高考总复习物理课件25 电路的基本概念和规律

\n内容要求欧姆定律Ⅱ电阻定律Ⅰ电阻的串联、并联Ⅰ电源的电动势和内阻Ⅱ闭合电路的欧姆定律Ⅰ电功率、焦耳定律Ⅰ\n内容要求实验七：测定金属的电阻率实验八：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：练习使用多用电表实验十一：传感器的简单使用\n从上表可以看出，近几年高考在本章的考查呈现以下特点：1．本章知识在高考试题中重现率为百分之百，所占分值一般约为全卷的15%以上，内容主要涉及欧姆定律、电阻定律、闭合电路的欧姆定律及电学实验内容．2．电路分析包括含有电容器、滑动变阻器在内的电路变化，动态问题分析，电功、电功率分配问题的分析是物理知识应用与分析能力方面考查的重点问题．高考中出现的几率最大．多以选择题形式出现．\n3．运用学过的原理设计实验，不但能考查学生的创新能力，而且电学设计实验也能考查出学生运用有关知识综合分析问题的能力，是今后高考出题的侧重点．\n本章主要讨论了恒定电流的产生，电源的作用，电路的组成和结构，电流、电压和功率的分配以及电路中的能量转化关系等内容，其中像电流、电压、电阻、电动势等物理概念以及部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律、电阻的串联、并联规律等物理规律，既是电磁学的基础，也是处理电路问题应用频率最高的知识点，在复习中必须深入理解，熟练掌握．本章内容是电磁学的基础，学好本章知识对学习“磁场”、“电磁感应”以及“交变电流”、“电磁振荡”等章节内容起着重要作用．\n课时25电路的基本概念和规律\n考点一　电流、电阻和电阻定律►基础梳理◄1．电流(1)定义：电荷的定向移动形成电流．(2)条件：①有自由移动的电荷．②导体两端存在电压．(3)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向．\n(4)公式：①定义式I＝Q/t，Q为在时间t内穿过导体横截面的电荷量．国际单位制中，电流的单位是安培(A),1mA＝10－3A,1μA＝10－6A；②决定式I＝U/R，其中U为导体两端的电压，R为该导体的电阻；③微观式I＝nqSv，其中n为导体中单位体积内自由电荷的个数，q为自由电荷的电荷量，S为导体的横截面积，v为自由电荷定向移动的速度．\n(5)分类：根据电流方向分直流电和交流电．方向不随时间改变的电流是直流，方向随时间改变的电流是交流；方向和强弱都不随时间而改变的电流叫恒定电流．\n2．电阻(1)定义：导体两端的电压与通过导体的电流的比值，叫做导体的电阻．(2)公式：R＝U/I(定义式)，其中U为导体两端的电压，I为通过导体的电流．(3)单位：国际单位是欧姆(Ω)．(4)决定因素：导体的电阻反映了导体阻碍电流的性质，其大小由导体本身决定，与导体的电压和电流无关．\n3．电阻定律(1)内容：在温度不变时，导体的电阻R和导体的长度L成正比、和导体的横截面积S成反比．(2)公式：R＝ρL/S，其中L为导体的长度，S为导体的横截面积，ρ为导体的电阻率．(3)适用条件：粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液．\n考点二　部分电路欧姆定律►基础梳理◄1．部分电路欧姆定律(1)内容：流过导体的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比．(2)公式：I＝U/R或写成U＝IR.(3)条件：适用于金属导电和电解液导电(对气体导电不适用)；适用于纯电阻电路(不含电动机，电解槽的电路)．\n(4)图象：在电阻R一定的情况下，电流I正比于电压U，所以I—U图线和U—I图线都是过原点的直线．如图1所示的I—U图线的斜率tanθ＝I/U＝1/R，斜率越大的图线对应电阻越小，显然R1＞R2.图1\n►疑难详析◄对于导体伏安特性曲线的理解导体的电阻反映了导体对电流的阻碍作用，其大小由导体本身的因素决定．由于导体的导电性能不同，所以对不同的导体有不同的伏安特性曲线，对同一导体也可以通过伏安特性曲线反映导体对电流阻碍作用的变化情况，在应用伏安特性曲线研究实际问题时，必须明确以下几点：\n(1)伏安特性曲线反映了导体中的电流强度与导体两端电压的关系．(2)曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值对应这一状态下的电阻．(3)伏安特性曲线是不是直线，反映了导体的电阻是不是变化．\n考点三　电功和电热►基础梳理◄1．电功(1)定义：电路中电场力移动电荷做的功叫做电功，即通常所说的电流做的功．(2)公式：W＝QU＝IUt(适用于任何电路)，在纯电阻电路中，根据欧姆定律有：W＝I2Rt＝U2t/R.