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高二物理电路复习学案学生版

高二电路单元复习(学生版)

核心内容:

电阻定律,串并联电路规律,欧姆定律,电学实验

教学目标:

1.掌握影响电阻的因素,电阻定律以及电阻定律的运用;

2.掌握串并联电路电流,电压和电阻的规律;

3.掌握闭合电路欧姆定律及其运用,会分析动态电路的变化;

4.掌握电学实验的原理,电路图,过程,数据处理,图像分析,结果分析,误差分析以及注意事项。

重难点:

电阻定律,欧姆定律及其运用,四个电学实验

精准诊查

课首沟通

1.能否说出电路这一章有哪些主要知识点以及公式,尝试列举出来试试。

2.这一章的内容学校测试过了吗?

测试情况如何?

3.自己感觉本章的难点是哪一节?

4.能否自己画出测定金属丝电阻率,描绘小灯泡伏安特性曲线,测定电源电动势和内阻的实验电路图?

 

知识导图

 

课首小测

1.(电阻定律)用电器离电源L米,线路上的电流为I,为使在线路上的电压不超过U,已知输电线的电阻率为ρ.那么,输电线的横截面积的最小值是(  )

A.ρLI/UB.2ρLI/UC.U/ρLID.2UL/Iρ

2.(欧姆定律)(多选)如图所示是两个不同电阻的I-U图象,则图象①是电阻R1,图象②是电阻R2,则(  )

A.R1和R2串联后的总电阻的I-U图象应在区域Ⅰ

B.R1和R2串联后的总电阻的I-U图象应在区域Ⅲ

C.R1和R2并联后的总电阻的I-U图象应在区域Ⅰ

D.R1和R2并联后的总电阻的I-U图象应在区域Ⅲ

3.(闭合电路欧姆定律)如图,E为内阻不能忽略的电池,R1、R2、R3为定值电阻,S0、S为开关。

初始时S0与S均闭合,现将S断开,则(  )

A.电压表的读数变大,电流表的读数变小

B.电压表的读数变大,电流表的读数变大

C.电压表的读数变小,电流表的读数变小

D.电压表的读数变小,电流表的读数变大

4.(测定电源电动势和内阻)某学生实验小组利用图(a)所示电路,测量多用电表内电池的电动势和电阻“×lk”挡内部电路的总电阻。

使用的器材有:

多用电表;电压表:

量程5V,内阻十几千欧;滑动变阻器:

最大阻值5kΩ;导线若干。

回答下列问题:

(1)将多用电表挡位调到电阻“×lk”挡,再将红表笔和黑表笔,调零点;

(2)将图(a)中多用电表的红表笔和(填“1”或“2)端相连,黑表笔连接另一端。

(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置,使多用电表的示数如图(b)所示,这时电压表的示数如图(c)所示。

多用电表和电压表的读数分别为kΩ和V。

(4)调节滑动变阻器的滑片,使其接入电路的阻值为零。

此时多用电表和电压表的读数分别为12.0kΩ和4.00V。

从测量数据可知,电压表的内阻为kΩ。

(5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路,如图(d)所示。

根据前面的实验数据计算可得,此多用电表内电池的电动势为V,电阻“×lk”挡内部电路的总电阻为kΩ。

互动导学

导学一:

电阻和电阻率

知识点讲解1:

电阻、电阻率、电阻定律

1.电阻

(1)定义式:

R=

(2)物理意义:

导体的电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小,R越大,阻碍作用越大.

2.电阻定律

(1)内容:

同种材料的导体,其电阻与它的成正比,与它的成反比,导体的电阻还与构成它的材料有关.

(2)表达式:

R=.

3.电阻率

(1)计算式:

ρ=

(2)物理意义:

反映导体的,是导体材料本身的属性.

(3)电阻率与温度的关系

①金属:

电阻率随温度的升高而.

②半导体:

电阻率随温度的升高而.

③超导体:

当温度降低到附近时,某些材料的电阻率突然成为超导体.

例题

1.关于导体的电阻及电阻率的说法中,正确的是(  )

A.导体对电流的阻碍作用叫导体的电阻.因此,只有导体中有电流通过时,才具有电阻

B.由R=U/I可知,导体的电阻跟导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比

C.将一根导线一分为二,则半根导线的电阻和电阻率都是原来的二分之一

D.某些金属、合金的电阻率随温度降低会突然减小为零,这种现象叫做超导现象,发生超导现象时,材料由正常状态转变为超导状态的温度称为该超导材料的临界温度

2.将截面均匀、长为l、电阻为R的金属导线截去

,再拉长到l,则导线电阻变为(  )

A.

