高三理化生2012届高三物理复习课件浙江用第7章第1讲-恒定电流的基本概念

第1讲恒定电流的基本概念考点要求说明欧姆定律Ⅱ电阻定律Ⅰ电阻的串联、并联Ⅰ电源的电动势和电阻Ⅱ闭合电路的欧姆定律Ⅱ电功率、焦耳定律Ⅰ本章为历年高考考点分布的重点区之一，历年考题中均有体现，特别是规定的学生实验，不论是实验原理的考查，还是器材选择、电路选择、实物连线、数据处理、误差分析等，年年试题中都有所涉及，考得既具体又灵活．而恒定电路分析（动态分析、故障分析）和计算（电功和电热）的问题，也是高考试题的计算题常考内容．“恒定电流”试题涉及面广，其显著特点是突出主干知识，没有偏题、怪题和难题．应从以下几个方面进行复习．1．掌握电路、电流、电阻、电压、电动势、电功、电功率、电热等基本概念，并准确理解其物理含义．2．掌握电阻定律、焦耳定律、欧姆定律等基本规律，熟悉其适用条件和适用范围并能熟练应用．3．掌握闭合电路的欧姆定律，熟悉闭合电路中各个物理量变化的特征与规律．如电路的动态分析问题、分析电路故障问题、含容电路问题．4．掌握串、并联的基本特征，能熟练地求解包括串、并联的混联电路，如复杂电路的简化．5．掌握“伏安法”测量电阻、电源电动势等电学量的方法，懂得相关的原理．6．掌握基本的电学仪器的构造特征及使用方法．特别是电路设计问题．

一、电流1．定义：电荷的定向运动即电流．2．条件：导体两端有电压．

(1)导体提供大量的自由电荷．金属导体中的自由电荷是自由电子，电解液中的自由电荷是正、负离子．

(2)导体两端加电压就在导体中建立了恒定电场．

(3)形成了恒定电场以后电荷就在电场力的作用下开始定向移动．说明：理解导线中的电场时要注意： ①产生稳恒电流的电路中的电场是合电场(E)．它由两部分组成：一是电源的电场(E0)；二是导线两侧的堆积电荷的电场(E′)． ②稳恒电流的电路中的电场是恒定电场，因为电路中的电荷分布是稳定的，但不是静态的绝对稳定，而是动态稳定．就电路中任一微元来讲，流走多少电荷，就补充等量的电荷，所以由电荷形成的电场也是稳定的．3．电流的大小——电流强度——简称电流.

(1)宏观定义： 说明：在电解液导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，在用公式I＝q/t计算电流强度时应引起注意．

(2)微观定义：I＝neSv说明：①n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．②在金属导电的微观解释中，有三个速率不可混淆：

a．自由电子热运动的平均速率．

b．自由电子定向移动的速率．定向移动速率约10－5m/s，远小于自由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，

c．电场的传播速率．(等于光速)③这个公式只适用于金属导体，千万不要到处套用．(3)国际单位：安培(A)

1A＝103mA＝106μA4．电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向．5．电流是标量．6．电流的分类：方向不随时间变化的电流叫直流，方向随时间变化的电流叫交流，大小方向都不随时间变化的电流叫做恒定电流．二、电阻和电阻率1．电阻定义：导体两端的电压与通过导体中的电流的比值叫导体的电阻．定义式：R＝U/I，单位：Ω.2．电阻决定式(电阻定律)：适用条件：粗细均匀的导线；浓度均匀的电解液．3．电阻意义：反映了导体的导电性能，即导体对电流的阻碍作用．说明：电阻是导体本身的属性，跟导体两端的电压及通过电流无关．4．电阻率定义式，单位：Ω·m. 意义：反映了材料的导电性能．5．电阻率说明：(1)有些材料的电阻率随温度升高而增大(如金属)；有些材料的电阻率随温度升高而减小(如半导体和绝缘体)；有些材料的电阻率几乎不受温度影响(如锰铜)． (2)半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间，而且电阻随温度的增加而减小，这种材料称为半导体．特性：光敏特性、热敏特性和掺杂特性．可制作光敏电阻和热敏电阻．①半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间，电阻率约为10-5Ω·m～106Ω·m.②半导体的应用：a．热敏电阻：能够将温度的变化转化成电信号，测量这种电信号，就可以知道温度的变化．b．光敏电阻：光敏电阻在需要对光照有灵敏反应的自动控制设备中起到自动开关的作用．c．晶体二极管、晶体三极管、电容等电子元件可连成集成电路．d．半导体可制成半导体激光器、半导体太阳能电池等．(3)超导体

