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1、高二物理恒定电流高二物理恒定电流 1 1 5 5 节节人教实验版人教实验版 本讲教育信息 一 教学内容 恒定电流 1 5 节 知识要点 1 知道恒定电场与静电场的基本性质相同 在静电场中适用的关系在恒定电场 中同样适用 2 知道什么是恒定电流 知道电流的单位 理解电荷量 电流 通电时间等物 理量之间的关系 3 知道电源是提供电能的装置 通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能 理解电动势的概念 知道电动势和电压是两个不同的概念 4 理解电阻的概念 知道电阻的物理意义的单位 理解欧姆定律及其适用范围 会用欧姆定律解决电路中的问题 5 知道导体的伏安特性曲线 知道线性元件及非线性元件 6 了解串并
2、联电路的连接方式 掌握串并联电路的电流 电压 电阻的关系 7 理解电功的概念 知道电功是指静电力对自由电荷所做的功 知道电功率和 热功率的区别与联系 能区分电功和热功 重点 难点解析 一 电流 1 导线中的电场 1 达到稳定状态时 导线内的电场是由电源 导线等电路元件所积累的电荷共 同形成的 电荷的分布是稳定的 电场的分布也是稳定的 且导线内的电场线保持 和导线平行 2 由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场 称为恒定电场 静电场中的电势 电势差及其与电场强度的关系在恒定电场中同样适用 2 形成电流的条件 一是要有自由电荷 二是导体两端存在电压 3 电流 通过导体横截面的电荷量跟通过这些电荷量所用
3、时间的比值 定义式 t q I 决定式 R U I 微观表达式 nqSvI 二 电动势 1 电动势是用来表示电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量 用 E 来表示 2 定义式为 E W q 数值上等于非静电力把 1C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功 其 单位是伏特 3 注意 电动势与电压的区别 电动势是对电而言 它描述移送单位电荷量时非静电力做功多少 即移送 1C 电量时其它形式的能转化为电能的多少 而电压是对电路而言的 它描述在这段电 路中移送单位电荷量时电场力做功多少 即移送 1C 电量时电能转化为其它形式的 能的多少 4 电动势由电源中非静电力的特性决定 跟电源的体积无
4、关 跟外电路无关 5 电源的重要参数有电动势 内阻 容量等 家中常用的 1 2 5 号电池 标有 1 5V 的字样 这是什么意思 三 欧姆定律 1 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 公式为 U I R 或写成UIR 公式的适用范围是金属导体和电解液导体 对气体导电不适用 应用时 UIR 三个物理量要对应同一段电路 2 伏安特性曲线 研究部分电路欧姆定律时 因U是自变量 I为因变量 故常 画IU 图线如下图所示 图线斜率 1 tan I UR 图中 21 RR 四 电功和电功率 1 电功 电流做功 其实质是电场力对电荷做功 电场力对电荷做功 电荷的电 势能减少 电势能转化
5、为其他形式的能 因此电功WqUUIt 这是计算电功普 遍适用的公式 单位时间内电流做的功叫电功率 W PUI t 这是计算电功率普 遍适用的公式 2 焦耳定律 2 QI Rt 此式适用于任何电路求解热功 生热功率 P I2R 注意 纯电阻电路和非纯电阻电路 如果一段电路中只含有电阻元件称之为纯电阻电路 它有两大基本特点 服从欧 姆定律 R U I 电流通过纯电阻电路时 电流做功所消耗的电能全部转化为内 能 如果电路中除了含有电阻外 还包括电动机 电解槽等能够把电能转化为其它形式 的能的用电器 这种电路称为非纯电阻电路 其特点是 不服从欧姆定律 在非 纯电阻电路中 U IR 电流通过电路时 电流
