闭合电路的欧姆定律

闭合电路的欧姆定律第一页，共75页。考纲展示1.欧姆定律Ⅱ2.电阻定律Ⅰ3.电阻的串联、并联Ⅰ4.电源的电动势和内阻Ⅱ5.闭合电路欧姆定律Ⅰ6.电功率、焦耳定律Ⅰ第二页，共75页。考纲展示7.简单的逻辑电路(仅供江苏考生使用)Ⅰ实验七：测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)实验八：描绘小电珠的伏安特性曲线实验九：测定电源的电动势和内阻实验十：练习使用多用电表第三页，共75页。1．通过对欧姆定律、闭合电路的欧姆定律、焦耳定律和电阻定律学习和分析，培养学生应用定律分析和处理问题的能力．2．通过对电压、电流、电阻、电功和电功率等概念的学习，培养学生理解知识的能力．第四页，共75页。3．通过对欧姆定律中的伏安特性曲线和闭合电路的欧姆定律中U—I图象的学习和分析，培养学生结合公式法和图象法解决问题的能力．4．通过对电阻定律的演示、电流表和电压表的改装、电动势和内电阻的测定、测定金属的电阻率等实验的研究和分析，培养学生分析问题和解决问题的能力以及动手能力、实验能力，以及获取知识、发展思维的能力．第五页，共75页。1．电路的设计和探究必将是此部分知识命题的重点，因此在复习时要注重实验的基本原理和研究方法，还要注重实验的创新思维，能根据要求设计实验电路和应用所学知识解决实际问题．2．本部分知识的核心内容是欧姆定律，重点是电路的分析和计算，难点是电路的设计和实际问题的解决．第六页，共75页。第一单元电流、电阻、电功、电功率第七页，共75页。1．电流：电荷的

移动形成电流．人为规定

的定向移动方向为电流的方向．2．电流的形成条件：(1)要有能

的电荷．(2)导体两端必须存在

．定向正电荷自由移动电压第八页，共75页。3．电流强度：通过导体横截面的

跟通过这些电荷量所用的时间t的比值叫电流强度，简称电流．即I＝

.电荷量q第九页，共75页。1．电阻(1)定义：导体两端的电压与通过导体中的电流的

．(2)定义式：

，单位：

，国际符号：Ω.(3)物理意义：导体的电阻反映了

大小，R越大，阻碍作用越强．比值欧姆导体对电流的阻碍作用第十页，共75页。(4)半导体和超导①半导体：导电性能介于

之间的材料．半导体有

和掺入杂质导电性能增强的特性．②超导现象：当温度降低到某一温度时

的现象．③转变温度：导体由普通状态向

转变时的温度．导体和绝缘体热敏特性、光敏特性电阻减小为零超导态第十一页，共75页。2．电阻定律(1)内容公式：导体的电阻R跟它的

成正比，跟它的

成反比，还跟导体的

有关．R＝

长度l横截面积S材料第十二页，共75页。(2)电阻率①计算公式：ρ＝ ，ρ与导体的长度l、横截面积S无关，是导体材料本身的电学性质，由导体的

决定且与

有关．②物理意义：反映了材料对

的阻碍作用，在数值上等于用这种材料制成的

长，截面积为

的导线的电阻值．材料温度电流1m1m2第十三页，共75页。(3)与温度的关系①有的随温度的升高而增大，如

材料；②有的随温度的升高而减小，如

材料；③有的几乎不受温度的影响，如锰铜合金、镍铜合金．金属半导体第十四页，共75页。第十五页，共75页。1．内容：导体中的电流跟导体两端的

成正比，跟导体的

成反比．2．表达式：I＝3．适用范围(1)

导电和

导电(对气体导电不适用)．(2)

电路(不含电动机、电解槽等的电路)．电压电阻金属电解液纯电阻第十六页，共75页。4．导体的伏安特性曲线

(1)I—U图线以

为纵轴、

为横轴画出导体上的电流随电压的变化曲线，如图1所示．电流电压图1第十七页，共75页。伏安特性曲线为直线的元件叫做

元件，伏安特性曲线不是直线的元件叫做

元件(如气体、半导体二极管等)．线性非线性第十八页，共75页。1．电功(1)电功：电流在一段电路上所做的功，等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即W＝

