高中物理 第二章《恒定电流》章末总结课件 新人教选修31

1、2021/8/11 星期三1章末总结热点讲座 7.抓住“五种” 电路， 复习好电学知识热点解读 电路知识是高考的必考内容,纵观近十年的高考物理试题,年年都有考题出现.主要是通过“5种”电路来考查电源及电源的作用,有关电流的规律,电流、电压和电功率的分配以及电路中的能量转化关系等内容,在复习时应特别重视.特别是实验是本章重中之中的内容,本章实验是高考必考内容.2021/8/11 星期三2专题讲座专题一 电路问题 1.纯电阻电路 对纯电阻电路的考查一般有两种情况:一是静态问题,求解的关键是分清串并联,化简电路;二是动态问题,考题大都以动态分析的形式出现.解答的基本思路是:“部分整体部分”,即从阻值

2、变化的部分入手,由串、并联规律判断R总的变化情况,再由欧姆定律判断I总和U端的变化情况,最后再由部分电路欧姆定律确定各部分量的变化情况.2021/8/11 星期三3 【例1】(2020宁夏15)一个T型电路如图1所示,电路中的电阻R1=10 ,R2=120 ,R3=40 .另有一测试电源,电动势为100 V,内阻忽略不计.则 ( ) A.当cd端短路时,ab之间的等效电阻是40 B.当ab端短路时,cd之间的等效电阻是40 C.当ab两端接通测试电源时,cd两端的电压为80 V D.当cd两端接通测试电源时,ab两端的电压为80 V图12021/8/11 星期三4解析 当cd端短路时,等效电阻

3、R123=R1+=40 ,所以A对.当ab端短路时,等效电阻R123= =128 ,所以B错. 当ab两端接通测试电源时,根据欧姆定律得: A=2 A,所以Ucd=IR3=80 V,所以C对.当cd两端接通测试电源时,根据欧姆定律得: ,所以Uab=IR3=25 V,所以D错.答案 AC2021/8/11 星期三5 2.半导体电路 【例2】把晶体二极管D和电阻R串联起来,连接成如图2(a)的电路,电源的电动势E=5.0 V,内阻不计,二极管两端电压U与其中的电流I的关系曲线(伏安特性曲线),如图2(b),但为简单起见,可近似地看作直线,直线与横轴的交点E0=1 V见(b)图中的虚线,即二极管上

4、所加电压UE0时电流为零,UE0时,I和U为线性关系,此二极管消耗的电功率超过4.0 W时将被烧坏.试问2021/8/11 星期三6 (1)电阻R最小要多大才不致烧坏二极管? (2)在保证不致烧坏二极管的条件下R值为多大时,输入给R的功率为最大?此功率最大值等于多少瓦?图22021/8/11 星期三7 解析 依题意,由图(b)可得二极管电流和电压的关系为I=2U-2 又二极管的功率P=UI4 W 将代入得:U2-U-20 解得U2 V 代入得:I2 A 由闭合电路欧姆定律E=U+IR得 R1.5 输入给R的功率PR=(E-U)I=(E-U)(2U-2)=-2U2+12U-10=-2(U-3)2

5、+82021/8/11 星期三8 可见PR随U按抛物线规律变化,其开口向下,最大值时U=3 V,故要使R的功率最大,其电压只能是二极管不被烧坏的最大电压U=2 V.这样R=1.5 ,PR的最大值PR=(E-U)I=6 W.答案 (1)R1.5 (2)1.5 6 W2021/8/11 星期三9 3.电机电路 电机电路是非纯电阻电路,一般从能的转化与守恒入手,即P入=P热+P出. 【例3】汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗.如图3所示,在打开车灯的情况下,电动机未启动时电流表读数为10 A,电动机启动时电流表读数为58 A.若电源电动势为12.5 V,内阻为0.05 ,电流表内阻不计,则因电动机启动,

