各種表達式 I=neSv (微觀) 3、電流的分類：（1）直流電：方向保持恒定的電流。（2）恒定電流：大小和方向均保持不變的電流。（3）交流電：方向均隨時間周期性變化的電流。（4）正弦交流電：大小方向均隨時間按正弦規(guī)律變化的電流。電阻、電阻定律一、電阻：1、定義：導(dǎo)體對電流的阻礙作用就叫電阻。2、大?。杭釉趯?dǎo)體兩端的電壓與通過導(dǎo)體的電流強度的比值。3、定義式： (比值定義)4、在國際單位制中，電阻的單位是歐姆，簡稱歐，符號是 。常用的電阻單位還有千歐（k）和兆歐（M）：1 k=103 1 M=106 1的物理意義是：如果在某段導(dǎo)體的兩端加上1 V的電壓，通過導(dǎo)體的電流是1 A，這段導(dǎo)體的電阻就是1 。所以1 =1 V/A。二、電阻定律：1、內(nèi)容：溫度一定時導(dǎo)體的電阻R與它的長度L成正比，與它的橫截面積S成反比。這就是電阻定律。2、公式：R=(決定式) 比例常數(shù)跟導(dǎo)體的材料有關(guān)，是一個反映材料（不是每根具體的導(dǎo)線的性質(zhì)）導(dǎo)電性能的物理量，稱為材料的電阻率。3、電阻率：電阻率是反映材料導(dǎo)電性能的物理量，由材料決定，但受溫度的影響單位是:m電阻率在數(shù)值上等于這種材料制成的長為1m，橫截面積為1m2的柱形導(dǎo)體的電阻。純金屬的電阻率小，合金的電阻率大材料的電阻率與溫度有關(guān)系金屬的電阻率隨著溫度的升高而增大。（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，電阻溫度計就是利用金屬的電阻隨溫度變化制成的。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）。有些物質(zhì)當溫度接近0 K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。我國科學家在1989年把TC提高到130K?，F(xiàn)在科學家們正努力做到室溫超導(dǎo)。錳銅合金和鎳銅合金的電阻率隨溫度變化極小。利用它們的這種性質(zhì)，常用來制作標準電阻三、半導(dǎo)體1、金屬導(dǎo)體的電阻率約為10-810-6m。絕緣體的電阻率約為1081018m。半導(dǎo)體的電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而且電阻不隨隨的增加而增加，反隨溫度的增加而減小的材料稱為半導(dǎo)體。常見的半導(dǎo)體材料：鍺、硅、砷化鎵、銻化銦等。2、半導(dǎo)體的特性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能：介于導(dǎo)體和絕緣體之間半導(dǎo)體的熱敏特性：當溫度升高時，電阻變小半導(dǎo)體的光敏特性：當有光照時，電阻變小半導(dǎo)體的摻雜特性：摻入雜質(zhì)時，電阻變大。3、半導(dǎo)體的應(yīng)用：（1）利用半導(dǎo)體材料可以制成熱敏電阻、光敏電阻、傳感器、晶體二極管、晶體三極管等電子元件（2）制成集成電路、超大規(guī)模集成電路，開辟了微電子技術(shù)的新時代四、超導(dǎo)體1、超導(dǎo)現(xiàn)象和超導(dǎo)體：當溫度降低到絕對零度附近時，某些材料的電阻突然減小到無法測量的程度，可以認為電阻突然變?yōu)榱?，這種現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的導(dǎo)體稱為超導(dǎo)體。2、轉(zhuǎn)變溫度(TC)：材料由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度，叫做超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度，我國1989年TC=130K幾種超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度：鉛：TC=7.0 K；汞：TC=4.2 K；鋁：TC =1.2 K；鎘：TC =0.6 K4、超導(dǎo)現(xiàn)象的應(yīng)用及發(fā)展前景：（1）超導(dǎo)輸電（2）超導(dǎo)發(fā)電機、電動機（3）超導(dǎo)磁懸浮列車（4）超導(dǎo)電磁鐵（5）超導(dǎo)計算機5、超導(dǎo)應(yīng)用的障礙：（1）超低溫的獲得（2）常溫超導(dǎo)材料的研究（3）我國高溫超導(dǎo)材料的研究部分電路歐姆定律一、歐姆定律1、內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流I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：或3、適用條件：金屬導(dǎo)體，電解質(zhì)溶液，不適用于空氣導(dǎo)體和某些半導(dǎo)體器件二、導(dǎo)體的伏安特性：1、伏安特性曲線：導(dǎo)體中的電流I隨導(dǎo)體兩端的電壓U變化的圖線，叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線。