高中物理关于闭合电路欧姆定律的动态电路分析习题知识点总结.docx

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高中物理关于闭合电路欧姆定律的动态电路分析习题知识点总结

高中物理关于闭合电路欧姆定律的动态电路

分析习题知识点总结

一、部分电路欧姆定律电功和电功率

（一 ） 部分电路欧姆定律

1．电流

（1）电流的形成：

电荷的定向移动就形成电流。

形成电流的条件是：

①要有能自由移动的电荷； ②导体两端存在电压。

（2）电流强度：

通过导体横截面的电量 q 跟通过这些电量所用时间 t 的比值，叫电流强度。

①电流强度的定义式为：

l=q/t

②电流强度的微观表达式为：

I=nqSv

n 为导体单位体积内的自由电荷数，q 是自由电荷电量，v 是自由电荷定向移动的速率，S是导体的横截面积。

（3）电流的方向：

物理学中规定正电荷的定向移动方向为电流的方向，与负电荷定向移

动方向相反。

在外电路中电流由高电势端流向低电势端，在电源内部由电源的负极流向正极。

2．电阻定律 

（1） 电阻：

导体对电流的阻碍作用就叫电阻，数值上：

R=U/I。

（2） 电阻定律：

公式：

R=ρL/S ，式中的ρ为材料的电阻率，由导体的材料和温度决定。

纯金属的电阻率随温度的升高而增大，某些半导体材料的电阻率随温度的升高而减小，某些合金的电阻率几乎不随温度的变化而变化。

（3） 半导体：

导电性能介于导体和绝缘体之间，如锗、硅、砷化镓等。

半导体的特性：

光敏特性、热敏特性和掺杂特性，可以分别用于制光敏电阻、热敏电阻及晶体管等。

（4） 超导体：

有些物体在温度降低到绝对零度附近时。

电阻会突然减小到无法测量的程度，这种现象叫超导；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做转变温度 Tc。

3．部分电路欧姆定律

内容：

导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比。

公式：

I=U/R

适用范围：

金属、电解液导电，但不适用于气体导电。

欧姆定律只适用于纯电阻电路，而不适用于非纯电阻电路。

伏安特性：

描述导体的电压随电流怎样变化。

若U-I图线为过原点的直线，这样的元件叫线性元件；若u-i图线为曲线叫非线性元件。

（二 ）电功和电功率

1．电功

（1） 实质：

电流做功实际上就是电场力对电荷做功，电流做功的过程就是电荷的电势能

转化为其他形式能的过程。

（2） 计算公式：

W=qU=UIt适用于任何电路。

W=I^2Rt=U^2t/R只适用于纯电阻电路。

2．电功率

（1） 定义：

单位时间内电流所做的功叫电功率。

（2） 计算公式：

P=W/t=UI 适用于任何电路。

P=I^2R=U^2/R只适用于纯电阻电路。

3．焦耳定律

电流通过电阻时产生的热量与电流的平方成正比，与电阻大小成正比，与通电时间成正比，即Q=I^2Rt

（三 ）电阻的串并联

1．电阻的串联

电流强度I=I1=I2=I3=......：

电压U=U1+U2+.....：

电阻：

R=R1+R2+....

电压分配U1/U2=R1/R2....，

功率分配P1/P2=R1/R2....，

2．电阻的并联 

电流强度I=I1+I2+....

电 压U=U1=U2=....

电阻1/R=1/R1+1\R2+1/R3.....

电流分配I1/I2=R2/R1

功率分配P1/P2=R2/R1

注意：

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。

二、闭合电路欧姆定律

（一）电动势

电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，例如一节干电池的电动势E=1.5V，物理意义是指：

电路闭合后，电流通过电源，每通过lC的电荷，干电池就把1.5J的化学能转化为电能。

（二 ）闭合电路的欧姆定律

1．闭合电路欧姆定律

闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路中的电阻之和成反比：

I=E/（R+r）。

常用表达式还有：

E=IR+Ir=U+U’=U+Ir和U=E-Ir

2．路端电压U随外电阻R变化的讨论

电源的电动势和内电阻是由电源本身决定的，不随外电路电阻的变化而改变，而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而改变的：

（1） 外电路的电阻增大时，I减小，路端电压升高；

（2） 外电路断开时，R=无穷大。

路端电压U=E；

（3） 外电路短路时，R=0，U=0，I=E/r（短路电流）．短路电流由电源电动势和内阻共同决定．由于r一般很小。

短路电流往往很大，极易烧坏电源或线路而引起火灾。

路端电压随外电阻变化的图线如图所示。

3．电源的输出功率随外电阻变化的讨论

（1） 电源的工作功率：

P=IE ，这个功率就是整个电路的耗电功率，通常叫做电源的供电功率。

（2） 内耗功率：

P内=I^2r 。

（3） 输出功率：

P输出=P-P内=EI-I^2*r=IU，式中U为路端电压。

特别地，当外电路为纯电阻电路时，P出=I^2R

由I=E/R+r 得，P出=E^2/[（R-r）^2/R+4r]，故R=r（内、外电阻相等）时P出最大，且最大值为P出m=E^2/4r，图线如图所示。

可见，当R＜r时，R增大，输出功率增大。

当R＞r时，R增大，输出功率减小。

习题演练

动态电路大小变化

1、如图所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器，当传感器所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（　）

A．I变大，U变大 B．I变大，U变小 C．I变小，U变大 D．I变小，U变小

【解析】本题需要大家明白两点：

1、半导体热敏电阻特点：

温度升高→阻值降低

2、当闭合电路中某一电阻阻值发生变化时，电路其他部分电流、电压、电功率遵循一个规则——串反并同。

【解答】例如本题中

当“出现火情”时，R2阻值降低，电流表与R2并联，所以读数“并同”即相同，降低。

报警器与R2也是并联，故电压也是“并同”，即降低。

所以选择D。

如果你不太相信“串反并同”，那我们可以用闭合电路欧姆定律判断一下：

R2的电阻减小，电路总电阻减小，干路电流增加。

根据闭合电路的欧姆定律知电源内阻分压增加，电源电动势不变，故路端电压减小。

干路电流增加，则两端的电压增加，由于路端电压减小，则并联部分的电压减小，通过的电流减小，所以显示器的电流变小，报警器的电压变小。