6、车灯的电功率降低了 ( )A.35.8 W B.43.2 W C.48.2 W D.76.8 W图32021/8/11 星期三10 解析 车灯电阻为=1.2 ,电动机未启动时车灯的电功率P1= =1021.2 W=120 W.电动机启动后,电源内阻消耗的电压Ur=Ir=580.05 V=2.9 V,车灯与电动机的并联电压为U=E-Ur=(12.5-2.9) V=9.6 V,车灯的电功率为P2= W=76.8 W,车灯电功率降低了P=P1-P2=43.2 W. 答案 B2021/8/11 星期三11 4.含容电路 电容器是一个储能元件,在恒定电路中,电容器在充电、放电时会形成充、放电电流,当电路

7、稳定后,电容器相当于一个电阻无穷大的元件,与电容器串联的电路是断路.对含容电路的分析,关键是弄清电路的结构,确定电容器两极板间电压值的变化,有时还必须分析电容器两极板极性的变化.2021/8/11 星期三12 【例4】如图4所示,已知电源内阻不计,为使电容器的带电量增大,可采取以下哪些方法 ( ) A.增大R1 B.增大R2 C.增大R3 D.减小R1图42021/8/11 星期三13解析 由于稳定后电容器相当于断路,因此R3上无电流,电容器相当于和R2并联,只有增大R2或减小R1才能增大电容器C两端的电压,从而增大其带电量,改变R3不能改变电容器的带电量,因此选B、D.答案 BD2021/8

8、/11 星期三14 5.故障电路 故障电路的分析方法有两种:一是电表检测法.在明确电路结构的基础上,从分析比较故障前后电路结构的变化,电流、电压的变化入手,确定故障后,并对电路元件逐一分析,排除不可能情况,寻找故障所在.一般用电压表来检测,具体是:(1)断点故障的判断.用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联,当电压表指针偏转时,则该段电路中有断点.(2)短路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压,再逐段与电路并联;当电压表示数为零时,该电路被短路,2021/8/11 星期三15当电压表示数不为零时,则该项电路不被短路或不完全被短路.二是假设推理法.即通过对电路中的元件逐一假设分析,排

9、除不可能的情况,寻找出可能的故障所在.它与电表检测法虽然都需分析推理,但二者不同之处在于推理法无需利用电表测量数据.2021/8/11 星期三16 【例5】如图5所示电路的三根导线中,有一根是断的,电源、电阻器R1、R2及另外两根导线都是好的,为了查出断导线,某学生想先将多用表的红表笔连接在电源的正极a,再将黑表笔分别连接在电阻器R1的b端和R2的c端,并观察多用表指针的示数,在下列连接中,符合操作规程的是 ( ) A.直流10 V挡 B.直流0.5 A挡 C.直流2.5 V挡 D.欧姆挡图52021/8/11 星期三17 解析 电源为6 V,显然直流2.5 V挡量程太小,不能用.因为线路与电

10、源相连、欧姆挡不能用.正常工作时电路中的电流 =0.4 A,当用电流表在a、c间检测时,电流 =1.2 A,超过了0.5 A的量程,故选用10 V电压挡. 答案 A2021/8/11 星期三18专题二 电阻测量的几种特殊方法 1.“伏伏”法 “伏伏”法是利用两块电压表测电阻的一种方法,这一方法的创新思维是运用电压表测电流(或算电流),此方法适用于电流表不能用或没有电流表等情形.设计电路时不仅要考虑电压表的量程,还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式.2021/8/11 星期三19 【例6】为了测量量程为3 V的电压表V的内阻(内阻约2 000 ),实验室可以提供的器材有: 电流表A1,量程为0

11、.6 A,内阻约0.1 ; 电压表V2,量程为5 V,内阻约3 500 ; 变阻箱R1,阻值范围为09 999 ; 变阻箱R2,阻值范围为099.9 ; 滑动变阻器R3,最大阻值约为100 ,额定电流1.5 A; 电源E,电动势6 V,内阻约0.5 ; 单刀双掷开关K,导线若干.2021/8/11 星期三20(1)请从上述器材中选择必要的器材,设计一个测量电压表V的内阻的实验电路,画出电路原理图(图中的元件要用题中相应的英文字母标注),要求测量尽量准确.2021/8/11 星期三21 (2)写出计算电压表 的内阻RV的计算式为RV= . 解析 (1)测量电压表V的内阻的实验电路如右图所示.(2

