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2021年上海市高二第一学期物理培优讲义第10讲-高二第一学期期中复习教案
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这是一份2021年上海市高二第一学期物理培优讲义第10讲-高二第一学期期中复习教案,共35页。
精锐教育1对3辅导讲义
学员姓名: 学科教师:江义坤
年 级:高二 辅导科目:物理
授课日期
时 间
A / B / C / D / E / F 段
主 题
高二第一学期期中复习
学习目标
1、 复习巩固每一章节知识点
2、 对于这部分题型进行训练
教学内容
教法指导:本环节采用提问抢答的进行,如果学生的抢答不积极,可以适当采用轮换回答的方式进行。建议时间10分钟。
1.改变内能的两种方式——_____________和_____________。
2.能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,它只能从一种形式_____为另一种形式,或者从一个系统(物体)_____到另一个系统(物体),在转化和转移的过程中其_____不变.
3.元电荷:科学实验发现的最小电荷量是电子的电荷量,用e表示,e=______________.
4.库仑定律 :真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的_____________成正比,与它们的_____________成反比,作用力的方向在__________________.
5.电场强度:放入电场中某点的电荷所受的_______跟它的____________的比值.方向:________在该点的受力方向,是矢量
6.电场力做功和电势能变化的关系:电场力对电荷做正功,电荷的电势能________;电荷克服电场力做功,电荷的电势能________。
7.顺着电场线方向电势________________。
8.等量异号电荷连线的中垂线的电势为_____________。
9.串联电路
(1)电路中各处电流强度关系____________________________________。
(2)电路两端的总电压和各部分电路两端电压关系____________________________________。
(3)总电阻和各个导体电阻关系____________________________________。
10.并联电路
(1)电路中各处电流强度关系____________________________________。
(2)电路两端的总电压和各部分电路两端电压关系____________________________________。
(3)总电阻和各个导体电阻关系____________________________________。
11.电流做了多少功,就有多少电能转化为_________________________。
教法指导:本环节采用提问抢答的进行,如果学生的抢答不积极,可以适当采用轮换回答的方式进行。建议时间10分钟。
一、
【知识梳理—气体定律 分子动理论】
1、内能:物体内所有分子热运动的动能和相互作用势能的总和。
(1)分子动能:由于分子做永不停息的无规则运动所具有的动能。(单个分子动能无意义,整体统计)
分子平均动能:标志,温度T,温度越高,分子平均动能越大。
(2)分子势能:由分子间相互作用和分子间相对位置决定的能量。
分子力做正功时分子势能减小;分子力作负功时分子势能增大。当r=r0即分子处于平衡位置时分子势能最小。不论r从r0增大还是减小,分子势能都将增大。
微观上,分子间距离变化时,分子势能变化。宏观上,分子势能的大小变化可通过体积来反映。
任何物体都有内能。物体的内能大小是由质量、温度、体积和物态来决定。
但对于理想气体内能:理想气体分子间无相互作用力,无分子势能,其内能仅是分子动能总和,与分子数N,温度T有关。故对一定质量理想气体,内能仅由温度T决定。
2、改变内能的两种方法:做功和热传递
内能与热量区别:内能状态量,热量是过程量,只有发生热传递,内能发生变化时,才有吸收或放出热量。
虽然做功和热传递对改变物体的内能是等效的,但是这两种方式的物理过程有本质的区别。做功使物体内能改变的过程是机械能转化为内能的过程。而热传递的过程只是物体之间内能的转移,没有能量形式的转化。
气体做功的计算:W=pΔV,式中,p为气体的压强(或平均压强),ΔV为气体体积的增量。
3、内能变化——热力学第一定律
状态变化过程通常是做功和热传递同时发生,系统内能的增加等于外界对系统做功与热传递系统从外界吸收热量的总和。公式:ΔU=W+Q 若题中明确为绝热即Q=0,这样,气体内能改变仅由气体是否做功来决定。
热力学第一定律是对能量守恒和转换定律的一种表述方式。
4、能的转化和守恒定律:
能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一个物体转移到另一个物体(热传递),或从一种形式转化成另一种形式(做功),能量的总和保持不变。 故:第一类永动机不可能制成。
5、热力学第二定律:
①自然界进行的涉及热现象的过程都具有方向性,是不可逆的。
②热传递中,热量自发的从高温物体传向低温物体。功可以完全生热,即机械能可以完全转化为内能。但不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其它变化。(空调制冷,消耗电能做功)也不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其它变化。
故:第二类永动机不可能制成,违背了热力学第二定律。
【例题精讲—气体定律 分子动理论】
例1、金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物,有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是( )
A.迅速向里推活塞 B.迅速向外拉活塞
C.缓慢向里推活塞 D.缓慢向外技活塞
【解析】物体内能的改变有两种方式,做功和热传递,而且两者是等效的.迅速向里推活塞,外界对气体做功,而且没来得及进行充分热交换,内能增加温度升高,如果达到燃点即点燃,故A正确.迅速向外拉活塞气体对外做功,内能减小,温度降低,故B错.缓慢向里推活塞,外界对气体做功,但由于缓慢推,可充分进行热交换无法确定温度情况,故C错.同理D错.
