高二物理恒定電流1—5節(jié)人教實(shí)驗(yàn)版知識(shí)精講

1、高二物理恒定電流高二物理恒定電流 1 15 5 節(jié)節(jié)人教實(shí)驗(yàn)版人教實(shí)驗(yàn)版 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 恒定電流 15 節(jié) 知識(shí)要點(diǎn)： 1. 知道恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的基本性質(zhì)相同， 在靜電場(chǎng)中適用的關(guān)系在恒定電場(chǎng) 中同樣適用。 2. 知道什么是恒定電流，知道電流的單位，理解電荷量、電流、通電時(shí)間等物 理量之間的關(guān)系。 3. 知道電源是提供電能的裝置，通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。 理解電動(dòng)勢(shì)的概念，知道電動(dòng)勢(shì)和電壓是兩個(gè)不同的概念。 4. 理解電阻的概念，知道電阻的物理意義的單位。理解歐姆定律及其適用范圍。 會(huì)用歐姆定律解決電路中的問題。 5. 知道導(dǎo)體的伏安特性曲線，知道線性

2、元件及非線性元件。 6. 了解串并聯(lián)電路的連接方式，掌握串并聯(lián)電路的電流、電壓、電阻的關(guān)系。 7. 理解電功的概念，知道電功是指靜電力對(duì)自由電荷所做的功。知道電功率和 熱功率的區(qū)別與聯(lián)系，能區(qū)分電功和熱功。 重點(diǎn)、難點(diǎn)解析： 一、電流 （1）導(dǎo)線中的電場(chǎng) 1. 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共 同形成的.電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也是穩(wěn)定的，且導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線保持 和導(dǎo)線平行。 2. 由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng)，稱為恒定電場(chǎng)。靜電場(chǎng)中的電勢(shì)、 電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系在恒定電場(chǎng)中同樣適用。 （2）形成電流的條件：一是要有自由電荷，二是導(dǎo)體兩端存在電

3、壓。 （3）電流：通過導(dǎo)體橫截面的電荷量跟通過這些電荷量所用時(shí)間的比值。 定義式： t q I 決定式： R U I 微觀表達(dá)式：nqSvI 二、電動(dòng)勢(shì) 1. 電動(dòng)勢(shì)是用來表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能本領(lǐng)大小的物理量，用 E 來表示。 2. 定義式為 EW/q 數(shù)值上等于非靜電力把 1C 的正電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功。其 單位是伏特。 3. 注意：電動(dòng)勢(shì)與電壓的區(qū)別 電動(dòng)勢(shì)是對(duì)電而言，它描述移送單位電荷量時(shí)非靜電力做功多少，即移送 1C 電量時(shí)其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的多少。而電壓是對(duì)電路而言的，它描述在這段電 路中移送單位電荷量時(shí)電場(chǎng)力做功多少，即移送 1C 電量時(shí)電能轉(zhuǎn)化為

4、其它形式的 能的多少。 4. 電動(dòng)勢(shì)由電源中非靜電力的特性決定，跟電源的體積無關(guān)，跟外電路無關(guān)。 5. 電源的重要參數(shù)有電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻、容量等。 家中常用的 1、2、5 號(hào)電池，標(biāo)有“1.5V”的字樣，這是什么意思? 三、歐姆定律 1. 內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流跟它兩端的電壓成正比，跟它的電阻成反比。 公式為： U I R 或?qū)懗蒛IR。 公式的適用范圍是金屬導(dǎo)體和電解液導(dǎo)體，對(duì)氣體導(dǎo)電不適用。應(yīng)用時(shí) UIR、三個(gè)物理量要對(duì)應(yīng)同一段電路。 2. 伏安特性曲線：研究部分電路歐姆定律時(shí)。因U是自變量，I為因變量，故常 畫IU圖線如下圖所示。圖線斜率 1 tan I UR ，圖中 21 RR。 四、電功和電