.(2)电流做功的实质：电能

为其他形式能的过程．UIt转化第十九页，共75页。2．电热(1)定义：电流流过一段导体时产生的热量．(2)计算式：Q＝

(焦耳定律)．(3)本质：电热是电流做功的过程中电能转化为内能多少的量度．I2Rt第二十页，共75页。3．电功率(1)定义：电流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段电路两端的电压的乘积．(2)计算式：P＝UI.(3)额定功率和实际功率额定电压、额定功率是用电器的重要参数，分别表示用电器正常工作电压和在正常电压下用电器的功率．例：“220V,40W”的白炽灯．第二十一页，共75页。第二十二页，共75页。第二十三页，共75页。1．电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，电阻大的导体对电流的阻碍作用大．电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量，电阻率小的材料导电性能好．2．导体的电阻大，导体材料的导电性能不一定差；导体的电阻率小，电阻不一定小，即电阻率小的导体对电流的阻碍作用不一定小．3．导体的电阻、电阻率均与温度有关．第二十四页，共75页。1．适用范围：适用于金属、电解液等纯电阻导电，对于气体导电、含有电动机、电风扇等非纯电阻导电则不适用．2．注意欧姆定律的“二同”(1)同体性：指I、U、R三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体．(2)同时性：指U和I必须是导体上同一时刻的电压和电流．第二十五页，共75页。第二十六页，共75页。第二十七页，共75页。特别提醒：在应用欧姆定律之前，首先要判断电路中的元件是否为纯电阻，如整个电路中既有纯电阻又有非纯电阻，则只有纯电阻才适用欧姆定律．第二十八页，共75页。1．电流的微观表达式(1)已知条件：如图2所示，粗细均匀的一段导体长为l，横截面积为S，导体单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，当导体两端加上一定的电压时，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速度为v.图2第二十九页，共75页。第三十页，共75页。2．三种速率的区分I＝nqSv中的v是电荷的定向移动速率，不同于电流的传导速率和电荷无规则热运动的速率，它们之间的区别如下：(1)电流的定向移动速率是自由电荷沿某一方向运动的运动速率，金属导体中约为10－5m/s.(2)电流的传导速率是电场的传播速率，等于光速，大小为3×108m/s.(3)自由电荷无规则热运动的速率约为105m/s.第三十一页，共75页。1．电功与电热(1)在纯电阻电路(如白炽灯、电炉、电饭锅、电烙铁、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等)中，电功等于电热，即W＝Q＝Pt＝UIt＝I2Rt＝第三十二页，共75页。(2)在非纯电阻电路(含有电动机、电解槽、给蓄电池充电及白光灯等)中消耗的电能除转化成内能外，还有一部分转化成机械能(如电动机)或化学能(如电解槽)，即：电动机：W＝E机＋Q(UIt＝E机＋I2Rt)电解槽：W＝E化＋Q(UIt＝E化＋I2Rt)此时：W>Q(UIt>I2Rt)在非纯电阻电路中， 既不能表示电功，也不能表示电热，因为欧姆定律不再成立．第三十三页，共75页。第三十四页，共75页。不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路，当电动机不转动时，仍为纯电阻电路，欧姆定律仍适用，电能全部转化为内能．只有在电动机转动时为非纯电阻电路，U>IR，欧姆定律不再适用，大部分电能转化为机械能．第三十五页，共75页。【例1】两根完全相同的金属裸导线A和B，如果把导线A均匀拉长到原来的2倍，电阻为RA′，导线B对折后合起来，电阻为RB′，然后分别加上相同的电压，求：(1)它们的电阻之比；(2)相同时间内通过导线横截面的电荷量之比．第三十六页，共75页。第三十七页，共75页。(1)某导体形状改变后，由于质量不变，则总体积不变、电阻率不变，当长度l和面积S变化时，应用V＝Sl来确定S、l在形变前后的关系，分别用电阻定律即可求出l、S变化前后的电阻关系．第三十八页，共75页。第三十九页，共75页。第四十页，共75页。第四十一页，共75页。►变式1：一根电阻丝通过2C的电荷量所消耗的电能是8J，若将电阻丝拉长为原来的2倍后，使其在相同的时间内通过4C的电荷量，求电阻丝所加的电压及相同时间内消耗的电能．第四十二页，共75页。答案：32V128J