【答案】A
例2、如图所示,密闭绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部。另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP (弹簧处于自然长度时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程( )
A.EP全部转换为气体的内能
B.EP一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
C.EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D.EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
【解析】由于气缸和活塞密闭绝热,那么气体与外界就无热交换。活塞与器壁的摩擦忽略不计,则也没有摩擦生热的问题。最初弹簧的弹性势能比较大,绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,说明弹簧的长度比断开前长,活塞上升,重力势能增大。活塞有重力,气体对活塞有向下的压力,所以最终弹簧还是要被压缩,有弹性势能。弹簧形变量减小,气体体积较小,内能增加。选D。
【答案】D
例3、 关于分子势能以下说法正确的是( )
A.分子势能只由分子引力决定 B.分子势能跟物体的体积有关
C.物体体积增大时,分子势能一定增加 D.物体体积减小时,分子势能一定减小
【解析】:本题要求学生熟悉内能产生以及内能与分子间距离、物体体积的关系。
【答案】B
【巩固测试—气体定律 分子动理论】
1、关于物体内能,下列说法中正确的是( )
A.相同质量的两个物体,升高相同的温度内能增量一定相同;
B.在一定条件下,一定量00C的水结成00C的冰,内能一定不变;
C.一定量的气体体积增大,但既不吸热也不放热,内能一定减小;
D.一定量气体吸收热量而保持体积不变,内能一定减小。
【解析】本题要求学生准确掌握改变内能的两种途径,并能够在题目中进行应用
【答案】C
2、 A、B两装置,均由一支一端封闭,一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成,除玻璃泡在管上的位置不同外,其他条件都相同。将两管抽成真空后,开口向下竖直插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内),水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换,则下列说法正确的是( )
A.A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量
B.B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量
C.A和B中水银体积保持不变,故内能增量相同
D.A和B中水银温度始终相同,故内能增量相同
【解析】两种情况下气体对水银做功相同,但A中水银克服重力做的功多,所以增加的内能少,B中水银克服重力做功少,所以增加的内能多.故选B。
【答案】B
3、有甲、乙两种气体,如果甲气体内分子平均速率比乙气体内平均速率大,则( )
A.甲气体温度,一定高于乙气体的温度
B.甲气体温度,一定低于乙气体的温度
C.甲气体的温度可能高于也可能低于乙气体的温度
D.甲气体的每个分子运动都比乙气体每个分子运动的快
【解析】:本题要求学生准确理解平均动能的含义。
【答案】C
【知识梳理—电场的力的性质】
(一).电荷及电荷守恒定律
1.两种电荷:自然界只存在正、负两种电荷,基元电荷电量e=1.60×10-19C
2.物体的带电方式有三种:(1)摩擦起电 (2)接触起电 (3)感应起电
3.电荷守恒定律:电荷既既不能创造,也不能消失,它只能从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分。
4.点电荷:点电荷是一种理想化带电体模型,当带电体间的距离远大于带电体的线度,以致带电体的形状和大小对作用力的影响可以忽略不计时,此带电体可以看作点电荷。
(二).库仑定律
