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1、名师精编精品教案第十四讲电路定律及分析高考试题回顾:1.(新课标卷)19电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示,图中u 为路端电压, I 为干路电流, a、 b 为图线上的两点,相应状态下电源的效率分别为a、b。由图可知a、b的值分别为A.34、14B.13、23C.12、12D.23、13【答案】 D【解析】电源效率UE, E 为电源的总电压 (即电动势) , 根据图象可知Ua=23E、 Ub=13E,所以选项 D 正确。2. (上海物理)5在右图的闭合电路中,当滑片P向右移动时,两电表读数的变化是()(A)A 变大, V
2、 变大( B)A 变小, V 变大(C)A 变大, V 变小(D)A 变小, V 变小【答案】 B【解析】 闭合电路中,当滑片P 向右移动时,滑动变阻器的电阻变大,使电路中电阻变大,电流变小,滑动变阻器两端电压变大。选项B 正确。3. (重庆卷) 23法拉第曾提出一种利用河流发电的设想,并进行了实验研究。实验装置的示意图可用题23 图表示,两块面积均为S 的矩形金属板,平行、正对、竖直地全部浸在河水中,间距为d。水流速度处处相同,大小为v,方向水平。金属板与水流方向平行。地磁场磁感应强度的竖直分量为B,水的电阻为p,水面上方有一阻值为 R 的电阻通过绝缘导线和电建K 连接到两金属板上。忽略边缘
3、效应,求:(1)该发电装置的电动势;(2)通过电阻R 的电流强度;(3)电阻 R 消耗的电功率【答案】(1)Bdv (2)BdvSdSR(3)2BdvSRdSR【解析】(1)由法拉第电磁感应定律,有EBdv(2)两板间河水的电阻r=dS由闭合电路欧姆定律,有I=EBdvSrRdSR(3)由电功率公式,P=I2R 得 P=2BdvSRdSRS E R0V A P R精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页名师精编精品教案知识归纳总结:一、电流、欧姆定律、电阻定律1电流:(1)电荷的移动形成电流,电流的方向规定为。负电荷的定向
4、移动方向与电流方向(2)定义:。(3)公式:单位有:换算关系是:2电阻:(1)定义:(2)公式: R= (3)单位:符号表示:3电阻率:反映材料的性能物理量,国际单位:符号:4欧姆定律: (1)内容:导体中的电流I 跟导体两端电压U 成比,跟它的电阻成_ 比。(2)公式: I= (3)适用范围:5电阻定律:(1)内容:在温度一定的情况下,导体的电阻跟它的长度成正 比,跟它的横截面积成 反 比。(2)公式: R= 式中的为导体的电阻率( 3)注意 R 是导体本身属性:跟导体两端电压和通过电流_。二、电路的串并联1串联电路和并联电路的电流:(1)串联电路各处的电流_。即3210IIII(2)并联电
5、路的总电流等于各支路电流_。即3210IIII2、串联电路和并联电路的电压(1)串联电路两端的总电压等于各部分电路电压_。即01U+12U+23U=03U(2)并联电路的总电压与各支路电压_。用U1、U2、 U3代表并联的三个电阻两端的电压,即有1U=2U=3U=U3、电阻的串联和并联(1)串联电路的总电阻等于各部分电路电阻_。即21RRR对于多个电阻的串联21RRR(2)并联电路的总电阻的_等于各支路电阻的_。即21111RRR对于多个电阻的串联21111RRR三、闭合电路的欧姆定律、焦耳定律1、电动势( E) : (1)物理意义: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。(2)
6、 定义:。(3)公式:,单位:(4)电源的电动势等于电源没有接入电路时2、电功:(1)定义:在电路中,导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动而形成电流,此过程中电场力对自由电荷所做的功叫电功。(2)公式: W= 单位:符号:3、电功率:(1)定义:电流所做的功跟完成这些功所需时间的比值叫做电功率。(2)公式: P= 单位:符号:4、焦耳定律: (1)内容:电流通过导体产生的热量,跟电流的跟导体的电阻和通电时间成比. (2)公式: Q= 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页名师精编精品教案(3)电功与电热的关系:在电