第四十三页，共75页。【例2】一台电风扇，内阻为20Ω，接上220V电压后，消耗功率66W，求：(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？(3)如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流，以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？第四十四页，共75页。解析：电风扇是非纯电阻电路，关键是把握住能量守恒定律及电风扇不转时可视为纯电阻电路．(1)因为P入＝IU第四十五页，共75页。(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率P机＝P入－P内＝66W－1.8W＝64.2W电风扇正常工作时转化为内能的功率P内＝I2R＝0.32×20W＝1.8W电风扇正常工作时的效率第四十六页，共75页。(3)电风扇风叶被卡住后通过电风扇的电流电动机消耗的电功率P＝IU＝11×220W＝2420W电动机发热功率P内＝I2R＝112×20W＝2420W答案：(1)0.3A(2)64.2W1.8W97.3%(3)11A2420W2420W第四十七页，共75页。高分通道解决电功、电热这类问题的基本思路：(1)首先判断电路是纯电阻电路，还是非纯电阻电路．(2)若是非纯电阻电路，关键分析清楚电能转化为什么形式的能，然后再确定选什么公式计算电功或电功率．(3)在非纯电阻电路里，要注意区别电功和电热，搞清楚电路中能的转化关系，电热Q＝I2Rt；电动机消耗的电能W＝IUt；对电动机来说，输入的功率R入＝IU；发热的功率P热＝I2R；输出的功率，即机械功率P机＝P入－P热＝UI－I2R.第四十八页，共75页。►变式2：有一直流电动机，把它接入0.2V电压的电路中，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A；若把电动机接入2.0V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0A．求电动机正常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？第四十九页，共75页。解析：当电动机转子不转时，电动机无机械能输出，故电能全部转化成内能，相当于纯电阻电路，欧姆定律成立．当电动机转动时，一部分电能转化成机械能输出，但因线圈有电阻．故又在该电阻上产生内能，输入的电功率P电＝P热＋P机．接U＝0.2V电压．电动机不转，电流I＝0.4A，根据欧姆定律，线圈电阻R＝第五十页，共75页。当接U′＝2.0V电压时，电流I′＝1.0A故输入电功率P电＝U′I′＝2.0×1.0W＝2.0W热功率P热＝I′2R＝12×0.5W＝0.5W故输出功率即机械功率P机＝P电－P热＝(2.0－0.5)W＝1.5W如果正常工作时，转子被卡住，则电能全部转化为内能，故其发热功率：P热′＝ W＝8W答案：1.5W8W第五十一页，共75页。【例3】(2010年烟台模拟)下面列出不同品牌的电视机、电风扇、空调机和电冰箱铭牌上的主要项目：第五十二页，共75页。第五十三页，共75页。根据铭牌上提供的信息，试判断下列说法正确的是()A．正常工作时电风扇中流过的电流最小B．正常工作时电风扇消耗的电功率最小C．在24小时内正常使用的电冰箱比连续运转的电风扇耗电多D．在24小时内正常使用的电冰箱比连续运转的电风扇耗电少第五十四页，共75页。解析：本题属于信息题，首先要正确找出正常工作时的功率即额定功率，然后利用W＝Pt比较24小时内电冰箱和电风扇的耗电量．由P＝UI得空调机的额定功率P空＝1364W，所以正常工作时电风扇消耗的电功率最小，电流也最小，故A、B均对；由于在24小时内电冰箱的耗电量W＝0.8kW·h，而电风扇的耗电量W＝pt＝65×24W·h＝1.55kW·h，所以C错，D对．答案：ABD第五十五页，共75页。高分通道(1)用电器正常工作的条件：①用电器两端的实际电压等于其额定电压．②用电器中的实际电流等于其额定电流．③用电器的实际功率等于其额定功率．由于以上三个条件中的任何一个得到满足时，其余两个条件必同时满足，因此它们是用电器正常工作的等效条件，灵活选用等效条件，往往能够简化解题过程．第五十六页，共75页。(2)用电器接入电路时的规定：①纯电阻用电器接入电路中，若无特别说明，应认为其电阻不变．②用电器的实际功率超过额定功率时，认为它将被烧毁，不考虑其安全事故．③没有注明额定值的用电器(如用于限流的变阻器等)接入电路时，认为其工作的物理量均小于其额定值，能安全使用．第五十七页，共75页。►变式3：如下图所示，额定电压都是110V，额定功率分别为PA＝100W，PB＝40W的两灯泡，接在220V电路上使用，使电灯能够正常发光，且电路中消耗电能最小的电路是哪一个 ()第五十八页，共75页。解析：根据

按题目已知PA>PB，则RA<RB，对于A、B电路，B的电压大于A的电压，B灯将烧毁，两灯不能正常发光，故本题A、B均错．C电路中通过变阻器调节，可使左右两部分电阻相等，即均在110V额定电压下工作而正常发光，P总＝2PA＝200W.D电路中若通过变阻器调节，左右两部分电阻也可能相等，保证A、B两灯均在110V下工作而正常发光，易知P总＝2(PA＋PB)＝280W．故选C.答案：C第五十九页，共75页。1．关于导体的电阻，下列说法正确的是 ()A．导体的电阻仅由导体两端的电压决定B．导体的电阻在一定温度下仅由长度和横截面积决定C．导体的电阻在一定温度下由导体的长度、粗细及材料决定D．导体的电阻与导体所通电流的大小有关第六十页，共75页。解析：导体的电阻由材料的电阻率、长度、横截面积决定，与电压、电流无关．因此A、B、D错误，C正确．答案：C第六十一页，共75页。2．如图3所示的电解池接入电路后，在t秒内有n1个一价正离子通过溶液内某截面S，有n2个一价负离子通过溶液内某截面S，设e为元电荷，以下说法正确的是()图3第六十二页，共75页。第六十三页，共75页。答案：D

第六十四页，共75页。3．(2009年天津卷)为探究小灯泡L的伏安特性，连好图4的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U—I图象应是下图中的 ()图4

第六十五页，共75页。解析：小灯泡中的电流逐渐增大时其温度升高，导致电阻R增大，只有C选项对．答案：C第六十六页，共75页。4．一根粗细均匀的导线，两端加上电压U时，通过导线的电流为I，导线中