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1、專題九恒定電流,高考物理（課標(biāo)專用）,考點一電路的基本概念和規(guī)律,考點清單,考向基礎(chǔ) 一、電流 1.電流 (1)定義:電荷的定向移動形成電流。 (2)公式:I=。(注意:a.如果是正、負(fù)離子同時向相反方向定向移動形 成電流,q是兩種離子電荷量絕對值之和;b.電子繞原子核的運動產(chǎn)生的電流可等效為環(huán)形電流,電子繞核做圓周運動時,若周期為T,則其等效電流I=),(3)方向:規(guī)定和正電荷定向移動的方向相同,和負(fù)電荷定向移動的方向相反。 (4)性質(zhì):電流既有大小也有方向,但它的運算遵守代數(shù)運算規(guī)則,是標(biāo)量。 (5)單位:國際單位制中是安培(A),常用單位還有毫安(mA)、微安(A)。 2.形成電流的三種
2、微粒:自由電子、正離子和負(fù)離子,其中金屬導(dǎo)體導(dǎo)電時定向移動的電荷是自由電子,液體導(dǎo)電時定向移動的電荷是 正、負(fù)離子,氣體導(dǎo)電時定向移動的電荷是自由電子、正離子和負(fù)離子。 3.形成電流的條件:a.導(dǎo)體中存在自由電荷;b.導(dǎo)體兩端存在 電壓。,溫馨提示電流的四種求解方法 (1)利用定義式I=求解電流的大小,式中q是通過導(dǎo)體橫截面的電荷 量。 (2)利用歐姆定律I=求解電流的大小。 (3)利用I=nqvS求解電流的大小,這是電流的微觀表達(dá)式,v為電荷定向移動的速率,S為導(dǎo)體的橫截面積,n為導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù),q為每個自由電荷的電荷量。 (4)利用等效法求解電流的大小,如電子繞原子核的運動可等
3、效為環(huán)形電流,電子繞原子核做圓周運動時,若周期為T,利用等效法可求解電流I=。,二、電阻和電阻率 1.電阻反映了導(dǎo)體對電流的阻礙作用。 2.電阻的定義式:R=。 3.電阻定律:同種材料的導(dǎo)體,其電阻與 它的長度成正比,與橫截面積成反比;導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)。表達(dá)式R=。 4.電阻率是反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能的物理量,其特點是隨著溫度的改 變而變化。金屬的電阻率隨溫度升高而增大。 三、部分電路歐姆定律 1.內(nèi)容:通過一段電路的電流,跟這段電路兩端的電壓成正比,跟,這段電路的電阻成反比。 2.表達(dá)式:I=。 3.定律的適用范圍:金屬導(dǎo)電和電解液導(dǎo)電。 4.I-U圖線和U-I圖線:a.在R一定的情況
4、下,I正比于U,所以I-U圖線和U-I圖線都是通過原點的直線,如圖甲、乙所示。I-U圖線中,R1R4。此時,導(dǎo)體的電阻為U-I圖線的斜率,R==。b.在R變化 的情況下,I與U不再成正比,U-I圖線不再是直線,而是一條曲線,如小燈泡的U-I圖線如圖丙所示,此時電阻R=,即電阻為圖線上的點與 坐標(biāo)原點連線的斜率而不是切線的斜率。,1.電功:電流做功的實質(zhì)是電場力對電荷做功。電場力對電荷做功,電荷的電勢能減少,電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。電功W=qU=UIt,這 是計算電功普遍適用的公式。 2.電功率:單位時間內(nèi)電流做的功叫電功率,P==UI,這是計算 電功率普遍適用的公式。 五、電熱和焦耳定律 1
5、.電流通過電阻時產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt,這是普遍適用的電熱計算公式。 2.焦耳定律:電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比。,四、電功和電功率,3.電功和電熱、電功率和熱功率的比較,考向突破,考向電路的基本概念和規(guī)律 一、電流的微觀理解,三種速率的理解,二、電表的改裝,例1如圖所示,甲、乙兩個電路都是由一個靈敏電流計G和一個變阻器R組成的,下列說法正確的是() 甲表是電流表,R增大時量程增大 甲表是電流表,R增大時量程減小 乙表是電壓表,R增大時量程增大 乙表是電壓表,R增大時量程減小,A.B.C.D.,解析電壓表串聯(lián)電阻分壓,電流表并聯(lián)電阻分流。所以甲表為電