1.真空中两个点电荷之间相互作用的电力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
2.公式:,式中k=9.0×109Nm2/C2,称为静电力常量,数值上等于电荷量为1C,距离为1m的两点电荷之间的相互作用力大小为9.0×109N。
3.适用条件:①真空中(空气中也近似成立),②点电荷。即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计。(这一点与万有引力很相似,但又有不同:对质量均匀分布的球,无论两球相距多近,r都等于球心距;而对带电导体球,距离近了以后,电荷会重新分布,不能再用球心距代替r)。
4.注意:①使用库仑定律计算时,电量用绝对值代入,作用力的方向根据“同种电荷相斥,异种电荷相吸”的规律定性判定。
②库仑分取电量的方法:两个大小、形状完全相同的带电金属球相碰后,带电量一定相等。
(三).电场、电场强度
1.电场:电场是电荷周围存在的电荷发生相互作用的媒介物质;电场的最基本性质是对放入其中的电荷有力的作用,电荷放入电场后就具有电势能。
2.电场强度
①物理意义:电场强度E是描述电场的力的性质的物理量。
②定义:放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值,叫做该点的电场强度,简称场强。
③定义式:,此式适用于任何电场。式中q是试探电荷(或者称为检验电荷),F是电场力。场强的大小和方向与检验电荷无关。
④场强E的单位:(N/C),场强E是矢量,方向规定为与正电荷在该点受的电场力方向相同。
⑤叠加:E=E1+E2+…(矢量和),空间同时存在多个电场时,合场强可用平行四边形定则计算.
⑥特例:1)点电荷周围的场强公式是:,(Q为场源电荷,r为电场中某点到场源电荷间距离)
2)匀强电场:场强大小及方向处处相同 E=U/d(d是沿电场方向的距离,不一定等于两点间的距离)。
(四).电场线
1.定义:电场线是为了直观形象地描述电场分布而在电场中引入的一些假想的曲线。
2.作用:形象化地描述电场;电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向.电场线的疏密反映电场强度的大小(疏弱密强).
3.特点:①不闭合(始于正电荷或无穷远处,终于负电荷或无穷远处)
②不相交(空间任何一点只能有一个确定的场强方向)
③沿电场线的方向,电势降低。
④电场线之间空白的地方也仍然有电场
⑤电场线是为了形象描述电场而引入的,电场线不是实际存在的线。
⑥匀强电场的电场线:是一组疏密程度相同(等间距)的平行直线.例如,两等大、正对且带等量异种电荷的平行金属板间的电场中,除边缘附近外,就是匀强电场.如图所示.
4. 注意:在一般情况下,电场线不是电荷的运动轨迹。仅当电场线是直线,不计电荷重力,电荷无初速或初速方向沿电场线方向时,电荷才会沿电场线运动。
5.几种典型电场的电场线分布情况:
【例题精讲—电场的力的性质】
例1、(静安第8题)关于点电荷和电场线,下列说法中正确的是( )
A.点电荷和电场线都不是真实存在的
B.点电荷是理想模型,而电场线不是理想模型
C.点电荷和电场线可以等效替代它们各自描述的对象
D.电场线上任一点的切线方向与点电荷在该点所受电场力的方向相同
【解析】A、点电荷和电场线都不是真实存在的,故A正确;
B、点电荷是物理模型,而电场线实际不存在,不是理想模型,故B错误;
C、点电荷可以等效替代它们各自描述的对象,而电场线是假想的,不能等效替代所描述的对象,故C错误;
D、电场线上任一点的切线方向,与正点电荷在该点所受电场力的方向相同,故D错误;
【答案】A
例2、电场强度E的定义式为E=F/q,根据此式,下列说法中正确的是( )
①该式说明电场中某点的场强E与F成正比,与q成反比,拿走q,则E=0.
②式中q是放入电场中的点电荷的电量,F是该点电荷在电场中某点受到的电场力,E是该点的电场强度 .
③式中q是产生电场的点电荷的电量,F是放在电场中的点电荷受到的电场力,E是电场强度.
④在库仑定律的表达式F=kq1q2/r2中,可以把kq2/r2看作是点电荷q2产生的电场在点电荷q1处的场强大小,也可以把kq1/r2看作是点电荷q1产生的电场在点电荷q2处的场强大小.
