新高考物理一轮复习专题十恒定电流教学课件

考点一电路的基本概念和规律一、电流1.导体中形成电流的条件(1)导体中有能够自由移动的电荷。(2)导体两端存在电压。2.电流的方向(1)与正电荷定向移动的方向相同,与负电荷定向移动的方向相反。(2)在外电路中电流由电源正极流向负极,在内电路中电流由电源负极流向正极。3.三种电流表达式的比较4.电流的微观表达式的推导(1)建立微观模型:如图所示,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

的自由电子数为n,电子的电荷量为e,当导体两端加上一定的电压时,导体中的自由电

子沿导体定向移动的速率为v。(2)在时间t内通过横截面的总电荷量q=nvtSe。(3)电流的表达式:I=

=neSv。二、欧姆定律电阻定律1.部分电路欧姆定律(1)内容:导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。(2)表达式:I=

。2.电阻定律(1)内容:同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比;导体

电阻还与构成它的材料有关。(2)公式:R=ρ

。l是导体的长度,S是导体的横截面积,ρ是导体的电阻率,ρ的国际单位是欧·米,符号为Ω·m。(3)电阻率①物理意义:电阻率是反映材料导电性能优劣的物理量。温度一定时,某种材料的电

阻率由这种材料的性质决定,与导体的大小、形状无关。②电阻率与温度的关系a.金属导体:电阻率随温度升高而增大。b.一些半导体:电阻率随温度升高而减小。c.超导体:当温度特别低时,某些材料的电阻率可以降到0,成为超导体。d.一些合金:电阻率几乎不受温度变化的影响。

决定式:R=ρ

定义式:R=

区别说明了导体的电阻由哪些因素

决定,R由ρ、l、S共同决定提供了一种测电阻的方法——

伏安法,R与U、I均无关适用于粗细均匀的金属导体和

浓度均匀的电解质溶液适用于纯电阻电路3.电阻的决定式和定义式的区别三、电功电功率焦耳定律1.电功(1)定义:导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做的功。(2)公式:W=qU=UIt。(3)能量转化:电荷的电势能转化成其他形式的能。2.电功率(1)定义:单位时间内电流所做的功,表示电流做功的快慢。(2)公式:P=

=UI。3.焦耳定律(1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间

成正比。(2)公式:Q=I2Rt。4.热功率(1)定义:单位时间内电流通过导体产生的热量。(2)公式:P热=I2R。四、纯电阻电路和非纯电阻电路1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较

纯电阻电路非纯电阻电路电路组成只包含将电能全部转化为内能的元件的电路包含将电能转化为除内能外的其他形式能量的元件的电路(例如含电动机的电路)电路特点(1)遵循欧姆定律(2)电流做的功全部转化为电热,电功率和热功率相等(1)不遵循欧姆定律,I<

(2)电流做的功除了转化为内能外,还要转化为其他形式的能,电功大于电热,电功率大于热功率应用公式W=Q,即UIt=I2Rt=

t(1)求电功,必须要用W=UIt(2)求电热,必须要用Q=I2Rt(3)W>Q,W=Q+E其他元件举例电阻、电炉丝等转动的电动机、电解槽等2.电动机和发电机(1)电动机将电能转化为机械能;发电机将其他能转化为电能。(2)电动机的三个功率及效率输入功率电动机的总功率。由电动机电路中的电流和电压决定,即P总=P入=UI输出功率电动机做有用功的功率,也叫机械功率热功率电动机的线圈有电阻,电流通过线圈时会发热,热功率P热=I2r三者关系P总=P出+P热效率η=

