高二物理寒假專題 直流電路 北師大版1

1、高二物理 專題 直流電路二. 教學(xué)過程： 1. 電流是自由電荷在電場力作用下做定向移動形成的。在導(dǎo)體中存在著大量的能自由移動的電荷，這種電荷叫自由電荷。如金屬導(dǎo)體中的自由電荷是自由電子。通常將物體按導(dǎo)電性能的不同分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體，其實質(zhì)就是含有自由電荷的多少不同。 2. 電流強度：表示電流大小的物理量，定義式為Iq/t 決定式為IU/R（金屬） 電流強度是七個基本物理量之一，是標(biāo)量。但電流有方向，規(guī)定正電荷定向移動的方向叫做電流方向。電流強度的單位名稱叫安培，符號為“A”，是國際單位制中的七個基本單位之一，也是電學(xué)中惟一的一個基本單位。 3. 部分電路歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是IU/R或U

2、IR。 在UI坐標(biāo)系中，歐姆定律的圖像是一條過原點的直線，如圖所示，tanU/IR，R1R2。該曲線也叫金屬導(dǎo)體的伏安特性曲線。 4. 電路的等效變換 （1）在電路中理想的電流表內(nèi)阻RA0，即原電流表處短接。理想電壓表內(nèi)阻RV，即將電壓表去除，如果電路中有電容，只要未被擊穿，都要視為斷路。 （2）對電路中等電勢的各點，既可看成用導(dǎo)線直接連接，也可看成它們間斷路。 （3）分支法：順著電流方向逐級分析。 5. 電路分析 （1）首先將電路等效成由幾部分組成的串聯(lián)電路，按串聯(lián)電路的特點將電壓、功率分配到各部分。 （2）再對具有支路的某一部分按并聯(lián)電路的特點，將電流、功率分配到各支路。 （3）在分析電路

3、中物理量變化時，應(yīng)先分析電阻值不變的那部分電路，再由串、并聯(lián)電路的特點分析電阻值變化的那部分電路。 6. 連成限流電路：滑動變阻器R、負(fù)載RL串聯(lián)接在電路中，用來控制通過負(fù)載的電流大小，起限流作用，接線方式有如下圖所示甲、乙兩種，兩種接線方式在電路中的作用完 7. 連成分壓電路：將負(fù)載RL與滑動變阻器的一部分電阻R1并聯(lián)，再與另一部分電阻R2串聯(lián)如圖所示，負(fù)載RL兩端電壓的變化范圍為0U，通過負(fù)載RL的電流變化范圍為0減小，所加電壓U不變時，由串聯(lián)電路的電壓分配關(guān)系可知，加在負(fù)載RL上的電壓增大。負(fù)載RL兩端電壓UL的表達(dá)式為 時，負(fù)載RL兩端電壓UL與R1成正比，因此在實際應(yīng)用中要使負(fù)載的電

4、壓降的變化與滑片位置的變化成線性關(guān)系，必須選用阻值遠(yuǎn)小于負(fù)載的滑動變阻器。 8. 滑動變阻器是電路中重要的控制元件?；瑒幼冏杵鞯倪B接，滑動變阻器阻值變化情況分析，滑動變阻器對電壓、電流調(diào)控作用分析常常是電路分析中的出發(fā)點或關(guān)鍵所在。也是電學(xué)實驗對學(xué)生基本實驗技能的要求，是高考實驗考查的重點內(nèi)容。 滑動變阻器的分壓、限流兩種接法，均可起到調(diào)壓、限流作用，但調(diào)節(jié)范圍不同，功率損耗不同。如下左圖所示，設(shè)電源電壓為U，當(dāng)滑動觸頭在AB之間滑動時，電阻R上 9. 電源的電動勢與內(nèi)電壓和外電壓的關(guān)系 閉合電路可以看做是由兩部分組成的。一部分是電源外部的電路，叫做外電路；另一部分是電源內(nèi)部的電路，叫做內(nèi)電路

5、，內(nèi)電路也有電阻，電流在內(nèi)電路通過，也要受到阻礙作用。例如，電流通過發(fā)電機電樞的導(dǎo)線時，或通過電池內(nèi)部的溶液時，都要受到阻礙作用。內(nèi)電路的電阻常簡稱內(nèi)阻（r），閉合電路中有電流通過時，內(nèi)、外電路的兩端都有電壓。內(nèi)電路兩端的電壓叫內(nèi)電壓U'，外電路兩端的電壓叫外電壓U。 閉合電路中通過q的電荷時，電源提供的電能WEq，由于電流做功，在外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能W1Uq，在內(nèi)電路中電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能W2U'q，由能量守恒定律可知： 上式說明，在閉合電路中，電源的電動勢等于外電壓和內(nèi)電壓之和，值得注意的是，UU'不叫電動勢，而只是數(shù)值上等于電動勢，電動勢為2.0V，外電壓和內(nèi)