A.只有①② B.只有①③
C.只有②④ D.只有③④
【解析】从公式以及概念入手,理解电场的内在含义。
【答案】C.
例3、有一水平方向的匀强电场,场强大小为9×103 N/C,在电场内作一半径为10 cm的圆,圆周上取A、B两点,如图9—1—8所示,连线AO沿E方向,BO⊥AO,另在圆心O处放一电量为10-8 C的正点电荷,则A处的场强大小为______;B处的场强大小和方向为______.
【解析】电场是矢量,所以在计算电场的时候不能一味数值加减,而是要根据平行四边形法则进行矢量合成。
【答案】0;,与原场强方向成45°角向右下方
【巩固测试—电场的力的性质】
1、(宝山第5题)关于物体的内能下列说法中正确的是( )
A.物体的内能与物体的温度与体积都有关系
B.体积相同的同种气体,它们的内能一定相等
C.运动物体的速度增大,则分子动能增大,物体的内能也增大
D.不同物体,若它们的温度和体积都相等,则它们的内能也相等
【解析】A、物体的内能是物体内所有分子动能和势能的总和,动能与温度有关,势能与体积有关,故物体的内能与物体的温度、体积都有关;故A正确.
B、体积相同的同种气体,它们的内能与温度有关,温度越高,物体的内能越大;故B错误.
C、运动物体的速度增大,则分子平均动能增大,但是物体的内能还与分子势能有关.故C错误.
D、不同物体,若它们的温度和体积都相等,则它们的内能与质量还有关系.故D错误.
【答案】A
2、如图所示,一电子沿等量异种电荷的中垂线由A—O—B匀速飞过,电子重力不计,则电子所受另一个力的大小和方向变化情况是( )
A.先变大后变小,方向水平向左 B.先变大后变小,方向水平向右
C.先变小后变大,方向水平向左 D.先变小后变大,方向水平向右
【解析】由等量异种电荷电场线分布可知,从A到O,电场由疏到密;从O到B,电场线由密到疏,所以从A—O—B,电场强度应由小变大,再由大变小,而电场强度方向沿电场切线方向,为水平向右。由于电子处于平衡状态,所受合外力必为零,故另一个力应与电子所受电场力大小相等方向相反。电子受的电场力与场强方向相反,即水平向左,电子从A—O—B过程中,电场力由小变大,再由大变小,故另一个力方向应水平向右,其大小应先变大后变小,所以选项B正确。
【答案】B
3、已知如图,带电小球A、B的电荷分别为QA、QB,OA=OB,都用长L的丝线悬挂在O点。静止时A、B相距为d。为使平衡时AB间距离减为d/2,可采用以下哪些方法( )
A.将小球A、B的质量都增加到原来的2倍
B.将小球B的质量增加到原来的8倍
C.将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半,同时将小球B的质量增加到原来的一半
D.将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半,同时将小球B的质量增加到原来的2倍
【解析】由B的共点力平衡和矢量相似三角形得,,而,可知,选B
【答案】B
【知识梳理—电场的能的性质】
一、电势能
1.定义:因电场对电荷有作用力而产生的由电荷相对位置决定的能量叫电势能。
2.电势能具有相对性,通常取无穷远处或大地为电势能的零点。
3.电势能大小:电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处电场力所做的功
4.电场力做功是电势能变化的量度:电场力对电荷做正功,电荷的电势能减少;电荷克服电场力做功,电荷的电势能增加;电场力做功等于电势能的变化量的相反数,即W=ΔEP,这是判断电荷电势能如何变化的最有效方法。
二、电势
1.电势:电场中某点的电势,等于单位正电荷由该点移动到参考点(零电势点)时电场力所做的功。电势用字母φ表示。
2.表达式: 单位:伏特(V),且有1V=1J/C。
3.意义:电场中某一点的电势在数值等于单位电荷在那一点所具有的电势能。
4.相对性:电势是相对的,只有选择零电势的位置才能确定电势的值,通常取无限远或地球的电势为零。
5.标量:只有大小,没有方向,但有正、负之分,这里正负只表示比零电势高还是低。
6.高低判断:顺着电场线方向电势越来越低。
三、等势面:电场中电势相等的点构成的面。