用縱軸表示電流I，用橫軸表示電壓U，畫出的IU圖線叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線。如圖所示，是金屬導(dǎo)體的伏安特性曲線。 在IU圖中，圖線的斜率表示導(dǎo)體電阻的倒數(shù)。即k=tan=。圖線的斜率越大，電阻越小。 IU2、線性元件和非線性元件如圖，符合歐姆定律的導(dǎo)體的伏安特性曲線是一條通過坐標原點的直線，具有這種伏安特性的電學元件叫做線性元件。不符合歐姆定律的導(dǎo)體和器件，電流和電壓不成正比，伏安特性曲線不是直線，這種電學元件叫做非線性元件。對于線性元件伏安特性曲線是直線，對于非線性元件，伏安特性曲線是非線性的電功和電功率一、電功：1、定義：電功即導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷在導(dǎo)體內(nèi)的電場中定向移動時電場力對其所做的功，也常說成電流做的功，簡稱電功。2、實質(zhì)：是電場力對電荷做功，反映了電能和其它形式能的相互轉(zhuǎn)化。電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。（2）定義式：W=UIt即電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U，電路中的電流I和通電時間t三者的乘積。（3）在國際單位制中，電功的單位是焦耳，簡稱焦，符號是J。電功的常用單位有：千瓦時，俗稱“度”，符號是kWh。1kWh表示功率為1 kW的用電器正常工作1h所消耗的電能。1kWh=1000W3600s=3.6106J二、電功率1、定義：單位時間內(nèi)電流所做的功叫做電功率。用P表示電功率2、定義式：P=UI3、單位：瓦（W）、千瓦（kW）4、額定功率：用電器正常工作的（最大）功率。用電器上通常標明的功率即指其額定功率。5、實際功率：用電器工作時其兩端的電壓往往不等于額定電壓，此時用電器的功率即為實際功率，不等于額定功率。三、焦耳定律1、電熱：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。2、焦耳定律：電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量（電熱），跟電流的平方、導(dǎo)體的電阻和通電時間成正比，公式為Q=I2Rt4、熱功率：單位時間內(nèi)發(fā)熱的功率叫做熱功率5、電功率與熱功率之間的關(guān)系在純電阻電路（純電阻元件：電流通過用電器做功以發(fā)熱產(chǎn)生內(nèi)能為目的的電學元件中，如電熨斗、電爐子等），電功率和熱功率相等。在非純電阻電路（非純電阻元件：電流通過用電器做功以轉(zhuǎn)化為除內(nèi)能以外的其它形式的能為目的，發(fā)熱不是目的，而是不可避免的能量損失。電機、電風扇、電解槽等）中，電功率和熱功率不相等：由于電能除了轉(zhuǎn)化為電熱以外還同時轉(zhuǎn)化為機械能或化學能等其它能，所以電功必然大于電熱：WQ，這時電功只能用W=UIt計算，電熱只能用Q=I 2Rt計算，兩式不能通用。6、實際功率和額定功率用電器在額定電壓下的功率叫做額定功率：用電器在實際電壓下的功率叫做實際功率：實際功率并不一定等于額定功率“用電器在額定電壓下”是實際功率與額定功率相等的情況用電器在不使用時，實際功率是0，而額定功率仍然是它的額定值第二模塊：電路、閉合電路歐姆定律夯實基礎(chǔ)知識一、串聯(lián)電路與并聯(lián)電路1、串聯(lián)電路電路中各處電流相同I=I1=I2=I3=串聯(lián)電路兩端的電壓等于各電阻兩端電壓之和。U=U1+U2+U3串聯(lián)電路的總電阻等于各個導(dǎo)體的電阻之和，即R=R1R2Rn電壓分配：串聯(lián)電路中各個電阻兩端的電壓跟它的阻值成正比(串聯(lián)電阻具有分壓作用制電壓表)，即功率分配：串聯(lián)電路中各個電阻消耗的功率跟它的阻值成正比，即2、并聯(lián)電路并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相同U=U1=U2=U3并聯(lián)電路總電路的電流等于各支路的電流之和I=I1I2I3= 并聯(lián)電路總電阻的倒數(shù)等于各個導(dǎo)體的電阻的倒數(shù)之和。n個相同的電阻R并聯(lián)=_；兩個支路時=_三個支路時=_特別注意：總電阻比任一支路電阻小在并聯(lián)電路中 增加支路條數(shù)，總電阻變小增加任一支路電阻，總電阻增大電流分配：并聯(lián)電路中通過各個電阻的電流跟它的阻值成反比(并聯(lián)電阻具有分流作用改裝電流表)功率分配：并聯(lián)電路中通過各個電阻消耗的功率跟它的阻值成反比3、串并聯(lián)的應(yīng)用電表的改裝電表的改裝：微安表改裝成各種表，關(guān)健在于原理（1）靈敏電流表G（表頭，也叫靈敏電流計）（小量程的電流表）表頭的主要構(gòu)造表頭G是指小量程的電流表，即靈敏電流計，常用的表頭主要由永磁鐵和放入永磁鐵磁場中可轉(zhuǎn)動的線圈組成。表頭的工作原理當線圈中有電流通過時，線圈在磁場力的作用下帶著指針一起偏轉(zhuǎn)，通過線圈的電流越大，指針偏轉(zhuǎn)的角度就越大，即 I。這樣根據(jù)指針的偏角就可以知道電流的大小。