6、電壓之和等于2.0V，各表示什么物理意義，請思考。 當(dāng)電源與外電路斷開時，由于在電源兩極間出現(xiàn)一確定值的電勢差，即斷路時的外電壓，表明單位電荷在兩極間儲存了一定量的電能，這是電源具有把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的必然結(jié)果。因此，電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓，即EU斷。 在閉合電路中，若外電路為電阻電路，外電阻為R，根據(jù)部分電路歐姆定律，外電壓UIR，內(nèi)電壓U'Ir，由EUU'可知： 上式說明，閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路中的電阻之和成反比。這個結(jié)論就叫做閉合電路的歐姆定律。 閉合電路的歐姆定律是關(guān)于電路的一條重要定律，它是能量守恒定律在閉

7、合電路中的一種特殊表現(xiàn)形式。閉合電路的歐姆定律跟部分電路歐姆定律研究的對象不同，前者研究的是包括電源的整個閉合電路中的I、E、Rr的對應(yīng)關(guān)系，后者研究的是不含電源的某一部分電路中的I、U、R的對應(yīng)關(guān)系。 10. 兩個重要問題的討論 （1）路端電壓隨外電阻變化的關(guān)系。在分析路端電壓U隨外電阻R的變化關(guān)系時，首先要明確哪些量是不變的（電源電動勢E和內(nèi)阻r一般不變）。哪些量是變化的，誰是自變量（外電阻R），誰是因變量（電流I，內(nèi)電壓U內(nèi)，外電壓U外等）。其次，要注意推理的邏輯順序，并通過公式變形來幫助分析和說明。 討論內(nèi)容可歸納如下： （2）電源輸出功率和效率的討論 左圖所示的圖像定性地表示。由圖像

8、可知，對應(yīng)于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。由圖像還可知當(dāng)Rr時，若R增大，則P出增大；當(dāng)Rr時，若R增大，則P出減小。值得注意的是，上面的結(jié)論都是在電源的電動勢E和內(nèi)阻r不變的情況下適用，例如右圖所示電路中E3V，r0.5，R01.5，變阻器的最大阻值R10，在R？時，R消耗的功率才最大，此種情況可以把R0歸入內(nèi)電阻，即當(dāng)RR0消耗的功率才最大，有些同學(xué)套用了上述的方法，把R歸為內(nèi)阻，調(diào)節(jié)R使內(nèi)阻RrR0，這樣套用是錯誤的！此時應(yīng)該用另一種思考方法求解，因為R0是定值電阻，由PI2R0知，只要電流最大，P就最大，所以當(dāng)把R調(diào)到零時，R0上有最大功率，消耗的最大功率時，

9、應(yīng)注意區(qū)分“可變與定值”這兩種情況，兩種情況中求解的思路和方法是不相同的。 當(dāng)Rr，電源有最大輸出功率時，效率僅為50%，效率并不高。 例1. 用最大阻值為28的滑動變阻器控制一只“6V，3W”燈泡的發(fā)光程度，分別把它們連成限流和分壓電路接在9V的恒定電壓上，通過計算回答以下問題。 （1）兩種電路中燈泡的電流、電壓調(diào)節(jié)范圍。 （2）兩種電路中要求滑動變阻器的最大允許電流以及電路中消耗的最大功率。 解析：（1）燈泡的額定電流為： 連成限流電路有（如圖所示） 故電流調(diào)節(jié)范圍為0.2250.5A，電壓調(diào)節(jié)范圍為2.76V。 連成分壓電路（如圖所示） 故電流調(diào)節(jié)范圍為00.5A，電壓調(diào)節(jié)范圍為06V。

10、 （2）限流電路中，滑動變阻器允許的最大電流II00.5A 電路中消耗的最大功率為： 分壓電路中有 解<1><2><3>式得滑動變阻器允許的最大電流 電路中消耗的功率為： 說明：通過上面分析得出以下結(jié)論：分壓電路比限流電路對燈泡的電流、電壓調(diào)節(jié)范圍更大，并且分壓電路對燈泡的電流、電壓的調(diào)節(jié)可以從零開始；分壓電路要求滑動變阻器的額定電流大，而且在燈泡消耗相同的功率情況下，整個分壓電路比限流電路消耗的功率更大，因此效率更低。 例2. 家用電熱滅蚊器中電熱部分的主要元件是PCT元件，PCT元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率與溫度的關(guān)系如圖所示，由于這

