新高考物理一轮复习专题一0恒定电流教学课件

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3.三种电流表达式的比较
4.电流的微观表达式的推导(1)建立微观模型:如图所示,粗细均匀的一段导体长为l,横截面积为S,导体单位体积内 的自由电子数为n,电子的电荷量为e,当导体两端加上一定的电压时,导体中的自由电 子沿导体定向移动的速率为v。
(2)在时间t内通过横截面的总电荷量q=nvtSe。(3)电流的表达式:I= =neSv。
二、欧姆定律　电阻定律1.部分电路欧姆定律(1)内容:导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。(2)表达式:I= 。2.电阻定律(1)内容:同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比;导体 电阻还与构成它的材料有关。(2)公式:R=ρ 。l是导体的长度,S是导体的横截面积,ρ是导体的电阻率,ρ的国际单位是欧·米,符号为Ω·m。
(3)电阻率①物理意义:电阻率是反映材料导电性能优劣的物理量。温度一定时,某种材料的电 阻率由这种材料的性质决定,与导体的大小、形状无关。②电阻率与温度的关系a.金属导体:电阻率随温度升高而增大。b.一些半导体:电阻率随温度升高而减小。c.超导体:当温度特别低时,某些材料的电阻率可以降到0,成为超导体。d.一些合金:电阻率几乎不受温度变化的影响。
3.电阻的决定式和定义式的区别
三、电功　电功率　焦耳定律1.电功(1)定义:导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做的功。(2)公式:W=qU=UIt。(3)能量转化:电荷的电势能转化成其他形式的能。2.电功率(1)定义:单位时间内电流所做的功,表示电流做功的快慢。(2)公式:P= =UI。
3.焦耳定律(1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间 成正比。(2)公式:Q=I2Rt。4.热功率(1)定义:单位时间内电流通过导体产生的热量。(2)公式:P热=I2R。
四、纯电阻电路和非纯电阻电路1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
2.电动机和发电机(1)电动机将电能转化为机械能;发电机将其他能转化为电能。(2)电动机的三个功率及效率
考点二　闭合电路欧姆定律
一、电动势和内阻1.电动势(1)定义:在电源内部非静电力把+q电荷从负极搬运到正极所做的功与搬运的电荷量q 的比值,E= 。(2)物理意义:表示电源把其他形式的能转化成电能本领的大小,在数值上等于电源没 有接入电路时两极间的电压。2.内阻:电源内部导体的电阻。3.电池的容量:电池放电时能输出的总电荷量叫作电池的容量,通常以“安时”(A·h)或 “毫安时”(mA·h)作单位。
二、闭合电路欧姆定律1.内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。2.公式(1)I= (只适用于纯电阻电路)。(2)E=U外+U内或E=U外+Ir(适用于任意电路)。3.路端电压与负载的关系(1)纯电阻电路:U=IR= ·R= ,当R增大时,U增大。(2)特殊情况
①当外电路断路时,I=0,U=E。②当外电路短路时,I短= ,U=0。4.路端电压与电流的关系(1)关系式:U=E-Ir。(2)如图所示,其中纵截距为电动势,横截距为短路电流,斜率的绝对值为电源的内阻。 
知识拓展    等效电源把含有电源、电阻的部分电路等效为新的“电源”,其“电动势”和“内阻”如下。(1)两点间断路时的电压为等效电动势E'。(2)两点短路时的电流为等效短路电流I短',等 效内阻r'= 。常见电路等效电源如下。 
三、闭合电路中电源的功率和效率问题1.闭合电路中的功率(1)电源的总功率:P总=IE=IU+IUr=P出+P内。(2)电源内阻消耗的功率:P内=I2r=P总-P出。(3)电源的输出功率:P出=IU=IE-I2r=P总-P内。2.纯电阻电路中电源的输出功率与效率随外电阻变化的规律(1)电源的输出功率为P出=I2R= R= = ,当R=r时,P出有最大值,即P出m= 。P出与外电阻R的这种函数关系可用图像定性地表示,如图所示。由
图像还可知,对应电源的非最大输出功率P可以有两个不同的外电阻R1和R2,当Rr时,若R增大,则P出减小。提示　上面的结论都是在电源的内电阻r不变且外电路为纯电阻电路的情况下适用。 如果一个电路的外电阻固定不变,当电源的内电阻发生变化时,电源的输出功率随内 电阻的变化是单调的,内电阻减小,输出功率增大,当内电阻最小时,输出功率最大。(2)电源效率:指电源的输出功率与电源的总功率之比,即η= ×100%= ×100%= ×100%。对纯电阻电路:η= ×100%= ×100%。所以当R增大时,效率η提高,当R=r时,