若在表頭刻度盤上標出電流值就可以測量電流了。由歐姆定律知道，通過表頭的電流跟加在表頭兩端的電壓成正比，即IU。由于I，IU，故U。如果在刻度盤上標出電壓值，由指針所指的位置，就可以讀出加在表頭兩端的電壓。表頭的幾處參量（）滿偏電流Ig表頭的線圈準許通過的最大電流很小，一般不超過幾十微安到幾毫安，這個電流值叫表頭的滿偏電流，用Ig表示。（）表頭的內(nèi)阻Rg表頭的線圈電阻一般為幾歐到幾百歐，這個電阻值叫做表頭的內(nèi)阻，用Rg表示。（）滿偏電壓Ug表頭通過滿偏電流時，加在它兩端的電壓，這個電壓值叫滿偏電壓，用Ug表示。滿偏電流Ig、內(nèi)阻Rg、滿偏電壓Ug三者的關(guān)系：據(jù)部分電路歐姆定律可知：Ug=IgRg結(jié)論：表頭G的滿偏電壓Ug和滿偏電流Ig一般都比較小，測量較大的電壓和較大的電流時，需要把小量程的表頭G加以改裝。改裝的原理是：電路中串聯(lián)電阻起分壓作用且電壓分配與阻值成正比，電路中并聯(lián)電阻起分流作用且電流分配與阻值成反比。（2）半偏法測表頭內(nèi)阻其原理是：GR2R1K2K1E（3）電壓表的改裝當加在表頭兩端的電壓大于滿偏電壓時，通過表頭的電流就大于滿偏電流，可能將表頭燒壞。利用串聯(lián)電阻的分壓作用，給表頭G串聯(lián)一個適當?shù)碾娮鑂，將表頭改裝成一個量程較大的電壓表V，用改裝后的電壓表V就可以測量較大的電壓。如圖所示，有一個表頭G，其內(nèi)阻為Rg，滿偏電流為Ig，將它改裝成量程為U的電壓表，量程U，意思是當電壓表V兩端的電壓為U時，表頭G分擔的電壓為滿偏電壓Ug，通過表頭G 的電流為滿偏電流Ig，指針指在最大刻度處。所以表盤最大刻度處的電壓值為量程U。（1）根據(jù)串聯(lián)電路的基本特點可知，當表頭G滿偏時，流過電阻R的電流為Ig。（2）表頭滿偏時，加在表頭兩端的電壓Ug=IgRg，加在電阻R兩端的電壓UR=U-Ug=U-IgRg（3）據(jù)歐姆定律可知，分壓電阻R=，擴大量程的倍數(shù)為n=U/Ug改裝后電壓表內(nèi)阻給改裝后的電壓表V標度的方法：當流過表頭的電流為I1時，加在電壓表V兩端的電壓UAB=I1（Rg+R），表明加在電壓表兩端的電壓與電流成正比。當流過表頭的電流為滿偏電流Ig時，電壓表V兩端的電壓達到最大值，即改裝后的量程，則U=Ig（Rg+R），因此，只要將原來表頭的刻度盤的每一刻度值擴大為原來的（Rg+R）倍，就得到改裝后的電壓表V的表盤。二、閉合電路歐姆定律1、電路（1）組成：內(nèi)電路和外電路內(nèi)電路：電源兩極(不含兩極)以內(nèi)，如電池內(nèi)的溶液、發(fā)電機的線圈等內(nèi)電路的電阻叫做內(nèi)電阻r內(nèi)電路分得的電壓稱為內(nèi)電壓，外電路：電源兩極間包括用電器和導(dǎo)線等，外電路的電阻叫做外電阻R，外電路分得的電壓稱為外電壓。（2）關(guān)于電源的概念電源：使導(dǎo)體兩端存在持續(xù)電壓，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電源的裝置電動勢：（）定義：非靜電力搬運電荷所做的功跟搬運電荷電量的比值，（）單位：伏（V）（）物理意義：電動勢表征了電源把其它形式的能轉(zhuǎn)換為電能的本領(lǐng)的物理量。電動勢大，說明電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大，電動勢小，說明電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)小。電動勢在數(shù)值上等于電路中通過1C的電量時電源所提供的電能。（）電動勢的方向：電動勢雖是標量，但為了研究電路中電勢分布的需要，我們規(guī)定由負極經(jīng)電源內(nèi)部指向正極的方向（即電勢升高的方向）為電動勢的方向。（）電動勢的決定因素電源的電動勢是由電源的本身性質(zhì)決定的，在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時電源兩極間的電壓。（）電動勢與電壓的區(qū)別這兩個物理量雖然有相同的單位和相似的計算式，而且都是描述電路中能量轉(zhuǎn)化的物理量，但在以能量轉(zhuǎn)換方式上有著本質(zhì)的區(qū)別：電動勢是表示電源非靜電力做功，將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量，在數(shù)值上等于非靜電力在電源內(nèi)部把單位正電荷從負極移送到正極所做的功而電壓是描述電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的物理量，在數(shù)值上等于電場力移送單位正電荷所做的功電動勢在工作過程中是不變的，而路端電壓將隨外電阻的減小而減小 電源與外電路組成閉合電路時：如圖所示，在外電路中，電流由電勢高的一端流向電勢低的一端，在外電阻上沿電流方向有電勢降落，在內(nèi)阻上也有電勢降落；在電源內(nèi)部，由負極到正極電勢升高，升高的數(shù)值等于電源的電動勢E。