7、路中电功等于电热,在电路中电功大于电热。5、电源的功率和效率:(1)功率:电源的功率(电源的总功率)PE=电源的输出功率P出=电源内部消耗的功率Pr=(2)电源的效率:rRREUEIUIPPE(最后一个等号只适用于纯电阻电路)6、闭合电路欧姆定律(1)内容:(2)公式: I= 常用表达式还有:,应用规律方法:一、电阻定律的应用导体的电阻R 跟它的长度L 成正比,跟它的横截面积S成反比。sLR要注意 和 R 的区别。前者描述材料的导电性能,后者描述导体的导电性能。材料的电阻率与温度有关系, 金属的电阻率随温度的升高而增大,半导体的电阻率随温度的升高而减小。例 1、在相距40 km 的 A、B 两
8、地架两条输电线,电阻共为 800 ,如果在 A、B 间的某处发生短路,这时接在 A 处的电压表示数为10 V,电流表的示数为40 mA,求发生短路处距A 处有多远?如下图所示. 解析:设发生短路处距离A 处有 x 米,据题意知, A、B 两地间的距离l=40 km,电压表的示数U=10 V,电流表的示数I=40 mA=40 10-3A,R总=800。根据欧姆定律I=RU可得: A 端到短路处的两根输电线的电阻RxRx=3104010IU=250根据电阻定律可知:Rx=Sx2A、B 两地输电线的电阻为R总,R总=Sl 2由 /得lxRRx总解得 x=800250lRRx总40 km=12.5 k
9、m 二、导体的伏安特性曲线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。例 2、实验室用的小灯泡灯丝的I-U 特性曲线可用以下哪个图象来表示:解析: 灯丝在通电后一定会发热,当温度达到一定值时才会发出可见光,这时温度能达到很高,因此必须考虑到灯丝的电阻将随温度的变化而变化。随着电压的升高,电流增大,A. B. C. D. I I I I o U o U o U o U I O U O I U 1 2 1 2 R1R2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
10、- - -第 3 页,共 7 页名师精编精品教案灯丝的电功率将会增大,温度升高,电阻率也将随之增大,电阻增大,。U 越大 I-U 曲线上对应点于原点连线的斜率必然越小,选A。三、处理复杂电路的基本方法处理复杂电路, 关键是画出等效电路。对复杂电路分析,一般情况下用等势点法比较方便简洁。(1)凡用导线直接连接的各点的电势必相等(包括用不计电阻的电流表连接的点)。(2)在外电路,沿着电流方向电势降低。(3)凡接在同样两个等势点上的电器为并联关系。(4)不加声明的情况下,不考虑电表对电路的影响。例 3、如图是一个电路的一部分,其中R1=5,R2=1,R3=3,I1=0.2A ,I2=0.1A ,那么
11、电流表测得的电流为()A0.2 A,方向向右B0.15A,方向向左C0.2 A,方向向左D0.3A,方向间右解 析 : 由 图 示 电 流 方 向可 计 算 出 R1和R2两端 电 势 降U1=1.0V , U2=0.1V ,电势左高右低,比较U1,U2可判定R3两端电势下高上低,U3=0.9V,通过R3中的电流I3=U3/R3=0.3A 的电流,向上流,由图可知R3上电流由I2和 IA共同提供的, IA=0.2A ,方向向左。答案:C 点评:电势的高低是判断电流方向的基本方法。因为U1U2,所以R3两端电势下端比上端高。四、电压表和电流表的改装原理将表头( G)改装成电压表和大量程电流表,是
12、利用了部分电路的欧姆定律RUI和串并联电路的基本规律。(1)电压表的改装:串联一个分压电阻R,如图所示,若量程扩大n 倍,即n=gUU,则根据分压原理,需串联的电阻值gggRRnRUUR) 1(,故量程扩大的倍数越高,串联的电阻值越大。(2)电流表的改装:并联一个分流电阻R,如图所示,若量程扩大n 倍,即n=gII,则根据并联电路的分流原理,需要并联的电阻值1nRRIIRggRg,故量程扩大的倍数越高,并联的电阻值越小。例 4、表头( G)改装成双量程电压表:如图所示,有一个表头G,满偏电流为Ig=1 mA ,内阻 Rg= 100 ,用它改装为有5 V和 50 V 两种量程的电压表,求R1、R