6、流表,乙表為電壓表。并聯(lián)電路中電阻大時分流少,所以R增大時量程減小;串聯(lián)電路中電阻大時分壓多,所以R增大時量程增大,故選C。,答案C,三、電動機的三個功率及關(guān)系,例2在研究微型電動機的性能時,可采用如圖所示的實驗電路。當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R,使電動機停止轉(zhuǎn)動時,電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5 A和1.0 V;重新調(diào)節(jié)R,使電動機恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)時,電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0 A和15.0 V。則有關(guān)這臺電動機正常運轉(zhuǎn)時的說法正確的是() A.電動機的內(nèi)電阻為2 ,B.電動機的內(nèi)電阻為7.5 C.電動機的輸出功率為30 W D.電動機的輸出功率為22 W,解析當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R,使電動機不轉(zhuǎn)動,
7、此時將電動機視為純電阻元件,電壓表與電流表示數(shù)之比等于電動機的內(nèi)電阻的阻值,則R內(nèi)= =2 ,選項A正確,B錯誤;當(dāng)電動機正常工作時,電動機的輸出功率為P出=UI-I2R內(nèi)=22 W,選項C錯誤,D正確。,答案AD,考點二閉合電路歐姆定律,考向基礎(chǔ) 一、電動勢 1.物理意義:反映不同電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小的物理量。電動勢大,說明電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大;電動勢小,說明電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)小。 2.大小:等于外電路斷開時的路端電壓,數(shù)值上也等于把1 C的正電荷從電源負(fù)極移到正極時非靜電力所做的功。 3.電動勢的方向:電動勢雖是標(biāo)量,但為了研究電路中電勢分
8、布的需要,我們規(guī)定由負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部指向正極的方向(即電勢升高的方向)為電動勢的方向。,二、閉合電路歐姆定律 1.內(nèi)容:閉合電路中的電流跟電源電動勢成正比,跟 內(nèi)、外電路電阻之和成反比,這個結(jié)論叫做閉合電路歐姆定律。 2.表達(dá)式:a.電流表達(dá)式I=; b.電動勢表達(dá)式E=IR+Ir=U+Ur。 3.適用范圍:外電路是純電阻的電路。 三、路端電壓U 外電路兩端的電壓叫路端電壓,即電源的輸出電壓,U=E-Ir。 1.當(dāng)外電阻R增大時,I減小,內(nèi)電壓減小,路端電壓 增大。當(dāng)外電路斷開時,I=0,U=E。 2.當(dāng)外電阻減小時,I增大,內(nèi)電壓增大,路端電壓減小。,當(dāng)電源兩端短路時,外電阻R=0,I=,U=
9、0。 3.路端電壓也可以表示為U=IR==,也可以得到路端電壓隨外 電阻增大而增大的結(jié)論。 四、閉合電路的U-I圖像 如圖甲所示為閉合電路的U-I圖像,由U=E-Ir知,圖線為一條直線,縱軸截距為電源電動勢,橫軸截距為短路電流,圖線的斜率的絕對值等于電源內(nèi)阻。,甲 乙,由于一般電源的內(nèi)阻r很小,故外電壓U隨電流I的變化不太明顯,實際得到的圖線往往很平,只占用坐標(biāo)紙一小部分,為充分利用坐標(biāo)紙,往往將橫軸向上移,如圖乙所示。此時應(yīng)注意,I1并非短路電流,不可盲目用它求內(nèi)阻,但縱軸截距仍代表電動勢E,圖線斜率的絕對值仍等于內(nèi)阻r。,考向突破,考向一動態(tài)電路的分析 1.程序法 (
10、1)確定電路的外電阻(R外總)如何變化。,說明當(dāng)外電路的任何一個電阻增大(或減小)時,外電路的總電阻一定增大(或減小)。 若開關(guān)的通斷使串聯(lián)的用電器增多時,總電阻增大;若開關(guān)的通斷使并聯(lián)的支路增多時,總電阻減小。 在如圖所示的分壓電路中,滑動變阻器可以視為由兩段電阻構(gòu)成,其中一段與用電器并聯(lián)(以下簡稱并聯(lián)段),另一段與并聯(lián)部分串聯(lián)(以下簡稱串聯(lián)段)。設(shè)滑動變阻器的總電阻為R,燈泡的電阻為R燈,與燈泡并聯(lián)的那一段電阻為R并,則分壓器的總電阻為 R總=R-R并+=R-=R-。,由上式可以看出,當(dāng)R并減小時,R總增大;當(dāng)R并增大時,R總減小。由此可以得出結(jié)論:分壓器總電阻的變化情況,與并聯(lián)段電阻的變