电源有最大输出功率,但效率仅为50%,并不高。知识拓展    闭合电路中功率的最值问题(1)定值电阻的功率:P定=I2R。R为定值电阻,P定只与电流有关系,当R外最大时,I最小,P定 最小,当R外最小时,I最大,P定最大。(2)电源的输出功率:当R外=r时,P出最大,P出m= 。(3)变化电阻的功率:利用等效思想,把除变化电阻之外的其他的定值电阻及电源原本 的内阻等效成电源新的内阻r',则变化电阻的功率即为等效以后的电源的输出功率,即 当R变=r'时,P变有最大值P变m= 。
例    在如图所示电路中,电源电动势E=12 V,内阻r=8 Ω,定值电阻R1=2 Ω,R2=10 Ω,R3=20 Ω,滑动变阻器R4的取值范围为0~30 Ω,所有电表均为理想电表。闭合开关S,在滑动 变阻器的滑片从a端滑到b端的过程中,电压表V1、电压表V2、电流表A示数的变化量 分别为ΔU1、ΔU2、ΔI。下列说法正确的是(　    ) A. 大于 
B. 不变, 增大 C.R4的功率先增大后减小,最大值为0.36 WD.电源的输出功率先增大后减小,最大值为4.5 W
  解析    当滑片在a端时,外电路的总电阻R外= +R1=  Ω>r=8 Ω;滑片从a端滑到b端的过程中,R外不断增大,所以电源输出功率一直减小,D错误。将电源、R1和R2等效为 新的电源,等效电动势E'= =6 V,等效内阻r'= =5 Ω,等效后的电路图如图所示。 
对电阻R3,由欧姆定律可得U1=IR3,解得 =R3;对整个电路,由闭合电路欧姆定律可得U2=E'-I(R3+r'),解得 =R3+r',可得 < , 和 为定值,A、B均错误。滑片从a端滑到b端的过程中,滑动变阻器的阻值由0 Ω增大到30 Ω,则R4的功率先增大后减 小,当R4=r'+R3时,滑动变阻器的功率最大,此时的功率P4= =0.36 W,C正确。
  答案    C知识拓展　在求 的变化情况时,若U、I分别是定值电阻两端电压和流经定值电阻的电流,则 不变,若不是,则应利用闭合电路欧姆定律求解函数U=f(I),则 =f'(I),即电压对电流求导数。
微专题17　电路的动态分析与故障分析
一、动态电路分析1.程序法分析解答动态直流电路类问题的一般步骤:(1)确定电路的外电阻(R外总)如何变化;(2)根据闭合电路欧姆定律I总= ,确定电路的总电流如何变化;(3)由U内=I总r,确定电源的内电压如何变化;
(4)由U外=E-U内,确定电源的外电压(路端电压)如何变化;(5)由部分电路欧姆定律,确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化;(6)确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。
知识拓展    判断电阻变化情况的规律(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻。(2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻。(3)n个相同的电阻并联,总电阻等于一个电阻的 ,即R总= R。(4)多个电阻并联时,其中任一电阻增大或减小,总电阻也随之增大或减小。(5)并联支路增多,并联电路总电阻减小。(6)大电阻和小电阻并联,总电阻接近小电阻的阻值。大电阻和小电阻串联,总电阻接 近大电阻的阻值。
2.结论法(串反并同)(1)内容:当局部电阻Rn变化时,与Rn串联的电阻R的功率P、通过它的电流I、它两端电 压U的变化均与Rn的变化相反,简称串反,如图(a)。而与Rn并联的R上,IR、UR、PR的变化 均与Rn的变化相同,简称并同,如图(b)。总称串反并同。
(2)适用条件:电源内阻不能为零。3.极限法当电路中元件的阻值增大时,可将其阻值增大到无穷大,按断路状态来讨论;当电路中 元件的阻值减小时,可将其阻值减小到零,按短路状态来讨论。因滑动变阻器的滑片 滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两端去讨论。
二、含容电路分析1.在分析电路结构时,可以先把电容器拆去,明确电路结构后,再把电容器接上。2.在电路稳定的情况下,含电容器的支路上无电流,该支路中其他电阻两端不存在电势 差,其作用只相当于一段导线,此时电容器相当于断路,电容器上的电压等于与之并联 电阻两端的电压,即把电容器“看成”理想电压表,从而可以应用Q=CU计算稳定状态 时电容器所带的电荷量。3.电路结构发生改变时,引起电压变化,使电容器所带电荷量变化,电路中形成充、放 电电流。此过程要特别注意电压是升高还是降低,电荷量是增加还是减少,并由此推 断出电路中的电流方向,同时计算出两稳定态时电容器电荷量的变化量ΔQ=CΔU。
