高中物理电路教学案

./电路1．电流电流的定义式：,适用于任何电荷的定向移动形成的电流。对于金属导体有I=nqvS〔n为单位体积内的自由电子个数,S为导线的横截面积,v为自由电子的定向移动速率,约10-5m/s,远小于电子热运动的平均速率105m/s,更小于电场的传播速率3×108m/s,这个公式只适用于金属导体。例1、来自质子源的质子〔初速度为零,经一加速电压为800kV的直线加速器加速,形成电流强度为1mA的细柱形质子流。已知质子电荷e=1.60×10-19C。这束质子流每秒打到靶上的质子数为_________。假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的,在质子束中与质子源相距L和4L的两处,各取一段极短的相等长度的质子流,其中的质子数分别为n1和n2,则n1∶n2=_______。LL4L质子源v1v2解：按定义,由于各处电流相同,设这段长度为l,其中的质子数为n个,则由。而2．电阻定律导体的电阻R跟它的长度l成正比,跟它的横截面积S成反比。⑴ρ是反映材料导电性能的物理量,叫材料的电阻率。单位是Ωm。⑵纯金属的电阻率小,合金的电阻率大。⑶材料的电阻率与温度有关系：①金属的电阻率随温度的升高而增大。铂较明显,可作为金属热电阻,用于温度测量；锰铜、镍铜的电阻率几乎不随温度而变,可用于标准电阻。②半导体的电阻率一般随温度的升高而减小。③有些物质当温度接近0K时,电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。能够发生超导现象的物体叫超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度TC。有些材料的导电性能介于导体和绝缘体之间,这种材料称为半导体。欧姆定律〔适用于金属导体和电解质溶液,不适用于气体和半导体导电。电阻的伏安特性曲线：注意I-U曲线和U-I曲线的区别。若电阻率随温度的变化,电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。121212R1<R2R1>R2OOUIIU例1、小灯泡灯丝的I-U特性曲线可用以下哪个图象来表示OUOUOUOUIIIIA．B．C．DOUOUOUOUIIII解：例2、PUPU2oPU2oPU2oPU2o4、电功和电热电功就是电场力做的功,因此W=UIt；由焦耳定律,电热Q=I2Rt。⑴对纯电阻而言,电功率等于热功率：W=Q=UIt=I2Rt=,因此⑵对非纯电阻电路〔如电动机和电解槽,由于电能除了转化为电热以外还同时转化为机械能或化学能等其它能,所以电功必然大于电热：W>Q,这时电功只能用W=UIt计算,电热只能用Q=I2Rt计算,两式不能通用。电功率和热功率的关系也变为P电=P热+P其。例1、某电动机,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。不考虑电动机线圈的电阻随温度的改变,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,,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P电=U2I2=36W,内部消耗的热功率P热==5W,所以机械功率P=31WPS：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。电路的动态变化闭合电路欧姆定律：此类问题处理思路：先写出总体电路的欧姆定律,然后根据给出的已知条件,结合电路的变化,逐个分析。较为简单例一、如图6.01所示电路中,当滑动变阻器的滑片P向左移动时,各表〔各电表内阻对电路的影响均不考虑的示数如何变化？为什么？图6.01解析：这是一个由局部变化而影响整体的闭合电路欧姆定律应用的动态分析问题。对于这类问题,可遵循以下步骤：先弄清楚外电路的串、并联关系,分析外电路总电阻怎样变化；由确定闭合电路的电流强度如何变化；再由确定路端电压的变化情况；最后用部分电路的欧姆定律及分流、分压原理讨论各部分电阻的电流、电压变化情况。当滑片P向左滑动,减小,即减小,根据判断总电流增大,A1示数增大；路端电压的判断由内而外,根据知路端电压减小,V示数减小；对R1,有所以增大,示数增大；对并联支路,,所以减小,示数减小；对R2,有,所以I2减小,A2示数减小。例二、如图图6.08所示,微法,微法,欧,欧,当开关S断开时,A、B两点电压当S闭合时,C1的电量是增加还是减少？改变了多少库仑？已知伏。图6.08解：在电路中,C1、C2的作用是断路,当S断开时,全电路无电流,B、C等势,A、D等势,则伏。