1.意义:等势面来表示电势的高低。
2.典型电场的等势面(如图所示):
3.等势面的特点:①同一等势面上的任意两点间移动电荷电场力不做功;
②等势面一定跟电场线垂直;
③电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。
④等量异号电荷连线的中垂线是一个等势面且电势为零。
4.注意电场线、等势面的特点和电场线与等势面间的关系:
①电场线的方向为该点的场强方向,电场线的疏密表示场强的大小。
②电场线互不相交,等势面也互不相交。
③电场线和等势面在相交处互相垂直。
④电场线的方向是电势降低的方向,而且是降低最快的方向。
⑤电场线密的地方等差等势面密;等差等势面密的地方电场线也密。
四、电势差
1.电势差:电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时,电场力所做的功WAB与电荷量的q的比值。
UAB =
注意:电势差这个物理量与场中的试探电荷无关,它是一个只属于电场的量。电势差是从能量角度表征电场的一个重要物理量。
电势差也等于电场中两点电势之差
①
②电势差由电场的性质决定,与零电势点选择无关。
2.电场力做功:在电场中AB两点间移动电荷时,电场力做功等于电量与两点间电势差的乘积。 WAB = q•UAB
注意:
①该式适用于一切电场;
②电场力做功与路径无关
③利用上述结论计算时,均用绝对值代入,而功的正负,借助于力与移动方向间关系确定。
(五)、电势差与电场强度关系
1.电场方向是指向电势降低最快的方向。在匀强电场中,电势降低是均匀的。
2.匀强电场中,沿场强方向上的两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积,即U=E•d。
在匀强电场中,场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上降低的电势。
注意:
①两式只适用于匀强电场;
②d是沿场方向上的距离。
【例题精讲—电场的能的性质】
例1、(虹口第8题)如图所示,一带正电的点电荷固定于O点,两虚线圆均以O为圆心。两实线分别为带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹,a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点,不计重力。下列说法中正确的是( )
A.M、N均带负电荷
B.M在b点的速度小于它在a点的速度
C.N在c点的电势能小于它在e点的电势能
D.N在从e点运动到d点的过程中电场力先做正功后做负功
【解析】如图所示,粒子受到的电场力指向轨迹的凹侧,可知M受到了引力作用,N受到了斥力作用,故M带负电荷,N带正电荷,选项A错误;由于虚线是等势面,故M 从a点到b点电场力对其做负功,动能减小,选项B正确;N从e点到c点电场力做负功,电势能真加,故选项C错误;N从c点运动到d点的过程中,电场力先做负功后做正功,故选项D错误。
【答案】B
例2、(闵行第6题)一金属容器置于绝缘板上,带电小球用绝缘细线悬挂于容器中,容器内的电场线分布如图所示。容器内表面为等势面,A、B为容器内表面上的两点。下列说法正确的是( )
A.A点的电场强度比B点的大
B.小球表面的电势比容器内表面的低
C.B点的电场强度方向与该处内表面垂直
D.将检验电荷从A点沿不同路径移到B点,电场力所做的功不同
【解析】由图知B的电场线比较密集,所以B点的电场强度比A点的大,故A错;根据沿电场线的方向电势降低可知,小球表面的电势比容器内表面的高,所以B错;电场线的方向与等势面垂直,故C正确;在同一等势面上,将检验电荷从A点沿不同路径到B点,电场力所做的功都为零,所以D错。
【答案】C
例3、(青浦第5题)某静电场的电场线分布如图所示,图中P、Q两点的电场强度的大小分别为EP和EQ,电势分别为φP和φQ,则( )。
A.EP>EQ,φP>φQ B.EP>EQ,φP<φQ
C.EP<EQ,φP>φQ D.EP<EQ,φP<φQ
【解析】由图P点电场线密,电场强度大,EP>EQ,沿电场线的方向电势降低,φP>φQ.故选:A.