12、)电压表V的示数U,电压表V2的示数U2,电阻箱R1的读数r1,根据欧姆定律,利用通过电压表的电流与电阻R1的电流相等,算出电压表的电阻为RV=答案 (1)见解析图 (2)2021/8/11 星期三22 2.“安安”法 “安安”法是利用两块电流表测电阻的一种方法,这一方法的创新思维是运用电流表测电压(或算电压),此方法适用于电压表不能用或没有电压表等情形.设计电路时除考虑电流表的量程外,还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式.2021/8/11 星期三23 【例7】从下列器材中选出适当的实验器材,设计一个电路来测量电流表A1的内阻r1,要求方法简捷,有尽可能高的精确度,并能测得多组数据. 电流

13、表A1,量程10 mA,内阻待测(约40 ) 电流表A2,量程500 A,内阻r2=750 电压表V,量程10 V,内阻r3=10 k 电阻R1,阻值约为100 滑动变阻器R2,总阻值约50 电源E,电动势1.5 V,内阻很小 开关S,导线若干2021/8/11 星期三24 (1)画出实验电路图,标明所用器材的代号. (2)若选取测量中的一组数据来计算r1,则所用的表达式r1= ,式中各符号的意义是 . 解析 必选的器材有电源E、开关S、导线若干.A1的满偏电压约为UA1=Ig1r1=0.4 V,为满足尽可能高的精度的要求,量程10 V的电压表V不能选用,而电流表A2的内阻确定,且满偏电压UA

14、2=Ig2r2=0.375 V,可当电压表用来测A1的电压.由于并联的A1、A2端电压只有零点几伏,而电源电动势有1.5 V,可串联R1作保护电阻,为满足多测几组数据,滑动变阻器R2采用分压式供电方式,电路图如下图所示.2021/8/11 星期三25 答案 (1)见解析 (2) 式中I1、I2分别是电流表A1、A2的读数,r2是电流表A2的内阻2021/8/11 星期三26 3.“加R”法 “加R”法又叫“加保护电阻”法.在运用伏安法测电阻时,由于电压表或电流表的量程太小或太大,为了满足安全、精确的原则,加保护电阻的方法就应运而生,设计电路时不仅要考虑电压表和电流表的量程,还要考虑滑动变阻器分

15、压与限流的连接方式.2021/8/11 星期三27 【例8】某电流表的内阻在0.1 0.2 之间,现要测量其内阻,可选用的器材如下: A.待测电流表A(量程0.6 A); B.电压表V(量程3 V,内阻约2 k); C.滑动变阻器R1(最大阻值10 ); D.定值电阻R2(阻值5 ); E.电源E(电动势4 V); F.电键S及导线若干. (1)画出实验电路图; (2)如测得电压的读数为U,电流表的读数为I,则电流表A内阻的表达式为:RA= .2021/8/11 星期三28 解析 电流表的内阻在0.1 0.2 之间,量程为0.6 A,电流表上的最大电压为0.12 V,因而电压表不能并联在电流表

16、的两端. 本题必须将一个阻值为5 的定值电阻R2与电流表串联,再接到电压表上,才满足要求;再者量程为3 V的电压表其量程虽然小于电源电动势4 V,但可在电路中接入滑动变阻器进行保护;滑动变阻器在本实验中分压与限流的连接方式均符合要求,但考虑限流的连接方式节能2021/8/11 星期三29些;因而滑动变阻器采用限流的连接方式.故本题设计电路图如右图所示;电流表A1内阻的表达式为:RA= -R2. 答案 (1)见解析图 (2) -R22021/8/11 星期三30 4.替代法 (1)等效替代法就是在测量的过程中,让通过待测电阻的电流(或电压)和通过电阻箱的电流(或电压)相等.电路如图6所示,将单刀