6、做功消耗的电能除了转化为内能外 还要转化成其它形式的能 如机械能 化学能等 五 串并联电路 1 串联电路 电流关系 电路中各处的电流强度都相等 I I1 I2 I3 电压关系 电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和 U U1 U2 U3 电阻关系 串联电路的总电阻等于各个导体的电阻之和 R R1 R2 R3 注意 1 串联电路的总电阻大于任何一个电阻 2 串联电阻越多 总电阻越大 3 电路中某一电阻变大 则总电阻变大 电压分配规律 串联电路中各个电阻两端的电压跟它的阻值成正比 电阻具 有分压作用I R U R U R U R U N N 3 3 2 2 1 1 或 U1 U2 U3 Un R
7、1 R2 R3 Rn 练习 两白炽灯 A 220V 40W B 220V 100W 串联接入电路中 求电路 所能承受的最大电压 电功率分配规律 串联电路消耗的总功率等于各个电阻消耗的功率之和 P总 P1 P2 P3 Pn 或 UI U1I U2I U3I UnI 上述两个公式适用于任何用电器 根据欧姆定律 上述公式可以写成 I2R 总 I2R1 I2R2 I2R3 I2Rn 或 P总 P1 P2 P3 Pn R总 R1 R2 R3 Rn 由此可知 对于由纯电阻构成的串联电路 各个电阻消耗的功率与它的电阻值 成正比 练习 将 A 220V 40W B 220V 100W 两灯泡串联后 接到 22
8、0V 的电路 中 哪个亮 2 并联电路 电压关系 电路中各支路两端的电压相等 U总 U1 U2 U3 Un 电流关系 电路中干路中的电流等于各支路的电流之和 I总 I1 I2 I3 In 电阻关系 并联电路的总电阻的倒数等于各电阻倒数之和 321 1111 RRRR总 注意 1 n 个电阻均为 R0的电阻并联 R总 Ro n 2 并联电路的总电阻小于任何一个支路的电阻 3 并联支路越多 总电阻越小 4 某一支路电阻变大 则总电阻变大 电流分配规律 并联电路各支路中电流的分配与电阻成反比 电阻具有分流 作用 I总R总 I1R1 I2R2 I3R3 U 或 I I1 I2 I3 321 1111
9、RRRR 练习 一灯泡 6V 3W 直接接入 6V 1 5A 的电路中 行不行 为什么 要 使灯泡接入电路中 且正常发光 怎么办 电功率分配规律 在由纯电阻构成的并联电路中 各个电阻消耗的电功率与 它的阻值成反比 由 R U P 2 可推出 P1R1 P2R2 P3R3 U2 或 P1 P2 P3 321 111 RRR 练习 1 有两个灯泡 A 220V 40W B 220V 100W 并联后接入 110V 的电路中 哪个亮 2 在如图所示的电路中 三个电阻的阻值分别是 R1 9 R2 18 R3 18 设它们的电功率分别为 P1 P2和 P3 则 A P1 P2B P2 P3C P2 2
10、1 P1D P1 P2 P3 典型例题 例 1 一个标有 220V 60W 的白炽灯泡 加上的电压 U 由零逐渐增大到 220V 在此过程中 电压 U 和电流 I 的关系可用图象表示 题中给出的四个图线中 肯定不符合实际的是 解析 图线的斜率表示电阻 斜率越大 电阻越大 如果是曲线 表示电阻在不同 的电压 电流时它的电阻是变化的 这时的电阻可以用该点和原点的连线的斜率来 表示 灯泡在电压加大过程中 灯丝中的电流增大 温度升高 电阻变大 所以 B 正确 A 图表示电阻不变 C 表示电阻变小 D 表示电阻先变大后变小 故答案选 ACD 答案 ACD 例 2 如图所示电路中 R1 R2都是 4W 1
11、00 的电阻 R3是 lW 100 的电阻 则 A B 间允许消耗的最大功率是 A l 5WB 9WC 8WD 9 8 W 解析 依题 R3上最大允许电压为 VRPU101001 333 R1和 R2上最大允许电压为 VRPUU201004 2221 R1和 R2串联后 最大允许电压为 VU40 12 所以 A B 两点间最大允许电压为 VUUAB10 3 当 A B 上电压取最大值 UAB 1OV 时 R1和 R2上消耗的功率为 W RR U P AB 5 0 100100 102 21 2 12 此时 R3上消耗的功率为 P3 1W 所以 WPPPAB5 115 0 312 答案 A 例