11、種特性，因此PCT元件具有發(fā)熱、控溫雙重功能，對此，以下判斷中正確的是（ ） A. 通電后，其電功率先增大后減小 B. 通電后，其電功率先減少后增大 C. 當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)熱量相等時，溫度保持在t1不變 D. 當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)熱量相等時，溫度保持在t2不變 解析：加在電熱滅蚊器上的電壓一定，設(shè)為U，根據(jù)公式PU2/R和RL/S，可導(dǎo)出PU2S/L，由此可知P與成反比，根據(jù)圖中曲線知先減小后增大，故功率P先增大，后減小，選項A對B錯。 再根據(jù)曲線分析通電后在溫度達(dá)t1前，PCT元件溫度不斷升高，當(dāng)溫度超過t1時，PCT元件顯控溫功能，可使溫度控制在t1t2之間，從而呈現(xiàn)發(fā)熱和控溫雙重功能

12、，故C、D錯。 例3. 投影儀的光源是強光燈泡，發(fā)光時必須用風(fēng)扇給予降溫?，F(xiàn)設(shè)計投影儀的簡易電路，要求：帶動風(fēng)扇的電動機先啟動后，燈泡才可以發(fā)光；電動機未啟動，燈泡不可以發(fā)光。電動機的電路元件符號是M，下圖中符合設(shè)計要求的是（ ） 解析：本題是電路設(shè)計，關(guān)鍵是對設(shè)計要求能做出正確的判斷：（1）電動機和燈要能各自獨立工作，互不影響，兩者必須是并聯(lián)；（2）要能保證電動機先啟動。A是串聯(lián)，B是電動機和燈泡同時工作；C若先合上S1燈不亮，電動機也不啟動，若先合上S電動機先啟動，再合上S1燈泡才工作，符合設(shè)計要求；D若合上S后，先合上S1燈泡就開始工作，而電動機還沒啟動，不符合要求。 答案：C 例4.

13、在如圖所示的電路中，電源的電動勢E3.0V，內(nèi)阻r1.0，電阻R110，R210，R330，R435；電容器的電容C100F，電容器原來不帶電。求接通開關(guān)S后流過R4的總電量。 解析：由電阻的串并聯(lián)公式，得閉合電路的總電阻為： 例5. 如圖所示，在測定電流表內(nèi)阻的實驗中，所給實驗器材如下： I. 導(dǎo)線及開關(guān)若干 為盡量減小誤差，則 （1）R1應(yīng)選_，R2應(yīng)選_，電源應(yīng)選_。 （2）考慮到實測電流表內(nèi)阻的偏差，以此結(jié)果改裝的伏特表，其讀數(shù)比實測值偏_。 解析：我們知道，半值法測定電流表內(nèi)阻的實驗步驟：先閉合S1、斷開S2，調(diào)節(jié)R1，使電流表指針達(dá)到滿偏。再閉合S2，調(diào)節(jié)R2大小，使電流表指針指至

14、半偏處，讀出R2的值。并認(rèn)為它就是電流表的內(nèi)阻。在本實驗中，我們認(rèn)為閉合S2前后，干路電流基本不變，我們這樣認(rèn)為的條件就是R1的電阻足夠大。本題題目中所給的幾個可變電阻器中，我們無疑選擇大的，即C。 而對R2的要求是能讀數(shù)，并不要求很大，自然選B。 對電源的確定，我們要經(jīng)過少量計算： 由于R1越大越好，我們不妨取電阻箱的最大值，即99999（大約是105） 在符合條件的電源D和E中，我們自然選擇電動勢大的，即E。 在實驗完畢后，我們進(jìn)行誤差分析：閉合S2后，電路總電阻減小，干路電流增大，而那么R2比Rg要小些，即測出的電流表內(nèi)阻偏小，用它來改裝伏特表，測出的電壓值自然也偏小?！灸M試題】 1.

15、 節(jié)日彩燈是由若干只小燈泡串聯(lián)接到照明電路上的，現(xiàn)有下列四組燈泡供選用，較為合適的是（ ） A. 10只“12V，10W”B. 10只“220V，15W” C. 15只“15V，3W”D. 30只“9V，2W” 2. 如圖所示，兩個定值電阻串聯(lián)后接在輸出電壓U12V的穩(wěn)壓電源上，有人把一個內(nèi)阻不是遠(yuǎn)大于的伏特表接在R1的兩端時，示數(shù)為8V，如果把此表改接在R2的兩端，則示數(shù)將為（ ） A. 小于4VB. 大于4V小于8V C. 等于4VD. 等于或大于8V 3. 一個安培表，刻度盤的每1小格代表，內(nèi)阻為。如果把它改裝成量程較大的安培表，刻度盤的每一小格代表，則（ ） A. 給它串聯(lián)一個電阻，阻