【答案】A
【巩固测试—电场的能的性质】
1、(2016 浦东二模 第11题)等量异种点电荷的电场线分布如图所示,P、Q、M、N是电场中的四个点。则( )
·N
·M
A.P点场强比Q点场强大
·Q
B.P点电势比Q点电势高
·P
C.电子在P点的电势能比在Q点的电势能大
D.电子沿直线从N到M的过程中所受电场力不变
【解析】由图知Q的电场线比较密集,所以Q点的电场强度比P点的大,故A错;根据沿电场线的方向电势降低可知,所以P点的电场强度比Q点的大,所以B正确;由EP=qφ,且电荷为负电荷,所以电子在P点的电势能比在Q点的电势能小,故C错误;电子沿直线从N到M的过程中电场强度先变小后变大,所受电场力也是先变小后变大,所以D错。
【答案】B
+
ABC
2、如图所示,三个同心圆是同一个点电荷周围的三个等势面,已知这三个圆的半径成等差数列。A、B、C分别是这三个等势面上的点,且这三点在同一条电场线上。A、C两点的电势依次为φA=10V和φC=2V,则B点的电势是( )
A.一定等于6V B.一定低于6V
C.一定高于6V D.无法确定
【解析】由U=Ed,在d相同时,E越大,电压U也越大。因此UAB> UBC,选B
【答案】B
3、如图所示,有两个完全相同的金属球A、B,B固定在绝缘地板上,A在离B高H的正上方由静止释放,与B发生正碰后回跳高度为h,设碰撞中无动能损失,空气阴力不计,( )
A.若A、B带等量同种电荷,则h>H B.若A、B带等量异种电荷,则h<H
C.若A、B带等量异种电荷,则h>H D.若A、B带等量异种电荷,则h=H
【解析】若A、B带等量同种电荷,则碰撞后两球带电量不变,下落过程中重力做正功,电场力做负功,回跳时重力做负功,电场力做正功。由能量守恒定律得h=H;若A、B带等量异种电荷,则碰撞过程中重力做正功,电场力做正功,回跳过程中需克服重力做功。故h>H,答案C
【答案】C
【知识梳理—电路】
一、串并联电路特点
1.串联电路特点
①电路中各处的电流强度相等,即I=I1=I2=I3=…=In;
②电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和,即U=U1+U2+…+Un;
③总电阻等于各导体的电阻之和,即R=R1+R2+…+Rn;
④串联电路中各电阻两端的电压跟它的阻值成正比,即;
⑤各电阻消耗的功率跟它的阻值成正比,即
⑥.难点:当多个规格不同的用电器串联起来时,怎样计算(或确定)电路允许通过的最大电流、允许加的最大电压以及电路消耗的最大功率。
根据串联电路中电流强度处处相等的特点以及流过用电器电流不能超过其额定电流的原则,当多个不同规格用电器串联时,允许通过的最大电流应是各用电器中最小的额定电流。以此为突破口,再进行允许加的最大电压以及消耗的最大功率的计算。注意,电路允许加的最大电压Um=ImR总,而不等于各用电器额定电压之和,电路消耗的最大功率也不等于各用电器的额定功率之和,这是因为有些用电器没有达到额定电压工作状态。
2.并联电路特点
①电路的总电流等于各支路的电流之和,即I=I1+I2+…+In;
②电路中各支路两端电压相等,即U=U1=U2=…=Un;
③电路的总电阻倒数等于各支路电阻的倒数和,即;
④电路中各支路消耗的功率跟它的阻值成反比,即IR=I1R1=I2R2=…=InRn;
⑤电路中各支路消耗的功率跟它的阻值成反比,即PR=P1R1=P2R2=…=PnRn=U2。
⑥.难点:几个规格不同的用电器并联后,有关最大电压、电流功率的确定。
