高中物理-恒定电流知识点总结.doc
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第14章:
恒定电流
一、知识网络
电流:
定义、微观式:
I=q/t,I=nqSv
电压:
定义、计算式:
U=W/q,U=IR。
导体产生电流的条件:
导体两端存在电压
电阻:
定义、计算式:
R=U/I,R=ρl/s。
金属导体电阻值随温度升高而增大
半导体:
热敏、光敏、掺杂效应
超导:
注意其转变温度
电动势:
由电源本身决定,与外电路无关,是描述电源内部非静电力做功将其它形式的能转化为电能的物理量
基本
概念
电阻定律:
R=ρl/s
部分电路:
I=U/R
闭合电路:
I=E/(R+r),或E=U内+U外=IR+Ir
适用条件:
用于金属和电解液导电
欧姆定律:
恒定电流
公式:
W=qU=Iut
纯电阻电路:
电功等于电热
非纯电阻电路:
电功大于电热,电能还转化为其它形式的能
规律
电功:
用电器总功率:
P=UI,对纯电阻电路:
P=UI=I2R=U2/R
电源总功率:
P总=EI
电源输出功率:
P出=UI
电源损失功率:
P损=I2r
电源的效率:
,
对于纯电阻电路,效率为100%
电功率:
伏安法测电阻:
R=U/I,注意电阻的内、外接法对结果的影响
描绘小灯泡的伏安特性
测定金属的电阻率:
ρ=Rs/l
测定电源电动势和内阻
电表的改装:
多用电表测黑箱内电学元件
实验
定义:
机械能是指动能和势能的总和。
转化:
动能和势能之间相互转化。
机械能守恒:
无阻力,动能和势能之间总量不变。
机械能
及其转化
二、重、难点知识归纳
(五)、滑动变阻器的使用
1、滑动变阻器的作用
(1)保护电表不受损坏;
(2)改变电流电压值,多测量几次,求平均值,减少误差。
2、两种供电电路(“滑动变阻器”接法)
(1)、限流式:
a、最高电压(滑动变阻器的接入电阻为零):
E。
b、最低电压(滑动变阻器全部接入电路):
。
c、限流式的电压调节范围:
。
(2)、分压式:
a、最高电压(滑动变阻器的滑动头在b端):
E。
b、最低电压(滑动变阻器的滑动头在a端):
0。
c、分压式的电压调节范围:
。
3、分压式和限流式的选择方法:
(1)限流式接法简单、且可省一个耗电支路,所以一般情况优先考虑限流式接法。
(2)但以下情况必须选择分压式:
a、负载电阻RX比变阻器电阻RL大很多(RX>2RL)
b、要求电压能从零开始调节时;
c、若限流接法电流仍太大时。
三、典型例题
例1、某电阻两端电压为16V,在30s内通过电阻横截面的电量为48C,此电阻为多大?
30s内有多少个电子通过它的横截面?
解析:
由题意知U=16V,t=30s,q=48C,
电阻中的电流I==1.6A
据欧姆定律I=得,R==10Ω
n==3.0×1020个
故此电阻为10Ω,30s内有3.0×1020个电子通过它的横截面。
点拨:
此题是一个基础计算题,使用欧姆定律计算时,要注意I、U、R的同一性(对同一个导体)。
小试身手
1.1、导线A电阻为R,A中电流强度为I,通电时间为t,导线B的电阻为R/2,B中电流强度为I/4,通电时间为2t,那么:
(1)相同的时间通过导线A与B横截面的电量之比为()
A.2:
1B.1:
2C.4:
1D.1:
4
(2)时间t内电流通过A做功与时间2t内电流通过B做功之比为()
A.32:
1B.16:
1C.8:
1D.1:
4
图14-3
1.2、A,B,C,D四个相同的灯泡按图14-3所示电路连接,M,N两端电压恒定,这四个灯泡中()
A.C灯比D为亮
B.A灯比C灯亮
C.A灯和B灯一样亮
D.A灯和C灯一样亮
例2、两电阻R1、R2的伏安特性曲线如右图14-4所示,由图可知:
(1)这两电阻的大小之比R1∶R2为_______
图14-4
A.1∶3 B.3∶1 C.1∶ D.∶1
(2)当这两个电阻上分别加上相同电压时,通过的电流之比为_______
A.1∶3 B.3∶1 C.1∶ D.∶1
解析:
(1)由欧姆定律I=可知,在I—U图线中,图线的斜率k==,即电阻的大小等于伏安特性曲线斜率的倒数。
R1∶R2=tan30°∶tan60°=1∶3所以A选项正确。
(2)由欧姆定律I=可知,给R1、R2分别加上相同的电压时,通过的电流与电阻成反比I1∶I2=R2∶R1=3∶1,故B选项正确
点拨:
此题为一个理解题。
考查对伏安特性曲线的认识和理解。
小试身手
2.1、若加在某导体两端的电压变为原来的3/5时,导体中的电流减小了0.4A.如果所加电压变为原来的2倍,则导体中的电流多大?