RB.

RC.

RD.nR

跟踪练习

1.如图所示,厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab=10cm,bc=5cm,当将A与B接入电压为U的电路中时,电流为1A;若将C与D接入电压为U的电路中,则电流为(  )

A.4AB.2AC.1/2AD.1/4A

知识点讲解2:

电阻的串联和并联

1.导体的伏安特性曲线

(1)用I-U图象或U-I图象反映导体中的电流与电压的关系,画出的图线统称为.

(2)遵守欧姆定律的导体,伏安特性曲线是通过坐标原点的直线(如图1所示).这种电学元件叫做.

图1图2

(3)图1(a)中,

;图1(b)中,

(4)对欧姆定律不适用的导体和器件,伏安特性曲线不是直线。

这种电学元件叫做。

(如图2)

(5)导体的伏安特性曲线反映了导体自身的性质,即导体的电阻.

2.串联电路与并联电路

(1)特点对比

串联

并联

电流

I=I1=I2=…=In

I=

电压

U=

U=U1=U2=…=Un

电阻

R=R1+R2+…+Rn

电压与

电流分配

电压与各部分电路的电阻成

电流与各支路的电阻成反比

功率

分配

与各部分电路的电阻成正比

与各支路的电阻成

(2)几个有用的结论:

①串联电路的总电阻其中任一部分电路的总电阻.

②并联电路的总电阻其中任一支路的总电阻.

③无论电阻怎样连接,每一段电路的总耗电功率P总是等于各个电阻耗电功率之和.

④无论电路是串联还是并联,电路中任意一个电阻变大时,电路的总电阻变大.

例题

1.由两个电阻组成的串联电路两端电压为100V,其中一个电阻的阻值为80Ω,其两端电压为40V,另一个电阻的阻值是(  )

A.120ΩB.80ΩC.40ΩD.20Ω

2.计算机光驱的主要部分是激光头,它可以发射脉冲激光信号,激光扫描光盘信息时,激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统,再通过计算机显示出相关信息.光敏电阻计数器的示意图如图所示,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是(  )

A.当有激光照射R1时,处理系统获得高电压B.当有激光照射R1时,处理系统获得低电压

C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次

跟踪练习

1.有三个电阻,R1=2Ω,R2=3Ω,R3=4Ω,现把它们并联起来接入电路,则通过它们的电流之比是(  )

A.6∶4∶3B.3∶4∶6C.2∶3∶4D.4∶3∶2

2.如图所示,R1=R2=R3=R,A、B两端电压恒为U,开关S接通后流过R2的电流是S接通前的(  )

A.1/2B.2/3C.1/3D.1/4

导学二:

闭合电路欧姆定律

知识点讲解1:

路端电压与电阻和电流的关系,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

3.路端电压U与电流I的关系

(1)关系式:

U=.

(2)U-I图象如图所示.

①当电路断路即I=0时,纵坐标的截距为.

②当外电路电压为U=0时,横坐标的截距为.

③图线的斜率的绝对值为电源的.

4.闭合电路欧姆定律的运用

(一)电路动态分析

(1)程序法:

基本思路是“部分→整体→部分”.即

(2)极限法:

因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论.

(3)串反并同法:

“串反”是指某一电阻增大(或减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(或增大).“并同”是指某一电阻增大(或减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(或减小).

(二)电路故障问题的分析

(1)故障特点

①断路特点:

表现为电路中的两点间电压不为零而电流为零,并且这两点与电源的连接部分没有断点.

②短路特点:

用电器或电阻发生短路,表现为有电流通过电路但其两端电压为零.

(2)检查方法

①电压表检测:

如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联路段短路.

②欧姆表检测:

当测量值很大时,表示该处是断路,当测量值很小或为零时,表示该处是短路.在运用欧姆表检测时,电路一定要切断电源.

③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,可以确定故障的位置.在运用电流表检测时,要注意电流表的极性和量程.

④假设法:

将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路发生某种故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理.

