江苏版高考物理复习专题一0恒定电流教学课件

这是一份江苏版高考物理复习专题一0恒定电流教学课件，共36页。

3.三种电流表达式及其比较
例1　一根长为L、横截面积为S、电阻率为ρ的金属棒,棒内单位体积自由电子数为n, 电子的质量为m,电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时,棒内产生电流,自由电子定 向运动的平均速率为v,则电子运动时受到的平均阻力大小为 (　    ) A. 　    B.mv2Sn　    C.ρne2v　    D. 
  解题指导    电流恒定认为电子做匀速运动,所受电场力和阻力平衡。
  解析    金属棒内的电场可认为是匀强电场,其电场强度大小E= ,由欧姆定律可知,金属棒两端的电压U=IR,又R=ρ ,由电流微观表达式I=neSv,联立可得金属棒内的电场强度大小E=ρnev,则电子运动时受到的平均阻力大小f=eE=ρne2v。
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,其国际单位是
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.负温度系数半导体: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
4.伏安特性曲线的理解及应用(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Ra②非线性元件:伏安特性曲线是曲线的电学元件。如图乙所示,图线在某点切线的斜 率不表示电阻的倒数。计算导体在图线上某点Pn的电阻的方法:该点与坐标原点连线 的斜率的倒数等于该点对应电阻。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=IUt(适用于任何电路)。(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= =IU(适用于任何电路)。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(适用于任何电路)。4.热功率(1)定义:单位时间内的发热量。(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
例2　一台小型电动机在3 V电压下工作,用此电动机提升重为4 N的物体时,通过它的 电流是0.2 A,在30 s内可使该物体被匀速提升3 m。若不计一切摩擦和阻力,求:(1)电动机的输入功率;(2)在提升重物的30 s内,电动机线圈所产生的热量;(3)电动机线圈的电阻。
  解析    (1)电动机的输入功率P入=UI=3×0.2 W=0.6 W。(2)物体被匀速提升的速度v= =  m/s=0.1 m/s电动机提升物体的机械功率P机=Fv=Gv=0.4 W根据能量关系有P入=P机+PQ产生的热功率PQ=P入-P机=0.2 W电动机线圈在30 s内产生的热量
Q=PQt=0.2×30 J=6 J。(3)由焦耳定律得Q=I2Rt代入数据解得电动机线圈的电阻R=5 Ω。
  答案    (1)0.6 W    (2)6 J    (3)5 Ω
五、串、并联电路的规律
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。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。
(1)电源的输出功率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。 
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
(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= = = 。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%。
常见电路等效电源如下。 
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'= 。
例3　如图所示,已知电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,保护电阻R0=0.5 Ω,电表为理想电表。 (1)求当电阻箱R阻值为多少时,保护电阻R0消耗的电功率最大,并求P0的最大值;(2)求当电阻箱R阻值为多少时,电阻箱R消耗的功率PR最大,并求PR的最大值;(3)求电源的最大输出功率;
(4)若电阻箱R的最大值为3 Ω,R0=5 Ω,当电阻箱R阻值为多少时,电阻箱R的功率P'R最大, 并求这个最大值。
  解析    (1)保护电阻消耗的电功率P0= 因R0和r是常量,而R是变量,所以当R最小时,P0最大,即R=0时P0max= =  W=8 W。(2)把保护电阻R0与电源内阻r看作等效电源内阻,当R=R0+r,即R=0.5 Ω+1 Ω=1.5 Ω时,电 阻箱R消耗的功率最大, = =  W=6 W。(3)电源的输出功率
P出= R外= 当R外=r时,P出最大,即R=r-R0=0.5 Ω时有P出max= =  W=9 W。(4)把R0=5 Ω当作电源内阻的一部分,则等效电源内阻r等=6 Ω,而电阻箱R的最大值为3 Ω,小于6 Ω,由P= R= 可知不能满足R=r等,所以当电阻箱R的电阻取3 Ω时,R消耗的功率最大,最大值PRmax'= R=  W。
  答案    (1)0    8 W    (2)1.5 Ω    6 W   (3)9 W    (4)3 Ω      W
四、闭合电路中的两类U-I图像
微专题13　电路的动态分析一、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。
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与Rn的变化相 同,简称并同,如图(b)。总称串反并同。 
(a)　　　　　　  (b)
(2)适用条件:电源内阻不能为0。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0,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.在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。
例1    (动态电路分析)在如图所示的电路中,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向下滑 动时,V、A、V1、V2四个理想电表的示数都发生变化,电表的示数分别用U、I、U1、 U2表示。下列判断正确的是 (　    ) A.I减小,U1增大B.I减小,U2减小
C.电压表V2的示数与电流表A示数之比不变D.电压表V的示数与电流表A示数之比变大
  解析    当滑动变阻器的滑片P向下滑动时,R2接入电路的阻值变大,外电路总电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知,总电流I变小,电源的内电压变小,路端电压U变大,R1两端 的电压U1=IR1减小,R2两端的电压U2=U-U1增大,故A、B均错误。电压表V2的示数与电 流表A示数之比为电阻R2的阻值,R2变大,故C错误。电压表V的示数与电流表A示数之 比为外电路总电阻,外电路总电阻变大,故D正确。
例2    (含容电路分析)如图所示电路,电源内阻为r,两相同灯泡L1、L2电阻均为R,D为理 想二极管(具有单向导电性),电表均为理想电表。闭合S后,一带电油滴恰好在平行板 电容器中央静止不动。现把滑动变阻器滑片向上滑动,电压表V1、V2示数变化量的绝 对值分别为ΔU1、ΔU2,电流表示数变化量的绝对值为ΔI,则下列说法错误的是 (　    ) 
A.两灯泡逐渐变亮　　　    B.油滴将向下运动C. =R+r　　　     D.ΔU2>ΔU1