三、电路故障分析1.故障特点(1)断路特点:电路中发生断路,表现为电源电压不为零而电流为零。(2)短路特点:电路中发生短路,表现为有电流通过电路而电压为零。2.几种常用的电路故障检测方法(1)电压表检测:如果电压表示数为0,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联部分短路。(2)电流表检测:当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电 流值的分析,确定故障的位置。
(3)欧姆表检测法:当测量值很大时,表示该处断路;当测量值很小或为0时,表示该处短路。
例1    (多选)如图,电源内阻不能忽略,电流表和电压表均为理想电表,R1=R2D.若R4断路,电流表示数变小,电压表示数变大
  解析    R2短路,并联电阻变小,总电阻变小,总电流变大,内电压变大,路端电压变小,流过R3的电流变小,电流表示数变小,流过R1的电流变大,电压表示数变大,A错误。R2断 路,并联电阻变大,总电阻变大,总电流变小,内电压变小,路端电压变大,流过R3的电流变 大,电流表示数变大,流过R1的电流减小为零,电压表示数为零,B正确。R1短路,总电阻 变小,总电流变大,内电压变大,路端电压变小,流过R3的电流变小,电流表示数变小,R1两 端电压为零,电压表示数为零,C正确。R4断路,总电阻变大,总电流变小,内电压变小,路 端电压变大,电流表示数变大,电压表示数变大,D错误。
一题多解    结论法(串反并同)若R2短路,R2电阻变小,电流表与R2可看作并联,电流表示数变小;电压表与R2可看作串 联,电压表示数变大,A错误。若R2断路,R2电阻变大,电流表示数变大,电压表示数变小, 且示数为零,B正确。若R1短路,R1电阻变小,电流表与R1可看作并联,电流表示数变小; 电压表与R1可看作并联,电压表示数变小,且示数为零,C正确。若R4断路,R4电阻变大,电流表与R4可看作并联,电流表示数变大;电压表与R4可看作并联,电压表示数变大,D错误。
例2　如图所示,电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,R0=3 Ω,R1=7.5 Ω,R2=3 Ω,R3=2 Ω,电容器 的电容C=2 μF。开始时开关S处于闭合状态,则下列说法正确的是 (　    ) A.开关S闭合时,电容器上极板带正电B.开关S闭合时,电容器两极板间电势差是3 VC.将开关S断开,稳定后电容器极板所带的电荷量是3.6×10-6 C
D.将开关S断开至电路稳定的过程中通过R0的电荷量是9.6×10-6 C
解题指导    开关S闭合时的等效电路图如图甲,开关S断开时的等效电路图如图乙。
  解析    开关S闭合时,等效电路中电容器与R3并联,电容器两端电压等于R3两端电压U3,已知电路总电阻R= +r=4 Ω,由闭合电路欧姆定律可知干路电流I= =1.5 A,路端电压U=E-Ir=4.5 V,则U3= U=1.8 V,此时电容器所带电荷量Q1=CU3=3.6×10-6 C,且上极板带负电,下极板带正电,故A、B错误。开关S断开时,稳定后电容器两端电 压等于R2两端电压U2,此时U2= R2=3 V,电容器所带电荷量Q2=CU2=6×10-6 C,且上极板带正电,下极板带负电,故通过R0的电荷量Q=Q1+Q2=9.6×10-6 C,C错误,D正确。
微专题18　电路中的图像问题
二、伏安特性曲线1.由于导体的导电性能不同,所以不同的导体有不同的伏安特性曲线。2.伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值,对应这一状态下的电阻。3.两类元件的伏安特性曲线(1)线性元件:伏安特性曲线是过原点的直线的电学元件,适用欧姆定律。如图甲所示, 图线的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,则电阻越小,故图甲中Ra例　如图所示的I-U图像中,直线Ⅰ为通过电阻R的电流与其两端电压的关系图线,直 线Ⅱ为电源的电流与路端电压的关系图线。下列说法正确的是 (　    ) A.电源内阻大小为 B.电阻R的阻值为 
C.直线Ⅰ与直线Ⅱ的交点坐标表示的是电阻R接在电源两端时电源的内电压及电流 D.图中阴影部分的面积表示把电阻R接在此电源两端时,电源内部消耗的功率为ab
  解析    对直线Ⅰ,由欧姆定律可得U=IR,解得I= ,所以 = ,故电阻R的阻值为 ,B错误。对直线Ⅱ,由闭合电路欧姆定律得E=U+Ir,解得I= - U,所以 =3b, = ,故E=3a,r= ,A错误。直线Ⅰ与直线Ⅱ的交点坐标表示的是电阻R接在电源两端时电源的外电压及电流,C错误。(3a-2a)表示电阻R接在电源两端时的内电压,b表示此时回路的电 流,所以b(3a-2a)表示电源内部消耗的功率为ab,D正确。