a．超导现象：某些物质在温度降到绝对零度附近时，电阻率突然降到几乎为零的现象．这种现象叫超导现象，处于这种状态下的导体叫超导体．

b．应用：超导电磁铁、超导电机等．

c．转变温度(TC)：材料由正常状态转变为超导状态的临界温度．三、电源电动势电源是将其他形式的能转化成电能的装置．1．电源电动势

(1)物理意义：表示电源把其他形式的能通过非静电力做功转化为电能的本领大小．电动势越大，电路中每通过1C电量时，电源将其他形式的能转化成电能的数值就越多．

(2)定义：在电源内部非静电力所做的功W与移送的电荷量q的比值，叫电源的电动势，用E表示．定义式为：E＝W/q.注意：①电动势的大小由电源中非静电力的特性(电源本身)决定，跟电源的体积、外电路无关． ②电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压． ③电动势在数值上等于非静电力把1C电量的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功．2．电源(池)的几个重要参数(1)电动势：它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质，与电池的大小无关．(2)内阻(r)：电源内部的电阻．(3)容量：电池放电时能输出的总电荷量．其单位是：A·h，mA·h.

注意：对同一种电池来说，体积越大，容量越大，内阻越小．如1号电器与5号电池：电动势一样，但1号的容量大，内阻小．3．电动势与电势差(1)电势差：U＝W/q，单位：V说明：E＝W/q中的W表示非静电力做功W非；U＝W/q中的W表示静电力做功W电．在电源外部的电路中，是静电力对自由电荷做正功，电流由电源的正极流向负极，沿电流方向电势降低；而在电源内部是电荷受的非静电力克服静电力做功，电流由负极流向正极，沿电流电势升高．(2)电动势和电压：这两个物理量虽然有相同的单位和相类似的计算式，而且都是描述电路中能量转化的物理量，但在能量转换方式上有着本质的区别：①电动势是由电源本身的性质决定的，与外电路无关，电路两端的电压不仅与电源有关，还与电路的具体结构有关．②电动势是表示电源内非静电力做功，将其他形式的能量转化为电能本领的物理量，在数值上等于非静电力在电源内部把单位正电荷从负极移送到正极所做的功．而电压是描述电能转化为其他形式能量的物理量，在数值上等于电场力在外电路移动单位正电荷所做的功．四、部分电路欧姆定律和伏安特性曲线1．部分电路欧姆定律(1)内容：通过导体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：或或(3)适用条件：金属或电解液导电．2．伏安特性曲线：(1)定义：导体的电流随电压变化的关系曲线叫做伏安特性曲线．(2)意义：斜率或者斜率的倒数表示电阻．(3)对于金属、电解液：在不考虑温度的影响时其伏安特性曲线是过原点的倾斜的直线，这样的导体叫线性导体，否则为非线性导体．五、电功和电热1．电功：电流所做的功，计算公式为W＝qU＝UIt.(适用于一切电路)，考虑到纯电阻电路中有U＝IR，所以还有W＝I2Rt＝U2t/R(适用于纯电阻电路)．2.