13、2的阻值各为多大?答案: R1=4.9 k,R2=49.9 k解析:当公共端与5 V 端接入被测电路时,量程为U1=5 V,当公共端与50 V 端接入被测电路时,量程为U2=50 V. 由串联电路的电压分配关系可知:R1=)1001015(31ggRIU =4900 =4.9 k精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页名师精编精品教案R2=)10010150(32ggRIU=49900 =49.9 k例 5、表头( G)改装成双量程电流表:如图所示,有一个表头G,满偏电流Ig=500 mA,内阻 Rg=200 ,用它改装为
14、有1 A和 10 A 两种量程的电流表,求R1、R2的阻值各为多大?解析:当公共端与1 A 端接入电路时,量程为I1=1 A,当公共端与 10 A 端接入电路时,量程为I2=10 A 。当公共端与1 A 端接入被测电路时,电阻R1和 R2串联,再与表头内阻 Rg并联。由并联电路中的电流分配关系可得:R1+R2=ggIII1Rg代入 Ig、I、 Rg的数值得R1+R2=200 当公共端与10 A 端接入被测电路时,电阻R1与表头支路的电阻Rg+R2并联。由并联电路的特点可知:Ig(Rg+R2)=(I2-Ig)R1代入 Ig、I2、Rg的数值,可得R2+200 =19 R1 由解得R1=20 ,
15、R2=180 五、关于电功、电热的计算问题关于电功、 电热的计算, 一定要弄清是否是纯电阻电路。纯电阻电路中, 电功等于电热:W=Q=UIt =I 2R t=tRU2非纯电阻电路(如电动机和电解槽),电功大于电热:WQ,这时电功只能用W=UIt计算,电热只能用Q=I 2Rt 计算,两式不能通用。例 6、某一电动机,当电压U1=10V 时带不动负载,因此不转动,这时电流为I1=2A 。当电压为 U2=36V 时能带动负载正常运转,这时电流为I2=1A。求这时电动机的机械功率是多大?解:电动机不转时可视为为纯电阻,由欧姆定律得,511IUR,这个电阻可认为是不变的。电动机正常转动时,输入的电功率为
16、P电=U2I2=36W ,内部消耗的热功率P热=RI22=5W ,所以机械功率P=31W 由这道例题可知:电动机在启动时电流较大,容易被烧坏;正常运转时电流反而较小。六、闭合电路欧姆定律的应用闭合电路欧姆定律的表达形式有:E=U外+U内rREI(I、R 间关系)U=E-Ir (U、I 间关系)ErRRU(U、R 间关系)从式看出:当外电路断开时(I = 0) ,路端电压等于电动势。而这时用电压表去测量时,读数却应该略小于电动势(有微弱电流) 。当外电路短路时 (R= 0,因而 U = 0)电流最大为Im=E/r(一般不允许出现这种情况,会把电源烧坏) 。例 7、如图所示电路中, R1=0.8,
17、R3=6,滑动变阻器的全值电阻 R2=12 ,电源电动势 E=6 V,内阻 r=0.2 ,当滑动变阻器的滑片在变阻器中央位置时,闭合开关 S,电路中的电流表和电压表+ + R E r I R V1 V2 + 探针精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页名师精编精品教案的读数各是多少 ? 解析:外电路的总电阻为R=66662212323RRRRR+0.8=3.8根据闭合电路欧姆定律可知,电路中的总电流为I=2 .08.36rREA=1.5 A 即电流表 A1的读数为1.5 A 对于 R2与 R3组成的并联电路,根据部分电路欧
18、姆定律,并联部分的电压为U2=IR并=I222323RRRR=1.53 V=4.5 V 即电压表 V2的读数为4.5 V 对于含有 R2的支路,根据部分电路欧姆定律,通过R2的电流为I2=65 .42/22RUA=0.75 A 即电流表 A2的读数为0.75 A 电压表 V1测量电源的路端电压,根据E=U外+U内得U1=E-Ir =6 V-1.5 0.2 V=5.7 V 即电压表 V1的读数为5.7 V. 点评:(1)电路中的电流表、电压表均视为理想电表(题中特别指出的除外),即电流表内阻视为零,电压表内阻视为无穷大。(2)解答闭合电路问题的一般步骤:首先要认清外电路上各元件的串并联关系,必要