5、功率 1. 電功：電流做功。其實(shí)質(zhì)是電場(chǎng)力對(duì)電荷做功。電場(chǎng)力對(duì)電荷做功，電荷的電 勢(shì)能減少。電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。因此電功WqUUIt，這是計(jì)算電功普 遍適用的公式。單位時(shí)間內(nèi)電流做的功叫電功率， W PUI t ，這是計(jì)算電功率普 遍適用的公式。 2. 焦耳定律： 2 QI Rt，此式適用于任何電路求解熱功，生熱功率 PI2R 注意：純電阻電路和非純電阻電路 如果一段電路中只含有電阻元件稱之為純電阻電路，它有兩大基本特點(diǎn)：服從歐 姆定律 R U I 。電流通過純電阻電路時(shí)，電流做功所消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi) 能。 如果電路中除了含有電阻外，還包括電動(dòng)機(jī)、電解槽等能夠把電能轉(zhuǎn)化為其它形式 的

6、能的用電器，這種電路稱為非純電阻電路，其特點(diǎn)是：不服從歐姆定律，在非 純電阻電路中 UIR。電流通過電路時(shí)，電流做功消耗的電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外， 還要轉(zhuǎn)化成其它形式的能，如機(jī)械能、化學(xué)能等。 五、串并聯(lián)電路 1. 串聯(lián)電路 電流關(guān)系：電路中各處的電流強(qiáng)度都相等 II1I2I3 電壓關(guān)系：電路兩端的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和 UU1U2U3 電阻關(guān)系：串聯(lián)電路的總電阻等于各個(gè)導(dǎo)體的電阻之和 RR1R2R3 注意：1 串聯(lián)電路的總電阻大于任何一個(gè)電阻。 2 串聯(lián)電阻越多，總電阻越大。 3 電路中某一電阻變大，則總電阻變大。 電壓分配規(guī)律：串聯(lián)電路中各個(gè)電阻兩端的電壓跟它的阻值成正比，電阻具 有

7、分壓作用I R U R U R U R U N N 3 3 2 2 1 1 或 U1U2U3UnR1R2R3Rn 練習(xí)：兩白熾燈 A（220V，40W） 、B（220V、100W）串聯(lián)接入電路中，求電路 所能承受的最大電壓？ 電功率分配規(guī)律：串聯(lián)電路消耗的總功率等于各個(gè)電阻消耗的功率之和 P總P1P2P3Pn 或 UIU1IU2IU3IUnI 上述兩個(gè)公式適用于任何用電器。根據(jù)歐姆定律，上述公式可以寫成 I2R 總I2R1I2R2I2R3I2Rn 或 P總P1P2P3PnR總R1R2R3Rn 由此可知，對(duì)于由純電阻構(gòu)成的串聯(lián)電路，各個(gè)電阻消耗的功率與它的電阻值 成正比。 練習(xí)：將 A（220V

8、，40W） 、B（220V，100W）兩燈泡串聯(lián)后，接到 220V 的電路 中，哪個(gè)亮？ 2. 并聯(lián)電路 電壓關(guān)系：電路中各支路兩端的電壓相等 U總U1U2U3Un 電流關(guān)系：電路中干路中的電流等于各支路的電流之和 I總I1I2I3In 電阻關(guān)系：并聯(lián)電路的總電阻的倒數(shù)等于各電阻倒數(shù)之和 321 1111 RRRR總 注意：1 n 個(gè)電阻均為 R0的電阻并聯(lián)，R總Ro/n 2 并聯(lián)電路的總電阻小于任何一個(gè)支路的電阻。 3 并聯(lián)支路越多，總電阻越小。 4 某一支路電阻變大，則總電阻變大。 電流分配規(guī)律：并聯(lián)電路各支路中電流的分配與電阻成反比，電阻具有分流 作用 I總R總I1R1I2R2I3R3U