电热：电流通过导体时，导体上产生的热量．计算公式为Q＝I2Rt(适用于一切电路)，考虑到纯电阻电路中有U＝IR，所以也有Q＝UIt＝U2t/R＝I2Rt(适用于纯电阻电路)．3．电功与电热的关系(1)纯电阻电路：电流做功将电能全部转化为热能，所以电功等于电热Q＝W.(2)非纯电阻电路：电流做功将电能转化为热能和其他形式的能(如机械能、化学能等)，所以电功大于电热，由能量守恒可知W＝Q＋E其他或UIt＝I2Rt＋E其他4．电功率：单位时间内电流做的功．计算公式P＝W/t＝UI(适用于一切电路)，对于纯电阻电路P＝I2R＝U2/R.5．热功率：单位时间内电流通过导体时产生的热量．计算公式P＝Q/t＝I2R(适用于一切电路)，对于纯电阻电路还有P＝UI＝U2/R.6．电功率与热功率的关系：纯电阻电路中，电功率等于热功率．非纯电阻电路中，电功率大于热功率．7．额定功率和实际功率：用电器正常工作时所消耗的功率叫额定功率．当用电器两端电压达到额定电压U额时，电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率P额，且P额＝U额I额，对于纯电阻用电器，P额＝U/R.如果加在用电器两端的电压小于额定电压时，用电器所消耗的功率(实际功率)就小于额定功率．六、串并联电路电路串联电路(P、U与R成正比)并联电路(P、I与R成反比)电阻关系R串＝R1＋R2＋R3＋……1/R并＝1/R1＋1/R2＋1/R3＋……电流关系I总＝I1＝I2＝I3＝……I并＝I1＋I2＋I3＋……电压关系U总＝U1＋U2＋U3＋……U总＝U1＝U2＝U3＝……功率分配P总＝P1＋P2＋P3＋……P总＝P1＋P2＋P3＋……说明：串联电路的总电阻大于任何一个分电阻，并联电路的总电阻小于任何一个支路的电阻；而不论串联还是并联还是混联，当电路中某支路电阻增大时，则总电阻也增大，反之亦然．例1、某电解质溶液，如果在1s内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？一、准确理解电路中的几个基本物理量1．电流解析：设在t＝1s内，通过某横截面的二价正离子数为n1，一价负离子数为n2，元电荷为e，则t时间内通过该横截面的电荷量为q＝(2n1＋n2)e,电流强度为点评：正离子与负离子以相反方向通过截面，它们形成的电流方向是相同的，故要相加．变式训练1、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动．已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电子绕核运动的等效电流多大？解析：取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的时间T内，通过这个截面的电量q＝e，由圆周运动的知识有：根据电流的定义式得：例2、在横截面积为S的导线中，自由电子定向移动形成的电流大小为I，已知导线单位体积所含的自由电子数为n，电子电量为e，此时电子的定向移动速度为v，在Δt时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为()A．nvSΔt