理論分析表明：在閉合電路中，電源內(nèi)部電勢升高的數(shù)值等于電路中電勢降落的數(shù)值，即電源的電動勢E=U內(nèi)+U外2、閉合電路歐姆定律（1）閉合電路歐姆定律推導(dǎo)：根據(jù)歐姆定律，外電壓U外=IR，內(nèi)電壓U內(nèi)=Ir，代入E=U內(nèi)+U外可得，E=Ir+IR整理得：閉合電路歐姆定律的內(nèi)容：閉合電路中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，這個結(jié)論叫做閉合電路的歐姆定律。數(shù)學表達式：還有其它形式（UI關(guān)系）（IR關(guān)系）（UR關(guān)系）（2）路端電壓跟負載的關(guān)系：討論對給定的電源，E、r均為定值，外電阻變化時，電路中的電流、路端電壓的變化。當外電路的電阻R增大時，根據(jù)I=可知電路中的電流I減小，由于內(nèi)壓U內(nèi)=Ir所以內(nèi)壓減小，而E=U內(nèi)+U外即外壓（路端電壓）增加。當外阻增加至無窮大時，外電路斷路，此時I=0 U內(nèi)=0 U=E即當電源沒有接入電路時兩極間的電壓等于電源的電動勢。電壓表測電動勢就是利用了這一原理。當外電路的電阻R減小時，根據(jù)I=可知電路中的電流I增大，由于內(nèi)壓U內(nèi)=Ir所以內(nèi)壓增大，而E=U內(nèi)+U外即外壓（路端電壓）減小。當外阻減小至最小零時，外電路短路，此時U=0（I稱短路電流）即當外電路短路時，外壓為零，短路電流很大，容易將電路燒毀。討論時也可以用U=E-Ir更直觀更方便圖象表示：電源的外特性曲線（路端電壓隨電流變化的圖象）圖象的函數(shù)表達：當外電路斷路時： (即R，I0)，縱軸上的截距表示電源的電動勢(端)當外電路短路時：(R0，U0)，橫坐標的截距表示電源的短路電流I短=E/r；圖線的斜率：的絕對值為電源的內(nèi)電阻某點縱坐標和橫坐標值的乘積：為電源的輸出功率，在圖中的那塊矩形的“面積”表示電源的輸出功率該直線上任意一點與原點連線的斜率：表示該狀態(tài)時外電阻的大??；當E/2(即R=r)時，出最大。50注意：坐標原點是否都從零開始：若縱坐標上的取值不從零開始取，則該截距不表示短路電流。電源的外特性曲線和導(dǎo)體的伏安特性曲線（）電源的外特性曲線：在電源的電動勢用內(nèi)阻一定的條件下，通過改變外電路的電阻使路端電壓隨電流變化的圖線，遵循閉合電路歐姆定律。UEIr，圖線與縱軸的截距表示電動勢，斜率的絕對值表示內(nèi)阻。（）導(dǎo)體的伏安特性曲線：在給定導(dǎo)體(電阻)的條件下，通過改變加在導(dǎo)體兩端的電壓而得到的電流隨電壓變化的圖線；遵循部分電路歐姆定律，圖線斜率的倒數(shù)值表示導(dǎo)體的電阻。右圖中a為電源的U-I圖象；b為外電阻的U-I圖象；兩者的交點坐標表示該電阻接入電路時電路的總電流和路端電壓；該點和原點之間的矩形的面積表示輸出功率；a的斜率的絕對值表示內(nèi)阻大??； b的斜率的絕對值表示外電阻的大??；當兩個斜率相等時（即內(nèi)、外電阻相等時圖中矩形面積最大，即輸出功率最大（可以看出當時路端電壓是電動勢的一半，電流是最大電流的一半）。3、閉合電路中的功率：（1）電源的總功率（閉合電路的總功率）：是電源對閉合電路所提供的電功率，所以等于內(nèi)外電路消耗的電功率之和。（普遍適用）（只適用于外電路是純電阻的電路）。（2）電源內(nèi)部消耗的功率：（3）電源的輸出功率（外電路消耗的電功率）：(普遍適用)（只適用于外電路是純電阻的電路）。（4）輸出功率與外電阻的關(guān)系說明：當固定的電源向變化的外阻供電時，(等效于如圖所示的電路)當Rr時，具有最大值，最大值為，如右圖所示。應(yīng)注意：對于內(nèi)外電路上的固定電阻，其消耗的功率僅取決于電路中的電流大小例：電阻R的功率最大條件是：R= R0+r推論：要使電路中某電阻R的功率最大；條件R=電路中其余部分的總電阻輸出功率隨外電阻變化的圖線oP出PmrR對應(yīng)非最大值輸出功率可有兩個不同的外電阻R1和R2，不難證明，且外阻和內(nèi)阻值相差越大，則輸出功率越小。（5）電源的效率：即當Rr時，輸出功率最大，但效率僅為50%，且R增大效率隨之提高。題型解析類型題： 根據(jù)電流的定義計算導(dǎo)體的電流 金屬導(dǎo)體中電流的計算：【例題】如圖所示，橫截面積為S的導(dǎo)體中，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，每個電子的電量為e，在電場力的作用下電子以速度v定向移動。求導(dǎo)體中的電流。如果導(dǎo)體中單位長度內(nèi)的自由電子數(shù)為n，則導(dǎo)體中的電流又是多少？（答案：I=neSvI=nve）這個公式只適用于金屬導(dǎo)體，千萬不要到處套用電解液導(dǎo)電電流的計算：電解液導(dǎo)電中，如果5s內(nèi)沿相反方向通過導(dǎo)體橫截面的正負離子的電量均為5C，則電解液中的電流為多少？ （答案：I=2A）【例題】某電解質(zhì)溶液，如果在1 s內(nèi)共有5.01018個二價正離子和1.01019個一價負離子通過某橫截面，那么通過電解質(zhì)溶液的電流強度是多大？解析：設(shè)在t=1s內(nèi)，通過某橫截面的二價正離子數(shù)為n1，一價離子數(shù)為n2，元電荷的電荷量為e，則t時間內(nèi)通過該橫截面的電荷量為q=（2n1+n2）e電流強度為I=1.610-19A=3.2 A環(huán)形電流的計算【例題】氫原子的核外只有一個電子，設(shè)電子在離原子核距離為R的圓軌道上做勻速圓周運動。