(3)单位：国际单位是焦耳(J)，常用单位是度(kW·h),1kW·h＝3.6×106J.(4)意义：电流做功的过程实质是电荷的电势能转化成其他形式能的过程．\n2．电功率(1)定义：单位时间内电流做的功叫做电功率．(2)公式：P＝W/t(适用于任何电路)，在纯电阻电路中，根据欧姆定律有：P＝I2R＝U2/R.(3)单位：国际单位是瓦特，简称瓦(W)．3．焦耳定律(1)内容：导体或电路的发热量Q等于导体中或电路中的电流I的平方与电阻R及通电时间t的乘积．(2)公式：Q＝I2Rt.\n4．热功率(1)定义：单位时间内发热的功通常称为热功率．(2)公式：P＝Q/t＝I2R.(3)单位：国际单位是瓦特，简称瓦(W)．\n►疑难详析◄电功与电热的区别与关系1．纯电阻用电器：电流通过用电器是以发热为目的，例如电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁、白炽灯泡等．2．非纯电阻用电器：电流通过用电器是以转化为内能以外的其他形式的能为目的，发热不是目的，而是难以避免的内能损失．例如电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等．\n在只有纯电阻用电器的电路中，电流通过电路时所消耗的电能全部转化为内能，此种电路的特点是电功等于电热，即W＝Q；在含有非纯电阻用电器的电路中，电路消耗的电能并非全部转化为内能，其能量转化分为两部分，一是大部分转化为其他形式的能(如电流通过电动机，电动机运转，电能的一部分转化为机械能)，二是其中一小部分不可避免地转化为内能(如电枢的电阻生热)．非纯电阻电路的特点是电功大于电热，即W＝E其他＋Q，千万注意此时U≠IR值得注意的是灯炮属于纯电阻，不要以为它们消耗的电能有一部分转化成光能，其实是电能完全转化成了内能，内能又有一部分转化成了光能．\n考点四　串联电路和并联电路1．串联电路(1)两个基本规律：①电路中各处的电流相等：I1＝I2＝I3＝…＝In②电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和：U＝U1＋U2＋U3＋…＋Un(2)三个重要性质：①串联电路的总电阻等于各段电路中电阻之和：R＝R1＋R2＋R3＋…＋Rn②电压分配：U/R＝U1/R1＝U2/R2＝U3/R3＝…＝Un/Rn③功率分配：P1/R1＝P2/R2＝P3/R3＝…＝Pn/Rn\n2．并联电路(1)两个基本规律：①电路中各支路两端电压相等：U1＝U2＝U3＝…＝Un＝U②干路中的电流等于各支路的电流之和：I＝I1＋I2＋I3＋…＋In(2)三个重要性质：①并联电路总电阻的倒数，等于各个导体的电阻的倒数之和：1/R＝1/R1＋1/R2＋1/R3＋…＋1/Rn②电流分配：I1R1＝I2R2＝I3R3＝…＝InRn＝U③功率分配：P1R1＝P2R2＝P3R3＝…＝PnRn＝U2\n►疑难详析◄1．区别纯电阻电路与一般电路电路消耗的电能全部转化为电热(内能)的电路称为纯电阻电路，对纯电阻电路有：P＝UI＝I2R＝U2/R.电路消耗的电能并不完全转化为内能，还有一部分转化为其他形式的能(如机械能、化学能等)，这种电路叫非纯电阻电路．如电动机、电解槽的电路等，对非纯电阻电路有：P＝UI＞I2R，此时I＜U/R或U＞IR.\n2．理解串、并联电路中电阻关系的几个重要推论(1)串联电路电阻越串越大，总电阻大于其中任一部分电路最大的电阻；并联电路电阻越并越小，总电阻小于其中任一部分电路最小的电阻．(2)串联电路某个电阻变大(或变小)，引起总电阻也变大(或变小)；并联电路某个电阻变大(或变小)，同样引起总电阻变大(或变小)．(3)当一个很大的电阻与一个很小的电阻串联时，总电阻接近于大电阻；当一个很大的电阻与一个很小电阻并联时，总电阻接近于小电阻．\n(4)串联或并联一个较大的电阻，总电阻比串联或并联一个较小的电阻要大．\n►深化拓展◄电路“负载”或“负荷”大就是电阻大吗“负载”或“负荷”是对用电器功率特征的一种习惯说法，通常说“负载”或“负荷”大，是指用电器的功率大，并不是用电器的“电阻”大．在一般情况下，“负载”大的用电器电阻反而小．如“220V60W”与“220V100W”的两只灯泡，后者的功率大但电阻却较小．\n题型一　对电流的分析和计算[例1]如图2所示的电解池接入电路后，在t秒内有n1个1价正离子通过溶液内截面S，有n2个1价负离子通过溶液内截面S，设e为基本电荷，以下说法正确的是()图2\nA．当n1＝n2时，电流强度为零B．当n1＞n2时，电流方向从A→B，电流强度I＝C．当n1＜n2时，电流方向从B→A，电流强度I＝D．