（課標(biāo)版 5年高考3年模擬A版）2020年物理總復(fù)習(xí) 專題九 恒定電流課件

1、專題九恒定電流 高考物理（課標(biāo)專用）高考物理（課標(biāo)專用） 考點(diǎn)一電路的基本概念和規(guī)律考點(diǎn)一電路的基本概念和規(guī)律 考點(diǎn)考點(diǎn)清單清單 考向基礎(chǔ)考向基礎(chǔ) 一、電流一、電流 1.電流電流 (1)定義:電荷的定向移動(dòng)形成電流。 (2)公式:I=。(注意:a.如果是正、負(fù)離子同時(shí)向相反方向定向移動(dòng)形 成電流,q是兩種離子電荷量絕對(duì)值之和;b.電子繞原子核的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的 電流可等效為環(huán)形電流,電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),若周期為T,則其等效 電流I=) q t e T (3)方向:規(guī)定和正電荷定向移動(dòng)的方向相同,和負(fù)電荷定 向移動(dòng)的方向相反。 (4)性質(zhì):電流既有大小也有方向,但它的運(yùn)算遵守代數(shù)運(yùn)算規(guī)則,是標(biāo) 量。

2、 (5)單位:國(guó)際單位制中是安培(A),常用單位還有毫安(mA)、微安(A)。 2.形成電流的三種微粒:自由電子、正離子和負(fù)離子,其中金屬導(dǎo)體導(dǎo)電 時(shí)定向移動(dòng)的電荷是自由電子,液體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷是 正、負(fù)離子,氣體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷是自由電子、正離子和負(fù) 離子。 3.形成電流的條件:a.導(dǎo)體中存在自由電荷;b.導(dǎo)體兩端存在 電壓。 溫馨提示溫馨提示電流的四種求解方法 (1)利用定義式I=求解電流的大小,式中q是通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷 量。 (2)利用歐姆定律I=求解電流的大小。 (3)利用I=nqvS求解電流的大小,這是電流的微觀表達(dá)式,v為電荷定向移 動(dòng)的速率,S為導(dǎo)體的橫截面積,n為

3、導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù),q為每 個(gè)自由電荷的電荷量。 (4)利用等效法求解電流的大小,如電子繞原子核的運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形 電流,電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),若周期為T,利用等效法可求解電流I= 。 q t U R e T 二、電阻和電阻率二、電阻和電阻率 1.電阻反映了導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用。 2.電阻的定義式電阻的定義式:R=。 3.電阻定律電阻定律:同種材料的導(dǎo)體,其電阻與它的長(zhǎng)度成正比,與橫截面積 成反比;導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)。表達(dá)式R=。 4.電阻率是反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能的物理量,其特點(diǎn)是隨著溫度的改 變而變化。金屬的電阻率隨溫度升高而增大。 三、部分電路歐姆定律三、部分電路歐姆定律

4、 1.內(nèi)容內(nèi)容:通過(guò)一段電路的電流,跟這段電路兩端的電壓成正比,跟 U I l S 這段電路的電阻成反比。 2.表達(dá)式表達(dá)式:I=。 3.定律的適用范圍定律的適用范圍:金屬導(dǎo)電和電解液導(dǎo)電。 4.I-U圖線和圖線和U-I圖線圖線:a.在R一定的情況下,I正比于U,所以I-U圖線和U-I 圖線都是通過(guò)原點(diǎn)的直線,如圖甲、乙所示。I-U圖線中,R1R4。此時(shí),導(dǎo)體的電阻為U-I圖線的斜率,R=。b.在R變化 的情況下,I與U不再成正比,U-I圖線不再是直線,而是一條曲線,如小燈 泡的U-I圖線如圖丙所示,此時(shí)電阻R=,即電阻為圖線上的點(diǎn)與 坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率而不是切線的斜率。 U R U I U