B．nvΔtC．IΔt/e

D．IΔt/(Se)AC

解析：从导体导电的微观角度来说，在Δt时间内能通过某一横截面AA′的自由电子必定位于以AA′为横截面，长度为vΔt的圆柱体内，如图所示，由于自由电子可以认为是均匀分布，故此圆柱体内的电子数目为nvSΔt.而从电流的定义来说，I＝q/t，故在Δt时间内通过某一横截面的电量为IΔt，通过横截面的自由电子数目为IΔt/e，故AC正确．答案：A、C点评：很多流体的微观解释都是如此．变式训练2、如图7­1­1所示，两个截面不同，长度相等的均匀铜棒接在电路中，两端电压为U，则()A．通过两棒的电流强度不相等B．两棒的自由电子定向移动的平均速率不同C．两棒内的电场强度不同，细棒内场强E1大于粗棒内部场强E2D．细棒的电压U1大于粗棒的电压U图7­1­1BCD解析：两棒是串联在电路中的，故电流相等，A错．由I＝neSv知，I、n、e相同，S不同，故v不同，B对．棒内场强E＝U/L，而U＝IR＝IρL/S，故S小的U大，即U1＞U2，因为L相同，所以E1＞E2，故C、D也对．答案：B、C、D例3、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R′A，导线B对折后绞合起来，电阻为R′B，求：它们的电阻之比．2．电阻和电阻率解析：一根给定的导线体积不变，若均匀拉长为原来的2倍，则横截面积为原来的1/2，设A、B导线原长为L，横截面积为S，电阻为R。点评：某一导体形状改变后，讨论其电阻变化要抓住要点：电阻率不变，总体积不变．变式训练3、如图7­1­2所示，某一导体的形状为长方体，其长、宽、高之比为a∶b∶c＝5∶3∶2.在此长方体的上下、左右四个面上分别通过导线引出四个接线柱1、2、3、4.在1、2两端加上恒定的电压U，通过导体的电流为I1；在3、4两端加上恒定的电压U，通过导体的电流为I2，求I1∶I2.图7­1­3解析：1、2两端加上恒定的电压U时，导体的长度是c，横截面积是ab；3、4两端加上恒定的电压U时，导体的长度是a，横截面积是bc，所以两种情况下导体的电阻之比为4∶25，又两种情况下电压相等，由欧姆定律可得，I1∶I2＝25∶4.例4、关于电动势的下列说法中正确的是()A．在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电势能增加.B．对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势越大.C．电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移动单位电荷量做功越多.D．电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从电源负极移到正极所移动电荷量越多.AC3、电动势解析：电源是将其他形式的能转化为电能的装置，是通过电源内部的非静电力做功来完成的，所以非静电力做功，电势能就增加，因此选项A正确．电源电动势是反映电源内部其他形式的能转化为电能的能力的物理量．电动势在数值上等于移动单位电荷量的电荷所做的功，不能说电动势越大，非静电力做功越多，也不能说电动势越大，被移动的电荷量越多，所以选项C正确．故正确答案应为AC.点评：应正确理解电动势的物理意义．本题容易错误地认为电动势越大，非静电力做功越多，电动势越大，被移动的电荷越多．变式训练4、(2010·辽宁锦州期末)在如图7­1­3所示的电路中，电阻R1＝12Ω，R2＝8Ω，R3＝4Ω.当电键K断开时，电流表示数为0.25A，当K闭合时电流表示数为0.36A，则电源的电动势为__________；内电阻为__________．3.6V图7­1­31.2Ω解析：当电键断开时，当电键闭合时，代入数据得：E＝3.6V，r＝1.2Ω.例5、如图7­1­4所示的图象所对应的两个导体：(1)两导体的电阻的大小R1＝________Ω，R2＝________Ω；(2)若两个导体中的电流相等(不为0)时，电压之比U1∶U2＝________；(3)若两个导体的电压相等(不为0)时，电流之比I1∶I2＝________.4．部分电路欧姆定律和伏安特性曲线图7­1­43:11:3解析：(1)在I—U图象中R＝1/k＝cotθ＝ΔU/ΔI，所以R1＝2Ω，R2＝Ω.(2)由欧姆定律得U1＝I1R1，U2＝I2R2，由于I1＝I2，所以U1∶U2＝R1∶R2＝3∶1.(3)由欧姆定律得I1＝U1/R1，I2＝U2/R2，由于U1＝U2，所以I1∶I2＝R2∶R1＝1∶3.点评：应用图象的斜率求对应的物理量是图象法讨论问题的方法之一，应注意坐标轴．用斜率求解时ΔU、ΔI由坐标轴上数值算出，与坐标轴标度的选取无关，两坐标轴单位长度相同时角度才等于实际角大小，本图中量出的角度大小就没有实际意义．