9、 或 II1I2I3 ： 321 1111 RRRR 練習(xí)：一燈泡（6V，3W）直接接入 6V，1.5A 的電路中，行不行？為什么？要 使燈泡接入電路中，且正常發(fā)光，怎么辦？ 電功率分配規(guī)律：在由純電阻構(gòu)成的并聯(lián)電路中，各個(gè)電阻消耗的電功率與 它的阻值成反比 由 R U P 2 可推出 P1R1P2R2P3R3U2 或 P1P2P3 ： 321 111 RRR 練習(xí)：（1）有兩個(gè)燈泡 A（220V，40W） 、B（220V，100W） ，并聯(lián)后接入 110V 的電路中，哪個(gè)亮？ （2）在如圖所示的電路中，三個(gè)電阻的阻值分別是： R19，R218，R318。設(shè)它們的電功率分別為 P1、P2和 P

10、3，則（ ） A. P1P2B. P2P3C. P2 2 1 P1D. P1P2P3 【典型例題】 例 1. 一個(gè)標(biāo)有“220V 60W”的白熾燈泡，加上的電壓 U 由零逐漸增大到 220V，在此過程中，電壓 U 和電流 I 的關(guān)系可用圖象表示，題中給出的四個(gè)圖線中， 肯定不符合實(shí)際的是 解析：圖線的斜率表示電阻，斜率越大，電阻越大，如果是曲線，表示電阻在不同 的電壓、電流時(shí)它的電阻是變化的，這時(shí)的電阻可以用該點(diǎn)和原點(diǎn)的連線的斜率來 表示， 燈泡在電壓加大過程中，燈絲中的電流增大，溫度升高，電阻變大，所以 B 正確，A 圖表示電阻不變，C 表示電阻變小，D 表示電阻先變大后變小，故答案選 AC

11、D。 答案：ACD 例 2. 如圖所示電路中，R1、R2都是 4W、100的電阻，R3是 lW、100的電阻， 則 A、B 間允許消耗的最大功率是 A. l.5WB. 9WC. 8WD. 9 8 W 解析：依題，R3上最大允許電壓為 VRPU101001 333 R1和 R2上最大允許電壓為 VRPUU201004 2221 R1和 R2串聯(lián)后，最大允許電壓為 VU40 12 所以 A、B 兩點(diǎn)間最大允許電壓為 VUUAB10 3 當(dāng) A、B 上電壓取最大值 UAB1OV 時(shí)，R1和 R2上消耗的功率為 W RR U P AB 5 . 0 100100 102 21 2 12 此時(shí) R3上消耗

12、的功率為 P31W，所以 WPPPAB5 . 115 . 0 312 答案：A 例 3. 下圖 AB 和 AB是長度均為 2km，每千米電阻值為 1的兩根輸電線。今發(fā) 現(xiàn)在距離 A 和 A等遠(yuǎn)的兩點(diǎn) C 和 C間發(fā)生漏電，相當(dāng)于在兩點(diǎn)間連接了一個(gè)電阻。 現(xiàn)用電動(dòng)勢(shì)為 90V，內(nèi)阻不計(jì)的電源接在 AA間時(shí)，測(cè)得 BB電壓為 72V。把此電源 接在 BB間時(shí)，測(cè)得 AA間電壓為 45V。由此可知 A 與 C 相距 km。 解析：當(dāng)電源接在 AA時(shí)，等效電路圖如下圖（甲）所示。當(dāng)電源接在 BB 時(shí)等效電路圖如下圖（乙）所示。 由甲圖可知： V RR R E RR R UBB7290 22 11 由乙

13、圖可知， V RR R E RR R UAA4590 22 22 由于導(dǎo)線電阻每千米為 1，則 2 21 RR 由可得：RR 8 1 1 由可得：RR 2 1 2 12 4RR 由可得 R10.4 因此，AC 的距離為 0.4km。 答案：0.4 例 4. 有一直流電動(dòng)機(jī)，把它接入 0.2V 電壓的電路中，電機(jī)不轉(zhuǎn)，測(cè)得電流為 0.4A；若把電機(jī)接入 2.0V 電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)正常工作，工作電流是 1.0A，求 電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的輸出功率多大?如果在電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住，電動(dòng) 機(jī)的發(fā)熱功率是多大? 解析：電動(dòng)機(jī)接入電路不轉(zhuǎn)時(shí)，無機(jī)械能輸出，相當(dāng)于純電阻電路，由題意可 以得到電動(dòng)機(jī)的