5、I U I U I 1.電功電功:電流做功的實(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。電功W=qU=UIt,這 是計(jì)算電功普遍適用的公式。 2.電功率電功率:單位時(shí)間內(nèi)電流做的功叫電功率,P=UI,這是計(jì)算 電功率普遍適用的公式。 五、電熱和焦耳定律五、電熱和焦耳定律 1.電流通過(guò)電阻時(shí)產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt,這是普遍適用的電熱計(jì)算公式。 2.焦耳定律焦耳定律:電流通過(guò)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(shí)間成正比。 W t 四、電功和電功率四、電功和電功率 電功電熱電功率熱功率 意義電流在一段電路中所做的 功 電流通過(guò)電阻產(chǎn)生

6、的熱量單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功單位時(shí)間內(nèi)電阻產(chǎn)生的熱 量 公式W=UItQ=I2RtP電=UIP熱=I2R 聯(lián)系對(duì)純電阻電路,電功等于電熱:W=Q=UIt=I2Rt 對(duì)非純電阻電路,電功大于電熱:WQ 對(duì)純電阻電路,電功率等于熱功率:P電=P熱=UI=I2R 對(duì)非純電阻電路,電功率大于熱功率:P電P熱 3.電功和電熱、電功率和熱功率的比較電功和電熱、電功率和熱功率的比較 考向突破考向突破 考向考向電路的基本概念和規(guī)律電路的基本概念和規(guī)律 一、電流的微觀理解一、電流的微觀理解 三種速率的理解三種速率的理解 電子定向 移動(dòng)速率 金屬導(dǎo)體中的電流就是由自由電子的定向移動(dòng)形成的,可以證明電流 I=neS

7、v,其中v就是電子定向移動(dòng)的速率,一般為10-5m/s的數(shù)量級(jí) 電子熱運(yùn) 動(dòng)的速率 構(gòu)成導(dǎo)體的電子在不停地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng),由于熱運(yùn)動(dòng)中電子向各個(gè) 方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相等,故不能形成電流,常溫下電子熱運(yùn)動(dòng)的速率數(shù)量 級(jí)為105m/s 電流傳導(dǎo) 速率 電流傳導(dǎo)速率等于光速,閉合開關(guān)的瞬間,電路中各處以真空中光速c 建立電場(chǎng),在電場(chǎng)的作用下,電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)開始定向 移動(dòng),整個(gè)電路也幾乎同時(shí)形成了電流 二、電表的改裝二、電表的改裝 改裝成電壓表改裝成電流表 內(nèi)部電路 改裝原理串聯(lián)分壓并聯(lián)分流 改裝后 的量程 U=Ig(R+Rg) I=Ig 量程擴(kuò)大 的倍數(shù) n=n= 接入電阻 的阻值 R=-

8、Rg =(n-1)Rg R= = 改裝后的 總內(nèi)阻 RV=Rg+R =nRg RA= = g RR R g U U g I I g U I gg g I R II g 1 R n g g R R RR g R n 校對(duì)電路 備注(1)改裝后示數(shù)等于表頭與分壓電阻兩端電壓 之和 (1)改裝后示數(shù)等于通過(guò)表頭與分流電阻的電 流之和 (2)改裝后量程等于滿偏時(shí)表頭與分壓電阻兩 端電壓之和 (2)改裝后量程等于滿偏時(shí)通過(guò)表頭與分流電 阻的電流之和 (3)同一表頭改裝成的多量程電壓表,內(nèi)阻之 比等于量程之比 (3)同一表頭改裝成的多量程電流表,內(nèi)阻之 比等于量程的反比 (4)改裝后表頭滿偏電壓不變(4)