图14-5
2.2、甲、乙两个定值电阻分别接入电路中,通过电阻的电流强度与电阻两端电压的关系如图14-5所示,根据图线可知()
A.甲的两端电压总比乙两端电压大
B.甲电阻比乙的电阻小
C.加相同电压时,甲的电流强度比乙的小
D.只有甲两端电压大于乙两端电压时,才能使甲、乙中电流强度相等
2.3、如图14-6所示,甲、乙为两个独立电源的路端电压与通过它们的电流I的关系图线,下列说法中正确的是(AC)
图14-6
A.路端电压都为U0时,它们的外电阻相等
B.电流都是I0时,两电源的内电压相等
C.电源甲的电动势大于电源乙的电动势
D.电源甲的内阻小于电源乙的内阻
例3、如图14-7所示,R1=R2=R3=R=4Ω,U=8V,求,
(1)安培计示数。
(2)用导线连接AD,安培计示数。
(3)用导线同时连接AD,BC,导线AD,BC不连接,安培计的示数。
图14-7
解析:
(1)电路连接是R2,R3,R4串联,然后与R1并联。
R1+R2+R3=12Ω,总电阻R==3Ω,
(2)用导线连接AD,导线AD与R2、R3并联,导线把R2,R3短路,电路便为R4与R1并联,电阻R=2Ω,安培计示数
(3)同时导线连接AD,BC,电路如图14-7所示,导线AD把4个电阻的一端连在一起。
导线CB把4个电阻的另一端连接在一起,四个电阻的两端电势相等,四个电阻并联,电路总电阻为R=1Ω,安培计示数I=8A,千万不能认为AD导线使R2、R3短路,最后只有R1一个电阻。
点拨:
此题为一个基础计算题,考查的是对电阻的计算和欧姆定律的应用。
,解决电学问题时,电路一定要清,搞清楚电路是如何连接的是解题的关键。
串联电路分压,并联电路分流是经常使用的电学规律,必须熟练掌握
小试身手
3.1、1.一条粗细均匀的电阻丝电阻为R,其横截面直径为d,若将它拉制成直径为d/10的均匀细电阻丝,其电阻变为()
A.10000RB.1000RC.100RD.R/100
3.2、下列关于电阻率的叙述,错误的是()
A.当温度极低时,超导材料的电阻率会突然减小到零
B.常用的导线是用电阻率较小的铝、铜材料做成的
C.材料的电阻率取决于导体的电阻、横截面积和长度
D.材料的电阻率随温度变化而变化
3.3、一粗细均匀的镍铬丝,截面直径为d,电阻为R。
把它拉制成直径为d/10的均匀细丝后,它的电阻变为()
A.R/1000B.R/100 C.100RD.10000R
3.4.在一根长l=5m,横截面积S=3.5×10-4m2的铜质导线两端加2.5×10-3V电压。
己知铜的电阻率ρ=1.75×10-8Ω·m,则该导线中的电流多大?
每秒通过导线某一横截面的电子数为多少?
3.5、如图14-8所示,电阻R1,R2,R3,的电压,电流,消耗电功率分别为U1,U2,U3,I1,I2,I3,P1,P2,P3,把此电路与电源接通后,求,
(1)U1/U2,
(2)I1/I2,(3)P1/P2
图14-8
例4、.一条电阻丝加上电压U后,经ts后放出热量为Q,若得电阻丝截成等长的三段并且关联在一起,再加上电压U,需经多长时间放出热量仍为Q?