已知電子的電荷量為e，運動速率為v，求電子繞核運動的等效電流多大？解析：取電子運動軌道上任一截面，在電子運動一周的時間T內(nèi)，通過這個截面的電量q=e，由圓周運動的知識有：T=根據(jù)電流的定義式得：I=【例題】來自質(zhì)子源的質(zhì)子（初速度為零），經(jīng)一加速電壓為800kV的直線加速器加速，形成電流強度為1mA的細柱形質(zhì)子流。已知質(zhì)子電荷e=1.6010-19C。這束質(zhì)子流每秒打到靶上的質(zhì)子數(shù)為_。假定分布在質(zhì)子源到靶之間的加速電場是均勻的，在質(zhì)子束中與質(zhì)子源相距L和4L的兩處，各取一段極短的相等長度的質(zhì)子流，其中的質(zhì)子數(shù)分別為n1和n2，則n1n2=_。L4L質(zhì)子源v1 v2解析：按定義，由于各處電流相同，設(shè)單位長度的電子數(shù)為n，則：由 則 類型題： 伏安特性曲線 【例題】 實驗室用的小燈泡燈絲的I-U特性曲線可用以下哪個圖象來表示：IUIooUABUIooUICD解析：燈絲在通電后一定會發(fā)熱，當溫度達到一定值時才會發(fā)出可見光，這時溫度能達到很高，因此必須考慮到燈絲的電阻將隨溫度的變化而變化。隨著電壓的升高，電流增大，燈絲的電功率將會增大，溫度升高，電阻率也將隨之增大，電阻增大，。U越大I-U曲線上對應(yīng)點于原點連線的斜率必然越小，選A?！纠}】下圖所列的4個圖象中，最能正確地表示家庭常用的白熾電燈在不同電壓下消耗的電功率P與電壓平方U 2之間的函數(shù)關(guān)系的是以下哪個圖象PU2PooU2ABPU2PooU2CD解析：此圖象描述P隨U 2變化的規(guī)律，由功率表達式知：，U越大，電阻越大，圖象上對應(yīng)點與原點連線的斜率越小。選C。類型題： 電功、電功率相關(guān)試題 【例題】有一電源，電動勢E=30V，內(nèi)阻r=1，將它與一盞額定電壓UL=6V，額定功率PL=12W的小燈泡及一臺內(nèi)阻r1=2的電動機串聯(lián)成閉合電路，小燈泡剛好正常發(fā)光，問電動機的輸出功率是多少？解析：小燈泡正常發(fā)光，則此即為閉合電路中的電流電源的總功率：電動機的輸出功率答案：PM = 36W【例題】如圖所示，有一提升重物用的直流電動機，內(nèi)阻r=0.6 ， R=10 ，U=160 V，電壓表的讀數(shù)為110 V，求MVUR（1）通過電動機的電流是多少？（2）輸入到電動機的電功率是多少？（3）在電動機中發(fā)熱的功率是多少？（4）電動機工作1 h所產(chǎn)生的熱量是多少？解析：（1）設(shè)電動機兩端的電壓為U1，電阻R兩端的電壓為U2，則U1=110 V，U2=U-U1=（160-110）V=50 V通過電動機的電流為I，則I= A=5 A（2）輸入到電功機的電功率P電，P電=U1I=1105 W=550 W（3）在電動機中發(fā)熱的功率P熱，P熱=I2r=520.6 W=15 W（4）電動機工作1 h所產(chǎn)生的熱量Q，Q=I2rt=520.63600 J=54000 J【例題】微型吸塵器的直流電動機內(nèi)阻一定，當加上0.3v的電壓時，通過的0.3A，此時電動機不轉(zhuǎn)，當加在電動機兩端的電壓為2.0v時，電流0.8A，電機正常工作，則吸塵器的效率是多少？解析：（答案：60%）【例題】某一電動機，當電壓U1=10V時帶不動負載，因此不轉(zhuǎn)動，這時電流為I1=2A。當電壓為U2=36V時能帶動負載正常運轉(zhuǎn)，這時電流為I2=1A。求這時電動機的機械功率是多大？解析：電動機不轉(zhuǎn)時可視為為純電阻，由歐姆定律得，這個電阻可認為是不變的。電動機正常轉(zhuǎn)動時，輸入的電功率為P電=U2I2=36W，內(nèi)部消耗的熱功率P熱=5W，所以機械功率P=31W由這道例題可知：電動機在啟動時電流較大，容易被燒壞；正常運轉(zhuǎn)時電流反而較小【例題】如圖所示，已知電源電動勢=20V，內(nèi)阻r=1，當接入固定電阻R=4時，電路中標有“3V 4.5W”的燈泡L和內(nèi)阻r=0.5的小型直流電動機恰能正常工作，求(1)電路中的電流強度？(2)電動機的額定工作電壓？(3)電源的總功率？解析：(1)串聯(lián)電路中燈L正常發(fā)光，電動機正常工作，所以電路中電流強度為燈L的額定電流。燈L的電阻燈L的額定電流電路中電流強度I1.5A。(2)電路中的電動機是非純電阻電路。根據(jù)能量守恒，電路中=UR+UL+Ur+UmUm=-UR-UL-Ur-I(R+RL+r)=20-1.5(241)=9.5(3)電源總功率P總=I=1.520=30(W)【例題】電動機M和電燈L并聯(lián)之后接在直流電源上，電動機內(nèi)阻r=1，電燈燈絲電阻R=10，電源電動勢=12V，內(nèi)阻r=1，當電壓表讀數(shù)為10V時，求電動機對外輸出的機械功率。解析：根據(jù)題意畫出電路圖，如圖915所示。由全電路歐姆定律= U+Ir得出干路電流由已知條件可知：流過燈泡的電流電動機的輸出功率的另一種求法：以全電路為研究對象，從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點出發(fā)P源=P路。