×100%=

×100%说明①正常工作的电动机是非纯电阻元件,可等效为一个转动元件和电阻串联②电动机因故障或其他原因不转动时,相当于一个纯电阻元件五、串并联电路的规律

串联并联电流I=I1=I2=…=InI=I1+I2+…+In其中I1∶I2∶I3∶…=

∶

∶

∶…电压U=U1+U2+…+Un其中U1∶U2∶U3∶…=R1∶R2∶R3∶…U=U1=U2=…=Un电阻R=R1+R2+…+Rn

=

+

+…+

功率P1∶P2∶P3∶…=R1∶R2∶R3∶…P1∶P2∶P3∶…=

∶

∶

∶…考点二闭合电路欧姆定律一、电动势和内阻1.电动势(1)定义:在电源内部非静电力把+q电荷从负极搬运到正极所做的功与搬运的电荷量q

的比值,E=

。(2)物理意义:表示电源把其他形式的能转化成电能本领的大小,在数值上等于电源没

有接入电路时两极间的电压。2.内阻:电源内部导体的电阻。3.电池的容量:电池放电时能输出的总电荷量叫作电池的容量,通常以“安时”(A·h)或

“毫安时”(mA·h)作单位。二、闭合电路欧姆定律1.内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。2.公式(1)I=

(只适用于纯电阻电路)。(2)E=U外+U内或E=U外+Ir(适用于任意电路)。3.路端电压与负载的关系(1)纯电阻电路:U=IR=

·R=

,当R增大时,U增大。(2)特殊情况①当外电路断路时,I=0,U=E。②当外电路短路时,I短=

,U=0。4.路端电压与电流的关系(1)关系式:U=E-Ir。(2)如图所示,其中纵截距为电动势,横截距为短路电流,斜率的绝对值为电源的内阻。

知识拓展

等效电源把含有电源、电阻的部分电路等效为新的“电源”,其“电动势”和“内阻”如下。(1)两点间断路时的电压为等效电动势E'。(2)两点短路时的电流为等效短路电流I短',等

效内阻r'=

。常见电路等效电源如下。

三、闭合电路中电源的功率和效率问题1.闭合电路中的功率(1)电源的总功率:P总=IE=IU+IUr=P出+P内。(2)电源内阻消耗的功率:P内=I2r=P总-P出。(3)电源的输出功率:P出=IU=IE-I2r=P总-P内。2.纯电阻电路中电源的输出功率与效率随外电阻变化的规律(1)电源的输出功率为P出=I2R=

R=

=

,当R=r时,P出有最大值,即P出m=

。P出与外电阻R的这种函数关系可用图像定性地表示,如图所示。由图像还可知,对应电源的非最大输出功率P可以有两个不同的外电阻R1和R2,当R<r时,

若R增大,则P出增大;当R>r时,若R增大,则P出减小。提示

上面的结论都是在电源的内电阻r不变且外电路为纯电阻电路的情况下适用。

如果一个电路的外电阻固定不变,当电源的内电阻发生变化时,电源的输出功率随内

电阻的变化是单调的,内电阻减小,输出功率增大,当内电阻最小时,输出功率最大。(2)电源效率:指电源的输出功率与电源的总功率之比,即η=

×100%=

×100%=

×100%。对纯电阻电路:η=

×100%=

×100%。所以当R增大时,效率η提高,当R=r时,电源有最大输出功率,但效率仅为50%,并不高。知识拓展

闭合电路中功率的最值问题(1)定值电阻的功率:P定=I2R。R为定值电阻,P定只与电流有关系,当R外最大时,I最小,P定

最小,当R外最小时,I最大,P定最大。(2)电源的输出功率:当R外=r时,P出最大,P出m=

。(3)变化电阻的功率:利用等效思想,把除变化电阻之外的其他的定值电阻及电源原本

的内阻等效成电源新的内阻r',则变化电阻的功率即为等效以后的电源的输出功率,即

当R变=r'时,P变有最大值P变m=

。例

在如图所示电路中,电源电动势E=12V,内阻r=8Ω,定值电阻R1=2Ω,R2=10Ω,R3=20Ω,滑动变阻器R4的取值范围为0~30Ω,所有电表均为理想电表。闭合开关S,在滑动

变阻器的滑片从a端滑到b端的过程中,电压表V1、电压表V2、电流表A示数的变化量

分别为ΔU1、ΔU2、ΔI。下列说法正确的是(

)

A.