17、双掷开关调到a,闭合S1调节R,使安培表读数为I0,保持R不动,将单刀双掷开关打到b,调节R0使安培表读数仍为I0,则电阻箱的读数就是待测电阻的数值.图62021/8/11 星期三31 (2)测量原理:图7是用伏特表完成的实验,同学们自己分析测量原理. (3)注意:主要元件为电阻箱和单刀双掷开关.虚线框内可用分压控制电路.图72021/8/11 星期三32素能提升1.在如图8所示的电路中,E为电源电动势,r为电源 内阻,R1和R3均为定值电阻,R2为滑动变阻器.当 R2的滑动触点在a端时合上开关S,此时三个电表 A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑动 触点向b端移动,则三个电

18、表示数的变化情况是 ( )图82021/8/11 星期三33A.I1增大,I2不变,U增大B.I1减小,I2增大,U减小C.I1增大,I2减小,U增大D.I1减小,I2不变,U减小解析 滑动触点由a向b移动时,R2阻值减小,所以总电阻减小,电路中总电流增大,则内电压增大,路端电压减小,故U减小;总电流增大,R3两端电压也增大,所以并联电压减小,故I1减小,I2增大.答案 B2021/8/11 星期三342.如图9所示,电阻R1=20 , 电动机绕线电阻R2=10 , 当电键S断开时,电流表的 示数是I1=0.5 A,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

19、的 电功率P应是 ( ) A.I=1.5 A B.I 1.5 A C.P=15 W D.P15 W图92021/8/11 星期三35解析 当电键S断开时,电动机没有通电,欧姆定律成立,所以电路两端的电压U=I1R1=10 V;当电键合上后,电动机转动起来,电路两端的电压U=10 V,通过电动机的电流应满足UI2I22R2,所以I21 A.所以电流表的示数I1.5 A,电路消耗的电功率P=UI15 W,即B、D正确.答案 BD2021/8/11 星期三363.如图10所示的电路中,闭合开关 S,灯L1、L2正常发光.由于电路 出现故障,突然发现灯L1变亮, 灯L2变暗,电流表的示数变小, 根据分

20、析,发生的故障可能是 ( ) A.R1断路 B.R2断路 C.R3短路 D.R4短路图102021/8/11 星期三37解析 画出原电路的等效电路图如下图所示.若R1断路,则R总增大,根据闭合电路欧姆定律 得I总减小,又由U=E-Ir可知,路端电压增大,而ab之间的电阻不变,I总减小,所以Uab减小.由Uab+UL1=U可知UL1增大,则L1变亮;由于Uab减小,2021/8/11 星期三38据I2= 可知I2减小,灯L2变暗;同理可知电流表的示数减小,故A正确.若R2断路,总外电阻变大,总电流减小,ac部分电路结构没变,电流仍按原比例分配,R1、L1中电流都减小,与题意相矛盾,故B选项错.若

21、R3短路或R4短路,总外电阻减小,总电流增大,电流表示数变大,与题意相矛盾,故C、D选项错.答案 A2021/8/11 星期三394.如图11所示,已知R1=30 , R2=15 ,R3=20 ,A、B 间电压U=6 V,A端为正,C= 2 F,为使电容器带电量 达到Q=210-6 C,应将R4的 阻值调节到多大? 图112021/8/11 星期三40 解析 由于R1和R2串联分压,可知R1两端电压一 定为4 V,由电容器的电容知:为使C的带电量为 210-6 C,其两端电压必须为1 V,所以R3的电压 可以为3 V或5 V.因此R4应调节到20 或4 . 两次电容器上极板分别带负电和正电.还

22、可以得 出:当R4由20 逐渐减小到4 的全过程中,通 过图中P点的电荷量应该是410-6 C,电流方向 为向下. 答案 20 或4 2021/8/11 星期三41阅卷现场阅卷手记 本章知识考点主要包括电流、产生持续电流的条件、电阻、电压、电动势、内电阻、路端电压、电功、电功率等基本概念,以及电阻串并联的特点、欧姆定律、电阻定律、闭合电路的欧姆定律、焦耳定律、串联电路的分压作用、并联电路的分流作用等规律.主要的基本方法有运用电路分析法画出等效电路图,掌握电路在不同连接方式下的结构特点,进而分析能量分配关系是最重要的方法；理想化模型与非理想化模型的区别与联系；运用逻辑推理方法,分析局部电路与整体