解析:
设电阻丝电阻为R,Q=,截成等三段,每段电阻为R/3,并联后电阻为R/9,则Q=。
点拨:
此题为一个简单计算题,主要考查电热公式的记忆和理解。
电阻丝是纯电阻,计算热量三个公式都适用,结合题目给定的条件,电压不变,使用,Q=,计算方便。
小试身手
4.1、某输电线总电阻为2.0Ω,若输送电功率保持10KW不变,在用250V电压输送时,线路上损失功率为__________KW,若改用5000V电压输送时,线路上损失电功率为___________KW。
图14-9
4.2、.如图14-9所示,电路两端电压恒定,电阻R1=R2=R3,R3=,电键闭合前,后电阻R2消耗电功率之比_______,电容器C所带电量之比___________。
4.3、在闭合电路中()
A.电流总是由高电势流向低电势
B.电流强度越大,电源输出功率越大
C.输出功率越大,电源效率越高
D.电源输出电压越大,电源效率越高
图14-10
例5、如图14-10所示,ε=12V,r=1Ω,导线电阻不计,R=22Ω(a)K闭合时,滑键c逐渐向右滑动时,干路电流将__________,路端电压将__________AC间电压将_________,电源消耗总功率____________,电源内部消耗的功率____________(b)K闭合时,滑键c放在R中间,干路电流为___________,路端电压为_____________,AC间电压为__________,BC间电压为__________,电源内电压为____________,电源消耗总功率为___________电源内部消耗功率为_____________,输出功率为__________,电源效率为__________。
解析:
(a):
电键K闭合时,滑键c向右滑动时,电路电阻逐渐减小,根据闭合电路欧姆定律,干路电流将逐渐增大,路端电压:
ε=U路+Ir,U路逐渐减小。
AC间电压UAC=IRAC,因RAC=0,不随C移动而变化。
电源消耗总功率:
P总=εI,因为I增大,而增大,电源内部消耗功率P内=I2r,r不变,P内增大,(b)K闭合,C放在R中间则外电路电阻R外=11Ω,干路电流I=,路端电压U路=IR外=1×11=11V,UAC=0V,UBC=U路=11V,电源内电压U内=Ir=1V,电路消耗总功率P总=εI=12×1=12W输出功率P出=U路×I=11×1=11W,电源内部消耗电功率。
P内=I2r=P总-P出=1W,电源效率η=,
点拨:
此题为一个综合题。
是对闭合电路的基本规律全面的检测,是对闭合电路的基本概念,基本规律的综合练习使用,熟练掌握非常必要。
小试身手
R1R3
R2
E
C
ABB
CCC
图14-11
5.1、已知如图14-11,电源内阻不计。
为使电容器的带电量增大,可采取以下那些方法:
()
A.增大R1B.增大R2C.增大R3D.减小R1
图14-12
5.2、如图14-12所示的电路中,当滑动变阻器R3的滑动头P向b移动时,()
A.伏特表V1,V2都增大,安培表A1减小,A2增大。
B.伏特表V1,V2都减小,安培表A1增大,A2减小。
C.伏特表V1增大,V2减小,安培表A1,A2都减小。
图14-13
D.伏特表V1减小,V2增大,安培表A1,A2都增大。
5.3、如图14-13所示电路中,电源内阻不能忽略,当滑片P向下移动时,电路中各电表示数如何变化?
5.4、如图14-14所示,两个电源电动势皆为60V,内电阻皆为2Ω,左边电阻8Ω,右边电阻2Ω,虚线框内是一个6Ω和1个8Ω电阻组成的电路,当只接通K1,K2时,回路电流为6A,当只接通K2,K3时,回路电流为5A,求只接通K1和K3时,回路电流强度是多大?