根据并联电路各支路两端电压相等的特点以及加在用电器上的电压不能超过其额定电压的原则,多个额定电压不同的用电器并联,电路允许加的最大电压就是各用电器中最小的额定电压;用允许加的最大电压除以各支路的电阻得各支路电流,各支路电流之和就是电路允许通过的最大电流;由电压及电流进一步可求出路允许消耗的最大功率。可见这类问题是以电压为突破口来解答的。
3、复杂电路化简
对同一个复杂电路,画出等效电路图是电路分析和计算的基础。在复杂电路中,当导体间串并联的组合关系不很规律时,要进行电路化简,简化电路方法较多,这里介绍两种常用的方法:
(1)支路电流法:电流时分析电路的核心,从电源的正极出发顺着电流的走向,经各电阻绕外电路巡行一周至电源的负极,凡是电流无分叉的依次流过的电阻均为串联,凡是电流有分叉地分别流过电阻均为并联。
(2)等电势法:在较复杂的电路中,往往能找到电势相等的点,把所有电势相等的点归结为一点,或画成一条线段,元件端电势相同电势为并联,电势高低不同,可能为串联。以图为例。
设电势A高B低,由A点开始,与A点等势的点没有,由此向下到C点,E点与C点等势,再向下到D点,F、B点与D点等势,其关系依次如图所示。
二、 欧姆定律
I=(适用于金属导体和电解液,不适用__气体导电)。
①I、U、R三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体;U和I必须是导体上同一时刻的电压和电流。
②定律不同表达式的物理意义
a、I=表示通过导体的电流I与电压U成正比,与电阻R成反比,是电流的决定式。
b、公式R=是电阻的定义式,适用于纯电阻元件。R=仅是电阻的测量式,而R=ρ才是电阻的决定式。
三、电功和电功率
1.电功
电流做的功称为电功.电功实质上是电场力推动导体中的自由电荷定向移动所做的功.电流做功的过程就是电能转化为其他形式能(如内能、机械能、化学能)的过程.电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能. W=qU=UIt
2.电功率
电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值称为电功率. 电功率是表示电流做功快慢的物理量.
3.电热
①电热
电流通过导体时产生的热量称为电热.
焦耳定律:。
②电功和电热的关系.
对于纯电阻电路,电流做功的过程中,电能全部转化为内能,电功等于电热,W=Q.即
是通用的,同理也无区别. 含有电动机、变压器、电解槽等的电路属非纯电阻电路.在非纯电阻电路中,欧姆定律不适用,电流做功除将电能转化为内能外,很大一部分转化为其他形式的能(例如电流通过电动机,申.动机转动。电能转化为机械能),电功大干电热,此时,籍个用电器的电功和电功率只能用W=UIt、P=UI计算,一小部分不可避免地转化为电热Q=I2Rt(电流通过电枢的电阻生热等),不能通用.至于转化为其他形式的能量,可根据能量守恒E其他=W-Q求出,这里W与Q不再相等,应该是W=E其他+Q。
4.额定电压与实际电压、额定功率与实际功率
①额定电压指用电器正常工作时的电压,这时用电器消耗的功率为额定功率.但有时加在用电器上的电压不等于额定电压,用电器不能正常工作,这时加在用电器上的电压就称之为实际电压,用电器消耗的功率为实际功率.要注意,在一些问题中“额定”和“实际”往往不相等.
②用电器接入电路时的约定:①纯电阻用电器接入电路中,若无特别说明,应认为其电阻不变;②用电器的实际功率超过额定功率时,可认为它将被烧毁;③没有注明额定的用电器接入电路时,认为其工作的物理量均小于其额定值,能安全使用.
③纯电阻电路中,几个电阻串联阻值大的功率大,并联时阻值小的功率大.