14、內(nèi)阻。 5 . 0 4 . 0 2 . 0 1 1 I U r 電動(dòng)機(jī)接入 2.0V 電壓的電路中正常工作時(shí) WWWrIIUP5 . 15 . 00 . 10 . 10 . 2 22 222 出 此時(shí)將轉(zhuǎn)子卡住，又相當(dāng)于純電阻電路，全部電功率用于發(fā)熱，所以 W r U P8 5 . 0 0 . 2 22 熱 點(diǎn)評(píng)此題著重考查了對(duì)熱功率、電功率的理解，以及純電阻電路和非純電阻電路的 功率計(jì)算。 【模擬試題】 1、關(guān)于電功和電功率，下列說法正確的是（ ） A、任何電路中的電功 WUIt，電熱 QI2Rt，且 WQ B、任何電路中的電功 WUIt，電熱 QI2Rt，且 W 有時(shí)不等于 Q C、電功

15、WUIt 在任何電路中都使用，QI2Rt 只有純電阻電路中使用 D、電功 WUIt、電熱 QI2Rt 只有純電阻電路中使用 2、根據(jù)歐姆定律，下列說法中正確的是（ ） A、從關(guān)系式 RU/I 可知，對(duì)于一個(gè)確定的導(dǎo)體來說，如果通過的電流越大， 則導(dǎo)體兩端的電壓也越大 B、從關(guān)系式 RU/I 可知，導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體中的 電流成反比 C、從關(guān)系式 IU/R 可知，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 D、從關(guān)系式 RU/I 可知，對(duì)于一個(gè)確定的導(dǎo)體來說，所加的電壓跟通過的電 流的比值是一確定值 3、有 a、b、c、d 四只電阻，它們的 IU 關(guān)系如圖所示

16、，則圖中電阻最大的是 （ ） A、a B、b C、c D、d I/A U/V 0 a b c d 4、鉛蓄電池的電動(dòng)勢(shì)為 2V，這表示（ ） A、電路通過 1C 電量，電源把 2J 的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?B、電源兩極間電壓為 2V C、電源內(nèi)電壓為 2V D、把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)比一節(jié)干電池大 5、關(guān)于形成電流的條件，下列說法正確的是（ ） A、導(dǎo)體中的自由電荷不停的移動(dòng) B、導(dǎo)體接在電路上 C、導(dǎo)體置于電場(chǎng)中 D、導(dǎo)體兩端存在電壓 6、電路中每分鐘有 60 萬億個(gè)自由電子通過橫截面積 0.610-6m2的導(dǎo)線，則電 路中的電流是（ ） A、0.046AB、1.6 m AC、16AD、0.1

17、6A 7、關(guān)于三條公式（1）PIU， （2）PI2R， （3）PU2/R，下列敘述正確的是（ ） A、公式（1）適用于任何電路的電熱功率 B、公式（2）適用于任何電路的電熱功率 C、公式（1） （2） （3）適用于任何電路的電功率 D、上述沒有一個(gè)正確 8、一根電阻絲，通過 2C 電荷量所消耗的電能為 8J，若在相同的時(shí)間內(nèi)通過 4C 的電荷量，該電阻絲上所加電壓和消耗的電能分別為（ ） A、4V，16J B、8V，16J C、4V，32J D、8V，32J 9、甲、乙兩根粗細(xì)相同的不同導(dǎo)線，電阻之比為 2：1，則兩根導(dǎo)線加相同的電 壓時(shí)，其電功率之比為（ ） A、8:1B、2:1C、1:2D、1:1 10、一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的電樞線圈的電阻是 R，其額定電壓是 U，額定功率是 P， 那么它正常工作時(shí)的電流（ ） A、等于 P/U，且大于 U/R B、等于 P/U，且小于 U/R C、等于 P/U，也等于 U/R D、不等于