大于

B.

不变,

增大C.R4的功率先增大后减小,最大值为0.36WD.电源的输出功率先增大后减小,最大值为4.5W

解析

当滑片在a端时,外电路的总电阻R外=

+R1=

Ω>r=8Ω;滑片从a端滑到b端的过程中,R外不断增大,所以电源输出功率一直减小,D错误。将电源、R1和R2等效为

新的电源,等效电动势E'=

=6V,等效内阻r'=

=5Ω,等效后的电路图如图所示。

对电阻R3,由欧姆定律可得U1=IR3,解得

=R3;对整个电路,由闭合电路欧姆定律可得U2=E'-I(R3+r'),解得

=R3+r',可得

<

,

和

为定值,A、B均错误。滑片从a端滑到b端的过程中,滑动变阻器的阻值由0Ω增大到30Ω,则R4的功率先增大后减

小,当R4=r'+R3时,滑动变阻器的功率最大,此时的功率P4=

=0.36W,C正确。

答案

C知识拓展

在求

的变化情况时,若U、I分别是定值电阻两端电压和流经定值电阻的电流,则

不变,若不是,则应利用闭合电路欧姆定律求解函数U=f(I),则

=f'(I),即电压对电流求导数。微专题17电路的动态分析与故障分析一、动态电路分析1.程序法分析解答动态直流电路类问题的一般步骤:(1)确定电路的外电阻(R外总)如何变化;(2)根据闭合电路欧姆定律I总=

,确定电路的总电流如何变化;(3)由U内=I总r,确定电源的内电压如何变化;

(4)由U外=E-U内,确定电源的外电压(路端电压)如何变化;(5)由部分电路欧姆定律,确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化;(6)确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。知识拓展

判断电阻变化情况的规律(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻。(2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻。(3)n个相同的电阻并联,总电阻等于一个电阻的

,即R总=

R。(4)多个电阻并联时,其中任一电阻增大或减小,总电阻也随之增大或减小。(5)并联支路增多,并联电路总电阻减小。(6)大电阻和小电阻并联,总电阻接近小电阻的阻值。大电阻和小电阻串联,总电阻接

近大电阻的阻值。2.结论法(串反并同)(1)内容:当局部电阻Rn变化时,与Rn串联的电阻R的功率P、通过它的电流I、它两端电

压U的变化均与Rn的变化相反,简称串反,如图(a)。而与Rn并联的R上,IR、UR、PR的变化

均与Rn的变化相同,简称并同,如图(b)。总称串反并同。(a)(b)(2)适用条件:电源内阻不能为零。3.极限法当电路中元件的阻值增大时,可将其阻值增大到无穷大,按断路状态来讨论;当电路中

元件的阻值减小时,可将其阻值减小到零,按短路状态来讨论。因滑动变阻器的滑片

滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两端去讨论。二、含容电路分析1.在分析电路结构时,可以先把电容器拆去,明确电路结构后,再把电容器接上。2.在电路稳定的情况下,含电容器的支路上无电流,该支路中其他电阻两端不存在电势

差,其作用只相当于一段导线,此时电容器相当于断路,电容器上的电压等于与之并联

电阻两端的电压,即把电容器“看成”理想电压表,从而可以应用Q=CU计算稳定状态

时电容器所带的电荷量。3.电路结构发生改变时,引起电压变化,使电容器所带电荷量变化,电路中形成充、放

电电流。此过程要特别注意电压是升高还是降低,电荷量是增加还是减少,并由此推

断出电路中的电流方向,同时计算出两稳定态时电容器电荷量的变化量ΔQ=CΔU。三、电路故障分析1.故障特点(1)断路特点:电路中发生断路,表现为电源电压不为零而电流为零。(2)短路特点:电路中发生短路,表现为有电流通过电路而电压为零。2.几种常用的电路故障检测方法(1)电压表检测:如果电压表示数为0,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联部分短路。(2)电流表检测:当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电