例题

1.关于闭合电路,下列说法中正确的是(  )

A.闭合电路中,电流总是从电势高的地方流向电势低的地方

B.闭合电路中,电源的路端电压越大,电路的电流就越大

C.闭合电路中,电流越小,电源的路端电压就越大

D.闭合电路中,外电阻越大,电源的路端电压就越大

2.如图电路中,当滑动变阻器的滑片P向上端a滑动过程中,两表的示数情况为(  )

A.电压表示数增大,电流表示数减少B.电压表示数减少,电流表示数增大

C.两电表示数都增大D.两电表示数都减少

跟踪练习

1.如图,A、B、C三只电灯均能发光,当把滑动变阻器的触头P向下滑动时,三只电灯亮度的变化是(  )

A.A、B、C都变亮B.A、B变亮,C变暗

C.A、C变亮,B变暗D.A变亮,B、C变暗

2.如图所示的电路中,电源的电动势E=12V,内阻未知,R1=8Ω,R2=1.5Ω,L为规格“3V,3W”的灯泡,开关S断开时,灯泡恰好正常发光.(不考虑温度对灯泡电阻的影响)试求:

(1)灯泡的额定电流和灯丝电阻;

(2)电源的内阻;

(3)开关S闭合时,灯泡实际消耗的功率.

知识点讲解2:

电功、电功率和电热的计算

一、电功、电功率、焦耳定律

1.电功

(1)实质:

电流做功的实质是对电荷做正功,电势能转化为其他形式的能的过程.

(2)公式:

W=qU=UIt,这是计算电功普遍适用的公式.

2.电功率

(1)定义:

单位时间内电流做的功叫电功率.

(2)公式:

P=

=,这是计算电功率普遍适用的公式.

3.焦耳定律:

电流通过电阻时产生的热量Q=,这是计算电热普遍适用的公式.

4.热功率

(1)定义:

单位时间内的发热量.

(2)表达式:

P=

=I2R.

二、纯电阻电路与非纯电阻电路的比较

例题

1.一台电风扇,内阻为20Ω,接上220V电压后正常工作,消耗功率66W,求:

(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少?

(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少?

转化为内能的功率是多少?

电动机的效率是多少?

(3)如果接上电源后,电风扇的扇叶被卡住,不能转动,这时通过电动机的电流以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少?

 

跟踪练习

1.如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图.电动机内电阻r=0.8Ω,电路中另一电阻R=10Ω,直流电压U=160V,电压表示数UV=110V.

(1)求通过电动机的电流;

(2)求输入电动机的电功率;

(3)若电动机以v=1m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量.(g取10m/s2)

 

知识点讲解3:

闭合电路的几种功率

1.电源的总功率:

P总=EI=UI+I2r

2.电源的输出功率:

P出=UI

电源的最大输出功率与外电路电阻的关系

图线如所示

当R=r时也即I=E/2r时,电源的输出功率最大,Pmax=

.当R>r和R<r时,电源有可能输出相同的功率.但效率不同.

3.电源的效率:

η=

×100%=

×100%=

×100%(后式只适用于纯电阻电路).

例题

1.一个电池组的电动势为E,内阻为r,用它给一电阻为R的直流电动机供电,当电动机正常工作时,通过电动机的电流为I,电动机两端的电压为U,经时间t

(  )

A.电源在内外电路做的功为(I2r+IU)tB.电池消耗的化学能为IEt

C.电动机输出的机械能为IEt-I2(R+r)tD.电池组的效率为

2.如图电源内阻为r固定电阻R0=r,可变电阻Rx的总电阻值为2r.若变阻器触头P由图示位置自左向右滑动.则()

A.电源输出功率由小变大B.Rx消耗功率由大变小

C.Rx消耗功率由小变大D.电源的效率由小变大

3.如图所示,E=8V,r=2Ω,R1=8Ω,R2为变阻器接入电路中的有效阻值,问:

(1)要使变阻器获得的电功率最大,则R2的取值应是多大?

这时R2的功率是多大?

(2)要使R1得到的电功率最大,则R2的取值应是多大?

R1的最大功率是多大?

这时电源的效率是多大?

(3)调节R2的阻值,能否使电源以最大的功率

输出?

为什么?

导学三:

电学实验

知识点讲解1:

测定金属丝电阻率

1.用“伏安法”测电阻时,电流表的两种接法

(1)原理:

利用电压表和电流表测出电阻两端的电压U和流过电阻的电流I,利用电阻定义式R=U/I算出电阻。

(2)两种接法:

电流表接在电压表两接线柱外侧,通常称为“外接法”,电流表接在电压表两接线柱内侧,通常称为“内接法”.