本題中電路中消耗電能的有：內(nèi)電阻、燈泡和電動機，電動機消耗的電能又可分為電動機輸出的機械能和電動機自身消耗的內(nèi)能。即I=I2r+IL2R+PM出+IM2r。PM出I-(I2r+IL2R+IM2r)=9(W)類型題： 簡單的電路分析 【例題】已知如圖，R1=6，R2=3，R3=4，則接入電路后這三只電阻的實際功率之比為_。R1R2R3解析：本題解法很多，注意靈活、巧妙。經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)三只電阻的電流關(guān)系最簡單：電流之比是I1I2I3=123；還可以發(fā)現(xiàn)左面兩只電阻并聯(lián)后總阻值為2，因此電壓之比是U1U2U3=112；在此基礎(chǔ)上利用P=UI，得P1P2P3=126【例題】已知如圖，兩只燈泡L1、L2分別標有“110V，60W”和“110V，100W”，另外有一只滑動變阻器R，將它們連接后接入220V的電路中，要求兩燈泡都正常發(fā)光，并使整個電路消耗的總功率最小，應(yīng)使用下面哪個電路？L1 L2 L1 L2 RRABL1 L2 RL1L2RCD解析：A、C兩圖中燈泡不能正常發(fā)光。B、D中兩燈泡都能正常發(fā)光，它們的特點是左右兩部分的電流、電壓都相同，因此消耗的電功率一定相等。可以直接看出：B圖總功率為200W，D圖總功率為320W，所以選B?！纠}】實驗表明，通過某種金屬氧化物制成的均勻棒中的電流I跟電壓U之間遵循I =kU 3的規(guī)律，其中U表示棒兩端的電勢差，k=0.02A/V3?，F(xiàn)將該棒與一個可變電阻器R串聯(lián)在一起后，接在一個內(nèi)阻可以忽略不計，電動勢為6.0V的電源上。求：當串聯(lián)的可變電阻器阻值R多大時，電路中的電流為0.16A？當串聯(lián)的可變電阻器阻值R多大時，棒上消耗的電功率是電阻R上消耗電功率的1/5？6VU1 U2解析：畫出示意圖如右。由I =kU 3和I=0.16A，可求得棒兩端電壓為2V，因此變阻器兩端電壓為4V，由歐姆定律得阻值為25。由于棒和變阻器是串聯(lián)關(guān)系，電流相等，電壓跟功率成正比，棒兩端電壓為1V，由I =kU3得電流為0.02A，變阻器兩端電壓為5V，因此電阻為250?！纠}】左圖甲為分壓器接法電路圖，電源電動勢為E，內(nèi)阻不計，變阻器總電阻為r。閉合電鍵S后，負載電阻R兩端的電壓U隨變阻器本身a、b兩點間的阻值Rx變化的圖線應(yīng)最接近于右圖中的哪條實線 rRa bSRxUrEoA B C D解析：當Rx增大時，左半部分總電阻增大，右半部分電阻減小，所以R兩端的電壓U應(yīng)增大，排除；如果沒有并聯(lián)R，電壓均勻增大，圖線將是；實際上并聯(lián)了R，對應(yīng)于同一個Rx值，左半部分分得的電壓將比原來小了，所以正確，選C類型題： 電路的簡化和識別 (1) 電路結(jié)構(gòu)分析節(jié)點法：把電勢相等的點，看做同一點回路法：按電流的路徑找出幾條回路，再根據(jù)串聯(lián)關(guān)系畫出等效電路圖，從而明確其電路結(jié)構(gòu)(2)電路化簡原則無電流的支路化簡時可去除；凡用導(dǎo)線直接連接的各點的電勢必相等（包括用不計電阻的電流表連接的點）等電勢的各點化簡時可合并；凡接在同樣兩個等勢點上的電器為并聯(lián)關(guān)系。在外電路，沿著電流方向電勢降低。理想導(dǎo)線可任意長短、變形；理想電流表可認為短路，理想電壓表可認為斷路；電壓穩(wěn)定時電容器可認為斷路(2) 常用等效化簡方法電流分支法：a先將各結(jié)點用字母標上；b判定各支路元件的電流方向（若電路原無電流，可假設(shè)在總電路兩端加上電壓后判斷）；c按電流流向，自左到右將各元件、結(jié)點、分支逐一畫出；d將畫出的等效圖加工整理【例題】將圖所示電路進行等效變換（S未接通）圖圖解析：假設(shè)電流從A流入，R1是干路，第1支路從C經(jīng)R3到B，第2支路從C經(jīng)R2到B，第3條支路從C經(jīng)R4和R5到B。這3條支路并聯(lián)再與R1串聯(lián)。變換成如圖所示電路。在變換過程中，我們可用切斷電路的方法認，變換成如圖所示電路。在變換過程中，我們可用切斷電路的方法認識串并聯(lián)關(guān)系：若切斷R1，整個電路不通，說明它在干路上；若切斷R4，則R5隨之不通，而其它電路仍是通的，說明R4與R5是串聯(lián)，而與R2、R3是并聯(lián)的。等勢點排列法：a將各結(jié)點用字母標上；b判定各結(jié)點電勢的高低（若原電路未加電壓，可先假設(shè)加上電壓）；c將各結(jié)點電勢高低自左到右排列，再將各結(jié)點之間支路畫出；d將畫出的等效圖加工整理一般可將以上兩種方法結(jié)合使用，效果更好【例題】將圖所示電路進行等效變換圖圖圖圖圖解析：假設(shè)電流從左端流入，把等勢點標上不同字母（A、B、C），如圖所示，在草圖上畫出三個節(jié)點，如圖所示，然后把原電路圖中的電阻畫入這幾個節(jié)點之間（只要認準原電阻兩端的點即可）如圖所示。原電路最終可變換成圖所示等效電路類型題： 電表的改裝 【例題】如圖所示，一個有3 V和30 V兩種量程的電壓表，表頭內(nèi)阻為15 ，滿偏電流為1 mA，求R1、R2的阻值各為多大？