高考物理知识点之直流电路.docx

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高考物理知识点之直流电路

高考物理知识点之直流电路

考试要点

基本概念

一、.电流

条件：

1、导体两端有持续的电压2、有可以自由移动的电荷

金属导体――自由电子电解液――正负离子气体――正负离子、自由电子

方向：

正电荷的定向移动的方向

导体中电流由高电势流向低电势，

电流在电源外部由正极流向负极

二、电流强度——（I标量）——表示电流的强弱。

通过导体某一截面的电量q跟通过这些电量所用时间的比值，叫电流强度，简称电流。

1、定义式：

适用于任何电荷的定向移动形成的电流。

单位：

1C/s=1A1A＝103mA1mA＝103μA

注意：

在电解液导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，在用公式I＝q／t计算电流强度时应引起注意。

2、电流的微观表达式

已知：

粒子电量q导体截面积s

粒子定向移动的速率v

粒子体密度（单位体积的粒子的个数）n

推导：

对于金属导体有I=nqvS（n为单位体积内的自由电子个数，S为导线的横截面积，v为自由电子的定向移动速率，约10-5m/s，远小于电子热运动的平均速率105m/s，更小于电场的传播速率3×108m/s），这个公式只适用于金属导体，千万不要到处套用。

三、欧姆定律

1、内容：

导体中的电流强度跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比

2、公式：

3、R电阻，1V/A＝1Ω1KΩ＝1000Ω1MΩ＝1000KΩ由本身性质决定

4、适用范围：

对金属导体和电解液适用，对气体的导电不适用

5、电阻的伏安特性曲线：

注意I-U曲线和U-I曲线的区别。

还要注意：

当考虑到电阻率随温度的变化时，电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。

四.电阻定律——导体电阻R跟它的长度l成正比，跟横截面积S成反比。

（1）ρ是反映材料导电性能的物理量，叫材料的电阻率（反映该材料的性质，不是每根具体的导线的性质）。

单位是Ωm。

（2）纯金属的电阻率小，合金的电阻率大。

⑶材料的电阻率与温度有关系：

①金属的电阻率随温度的升高而增大（可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧，对自由电子的定向移动的阻碍增大。

）铂较明显，可用于做温度计；锰铜、镍铜的电阻率几乎不随温度而变，可用于做标准电阻。

②半导体的电阻率随温度的升高而减小（可以理解为半导体靠自由电子和空穴导电，温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大，导电能力提高）。

③有些物质当温度接近0K时，电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。

能够发生超导现象的物体叫超导体。

材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度TC。

我国科学家在1989年把TC提高到130K。

现在科学家正努力做到室温超导。

注意：

公式R＝

是电阻的定义式，而R=ρ

是电阻的决定式R与U成正比或R与I成反比的说法是错误的，导体的电阻大小由长度、截面积及材料决定，一旦导体给定，即使它两端的电压U＝0，它的电阻仍然照旧存在。

五.电功和电热

电功就是电场力做的功，因此是W=UIt；由焦耳定律，电热Q=I2Rt。

其微观解释是：

电流通过金属导体时，自由电子在加速运动过程中频繁与正离子相碰，使离子的热运动加剧，而电子速率减小，可以认为自由电子只以某一速率定向移动，电能没有转化为电子的动能，只转化为内能。