9、改裝后表頭滿偏電流不變 (5)改裝后指針偏角大小取決于通過(guò)表頭的電流大小 例例1如圖所示,甲、乙兩個(gè)電路都是由一個(gè)靈敏電流計(jì)G和一個(gè)變阻 器R組成的,下列說(shuō)法正確的是() 甲表是電流表,R增大時(shí)量程增大 甲表是電流表,R增大時(shí)量程減小 乙表是電壓表,R增大時(shí)量程增大 乙表是電壓表,R增大時(shí)量程減小 A.B.C.D. 解析解析電壓表串聯(lián)電阻分壓,電流表并聯(lián)電阻分流。所以甲表為電流 表,乙表為電壓表。并聯(lián)電路中電阻大時(shí)分流少,所以R增大時(shí)量程減 小;串聯(lián)電路中電阻大時(shí)分壓多,所以R增大時(shí)量程增大,故選C。 答案答案C 三、電動(dòng)機(jī)的三個(gè)功率及關(guān)系三、電動(dòng)機(jī)的三個(gè)功率及關(guān)系 輸入功率電動(dòng)機(jī)的總功率。由

10、電動(dòng)機(jī)電路中的電流和電壓決定,即P總=P入=UI 輸出功率電動(dòng)機(jī)做有用功的功率,也叫機(jī)械功率 熱功率電動(dòng)機(jī)的線圈有電阻,電流通過(guò)線圈時(shí)會(huì)發(fā)熱,熱功率P熱=I2r 三者關(guān)系P總=P出+P熱 效率 =100%=100% 說(shuō)明(1)正常工作的電動(dòng)機(jī)是非純電阻元件可等效為一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)元件Z和 電阻R的串聯(lián) 電動(dòng)機(jī)因故障或其他原因不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),相當(dāng)于一個(gè)純電阻元件 (2)在純電阻電路中電功等于電熱W=Q,IUt=I2Rt 在非純電阻電路中電功大于電熱WQ,W=Q+E P P 出 入 P P 出 總 例例2在研究微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí),可采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路。當(dāng)調(diào) 節(jié)滑動(dòng)變阻器R,使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電流表和電壓表

11、的示數(shù)分別為0. 5A和1.0V;重新調(diào)節(jié)R,使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),電流表和電壓表的示 數(shù)分別為2.0A和15.0V。則有關(guān)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的說(shuō)法正確的 是() A.電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻為2 B.電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻為7.5 C.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為30W D.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為22W 解析解析當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R,使電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)將電動(dòng)機(jī)視為純電阻 元件,電壓表與電流表示數(shù)之比等于電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻的阻值,則R內(nèi)= =2,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),電動(dòng)機(jī)的輸出功率為P出 =UI-I2R內(nèi)=22W,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。 1.0 0.5 答案答案AD 考點(diǎn)二閉合電路歐姆定律考點(diǎn)二閉合電路歐姆

12、定律 考向基礎(chǔ)考向基礎(chǔ) 一、電動(dòng)勢(shì)一、電動(dòng)勢(shì) 1.物理意義物理意義:反映不同電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小的物 理量。電動(dòng)勢(shì)大,說(shuō)明電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大;電動(dòng) 勢(shì)小,說(shuō)明電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)小。 2.大小大小:等于外電路斷開時(shí)的路端電壓,數(shù)值上也等于把1C的正 電荷從電源負(fù)極移到正極時(shí)非靜電力所做的功。 3.電動(dòng)勢(shì)的方向電動(dòng)勢(shì)的方向:電動(dòng)勢(shì)雖是標(biāo)量,但為了研究電路中電勢(shì)分布的需要, 我們規(guī)定由負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部指向正極的方向(即電勢(shì)升高的方向)為電 動(dòng)勢(shì)的方向。 二、閉合電路歐姆定律二、閉合電路歐姆定律 1.內(nèi)容內(nèi)容:閉合電路中的電流跟電源電動(dòng)勢(shì)成正比,跟 內(nèi)