-+3V+30V解析：由題意知，Rg=15 ，Ig=1 mA=110-3A，U1=3 V，U2=30 V R1=-Rg=（-15） =2985 當量程為30 V時，Rg+R1相當于表頭。R2=-（Rg+R1）=-（15+2985）=27000 【例題】有一只電流計，已知其Ig=500A，Rg=100，現(xiàn)欲改裝成量程為6V的電壓表，則應(yīng)該_聯(lián)_的電阻；由于所用電阻不準，當改裝表與標準表比較時，發(fā)現(xiàn)當標準值為3V時，改裝電壓表讀數(shù)為3.2V，則實際所用的電阻值偏_（填“大”或“小”）_解析：因為是改裝電壓表，要擴大量程，需采用串聯(lián)電阻分壓（如圖）根據(jù)串聯(lián)電路的特點和歐姆定律 得當改裝表與標準表比較（如圖），標準表為3V時，改裝電壓表顯示卻是3.2V，說明通過表頭的電流偏大串聯(lián)電阻R上的電壓偏小，R的阻值偏小設(shè)顯示3.2V時電壓表的電流為I，有 （指針指在6V時就是滿偏，對應(yīng)電流就是Ig）串聯(lián)電阻為R，有 I(R+Rg)=3V 解得R=11150故實際所用電阻比原來減少R- R=11900-11150=750答案：串，11900，小，750點評：本題將歐姆定律應(yīng)用到電表的改裝上，要理解電表改裝的原理求解第2個問題時，要知道電流表、電壓表的面板刻度是均勻的，并以此找出關(guān)系，這是解這個問關(guān)鍵地方四、電流表的改裝用表頭G雖然能夠用來測量電流，但是由于表頭的滿偏電流Ig很小，因此，表頭能夠測量的最大電流也很小，所以不能用表頭去測量較大的電流。利用并聯(lián)電阻的分流作用，給表頭G并聯(lián)一個適當?shù)碾娮鑂，將表頭G改裝成一個量程較大的電流表A，利用改裝后的電流表A就可以測量較大的電流了。如圖所示，有一個表頭G，其內(nèi)阻為Rg，滿偏電流為Ig，把它改裝成量程為I的電流表A，要并聯(lián)一個多大的電阻R？（1）當表頭G滿偏時，加在表頭兩端的電壓為Ug=IgRg。（2）根據(jù)并聯(lián)電路的基本特點，加在電阻兩端的電壓UR=Ug=IgRg。（3）通過電阻R的電流IR=I-Ig（4）根據(jù)歐姆定律，分流電阻R的阻值為：R=改裝后的電流表的內(nèi)阻當流過表頭G的電流為滿偏電流Ig時，流過電流表A的電流最大，為改裝后電流表的量程I，I=Ig+，因此，只要將原來表頭的刻度盤的每一刻度值擴大為原來的倍，就得到了改裝后的電流表A的表盤?！纠}】如圖所示，有一個表頭G，滿偏電流Ig=500 mA，內(nèi)阻Rg=200 ，用它改裝為有1 A和10 A兩種量程的電流表，求R1、R2的阻值各為多大？公共10A1ARg解析：當公共端與1 A端接入電路時，量程為I1=1 A，當公共端與10 A端接入電路時，量程為I2=10 A。當公共端與1 A端接入被測電路時，電阻R1和R2串聯(lián)，再與表頭內(nèi)阻Rg并聯(lián)。由并聯(lián)電路中的電流分配關(guān)系可得：R1+R2=Rg代入Ig、I、Rg的數(shù)值得R1+R2=200 當公共端與10 A端接入被測電路時，電阻R1與表頭支路的電阻Rg+R2并聯(lián)。由并聯(lián)電路的特點可知：Ig（Rg+R2）=（I2-Ig）R1代入Ig、I2、Rg的數(shù)值，可得R2+200 =19 R1由解得R1=20 R2=180類型題： 動態(tài)電路的分析方法 閉合電路中只要有一只電阻的阻值發(fā)生變化，就會影響整個電路，使總電路和每一部分的電流、電壓都發(fā)生變化。討論依據(jù)是：閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串聯(lián)電路的電壓關(guān)系、并聯(lián)電路的電流關(guān)系。（1）對于電路的動態(tài)變化問題，按局部全局局部的邏輯思維進行分析推理一般步驟：確定電路的外電阻，外電阻如何變化；根據(jù)閉合電路歐姆定律，確定電路的總電流如何變化；由，確定電源的內(nèi)電壓如何變化；由，確定電源的外電壓（路端電壓）如何變化；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；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以右圖電路為例：R1R2R3R4E r設(shè)R1增大，總電阻一定增大；由，I一定減?。挥蒛=E-Ir，U一定增大；因此U4、I4一定增大；由I3= I-I4，I3、U3一定減??；由U2=U-U3，U2、I2一定增大；由I1=I3 -I2，I1一定減小。總結(jié)規(guī)律如下：總電路上R增大時總電流I減小，路端電壓U增大；任一個R增必引起通過該電阻的電流減小，其兩端電壓UR增加；任一個R增必引起與之并聯(lián)支路電流I增加； 與之串聯(lián)支路電壓U減?。ǚQ串反并同法）【例題】在如圖所示的電路中，當可變電阻R的阻值增大時R1R2RAIBEA、AB兩點間的電壓增大；B、AB兩點間的電壓減小；C、通過R的電流I增大；D、通過R的電流I減少。解析：當增大時，增大，增大，有，因、不變，增大時，減??