16、值為 B. 給它串聯(lián)一個電阻，阻值為 C. 給它并聯(lián)一個電阻，阻值為 D. 給它并聯(lián)一個電阻，阻值為 4. 在總電壓不變的條件下，黃昏時電燈比深夜暗，是因為黃昏時（ ） A. 線路中總電阻變大，電流變小 B. 總電流一定，支路增多分去了電流 C. 干線電流過大，線路損失電壓增大 D. 總電阻變小，每支路電流增大 5. 粗細(xì)均勻的金屬杯上的a、b、c、d四點把其周長分為四等分，如圖所示。當(dāng)a、b兩點接入電路中時，圓環(huán)消耗的電功率為P；當(dāng)把a、d兩點接入同一電路中時（即保持電壓U不變），圓環(huán)消耗的功率為（ ） A. P/4B. PC. 4P/3D. 3P 6. 電飯鍋工作時有兩種狀態(tài)：一種是鍋內(nèi)水

17、燒開前的加熱狀態(tài)，另一種是鍋內(nèi)水燒干后的保溫狀態(tài)，如圖所示是電飯鍋電路原理示意圖，S是用感溫材料制造的開關(guān)。下列說法中不正確的是（ ） A. 其中R2是供加熱用的電阻絲 B. 當(dāng)開關(guān)S接通時電飯鍋為加熱狀態(tài)，S斷開時為保溫狀態(tài) C. 要使R2在保溫狀態(tài)時的功率為加熱狀態(tài)時的一半，R1/R2應(yīng)為21 D. 要使R2在保溫狀態(tài)時的功率為加熱狀態(tài)時的一半，R1/R2應(yīng)為 7. 如圖所示，a、b、c三盞燈都能發(fā)光，且在電路變化時，燈不被燒壞。試判斷：當(dāng)滑動變阻器的觸頭P向上移動時，3盞燈亮度的變化情況為（ ） A. c變亮，a、b變暗 B. a、b變亮，c變暗 C. a、c變亮，b變暗 D. a變亮，

18、b、c變暗 8. 如圖所示為白熾燈（規(guī)格為“220V，100W”）、（規(guī)格為“220V，60W”）的伏安特性曲線（IU圖象），則根據(jù)該曲線可確定將兩燈串聯(lián)在220V的電源上時，兩燈的實際功率之比大約為（ ） A. 12B. 35C. 53D. 13 9. 如圖所示的電路中，A、B兩燈原來均正常發(fā)光，忽然B燈比原來亮了，如果這種現(xiàn)象是因為電路中某處發(fā)生了斷路的故障造成的，那么發(fā)生這種故障的可能是（ ） A. 斷路B. 斷路 C. 斷路D. 燈A斷路 10. 額定電壓都是110V，額定功率的A、B兩燈，接在220V的電路中，使電燈均正常發(fā)光，又使電路消耗的電功率最小的電路是下圖中的（ ） 11.

19、金屬導(dǎo)體由同種材料不同截面積的兩部分連接而成（如圖所示）。現(xiàn)使導(dǎo)體中通過如圖所示方向的電流I，設(shè)自由電子在截面積較大的一段導(dǎo)體中定向運動的速率是，在截面積較小的一段導(dǎo)體中運動的速率是，并且粗段導(dǎo)體中的電場強度為，細(xì)段導(dǎo)體中的電場強度為，則（ ） A. B. C. D. 12. 一個標(biāo)明“1k、40W”的電阻器，允許通過這個電阻器的最大電流為_ A。允許加在這個電阻器上的最大電壓是_V，當(dāng)加在這個用電器上的電壓是10V時，它消耗的功率為_W。 13. 在下圖電路中，直流發(fā)電機電動勢E250V，繞組電阻r3，電路中裝有50只完全相同的電熱器，每只電熱器的額定電壓為220V，額定功率為1000W，其他電阻不計，并且不計電熱器電阻隨溫度的變化。 （1）當(dāng)接通幾只電熱器時，實際使用的電熱器都能正常工作？ （2）當(dāng)接通幾只電熱器時，發(fā)電機輸出功率最大？ （3）當(dāng)接通幾只電熱器時，電熱器組加熱物體最快？ （4）當(dāng)接通幾只電熱器時，電阻上消耗的功率最大？ （5）當(dāng)接通幾只電熱器時，實際使用的每只電熱器中電流最大？ 14. 如圖所示，兩個電阻和串聯(lián)后接在的電