图14-14
图14-15
例6、在右图14-15中电池组的电动势为3V,内阻为0.6W,R1=R2=R3=R4=4W,求电压表与电流表的示数。
解析:
当电路中元件连接比较复杂,同时又有电表时,应先把电表摘去,弄清各元件的连接方式再分析各电表所测的物理量。
“摘表”的原则是电流表短路,电压表断路,如图
(1)所示。
然后改画出各元件连接标准图,搞清R1、R2、R3、R4的连接方式,如图
(2)。
最后把电流表、电压表放回原处,由于各电阻的连接方式已清楚,可以较容易地画出电流的走向,找出流过电流表的是哪些电流。
如图(3)所示可知,通过电流表的电流是通过R2的电流I2与通过R3的电流I3。
而电压表量的是路端电压。
解:
R1与R2并联电阻
R12与R4串联电阻R串
电路总电阻
总电流:
路端电压:
串联电路中电流
通过R2的电流
通过电流表的电流
答:
电压表示数2.4V
电流表示数0.8A
点拨:
此题是一个综合计算题。
接在电路中的电压表和电流表的示数不是作为已知量给出,就是作为末知量待求,无论哪种情况必须弄清电压表测的是哪两点的电压,电流表测的是通过哪些元件的电流。
小试身手
6.1、在如图14-16所示电路中,当变阻器R3的滑动头P向b端移动时,()
图14-16
A.电压表示数变大,电流表示数变小
B.电压表示数变小,电流表示数变大
C.电压表示数变大,电流表示数变大
D.电压表示数变小,电流表示数变小
6.2、如图14-17所示电路中,电源电动势,内阻不计。
电阻,电动机的内阻R0=1.6W,电压表示数为80V,电动机正常工作,求电动机输出的机械功率。
图14-17
图14-18
6.3、如图14-18所示的电路中,已知R1=4Ω,电流表的读数I=0.75A,电压表读数U=2.0V,经一段时间后一电阻断路,使电流表的读数变为=0.80A,而电压表的读数变为=3.2V,求:
(1)发生断路的电阻是哪一个?
(2)电源电动势和内阻各是多少?
例7、如图14-19是欧姆表的工作原理图。
(1)若表头的满偏电流为Ig=500μA,干电池的电动势为1.5V,把灵敏电流表的电流刻度值对应的欧姆表电阻值填在下表中:
电流刻度
0
50μA
100μA
200μA
250μA
300μA
400μA
500μA
电阻刻度
图14-19
(2)这只欧姆表的总内阻为Ω,表针偏转到满刻度的1/3时,待测电阻为Ω.
解析:
(1)对应电流“0”刻度和满偏电流“500μA”的电阻刻度分别为“∞”和“0”.由闭合电路欧姆定律得,调零时:
,
所以欧姆表总内阻
Ω
测量电阻Rx时:
当I=50μΑ时,Ω
同理可求出,100μΑ,200μΑ,250μΑ,300μΑ,400μΑ时对应的电阻分别为:
1.2×104Ω,4.5×103Ω,3×103Ω,2×103Ω,750Ω.
(2)当表针偏转到满刻度的1/3处时
Ω
图14-20
点拨:
此题是一个计算实验题。
考查的是对电流表改装的理解。
这也是高考中的一个难点。
小试身手
7.1、如图14-20所示电路中,电压表和电流表的读数分别为10V和0.1A,已知电流表的内阻RA为0.2Ω。
那么待测电阻Rx的测量值比真实值,真实值为。
图14-21
7.2、在用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中(如图14-21):
(1)移动滑动变阻器的滑动头应特别注意防止_________________________________________________
(2)现备有以下器材:
A.干电池1个B.滑动变阻器(0~50Ω)C.滑动变阻器(0~1750Ω)
D.电压表(0~3V)E.电压表(0~15V)F.电流表(0~0.6A)G.电流表(0~3A)
其中滑动变阻器应选____,电流表应选_____,电压表应选___。
图14-22
(3)右图14-22是根据实验数据画出的U-I图像。
由此可知这个干电池的电动势E=__V,内电阻r=___Ω。
例8、图14-22-1为两个不同闭合电路中两个不同电源的I—U图象,则下述说法正确的是()
A.电动势E1=E2,发生短路时的电流强度I1>I2
图14-22-1
B.电动势E1=E2,内阻r1>r2
C.电动势E1=E2,内阻r1<r2
D.当两个电源工作电流变量相同时,电源2的路端电压变化较大
解析:
闭合电路的I—U图线,I是电路的总电流强度,U是路端电压,图象上图线与U轴交点物理意义是电路电流强度为零,属断路,路端电压即电源电动势,图线与I轴交点的物理意义是路端电压为零,属电源短路,交点坐标值即为短路电流,I=E/r,即r=E/I,可见图线的斜率的绝对值为电源的内电阻。