流值的分析,确定故障的位置。(3)欧姆表检测法:当测量值很大时,表示该处断路;当测量值很小或为0时,表示该处短路。例1

(多选)如图,电源内阻不能忽略,电流表和电压表均为理想电表,R1=R2<R3<R4,下列

说法中正确的是

(

)

A.若R2短路,电流表示数变小,电压表示数变小B.若R2断路,电流表示数变大,电压表示数为零C.若R1短路,电流表示数变小,电压表示数为零D.若R4断路,电流表示数变小,电压表示数变大

解析

R2短路,并联电阻变小,总电阻变小,总电流变大,内电压变大,路端电压变小,流过R3的电流变小,电流表示数变小,流过R1的电流变大,电压表示数变大,A错误。R2断

路,并联电阻变大,总电阻变大,总电流变小,内电压变小,路端电压变大,流过R3的电流变

大,电流表示数变大,流过R1的电流减小为零,电压表示数为零,B正确。R1短路,总电阻

变小,总电流变大,内电压变大,路端电压变小,流过R3的电流变小,电流表示数变小,R1两

端电压为零,电压表示数为零,C正确。R4断路,总电阻变大,总电流变小,内电压变小,路

端电压变大,电流表示数变大,电压表示数变大,D错误。

答案

BC一题多解

结论法(串反并同)若R2短路,R2电阻变小,电流表与R2可看作并联,电流表示数变小;电压表与R2可看作串

联,电压表示数变大,A错误。若R2断路,R2电阻变大,电流表示数变大,电压表示数变小,

且示数为零,B正确。若R1短路,R1电阻变小,电流表与R1可看作并联,电流表示数变小;

电压表与R1可看作并联,电压表示数变小,且示数为零,C正确。若R4断路,R4电阻变大,电流表与R4可看作并联,电流表示数变大;电压表与R4可看作并联,电压表示数变大,D错误。例2如图所示,电源电动势E=6V,内阻r=1Ω,R0=3Ω,R1=7.5Ω,R2=3Ω,R3=2Ω,电容器

的电容C=2μF。开始时开关S处于闭合状态,则下列说法正确的是

(

)

A.开关S闭合时,电容器上极板带正电B.开关S闭合时,电容器两极板间电势差是3VC.将开关S断开,稳定后电容器极板所带的电荷量是3.6×10-6CD.将开关S断开至电路稳定的过程中通过R0的电荷量是9.6×10-6C解题指导

开关S闭合时的等效电路图如图甲,开关S断开时的等效电路图如图乙。

解析

开关S闭合时,等效电路中电容器与R3并联,电容器两端电压等于R3两端电压U3,已知电路总电阻R=

+r=4Ω,由闭合电路欧姆定律可知干路电流I=

=1.5A,路端电压U=E-Ir=4.5V,则U3=

U=1.8V,此时电容器所带电荷量Q1=CU3=3.6×10-6

C,且上极板带负电,下极板带正电,故A、B错误。开关S断开时,稳定后电容器两端电

压等于R2两端电压U2,此时U2=

R2=3V,电容器所带电荷量Q2=CU2=6×10-6C,且上极板带正电,下极板带负电,故通过R0的电荷量Q=Q1+Q2=9.6×10-6C,C错误,D正确。

答案

D微专题18电路中的图像问题一、基本图像分析

电源U-I图像定值电阻U-I图像图像

表达式U=E-IrU=IR图像表述的物理量变化关系电源的路端电压随干路中的电

流的变化关系电阻两端电压随电阻中的电流

的变化关系图线与坐标轴交点与纵轴交点的纵坐标表示电源电动势E,与横轴交点的横坐标表示电源短路时电流

过坐标轴原点,表示没有电压时

电流为零图线上每一点坐标的乘积UI表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率图线上每一点对应的U与I的比

值表示外电阻的大小,不同点对应

的外电阻大小不同每一点对应的比值均等大,