11、化情況相反,與串聯(lián)段電阻的變化情況相同。 (2)根據(jù)閉合電路歐姆定律I總=,確定電路的總電流如何變化。 (3)由U內(nèi)=I總r,確定電源的內(nèi)電壓如何變化。 (4)由U外=E-U內(nèi),確定電源的外電壓(路端電壓)如何變化。 (5)由部分電路歐姆定律,確定干路上某定值電阻兩端的電壓如何變化。,(6)確定支路兩端的電壓如何變化以及通過各支路的電流如何變化。 2.結(jié)論法 當(dāng)局部電阻Rn變化時,與Rn串聯(lián)的電阻R的功率P、電流I、電壓U與Rn變化相反,簡稱串聯(lián)反變或串反,如圖(a)。而與Rn并聯(lián)的R上,IR、UR、PR與Rn的變化相同,簡稱并聯(lián)同變或并同,如圖(b)?？偡Q串反并同。 (a)(b)
12、,例1在如圖所示的電路中,E為電源的電動勢,r為電源的內(nèi)電阻,R1、R2為可變電阻,在下列敘述的操作中,可以使燈泡L變暗的是() A.僅使R1的阻值增大B.僅使R1的阻值減小 C.僅使R2的阻值增大D.僅使R2的阻值減小,解析解法一:當(dāng)僅使R1電阻增大時,閉合電路總電阻增大,由閉合電路歐姆定律可知閉合電路總電流減小,路端電壓增大,流經(jīng)R2的電流增大,故流經(jīng)燈泡的電流減小,則燈泡的實際功率減小,燈泡變暗;反之,當(dāng)僅使R1電阻減小時,燈泡變亮,選項A正確、B錯誤。當(dāng)僅使R2電阻增大時,閉合電路總電流減小,路端電壓增大,燈泡兩端電壓增大,燈泡變亮;反之,當(dāng)僅使R2電阻減小時,燈泡變暗,故選項C錯誤、
13、D正確。,解法二:利用“串反并同”法,要使L變暗、電流變小,需要增大R1或者減小R2,所以選項A、D正確。,答案AD,考向二電路的分析計算 1.閉合電路中的功率 (1)電源的總功率:P總=IE=IU+IUr=P出+P內(nèi)。 (2)電源內(nèi)阻消耗的功率:P內(nèi)=I2r=P總-P出。 (3)電源的輸出功率:P出=IU=IE-I2r=P總-P內(nèi)。,例2如圖所示電路,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r。當(dāng)開關(guān)S閉合后,小型直流電動機M和指示燈L都恰能正常工作。已知指示燈L的電阻為R0,額定電流為I,電動機M的線圈電阻為R,則下列說法中正確的是(),A.電動機的額定電壓為IR B.電動機的輸出功率為IE-I2R C.電
14、源的輸出功率為IE-I2r D.整個電路的熱功率為I2(R0+R+r),解析指示燈正常工作,通過它的電流為額定電流I,指示燈與電動機串聯(lián),所以通過電動機的電流也等于I。電動機為非純電阻元件,電動機的額定電壓UIR,根據(jù)閉合電路歐姆定律,可得電動機的額定電壓U=E-I(R0+r),選項A錯。電動機的輸出功率為總功率減去熱功率P出=UI-I2R=EI-I2(R0+r)-I2R,選項B錯。電源的輸出功率P=EI-I2r,選項C對。整個電路的熱功率P=I2(R0+R+r),選項D對。,答案CD,2.純電阻電路中電源的輸出功率與效率隨外電阻變化的規(guī)律 (1)電源的輸出功率為P出=I2R=R==,當(dāng)R=
15、r時,P出有最大值,即P出m=。P出與外電阻R的這種函數(shù)關(guān)系可用圖像定性地表示。由圖像還可知,對應(yīng)于電源的非最大輸出功率P可以有兩個不同的外電阻R1和R2,當(dāng)Rr時,若R增大,則P出減小。,說明上面的結(jié)論都是在電源的內(nèi)電阻r不變且外電路為純電阻電路的情況下適用。在電源的內(nèi)電阻不變時,電源的輸出功率(即外電阻上消耗的功率)隨外電阻的變化不是單調(diào)的,存在極值;當(dāng)外電阻等于內(nèi)電阻時,輸出功率達(dá)到最大值。如果一個電路的外電阻固定不變,當(dāng)電源的內(nèi)電阻發(fā)生變化時,電源的輸出功率隨內(nèi)電阻的變化是單調(diào)的,內(nèi)電阻減小,輸出功率增大,當(dāng)內(nèi)電阻最小時,輸出功率最大。 (2)電源效率:指電源的輸出功率與電源的功率之比