电流表接入方式

电流表外接法

电流表内接法

电路图

误差分析

电压表示数UV=UR+UA>UR

电流表示数IA=IR

R测=UV/IA

UR/IR=R真

误差来源于电流表的分压作用

电压表示数UV=UR

电流表示数IA=IR+IV>IR

R测=UV/IA

UR/IR=R真

误差来源于电压表的分流作用

两种电路的选择条件

R越大,UR越接近UV,R测=UV/IA,越接近于R真=UR/IR。

可见,为了减小误差,该电路适合测大电阻,即R

RA

R越小,IR越接近IV,R测=UV/IA,越接近于R真=UR/IR。

可见,为了减小误差,该电路适合测小电阻,即R

RV

(4)两种接法的选择:

,当Rx>R0时,用内接法;当Rx

(5)试触法:

用伏安法测未知电阻Rx时,若不知道Rx的阻值,为了选择正确的电路接法以减小误差,可将电路按如图所示连接,只空出电压表的一个接头S,然后将S分别与a、b接触一下,观察电压表和电流表示数变化情况.若电流表示数有显著变化,说明电压表的分流作用较强,即Rx是一个大电阻,应选用内接法S应接b测量,若电压表示数有显著变化,说明电流表分压作用较强,即Rx是一个小电阻,S应接a测量.

2.实验原理及电路图:

把电阻丝连入如图所示的电路,用电压表测其两端电压,用电流表测电流,根据Rx=

计算金属丝的电阻Rx,然后用刻度尺测量金属丝的有效长度l,用螺旋测微器测量金属丝的直径d,计算出金属丝的横截面积S,根据电阻定律计算出电阻率.

3.实验器材:

毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电压表和直流电流表、滑动变阻器、电池、开关及连接导线、金属电阻丝.

4.实验步骤

(1)测直径:

用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次,取直径d的平均值。

(2)测长度:

将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直,用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度L(即有效长度),反复测量三次,求出L的平均值。

(3)连电路:

按照如图所示的电路图用导线把器材连好,并把滑动变阻器的阻值调至最大。

(4)测电阻:

电路经检查无误后,闭合开关S,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,记录在表格内,断开开关S,求出电阻R的平均值.

(5)算电阻率:

将测得的R、L、d的值代入电阻率计算公式ρ=R

中,计算出金属丝的电阻率.或利用U-I图线的斜率求出电阻R,代入公式ρ=R

计算电阻率.

(6)整理:

拆去实验线路,整理好实验器材.

5.注意事项

(1)本实验中被测金属导线的电阻值较小,因此实验电路必须采用电流表外接法。

(2)测量被测金属导线的有效长度,是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度.测量时应将导线拉直。

(3)闭合电键S之前,一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置。

(4)在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流强度的值不宜过大(电流表用0~0.6A量程),通电时间不宜过长,以免金属导线的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大.

(5)求R的平均值可用两种方法:

第一种是用R=U/I,算出各次的测量值,再取平均值;第二种是用图象(U-I图线)的斜率来求出.若采用图象法,在描点时,要尽量使各点间的距离拉大一些,连线时要让各点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点可以不予考虑.

6.误差分析

(1)金属丝直径、长度的测量带来误差;

(2)测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响,因为电流表外接,所以R测

可知ρ测<ρ真;

(3)通电电流过大,时间过长,致使电阻丝发热,电阻率随之变化带来误差。

7.实验创新。

在此实验中,由于电压表、电流表内阻的影响,从而使金属丝电阻测量值偏小,可以改进实验电路,消除由于电表内阻的影响而带来的实验误差.

(1)等效替换法。

连接电路如图1所示,R′为电阻箱,Rx为待测电阻,通过调节电阻箱R′,使单刀双掷开关K分别接a和b时,若电流表中的电流示数相同,就表明Rx=R′,即可测出Rx.(此方法可以在没有电压表的情况下顺利进行)

图1图2

(2)附加电阻法。

连接电路如图2所示,R0为一阻值较大的固定电阻,Rx为待测电阻.

断开K2,闭合K1调节变阻器R,使电流表、电压表都有一个适当读数,记下两表读数I1、U1.

保持变阻器阻值R不变,再闭合K2,记下两表的读数I2、U2.

待测电阻Rx=

.

例题

1.在“测定金属的电阻率”的实验中,用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示,用米尺测量金属丝的长度l=0.810m.金属丝的电阻大约为4Ω.先用伏安法测出金属丝的电阻,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率.

(1)从图中读出金属丝的直径为。

(2)在用伏安法测定金属丝的电阻时,除被测的电阻丝外,还有如下供选择的实验器材:

直流电源:

电动势约4.5V,内阻很小;电流表A1:

量程0~0.6A,内阻0.125Ω;

电流表A2:

量程0~3.0A,内阻0.025Ω;电压表V:

量程0~3V,内阻3kΩ;

滑动变阻器R1:

最大阻值10Ω;滑动变阻器R2:

最大阻值50Ω;

开关、导线等.