19、时, 应进行电路变换,画出等效电路图。解题关键是求总电流I,求总电流的具体方法是:若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势,可用全电路欧姆定律(I=rRE)直接求出I;若内外电路上有多个电阻值未知,可利用某一部分电路的已知电流和电压求总电流I;当以上两种方法都行不通时,可以应用联立方程求出I。求出总电流后, 再根据串、 并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流。七、关于电源的输出功率问题要搞清几个概念:电源的功率(电源的总功率)PE=EI电源的输出功率 P出=UI 电源内部消耗的功率Pr=I 2r电源的效率:rRREUPPE(最后一个等号只适用于纯电阻电路)电源的输出功率r
20、ErErRRrrRREP44422222,可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示,而当内外电阻相等时,电源的输出功率最大,为rEPm42。例 8、已知如图, E =6V ,r =4,R1=2, R2的变化范围是010 。求:电源的最o R P出Pm r R2 R1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页名师精编精品教案大输出功率;R1上消耗的最大功率;R2上消耗的最大功率。解析: R2=2时,外电阻等于内电阻,电源输出功率最大为2.25W; R1是定植电阻,电流越大功率越大,所以 R2=0 时 R1上消耗的功率最大为
21、2W;把 R1也看成电源的一部分,等效电源的内阻为6,所以,当R2=6时, R2上消耗的功率最大为1.5W。能力强化训练1如下图所示电路用来测定电池组的电动势和内电阻。其中V 为电压表(其电阻足够大) ,定值电阻R=7.0。在电键未接通时,V 的读数为 6.0V ;接通电键后,V 的读数变为5.6V 。那么,电池组的电动势和内电阻分别等于()A6.0V,0.5B6.0V ,1.25C5.6V ,1.25D5.6V,0.52将内阻为0.5的电池组用电阻为0.75的导线,与标有“6V,7.2W”的小灯泡串联,就可以使这个小灯泡正常发光,由此可知, 所用电池组的电动势是()A6 V B7.5V C9
22、V D10.5V 3如图所示,电阻R1=20,电动机的绕组R2=10。当电键打开时,电流表的示数是0.5A ,当电键合上后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,电流表的示数 I 和电路消耗的电功率应是()AI=1.5A BI1.5A CP=15W DP15W 4用电动势为8V,内电阻 2的电池组成连接两根各1的电阻线,向某用电器(纯电阻)供电,如下图所示,该用电器可获得3W的电功率,求通过该用电器的电流和它两端的电压。5如图所示, A1和 A2是两块相同的电流表,V1和 V2是两块相同的电压表。 电流表 A1的示数是1.4mA ,电压表 V1和 V2的示数分别是 0.8V 和 0.6V。试求:
23、(1)电流表A2示数;(2)电压表和电流表的内阻之比。答案:1A 2B 3 BD 4解:设两根电阻线的总电阻为R,通过用电器的电流为I,用电器的功率为P根据能量守恒定律有P总=P P线内即代入数据,有I8=3I2(22) 得 4I28I3=0 解得I1=1.5A 或 I2=0.5A 由 P=IU ,将 I1、I2分别代入,可得用电器两端的电压U1=2V,或 U2=6V. 5设电压表和电流表的内阻分别为RV和 RA。两电压表完全相同,则其示数跟它通过的电流成正比。21VVII=U1U2=4/3 又因21VVII=1.4mA 解得通过 A2的电流21VVII=0.6Ma 1VVII=0.8mA 根据1VVIIRV=21VVII( RARV)解得: RVRA=31 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页