12、3 下图 AB 和 A B 是长度均为 2km 每千米电阻值为 1 的两根输电线 今发 现在距离 A 和 A 等远的两点 C 和 C 间发生漏电 相当于在两点间连接了一个电阻 现用电动势为 90V 内阻不计的电源接在 AA 间时 测得 BB 电压为 72V 把此电源 接在 BB 间时 测得 AA 间电压为 45V 由此可知 A 与 C 相距 km 解析 当电源接在 AA 时 等效电路图如下图 甲 所示 当电源接在 BB 时 等效电路图如下图 乙 所示 由甲图可知 V RR R E RR R UBB7290 22 11 由乙图可知 V RR R E RR R UAA4590 22 22 由于导线
13、电阻每千米为 1 则 2 21 RR 由 可得 RR 8 1 1 由 可得 RR 2 1 2 12 4RR 由 可得 R1 0 4 因此 AC 的距离为 0 4km 答案 0 4 例 4 有一直流电动机 把它接入 0 2V 电压的电路中 电机不转 测得电流为 0 4A 若把电机接入 2 0V 电压的电路中 电动机正常工作 工作电流是 1 0A 求 电动机工作时的输出功率多大 如果在电动机正常工作时 转子突然被卡住 电动 机的发热功率是多大 解析 电动机接入电路不转时 无机械能输出 相当于纯电阻电路 由题意可 以得到电动机的内阻 5 0 4 0 2 0 1 1 I U r 电动机接入 2 0V
14、电压的电路中正常工作时 WWWrIIUP5 15 00 10 10 2 22 222 出 此时将转子卡住 又相当于纯电阻电路 全部电功率用于发热 所以 W r U P8 5 0 0 2 22 热 点评此题着重考查了对热功率 电功率的理解 以及纯电阻电路和非纯电阻电路的 功率计算 模拟试题 1 关于电功和电功率 下列说法正确的是 A 任何电路中的电功 W UIt 电热 Q I2Rt 且 W Q B 任何电路中的电功 W UIt 电热 Q I2Rt 且 W 有时不等于 Q C 电功 W UIt 在任何电路中都使用 Q I2Rt 只有纯电阻电路中使用 D 电功 W UIt 电热 Q I2Rt 只有纯
15、电阻电路中使用 2 根据欧姆定律 下列说法中正确的是 A 从关系式 R U I 可知 对于一个确定的导体来说 如果通过的电流越大 则导体两端的电压也越大 B 从关系式 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 从关系式 I U R 可知 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 D 从关系式 R U I 可知 对于一个确定的导体来说 所加的电压跟通过的电 流的比值是一确定值 3 有 a b c d 四只电阻 它们的 I U 关系如图所示 则图中电阻最大的是 A a B b C c D d I A U V 0 a b c d 4 铅蓄电池的电
16、动势为 2V 这表示 A 电路通过 1C 电量 电源把 2J 的化学能转变为电能 B 电源两极间电压为 2V C 电源内电压为 2V D 把化学能转化为电能的本领比一节干电池大 5 关于形成电流的条件 下列说法正确的是 A 导体中的自由电荷不停的移动 B 导体接在电路上 C 导体置于电场中 D 导体两端存在电压 6 电路中每分钟有 60 万亿个自由电子通过横截面积 0 6 10 6m2的导线 则电 路中的电流是 A 0 046 AB 1 6 m AC 16 AD 0 16 A 7 关于三条公式 1 P IU 2 P I2R 3 P U2 R 下列叙述正确的是 A 公式 1 适用于任何电路的电热功率 B 公式 2 适用于任何电路的电热功率 C 公式 1 2 3 适用于任何电路的电功率 D 上述没有一个正确 8 一根电阻丝 通过 2C 电荷量所消耗的电能为 8J 若在相同的时间内通过 4C 的电荷量 该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别为 A 4V 16J B 8V 16J C 4V 32J D 8V 32J 9 甲 乙两根粗细相同的不同导线 电阻之比为 2 1 则两根导线加相同的电 压时