13、、外電路電阻之和成反比,這個(gè)結(jié)論叫做閉合電路歐姆定律。 2.表達(dá)式表達(dá)式:a.電流表達(dá)式I=; b.電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式E=IR+Ir=U+Ur。 3.適用范圍適用范圍:外電路是純電阻的電路。 三、路端電壓三、路端電壓U 外電路兩端的電壓叫路端電壓,即電源的輸出電壓,U=E-Ir。 1.當(dāng)外電阻R增大時(shí),I減小,內(nèi)電壓減小,路端電壓增大。 當(dāng)外電路斷開時(shí),I=0,U=E。 2.當(dāng)外電阻減小時(shí),I增大,內(nèi)電壓增大,路端電壓減小。 E Rr 當(dāng)電源兩端短路時(shí),外電阻R=0,I=,U=0。 3.路端電壓也可以表示為U=IR=,也可以得到路端電壓隨外 電阻增大而增大的結(jié)論。 四、閉合電路的四、閉合電路的U-I

14、圖像圖像 如圖甲所示為閉合電路的U-I圖像,由U=E-Ir知,圖線為一條直線,縱軸截 距為電源電動(dòng)勢(shì),橫軸截距為短路電流,圖線的斜率的絕對(duì)值等于電源 內(nèi)阻。 E r ER Rr E r 1 R 甲乙 由于一般電源的內(nèi)阻r很小,故外電壓U隨電流I的變化不太明顯,實(shí)際得 到的圖線往往很平,只占用坐標(biāo)紙一小部分,為充分利用坐標(biāo)紙,往往將 橫軸向上移,如圖乙所示。此時(shí)應(yīng)注意,I1并非短路電流,不可盲目用它 求內(nèi)阻,但縱軸截距仍代表電動(dòng)勢(shì)E,圖線斜率的絕對(duì)值仍等于內(nèi)阻r。 考向突破考向突破 考向一考向一動(dòng)態(tài)電路的分析動(dòng)態(tài)電路的分析 1.程序法程序法 (1)確定電路的外電阻(R外總)如何變化。 說(shuō)明說(shuō)明當(dāng)

15、外電路的任何一個(gè)電阻增大(或減小)時(shí),外電路的總電阻一 定增大(或減小)。 若開關(guān)的通斷使串聯(lián)的用電器增多時(shí),總電阻增大;若開關(guān)的通斷使 并聯(lián)的支路增多時(shí),總電阻減小。 在如圖所示的分壓電路中,滑動(dòng)變阻器可以視為由兩段電阻構(gòu)成,其 中一段與用電器并聯(lián)(以下簡(jiǎn)稱并聯(lián)段),另一段與并聯(lián)部分串聯(lián)(以下簡(jiǎn) 稱串聯(lián)段)。設(shè)滑動(dòng)變阻器的總電阻為R,燈泡的電阻為R燈,與燈泡并聯(lián) 的那一段電阻為R并,則分壓器的總電阻為 R總=R-R并+=R-=R-。 R R RR 燈并 燈并 2 R RR 并 燈并 2 1 R1 RR 燈 并并 由上式可以看出,當(dāng)R并減小時(shí),R總增大;當(dāng)R并增大時(shí),R總減小。由此可以 得出結(jié)

16、論:分壓器總電阻的變化情況,與并聯(lián)段電阻的變化情況相反,與 串聯(lián)段電阻的變化情況相同。 (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。 E Rr 外總 (6)確定支路兩端的電壓如何變化以及通過(guò)各支路的電流如何變化。 2.結(jié)論法結(jié)論法 當(dāng)局部電阻Rn變化時(shí),與Rn串聯(lián)的電阻R的功率P、電流I、電壓U與Rn變 化相反,簡(jiǎn)稱串聯(lián)反變或串反,如圖(a)。而與Rn并聯(lián)的R上,IR、UR、PR與 Rn的變化相同