变式训练4、实验室用的小灯泡灯丝的I－U特性曲线可用以下哪个图象来表示()A解析：灯丝在通电后一定会发热，当温度达到一定值时才会发出可见光，这时温度能达到很高，因此必须考虑到灯丝的电阻将随温度的变化而变化．温度升高，电阻率也将随之增大，电阻增大，电压升高．U越大，I－U曲线上对应点与原点连线的斜率必然越小，选A.例5、(2010·北京海淀区期末)一个微型吸尘器的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在电动势为E，内阻为r的直流电源的两极间，电动机恰好能正常工作，则()A．电动机消耗的总功率为UIB．电动机消耗的热功率为C．电源的输出功率为EID．电源的效率为5．电功和电热AD解析：电动机消耗的总功率P＝UI，选项A正确；电动机是非纯电阻，消耗的热功率只能用I2·R来求，选项B错误；电源的总功率为E·I，输出功率为UI，且UI＝EI－I2·r，电源效率为选项C错而D对．点评：在非纯电阻电路中应该从能量角度去考虑问题，W＝E其他＋Q，电功就只能用W＝UIt计算，电功率只能用P＝UI计算，电热就只能用Q＝I2Rt计算．图7­1­5变式训练5、某一直流电动机提升重物的装置如图7­1­5所示，重物的质量m＝50kg，电源提供给电动机的电压为U＝110V，不计各种摩擦，当电动机以v＝0.9m/s的恒定速率向上提升重物时，电路中的电流强度I＝5.0A，求电动机的线圈电阻大小(取g＝10m/s2)．解析：电动机的输入功率P＝UI，电动机的输出功率P1＝mgv，电动机发热功率P2＝I2r.而P2＝P－P1，即I2r＝UI－mgv.代入数据解得，电动机的线圈电阻大小为r＝4Ω例7、一个T型电路如图所示，电路中的电阻R1＝10Ω，R2＝120Ω，R3＝40Ω.另有一测试电源，电动势为100V，内阻忽略不计．则()A．当cd端短路时，ab之间的等效电阻是40ΩB．当ab端短路时，cd之间的等效电阻是40ΩC．当ab两端接通测试电源时，cd两端的电压为80VD．当cd两端接通测试电源时，ab两端的电压为80V二、准确把握电流的基本规律1．串并联电路的基本知识AC解析：本题考查电路的串并联知识．当cd端短路时，R2与R3并联电阻为30Ω后与R1串联，ab间等效电阻为40Ω，A对；若ab端短路时，R1与R2并联电阻为8Ω后与R3串联，cd间等效电阻为128Ω，B错；当ab两端接通测试电源时，电阻R2未接入电路，cd两端的电压即为R3的电压，为Ucd＝×100V＝80V，C对；当cd两端接通测试电源时，电阻R1未接入电路，ab两端电压即为R3的电压，为Uab＝×100V＝25V，D错．图7­1­7变式训练7、在图7­1­7中，AB和A′B′是长度均为L＝2km，每千米电阻值为ρ＝1Ω的两根输电线．若发现在距离A和A′等远的两点C和C′间发生漏电，相当于在两点间连接了一个电阻．接入电动势E＝90V、内阻不计的电源：当电源接在A、A′间时，测得B、B′间电压为UB＝72V；当电源接在B、B′时，测得A、A′间电压为UA＝45V.求A与C相距多远？解析：在测量过程中的等效电路如图(甲)、(乙)所示．当电源接在A、A′时，可以认为电流仅在A′C′CA中流过，此时UB＝72V为电阻R上的电压．设AC和BC间每根输电线的电阻为RAC和RBC.则有：,①同理，当电源接在B、B′间时，则有：,②由①②两式可得：RAC＝RBC根据电阻定律R＝ρ∝L，可得A、C间相距为：LAC＝×2k＝0.4km例8、两个定值电阻R1、R2串联后接在输出电压U稳定于12V的直流电源上．有人把一个内阻不是远大于R1、R2的电压表接在R1两端，如图7­1­8所示，电压表示数为8V.如果他把此电压表改接在R2两端，则电压表的示数将()A．小于4V

B．等于4VC．大于4V小于8V

D．等于或大于8V2．串并联电路的电压电流分配图7­1­8A解析：当电压表示数为8V时，此时R2两端电压等于4V；若把电压表接到R2两端，R2两端电阻将减小，R1两端总电阻将增大．由串联电路电压分配关系，R2两端电压将小于4V.点评：电压表与电流表不能忽略内阻时当做会显示本身电压或电流的电阻处理．图7­1­9变式训练8、如图7­1­9所示，3个完全相同的电压表中，电压表V1、V2示数分别为5V、3V.若R1>R2，求A、B间的电压为多大？解析：因流入D点的电流与流出D点的电流一定是相等的，且因为R1>R2，所以R2的电流比R1大，而V1、V2电阻相等，流过电压表V2的电流方向由D到C.若设流过电压表V1的电流为5I，则由题意知流过电压表V2的电流为3I，而流过电压表V3的电流为2I，那么电压表V3的示数为2V，由此可知：UAB＝U1＋U3＝5V＋2V＝7V例9、如图7­1­10，已知R1＝6Ω，R2＝3Ω，R3＝4Ω，则接入电路后这三只电阻的实际功率之比为___