四、电路的动态分析
电路的动态分析是闭合电路欧姆定律的具休应用之一,一般先判断电阻的变化,在闭合电路中,只要有一个电阻增大,则外电阻增大,外电压增大,干路中电流减小,反之,外电压越小,干路电流增大。再分析串联在干路中的各固定电阻及变化电路的电压、电流情况。
1.“串反并同”法
在直流电路中,当开关接通或断开时,或电路中的某一个电阻发生变化时,电路中各部分的电流、电压、电功率都相应发生变化。对于因电阻变化而引起的电路变化,可用“串反并同”的规律分析,即:与变化电阻串联(不论直接串联还是间接“串联”)的其他用电器的电流的变化,总是与该电阻的变化相反;而跟变化电阻并联(不论直接并联还是间接“并联”)的支路中电流的变化,总是与该电阻的变化相同。
2.闭合电路电学参量动态分析方法
分析闭合电路中由于某一电阻(或开关闭合、断开)导致局部电阻变化,从而引起其他部分电流、电压、功率变化称为电路动态分析。下图中概括出局部电路变化的情形可分为:
①.串联R=R1+R2+…+Rn;
电阻越串越大,(总电阻)比最大的(分电阻)还大,一电阻变大、其余不变,总电阻变大。
②.并联
电阻越并越小,总电阻比最小的分电阻还小,其中一个电阻变大而其余电阻不变时,总电阻变大。
“支支干扰型”电路中,可变电阻的P点由a向b移动时总电阻可能存在极大值。
③.混联“支干干扰型”电路中,可变电阻的P点向右滑动时总电阻减小。
除掌握以上规律外,还要掌握分电路的变化总会伴随着总电路的变化。另外分电路的变化值(电流、电压、电功率)总是大于总电路的变化值。
【例题精讲—电路】
P
L
R1
R2
S
V
例1、(崇明区第7题)如图所示电路中,电源电压恒定不变,若将滑动变阻器的滑片P向右移动的过程中,电路中的( )
A.电压表示数减小,灯L变暗
B.电压表示数减小,灯L变亮
C.电压表示数增大,灯L变暗
D.电压表示数增大,灯L变亮
【解析】根据串反并同,电压表和电阻R1并联,电流表以及小灯和电阻R2串联,滑动变阻器的滑片P向右移动的过程中阻值变大,所以电压表示数增大,灯L变暗,故选C。
【答案】C
例2、如图所示是电饭煲的电路图,S1是一个控温开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里点(103 ℃)时,会自动断开,S2是一个自动控温开关,当温度低于70 ℃时,会自动闭合;温度高于80 ℃时,会自动断开.红灯是加热时的指示灯,黄灯是保温时的指示灯.分流电阻R1=R2=500 Ω,加热电阻丝R3=50 Ω,两灯电阻不计.
(1)分析电饭煲的工作原理。
(2)简要回答,如果不闭合开关S1,能将饭煮熟吗?
(3)计算加热和保温两种状态下,电饭煲消耗的电功率之比。
【解析】(1)电饭煲盛上食物后,接上电源,S2自动闭合,同时手动闭合S1,这时黄灯短路,红灯亮,电饭煲处于加热状态,加热到80℃时,S2自动断开,S1仍闭合;水烧开后,温度升高到103℃时,开关S1自动断开,这时饭已煮熟,黄灯亮,电饭煲处于保温状态,由于散热,待温度降至70℃时,S2自动闭合,电饭煲重新加热,温度达到80℃时,S2又自动断开,再次处于保温状态.
(2)如果不闭合开关S1,则不能将饭煮熟,因为只能加热到80℃.
(3)加热时电饭煲消耗的电功率,保温时电饭煲消耗的电功率,两式中。从而有=12∶1
【答案】(1)电饭煲盛上食物后,接上电源,S2自动闭合,同时手动闭合S1,这时黄灯短路,红灯亮,电饭煲处于加热状态,加热到80℃时,S2自动断开,S1仍闭合;水烧开后,温度升高到103℃时,开关S1自动断开,这时饭已煮熟,黄灯亮,电饭煲处于保温状态,由于散热,待温度降至70℃时,S2自动闭合,电饭煲重新加热,温度达到80℃时,S2又自动断开,再次处于保温状态.
(2)不能
(3)12∶1
例3、在图示电路中,灯L1、L2的电阻分别为R1、R2,变阻器的最大电阻为R0,若有电流通过,灯就发光,假设灯的电阻不变,当变阻器的滑片P由a端向b端移动时,灯L1、L2的亮度变化情况是( )
(A)当R2>R0时,L1变暗,L2变亮
(B)当R2>R0时,L1先变暗后变亮,L2先变亮后变暗
(C)当R2<R0时,L1先变暗后变亮,L2先变亮后变暗
(D)当R2<R0时,L1先变暗后变亮,L2先变亮后变暗
【解析】当滑片在a端时,L1和L2被短路,此时L1最亮。P由a端向b端运动时,
,若R2>R0,回路电阻始终变大,因此路端电压始终变大,总电流始终变小,L1变暗,灯L2两端的电压变大。同时由可知,随Rbp减小,Rap增大,I2增大,L2变亮。若R2vb
C.P带正电,va
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