17、,簡(jiǎn)稱并聯(lián)同變或并同,如圖(b)?？偡Q串反并同。 (a)(b) 例例1在如圖所示的電路中,E為電源的電動(dòng)勢(shì),r為電源的內(nèi)電阻,R1、R2 為可變電阻,在下列敘述的操作中,可以使燈泡L變暗的是() A.僅使R1的阻值增大B.僅使R1的阻值減小 C.僅使R2的阻值增大D.僅使R2的阻值減小 解析解析解法一:當(dāng)僅使R1電阻增大時(shí),閉合電路總電阻增大,由閉合電路 歐姆定律可知閉合電路總電流減小,路端電壓增大,流經(jīng)R2的電流增大, 故流經(jīng)燈泡的電流減小,則燈泡的實(shí)際功率減小,燈泡變暗;反之,當(dāng)僅使 R1電阻減小時(shí),燈泡變亮,選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤。當(dāng)僅使R2電阻增大時(shí),閉 合電路總電流減小,路端電壓增大,燈

18、泡兩端電壓增大,燈泡變亮;反之,當(dāng) 僅使R2電阻減小時(shí),燈泡變暗,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確。 解法二:利用“串反并同”法,要使L變暗、電流變小,需要增大R1或者減 小R2,所以選項(xiàng)A、D正確。 答案答案AD 考向二考向二電路的分析計(jì)算電路的分析計(jì)算 1.閉合電路中的功率閉合電路中的功率 (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)。 例例2如圖所示電路,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r。當(dāng)開關(guān)S閉合后,小型直 流電動(dòng)機(jī)M和指示燈L都恰能正常工作。已知指示燈L的電阻為R0,額定 電

19、流為I,電動(dòng)機(jī)M的線圈電阻為R,則下列說(shuō)法中正確的是() A.電動(dòng)機(jī)的額定電壓為IR B.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為IE-I2R C.電源的輸出功率為IE-I2r D.整個(gè)電路的熱功率為I2(R0+R+r) 解析解析指示燈正常工作,通過(guò)它的電流為額定電流I,指示燈與電動(dòng)機(jī)串 聯(lián),所以通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流也等于I。電動(dòng)機(jī)為非純電阻元件,電動(dòng)機(jī)的 額定電壓UIR,根據(jù)閉合電路歐姆定律,可得電動(dòng)機(jī)的額定電壓U=E-I (R0+r),選項(xiàng)A錯(cuò)。電動(dòng)機(jī)的輸出功率為總功率減去熱功率P出=UI-I2R=EI -I2(R0+r)-I2R,選項(xiàng)B錯(cuò)。電源的輸出功率P=EI-I2r,選項(xiàng)C對(duì)。整個(gè)電路的 熱功率P=I2(R0

20、+R+r),選項(xiàng)D對(duì)。 答案答案CD 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(dāng)R= r時(shí),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。由圖像還可知,對(duì)應(yīng)于電源的非最大輸出功率P可以有兩個(gè) 不同的外電阻R1和R2,當(dāng)Rr時(shí),若R增大,則 P出減小。 2 2 E (Rr) 2 2 E (Rr)4 R Rr 2 2 E (Rr) 4 R r 2 E 4r 說(shuō)明說(shuō)明上面的結(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。在電源的內(nèi)電阻不變時(shí),電源的輸出功率(即外電阻上 消耗的功率)隨外電阻的變化不是單調(diào)的,存在極值;當(dāng)外電阻等于內(nèi)電 阻時(shí),輸出功率達(dá)到最大值。如果一個(gè)電路的外電阻固定不變,當(dāng)電源 的內(nèi)電阻發(fā)生變化時(shí),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(dāng)內(nèi)電阻最小時(shí),輸出功率最大。 (2)電源效率:指電源的輸出功率與電源的功率之比,即=。 對(duì)純電阻電路:=,所以當(dāng)R增大時(shí),效率提高,當(dāng)R =r時(shí),電源有最大輸出功率,但效率僅為50%,并不高。 P P 出 IU IE U E 2 2 I I () R Rr R Rr 1 r