1、电功和电功率

电功：

电场力对运动电荷所做的功，也叫做电流所做的功

适用于任何电路

能量转化：

把电能转化成其他形式的能

2、电热和热功率（焦耳定律）

电流通过导体时，释放的热量

适用于任何电路

能量转化：

电能转化为内能

3、纯电阻电路（一来一去，电能全部转化成内能（电阻、灯泡、电炉、电烙铁））

引：

真空中和电阻中电流作功把电能转变为其它形式的能的不同

（动能、内能、机械能、化学能等）

4、非纯电阻电路（一来多去电能的一部分转化成热能（电动机、电解槽，电感，电容……）

W＝I2Rt＋其他形式的能量，即

5、对于电动机

UI＝I2R＋机械P

输入功率内耗功率输出功率

总功率热功率机械功率

消耗功率损失功率有用功率

6、关于用电器的额定值问题

额定电压是指用电器在正常工作的条件下应加的电压，在这个条件下它消耗的功率就是额定功率，流经它的电流就是它的额定电流。

如果用电器在实际使用时，加在其上的实际电压不等于额定电压，它消耗的功率也不再是额定功率，在这种情况下，一般可以认为用电器的电阻与额定状态下的值是相同的，并据此来进行计算。

一、串并联

1、串联

I1＝I2R＝R1+R2U＝U1+U2

2、并联

I1+I2＝IU1＝U2

（1）

（2）总电阻小于任何一个电阻

（3）某一个电阻变大，总电阻变大

（4）某一支路断路，总电阻变大

（5）某一支路短路，总电阻为零

3、分压器

分清负载和空载时的输出电压UCD

CD间接入电阻的大小和多少对输出电压的影响

p在中点时的输出电压UCD

4、电源的串联和并联

二、电路的简化

原则：

无电流得支路可以除去

等势点可以合并

理想导线可以任意长短

理想电压表断路，理想电流表短路

电容充电完毕时断路，看成并联，电压相等

方法：

两种方法经常一起使用

电流分支法

找交叉点法

注意：

不漏掉任何一个元件，不重复用同一个元件

1、

2

3

电键断开

电键闭合

4

三、电路中有关电容器的计算。

（1）电容器跟与它并联的用电器的电压相等。

（2）在计算出电容器的带电量后，必须同时判定两板的极性，并标在图上。

（3）在充放电时，电容器两根引线上的电流方向总是相同的，所以要根据正极板电荷变化情况来判断电流方向。

如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差；如果变化前后极板带电的电性改变，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。

四、电表的改装

（1）电流表原理和主要参数

电流表G是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用发生偏转的原理制成的，且指什偏角θ与电流强度I成正比，即θ＝kI，故表的刻度是均匀的。

电流表的主要参数有，表头内阻Rg：

即电流表线圈的电阻；满偏电流Ig：

即电流表允许通过的最大电流值，此时指针达到满偏；满偏电压U：

即指针满偏时，加在表头两端的电压，故Ug＝IgRg

（2）电流表改装成电压表

方法：

串联一个分压电阻R，如图所示，若量程扩大n倍，即n＝

，则根据分压原理，需串联的电阻值

，故量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大。

（3）电流表改装成电流表

方法：

并联一个分流电阻R，如图所示，若量程扩大n倍，即n＝

，则根据并联电路的分流原理，需要并联的电阻值

，故量程扩大的倍数越高，并联电阻值越小。

需要说明的是，改装后的电压表或电流表，虽然量程扩大了，但通过电流表的最大电流或加在电流表两端的最大电压仍为电流表的满偏电流Ig和满偏电压Ug，只是由于串联电路的分压及并联电路的分流使表的量程扩大了。

五、伏安法——电阻的测量

电阻的测量有多种方法，主要有伏安法、欧姆表法，除此以外，还有半偏法测电阻、电桥法测电阻、等效法测电阻等等.

下面主要介绍伏安法测电阻的电路选择

1．伏安法测电阻的两种电路形式（如图所示）

2．实验电路（电流表内外接法）的选择

（1）若

＞

，一般选电流表的内接法。

（2）若

＜

，一般选电流表外接法。

六、滑动变阻器的使用

1、滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点

负载RL上电压调节范围（忽略电源内阻）

负载RL上电流调节范围（忽略电源内阻）

相同条件下电路消耗的总功率

限流接法

E≤UL≤E

≤IL≤

EIL

分压接法

0≤UL≤E

0≤IL≤

E（IL+Iap）

比较

分压电路调节范围较大

分压电路调节范围较大

限流电路能耗较小

如图两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R0）对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图（a）电路称为限流接法，图（b）电路称为分压接法.