从坐标中看出图线1、2与U轴交于一点表明电动势E1=E2,图线1斜率比图线2斜率小,表明r1<r2,图线1与I轴交点坐标大于图线2与I轴交点坐标。
表明I1>I2。
可见选项A、C正确,两个电源电动势相等,内阻r1<r2,当电流变化量△I1=△I2时,△I1r1<△I2r2,即电源1内电压变化量小于电源2内电压变化量,所以电源2路端电压变化量大。
D选项正确。
答案为:
A、C、D
点拨:
此题是一个分析题。
处理图象问题时,应认真分析图线,确定各特殊点的物理意义,能帮助你找到解题思路。
小试身手
8.1、在图14-22-2电路中,当滑动变阻器滑动键P向下移动时,则()
A.A灯变亮、B灯变亮、C灯变亮
B.A灯变亮、B灯变亮、C灯变暗
图14-22-2
C.A灯变亮、B灯变暗、C灯变暗
D.A灯变亮、B灯变暗、C灯变亮
8.2、关于电源和直流电路的性质,下列说法正确的是()
A.电源短路时,电路电流为无穷大
B.电源短路时,路端电压为零,外电阻无穷大
C.外电路断路时,路端电压为最大,外电阻为零
D.外电路总电阻值增大时,路端电压也增大
四、章节练习
一、填空题
1.如图14-23用伏安法测电阻时,如果不知道待测电阻的大概
值时,为了选择正确的电路以减少误差,可将电压表一
个接头分别在a、b两点接触一下,如果安培表读数没
图14-23
有显著变化,则P应接在处,如果伏特表读数
没有显著变化,则P应接在处。
2.由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应,太阳能电池就是依据光伏效应设计的单
晶硅太阳能电池,在正常阳光照射下,光电转化效率可达23℅,单片单晶硅太阳能电
池可产生0.6V的电动势,可获得0.1A的电流,每秒种照射到这种太阳能电池上太阳光
的能量是J(保留两位有效数字)。
图14-24
B
A
3.如图14-24所示,直线A电源的路端电压U与电流I的关系
图象,直线B是电阻R两端电压U与电流I的关系图象,
把该电源与电阻R组成闭合电路,则电源的输出
_______W,电源的电动势V,电源的内电阻
Ω,外电阻Ω。
4.某闭合电路的路端电压U随外电阻R变化的图线
如图14-25所示,当R很大时,U约为3V。
则电源的电动
势为V,内电阻为,当U=2V时,电
源的输出功率为W。
图14-25
二、选择题
1.我国北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道,当环中的电流是10mA时(设电子的速度是3×107m/s).则在整个环中运行的电子数目为(电子电量e=1.6×10-19C)()
A.5×1011B.5×1010C.1×102D.1×104
图14-26
2.如图14--26所示,均匀的长方形薄片合金电阻板abcd,ab边为
L1,ad边为L2,当端点I、Ⅱ或Ⅲ、Ⅳ接入电路时,RIII:
RⅢⅣ=()
A.L1:
L2B.L2:
L1
C.L12:
L22D.L22:
L12
3.直流电动机线圈电阻为R,当电动机工作时通过的电流为I,,两端电压是U,则其输出功率是()
A.IUB.IU+I2RC.IU一I2RD.U2/R
4.如图14-27所示,三个电压表用满偏电流相同的电流表改装而成,已知电压表V1的示数为8V,电压表V3的示数为5V,则关于电压表V2的示数,下列判定中正确的是()
图14-27
A.电压表V2的示数必为3V
B.电压表V2的示数必为5V
C.若三个电压表量程相同,则电压表V2的示数必为3V
D.即使三个电压表量程相同,电压表V2的示数也可能不等于3V
5.两个电热器连接如图14-28所示,其中R1=R3=10Ω,R2=R4=40Ω,
今将输入端接在电压U的电路中,那么它们功率的关系是()
图14-28
A.P1>P2>P3>P4B.P1>P3>P2>P4
C.P2>P1>P3>P4D.P4>P3>P2>P1
6.如图14-29所示为甲、乙两灯泡的I一U图象.根据图象,
计算甲、乙两灯泡并联在电压为220V的电路中,实际发光的
功率约为()
A.15W、30WB.30W、40W
C.40W、60WD.60W、100W
7.如图14-30所示,直线OAC为某一直流电源的总功率P总
图14-29
随电流I的变化图线;抛物线OBC为同一电源内部的发热功
率Pr随电流I的变化图线.若线段AB对应的横坐标为2A,那
么AB的长度所表示的功率及电流I=2A时所对应的外电阻分别
为