C1所带的电量为〔库S闭合时,电路由串联,C1两端的电压即R1上两端的电压,〔伏C1的带电量〔库故C1的带电量改变了〔库,负号表示减少。等效电路将电路的固定外阻可看为电源内阻,从而简化分析过程,需要灵活掌握。1、电源的功率和效率⑴功率：①电源的功率〔电源的总功率PE=EI②电源的输出功率P出=UI③电源内部消耗的功率Pr=I2r⑵电源的效率：〔最后一个等号只适用于纯电阻电路ORP出Pmr电源的输出功率,PORP出Pmr例一、用伏安法测一节干电池的电动势和内电阻,伏安图象如图6.02所示,根据图线回答：〔1干电池的电动势和内电阻各多大？〔2图中a点对应的外电路电阻是多大？电源此时内部热功率是多少？〔3图中a、b两点对应的外电路电阻之比是多大？对应的输出功率之比是多大？〔4在此实验中,电源最大输出功率是多大？解析：〔1开路时〔I=0的路端电压即电源电动势,因此,内电阻也可由图线斜率的绝对值即内阻,有：〔2a点对应外电阻此时电源内部的热耗功率：也可以由面积差求得：〔3电阻之比：输出功率之比：〔4电源最大输出功率出现在内、外电阻相等时,此时路端电压,干路电流,因而最大输出功率当然直接用计算或由对称性找乘积IU〔对应于图线上的面积的最大值,也可以求出此值。练习：如图6.07所示的电路中,电池的电动势ε=5伏,内电阻r=10欧,固定电阻R=90欧,R0是可变电阻,在R0由零增加到400欧的过程中,求：<1>可变电阻R0消耗功率最大的条件和最大热功率。<2>电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和。解：<1>由等效内阻法,当R0=R＋r=<90＋10>Ω＝100Ω时,可变电阻R0上消耗的功率最大,且电流最小即R0取最大值400Ω时,定值电阻r和R上消耗的电功率最小,且最小功率滑动变阻器的两种接法RRLCDPR0URLABPR0U甲乙〔1限流接法：P滑至A端,Umax＝U；P滑至B端,Umin=所以≤UL≤U,可见RL<<R0时,UL变化范围大．〔2分压接法：P滑至C端时,Umin＝0；P滑至D端时,Umax＝U．所以0≤UL≤U,负载两端的电压可以从零开始调节．以下三种情况必须采用分压式接法：①要使某部分电路的电压或电流从零开始连接调节,．②如果实验所提供的电压表、电流表量程或电阻元件允许最大电流较小,采用限流接法时,无论怎样调节,电路中实际电流〔压都会超过电表量程或电阻元件允许的最大电流〔压,③伏安法测电阻实验中,若所用的变阻器阻值远小于待测电阻阻值4、伏安法测电阻的两种接法AARxV甲AVRx乙两种方法有何不同？精确考虑,电流表和电压表的电阻要计算在内。故有：1由于甲电路中电压表的读数U表示Rｘ两端电压,电流表的读数I表示通过Rｘ与RV并联电路的总电流,所以使用该电流所测电阻R测＝也比真实值Rｘ略小些,相对误差a＝2由于乙电路中,电压表的读数U表示被测电阻Rｘ与电流表A串联后的总电压,电流表的读数I表示通过本身和Rｘ的电流,所以使用该电路所测电阻R测＝＝Rｘ＋RA,比真实值Rｘ大了RA,相对误差a＝据以上分析可得：若：此时被测电阻为小电阻,一般选用甲图所示的电流表的外接法．若：此时被测电阻为大电阻,一般选用乙图所示的电流表的内接法．混联电路与电表的改装1、混联电路要注意一下几点：⑴计算电流,除了用外,还经常用并联电路总电流和分电流的关系：I=I1+I2⑵计算电压,除了用U=IR外,还经常用串联电路总电压和分电压的关系：U=U1+U2⑶计算电功率,无论串联、并联还是混联,总功率都等于各电阻功率之和：P=P1+P2例一、L1L2L1LL1L2L1L2L1L2L1RRRL2RA．B．C．D．解析：正常发光的条件是达到额定电压。题中可知,R1>R2,故只有B、D两图中的两灯泡都能正常发光。能正常发光,说明流经小灯泡的电流为额定电流。其中,Ib=I2,Id=I4,而总电压均为220V,故根据功率P=UI得,Pb<Pd.选B2、电表改装问题<1>将小量程电流表改装成电压表GRgRGRgRIg电压表图1：给电流表串联一只大电阻,将电流表改装成电压表。例一、有一电流表G,内阻Rg=10欧,满偏电流Ig=3mA.把它改装成量和平为3V的电压表,要串联一只多大的分压电阻R？解析：电压表V由表头G和分压电阻R组成,如图1虚线框内所示。所谓量程3V,意思是当电压表两端的电压U=3V时,表头G分担的电压满偏电压Ug,通过表头的电流为满偏电流Ig,指针指在最大刻度处,而最大刻度直接标以3V。表头G的满偏电压UR=IgRg=0.03V,电阻R分担的电压UR=U-Ug=2.97V.串联电阻R的作用是分担一部分电压。作这种用途的电阻叫分压电阻。由欧姆定律可求出分压电阻：改装后的电压表的电阻RV=R+Rg=.所以分压电阻R=<2>将小量程电