；而，因、不變，減小，故增大；由，因不變而減小，則減小；由，因增大而減小，故增大；由，因增大，不變，則增大；由，因減小，增大，減小。可見，當增大時，增大，減小，故選項A、D正確。解后評析：電路中某一種部分的電阻發(fā)生變化，必造成電路其他部分也發(fā)生變化，真可謂“牽一發(fā)而動全身”一般分析此類題的特點和步驟可如下進行（1）電路中某電阻增大（減?。?，全電路的總電阻必增大（減?。?）由可得：干路電流必減小（增大），路端電壓必增大（減?。?）再分析局部的電壓、電流的變化。這樣從局部全局再局部，必可奏效【例題】如圖所示，電源電動勢為E，內(nèi)電阻為r當滑動變阻器的觸片P從右端滑到左端時，發(fā)現(xiàn)電壓表V1、V2示數(shù)變化的絕對值分別為U1和U2，下列說法中正確的是 V2V1L1L2L3PA小燈泡L1、L3變暗，L2變亮 B小燈泡L3變暗，L1、L2變亮CU1U2解析：滑動變阻器的觸片P從右端滑到左端，總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小。與電阻蟬聯(lián)串聯(lián)的燈泡L1、L2電流增大，變亮，與電阻并聯(lián)的燈泡L3電壓降低，變暗。U1減小，U2增大，而路端電壓U= U1+ U2減小，所以U1的變化量大于 U2的變化量，選BD?！纠}】如圖所示是一火警報警器的部分電路示意圖。其中R3為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器。值班室的顯示器為電路中的電流表，a、b之間接報警器。當傳感器R3所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是( C )abAErR3R2R1報警器AI變大，U變大BI變大，U變小 CI變小，U變小 DI變小，U變大【例題】如圖所示的電路，閉合開關(guān)S后，a、b、c三盞燈均能發(fā)光，電源電動勢E恒定且內(nèi)阻r不可忽略。現(xiàn)將變阻器R的滑片稍向上滑動一些，三盞燈亮度變化的情況是（ B ）E，racbRSAa燈變亮，b燈和c燈變暗Ba燈和c燈變亮，b燈變暗Ca燈和c燈變暗，b燈變亮Da燈和b燈變暗，c燈變亮【例題】（2002年全國理綜卷）在如圖所示的電路中，R1、R2、R3和R4皆為定值電阻，R5為可變電阻，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r。設(shè)電流表A的讀數(shù)為I，電壓表V的讀數(shù)為U。當R5的滑動觸點向圖中a端移動時（ ）VAR1R2R3R4R5rabAI 變大，U變小 BI 變大，U變大CI 變小，U變大 DI 變小，U變小解析：由圖易知R5的滑動觸點向a端移動時R5有效電阻單調(diào)變小，引起電路中各量的變化也是單調(diào)的。設(shè)滑動觸點到達a點，則R5被短路，（極值法），并聯(lián)部分等效于一根導(dǎo)線，則外電阻變小，路端電壓U變小，從而可排除選項B、C。電流表所在支路被短路，則電流表讀數(shù)減至零也是變小的，所以應(yīng)選選項D?！纠}】在如圖所示電路中，當變阻器R3的滑動頭P向b端移動時（ ） A電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小B電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變大C電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變大D電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變小 【例題】在如圖所示電路中E為電源，其電動勢E=9.0 V，內(nèi)阻可忽略不計，AB為滑動變阻器，其電阻R=30 ，L為一小燈泡，其額定電壓U=6.0 V，額定功率P=1.8 W；K為電鍵.開始時滑動變阻器的觸頭位于B端，現(xiàn)在接通電鍵K，然后將觸頭緩慢地向A方滑動，當?shù)竭_某一位置C處時，小燈泡剛好正常發(fā)光.則CB之間的電阻應(yīng)為（ ） A10 B20 C15 D5 【例題】在如圖所示電路中，閉合電鍵S，當滑動變阻器的滑動觸頭P向下滑動時，四個理想電表的示數(shù)都發(fā)生變化，電表的示數(shù)分別用I、U1、U2和U3表示，電表示數(shù)變化量的大小分別用I、U1、U2和U3表示.下列比值正確的是（ ） AU1/I不變，U1/I不變BU2/I變大，U2/I變大CU2/I變大，U2/I不變DU3/I變大，U3/I不變【例題】如圖所示，A、B、C是相同的三盞燈，在滑動變阻器的滑動觸頭由c端向b端滑動的過程中（各燈都不被燒壞），各燈亮度的變化情況為（ ）AC燈變亮，A、B燈變暗BA、B燈變亮，C燈變暗CA、C燈變亮，B燈變暗DA燈變亮，B、C燈變暗類型題： 電路的故障分析 電路出現(xiàn)的故障有兩個原因：短路；斷路（包括接線斷路或者接觸不良、電器損壞等情況）一般檢測故障用電壓表如果電壓表示數(shù)為0，說明電壓表上無電流通過，則可能電壓表所在支路有斷路，或并聯(lián)路段內(nèi)有短路如果電壓表有示數(shù)，說明電壓表上有電流通過，則在并聯(lián)路段之外無斷路，或并聯(lián)路段內(nèi)無短路【例題】如圖所示，電路中燈泡L1和L2都