16、,即===。 對純電阻電路:===,所以當(dāng)R增大時,效率提高,當(dāng)R =r時,電源有最大輸出功率,但效率僅為50%,并不高。,(3)用電器獲得最大功率:處理這類問題通常采用等效電源法,解題時應(yīng) 根據(jù)需要選用不同的等效方式,將用電器獲得最大功率的問題轉(zhuǎn)化為電源最大輸出功率的問題來解決。,例3已知兩電源的電動勢分別為E1、E2(E1E2),內(nèi)阻分別為r1、r2。當(dāng)兩電源分別與阻值為R的電阻連接時,外電路消耗的功率正好相等。若電阻R減小一些,再與E1、E2分別連接時,對應(yīng)的外電路消耗的功率分別是P1、P2。則() A.r1P2 C.r1r2,P1r2,P1P2,解析由外電路消耗的功率相等得()2R=(
17、)2R,又知E1E2,則(R +r1)2(R+r2)2,故r1r2,再畫出U-I 圖像如圖,可知R減小一些(圖中虛線),在對應(yīng)E2中電流增加量大,由P=I2R可得P1
18、可能有斷點。 短路故障的判斷:用電壓表與電源并聯(lián),若有電壓,再逐段與電路并聯(lián),若電壓表示數(shù)為零,則該并聯(lián)段電路被短路。若電壓表示數(shù)不為零,則該并聯(lián)段電路沒有被短路或不完全被短路。 (2)假設(shè)法:已知電路發(fā)生某種故障,尋找故障發(fā)生的位置時,可將整個電路劃分為若干部分;然后逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生故障,運用歐姆定律進(jìn)行正向推理,推理結(jié)果若與題述物理現(xiàn)象不符合,則故障不是發(fā)生在這部分電路;若推理結(jié)果與題述物理現(xiàn)象符合,則故障可能發(fā)生在這部分電路,直到找出發(fā)生故障的全部可能為止,亦稱排除法。,例1如圖所示,電源電動勢為6 V,當(dāng)開關(guān)S接通時,燈泡L1和L2都不亮,用電壓表測得各部分電壓是Uad=0,Uc
19、d=6 V,Uab=6 V,由此可判定(),A.L1和L2的燈絲都斷了 B.L1的燈絲斷了 C.L2的燈絲斷了 D.變阻器R斷路,解析根據(jù)電路發(fā)生斷路的特點進(jìn)行判斷。因Uab=6 V則說明電源沒有問題,是外電路出現(xiàn)故障,而Ucd=6 V,則說明L1、R完好,又Uad=0,則說明L2的燈絲斷了,故C正確。,答案C,方法2含容電路問題的分析與計算 在直流電路中,當(dāng)電容器充、放電時,電路里有充、放電電流。一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),電容器在電路中就相當(dāng)于一個阻值無限大(只考慮電容器是理想的不漏電的情況)的元件,在電容器處電路可看做斷路,簡化電路時可去掉它。簡化后若要求電容器所帶電荷量,可接在相應(yīng)的位置上。
20、分析和計算含有電容器的直流電路問題時,需注意以下幾點: 1.電路穩(wěn)定后,由于電容器所在支路無電流通過,所以在此支路中的電阻上無電壓降,因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓。 2.當(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時,電容器兩極板間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端的電壓相等。 3.電路的電流、電壓變化時,將會引起電容器的充(放)電。如果電容器,兩端電壓升高,電容器將充電;如果電壓降低,電容器將通過與它連接的電路放電。,例2如圖所示,已知R1R2,C1=C2,當(dāng)S斷開時,C1內(nèi)有一帶電微粒處于平衡狀態(tài),下面敘述正確的是() A.S 斷開時,C1、C2電荷量之比為11 B.S 閉合后,C1、C2電荷量之比為R1R2 C.S閉合后,C1內(nèi)的帶電微粒向上加速運動 D.S閉合后,B點電勢降低,解析當(dāng)S斷開時外電路處于斷路狀態(tài),兩電容器兩極板間電壓都等于電源電動勢,故由Q=CU知A正確。S閉合后,外電路由兩電阻串聯(lián)組成,C1、C2分別并聯(lián)在R1、R2的兩端,由Q=CU、U=IR知Q1Q2=R1R2,B正確。由于S閉合后電容器兩極板間電壓降低,板間電場強度減小,C1內(nèi)的帶電微粒所受電場力減小,微粒應(yīng)向下加速運動,C錯誤。因開關(guān)閉合后,B點電勢等于R2兩端電壓,開關(guān)閉合前,B點電勢等于電源電動勢,故D正確。,答案ABD,
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