在可供选择的器材中,应该选用的电流表是,应该选用的滑动变阻器是。

(3)根据所选的器材,画出实验电路图.

(4)若根据伏安法测出电阻丝的电阻为RX=4.1Ω,则这种金属材料的电阻率为Ω•m.(保留二位有效数字)

【题型】实验题

【知识点】测定金属的电阻率

【参考答案】

(1)0.520±0.002;

(2)A1,R1;(3)实验电路如图所示;(4)(1.1±0.1)×10-6

【解析】

(1)由图可知固定刻度读数为0.5mm,可动刻度为0.020mm,所以读数为0.520mm;

(2)电源电动势约为4.5伏,电阻约为4欧,最大电流约为1.1安,所以电流表选A1,选用限流式就可以满足量程所以电阻器选R1,(3)因为是小电阻,所以电流表用外接法;(4)由公式

代入可知电阻率为1.1╳10-6 Ω·m。

跟踪练习

1.(2011年全国高考)为了测量一微安表头A的内阻,某同学设计了如图所示的电路.图中A0是标准电流表,R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱,S和S1分别是单刀双掷开关和单刀开关,E是电池.完成下列实验步骤中的填空:

(1)将S拨向接点1,接通S1,调节,使待测表头指针偏转到适当位置,记下此时的读数I;

(2)然后将S拨向接点2,调节,使,记下此时RN的读数;

(3)多次重复上述过程,计算RN读数的,此即为待测微安表头内阻的测量值.

【题型】实验题

【知识点】物理实验

【参考答案】

(1)R0,标准电流表A0;

(2)RN,标准电流表A0的示数为I;(3)平均值

【解析】

(1)本实验采用等效替代法测量待测表头内阻。

首先单刀双掷开关S拨向接点1,将待测表头接入电路,闭合开关S1,调节滑动变阻器R0,使待测表头指针偏转到适当位置。

此时记下标准电流表A0的读数为I。

在做电学实验时,一般表头指针偏转需大于整个刻度盘的1/3,偏转过小测量误差比较大。

(2)然后将单刀双掷开关S拨向接点2,将电阻箱接入电路,然后调节电阻箱RN,使标准电流表A0的读数仍为I,根据等效替代法的实验思想,此时电阻箱RN的阻值即为待测表头的电阻值。

(3)为了保证实验测量精度,实验需进行多次测量求平均值。

知识点讲解2:

描绘小灯泡的伏安特性曲线

1.游标卡尺和螺旋测微器的使用方法

(1)游标卡尺

10分度的游标卡尺.游标上相邻两个刻度间的距离为0.9mm,比主尺上相邻两个刻度间距离小0.1mm.读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数,然后用游标读出0.1毫米位的数值:

游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐,0.1毫米位就读几(不能读某).其读数准确到0.1mm。

(2)20分度的游标卡尺.游标上相邻两个刻度间的距离为0.95mm,比主尺上相邻两个刻度间距离小0.05mm.读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数,然后用游标读出毫米以下的数值:

游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐,毫米以下的读数就是几乘0.05毫米.其读数准确到0.05mm.

(3)50分度的游标卡尺.游标上相邻两个刻度间的距离为0.98mm,比主尺上相邻两个刻度间距离小0.02mm.这种卡尺的刻度是特殊的,游标上的刻度值,就是毫米以下的读数.这种卡尺的读数可以准确到0.02mm.如下图中被测圆柱体的直径为2.250cm.

(2)螺旋测微器

固定刻度上的最小刻度为0.5mm(在中线的上侧);可动刻度每旋转一圈前进(或后退)0.5mm.在可动刻度的一周上平均刻有50条刻线,所以相邻两条刻线间代表0.01mm.读数时,从固定刻度上读取整、半毫米数,然后从可动刻度上读取剩余部分(因为是10分度,所以在最小刻度后应再估读一位),再把两部分读数相加,得测量值.下图中的读数应该是6.702mm.

2.滑动变阻器的接法:

限流式或者分压式

(1)两种接法的比较

限流式接法

分压式接法

电路图

负载R上电压

的调节范围

≤U≤E

0≤U≤E

负载R上电流

的调节范围

≤I≤

0≤I≤

(2)两种接法的选择

限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)。

分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)。

如果Rx很小,限流式接法中滑动变阻器分得电压较大,调节范围也比较大。

Rx很大时,分压式接法中Rx几乎不影响电压的分配,滑片移动时,电压变化接近线性关系,便于调节。

若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求,即若滑动变阻器阻值调到最大

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