23、电路的关系等.能力考查主要是分析推理能力和实验能力.2021/8/11 星期三42 本章中的主要错误有：电路分析错误,找不清各部分之间的关系；对电路动态变化及故障分析不熟练；运算能力差,逻辑性不强造成错误；实验能力差,不能正确理解原理及合理设计实验方案等.2021/8/11 星期三43易错点实例分析23.认为伏安曲线中斜率的倒数一定等于电阻造成的错误【试题回放】 小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图1所 示,P为图线上一点,PN为图线在P点的切线,PQ为U轴的 垂线,PM为I轴的垂线,则下列说法中正确的是 ( )图12021/8/11 星期三44A.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻增

24、大B.对应P点,小灯泡的电阻为R=C.对应P点,小灯泡的电阻为R=D.对应P点,小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积学生作答【错解分析】错选C.出错原因是不理解教材中关于R= 是有条件的,那就是伏安曲线是直线时才有这一关系,当是曲线时,虽然斜率k减小,表示R增大这一规律仍成立,但图象上某点对应的斜率的倒数已经不等于R了.C2021/8/11 星期三45【正确答案】由欧姆定律可知,B正确;结合图象可以看出,随着电压变大,U与I的比值在增大,故电阻在增大,A正确;对应P点,电压为U1,电流为I2,故电功率为P=U1I2,即PQOM所围面积,D正确.要准确理解概念,对于电阻的定义式R= ,当电阻R

25、不变时,也有R= ,即R等于伏安曲线斜率的倒数,但当电阻发生变化时,则必须依据电阻定义式求电阻,即对应图象上某一点的电阻等于那一点的电压U与电流I的比值.2021/8/11 星期三4624.电路分析与计算中的错误【试题回放】 如图2所示电路,已知电源电动势 =6.3 V,内电阻r=0.5 ,固定电 阻R1=2 ,R2=3 ,R3是阻值为 5 的滑动变阻器.按下电键K, 调节滑动变阻器的触点,求通过 电源的电流范围.图22021/8/11 星期三47【错解分析】将滑动触头滑至左端,R3与R1串联再与R2并联,外电阻再将滑动触头滑至右端R3与R2串联再与R1并联,外电阻2021/8/11 星期三4

26、8由于平时实验,常常用滑动变阻器作限流用(滑动变阻器与用电器串联),当滑动头移到两头时,通过用电器的电流将最大或最小.以至于给人一种思维定势：不分具体电路,只要电路中有滑动变阻器,滑动头在它的两头,通过的电流是最大或最小.2021/8/11 星期三49【正确答案】将图化简成如图所示.外电路的结构是R与R2串联、(R3-R)与R1串联,然后这两串电阻并联.要使通过电路中的电流最大,外电阻应当最小,要使通过电源的电流最小,外电阻应当最大.设R3中与R2串联的那部分电阻为R,外电阻R为2021/8/11 星期三50因为两数和为定值,两数相等时其积最大,两数差值越大其积越小.当R2+R=R1+R3-R

27、时,R最大,解得R=2 ,因为R1=2 R2=3 ,所以当变阻器滑动到靠近R1端点时两部分电阻差值最大.此刻外电阻R最小.2021/8/11 星期三51由闭合电路欧姆定律有：通过电源的电流范围是2.1 A到3 A.【举一反三】 不同的电路结构对应着不同的能量分配状态.电路分析的重要性有如力学中的受力分析.画出不同状态下的电路图,运用电阻串并联的规律求出总电阻的阻值或阻值变化表达式是解电路的首要工作.2021/8/11 星期三5225.电路实物连图中常见错误分析 【试题回放】 如图3所示,为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所 需要的器材实物图,器材规格如下：图32021/8/11 星期三53(1)待测电阻Rx(约100 )(2)直流毫安表(量程010 mA,内阻50 )(3)直流电压表(量程03 V,内阻5 k)(4)直流电源(输出电压4 V,允许最大电流1