其中，在限流电路中，通RL的电流IL=

，当R0＞RL时IL主要取决于R0的变化，当R0＜RL时，IL主要取决于RL，特别是当R0<

2、滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法

（1）下列三种情况必须选用分压式接法

①要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：

测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法.

②当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压接法.因为按图（b）连接时，因RL>>R0＞Rap，所以RL与Rap的并联值R并≈Rap，而整个电路的总阻约为R0，那么RL两端电压UL=IR并=

·Rap，显然UL∝Rap，且Rap越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作.

③若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过RL的额定值时，只能采用分压接法.

（2）下列情况可选用限流式接法

①测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且RL与R0接近或RL略小于R0，采用限流式接法.

②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法.

③没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法.

一、电源

内部非静电力搬运电荷，对电荷做功

2、两极出现电势差

3、内部非静电力做功，把其他形式的能转化为电能，外部电流做功，把电能转化成其他形式的能

二、电动势

意义：

1、表示把其他形式的能量转化成电能的本领的物理量

2、等于电源没接入电路时两极间的电

三、外电路和内电路

在任何电路中，有E＝U外＋U内（类比：

挣钱和花钱）

外电路和内电路电流的流向

四、闭合电路欧姆定律

E＝U外＋U内即E＝IR+Ir∴

闭合电路中的电流强度跟电源的电动势成正比，跟电路的总电阻成反比。

（比较两个欧姆定律的异同）

闭合电路欧姆定律的表达形式有：

①E=U外+U内②

（I、R间关系）③U=E-Ir（U、I间关系）

④

（U、R间关系）

五、路端电压跟负载的关系E＝IR+Ir

R变大，I减小，U内减小，U外变大

（1）R∞I0，Ir0，E＝U外

（2）R0，I0＝E/r，短路电流

六、U外～I的图象

U外＝－Ir+E

电动势

短路电流Io

r＝E/I0＝tanθ

七、闭合电路中的功率

EI＝U外×I+U内×I

总功率输出功率内耗功率

八、输出功率的最大值

输出P

得P

当

时，即R＝r时，输出P最大，此时

九电动势和内阻的测量

E＝I1（R1+r）

E＝I2（R2+r）

得E＝……

r＝……

E＝……r＝……

十、电路故障问题的分类解析

1.常见的故障现象

断路：

是指电路两点间（或用电器两端）的电阻无穷大，此时无电流通过，若电源正常时，即用电压表两端并联在这段电路（或用电器）上，指针发生偏转，则该段电路断路，如电路中只有该一处断路，整个电路的电势差全部降落在该处，其它各处均无电压降落（即电压表不偏转）。

短路:

是指电路两点间（或用电器两端）的电阻趋于零，此时电路两点间无电压降落，用电器实际功率为零（即用电器不工作或灯不亮，但电源易被烧坏）

2.检查电路故障的常用方法

电压表检查法：

当电路中接有电源时，可以用电压表测量各部分电路上的电压，通过对测量电压值的分析，就可以确定故障。

在用电压表检查时，一定要注意电压表的极性正确和量程符合要求。

电流表检查法：

当电路中接有电源时，可以用电流表测量各部分电路上的电流，通过对测量电流值的分析，就可以确定故障。

在用电流表检查时，一定要注意电流表的极性正确和量程符合要求。

欧姆表检查法：

当电路中断开电源后，可以利用欧姆表测量各部分电路的电阻，通过对测量电阻值的分析，就可以确定故障。

在用欧姆表检查时，一定要注意切断电源。

试电笔检查法：

对于家庭用电线路，当出现故障时，可以利用试电笔进行检查。

在用试电笔检查电路时，一定要用手接触试电笔的上金属体。