电流方向从A→B，电流强度I＝\n[解析]本题考查电流方向和电流强度的定义式I＝，电荷的定向移动形成电流，金属导体中定向移动的是带负电的自由电子，这时电流的方向与自由电子定向移动方向相反．在电解液导电时，定向移动的电荷有正离子和负离子，它们同时向相反方向移动形成电流，所以，电流强度应该是I＝，电流方向按规定应是从A→B.[答案]D\n题后反思：本题的关键是正确把握电流定义式I＝q/t中电量q的含义，注意两方面的理解：(1)q是通过横截面的电量，该“横截面”未必一定是单位横截面；(2)负离子的定向移动等效看作是正离子反方向的定向移动．当异种电荷反方向通过某一个横截面时，q＝|q1|＋|q2|；当异种电荷同方向通过某一个横截面时，q＝|q1|－|q2|.\n如图3所示为某种带有一价离子的水溶液中，正负离子在定向移动，方向如图．如果测得2s内有1.0×1018个正离子和负离子通过溶液内部的横截面M，试问：溶液中电流的方向如何？电流多大？图3\n解析：水溶液导电是靠自由移动的正负电荷，它们在电场的作用下向相反方向定向移动．电学中规定，电流的方向为正电荷定向移动的方向，所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，即由A指向B.每个离子的电荷量为1e＝1.6×10－19C．该水溶液导电时负电荷由B向A运动，负离子的定向移动可以等效看作是正离子反方向的定向移动．所以，一定时间内通过横截面的电量应该是正负两种离子电荷量的绝对值之和．I＝q/t＝＝A＝0.16A.\n题型二　伏安特性曲线的应用[例2]在如图4甲所示的电路中，电源电压为6.0V，内阻不计，L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图4乙所示，当开关闭合后，下列关于电路中的灯泡的判断中正确的是()图4\nA．灯泡L1的电阻为12ΩB．通过灯泡L1的电流为通过灯泡L2的电流的2倍C．灯泡L1消耗的电功率为3WD．灯泡L2消耗的电功率为1.2W[解析]由题图甲所示的电路可知，L1两端的电压为6.0V，L2、L3两端的电压均为3.0V，由题图乙可知，流过L1的电流为0.50A，，流过L2、L3的电流为0.40A，由电路的计算可求得A、C、D正确．如认为小灯泡的电阻是个定值，则会误选B，题中已给出了小灯泡的伏安特性曲线，由图线易看出小灯泡的电阻不是定值．\n[答案]ACD题后反思：一段导体的伏安特性曲线反映了导体两端电压与流过导体中电流之间的关系，从物理本质上看，它反映了导体的电阻(电阻率)随温度的变化情况．由于金属电阻率随温度升高而增大，所以金属导体的伏安特性曲线不是过原点的直线．其U—I图线切线的斜率与电阻大小相对应．本题中，灯丝的U—I图逐渐上扬，表明灯丝电阻随温度升高逐渐增大．\n如图5所示是电阻R1和R2的伏安特性曲线，并且把第一象限分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，现在把R1和R2并联在电路中，消耗的电功率分别为P1和P2，并联的总电阻设为R.下列关于P1和P2的大小关系及R的伏安特性曲线应该在的区域正确的是()图5\nA．特性曲线在Ⅰ区，P1<P2B．特性曲线在Ⅲ区，P1>P2C．特性曲线在Ⅰ区，P1>P2D．特性曲线在Ⅲ区，P1<P2解析：I—U特性曲线，图线的斜率k＝＝，k越大，R就越小，所以R1<R2，R1、R2并联后电阻R更小，所以R的伏安特性在I区．由于是并联，电压U相同，据P＝知，R越小，P越大，所以P1>P2.答案：C\n题型三　电功、电功率和热功率的计算[例3]有一个小型直流电动机，把它接入电压为U1＝0.2V的电路中时，电机不转，测得流过电动机的电流是I1＝0.4A；若把电动机接入U2＝2.0V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I2＝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，此时电动机的发热功率是多大？[分析]解答本题时的基本思路：(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，然后再确定选用什么公式计算电功或电功率．\n[解析]U1＝0.2V时，电动机不转，此时电动机为纯电阻，故电动机线圈内阻为r＝＝Ω＝0.5ΩU2＝2.0V时，电动机正常工作，此时电动机为非纯电阻，则由电功率与热功率各自的定义式得：P电＝U2I2＝2×1W＝2WP热＝Ir＝12×0.5W＝0.5W所以由能量守恒，电动机的输出功率P出＝P电－P热＝2W－0.5W＝1.5W此时若电动机突然被卡住，则电动机又为纯电阻，其热功率为P热＝＝W＝8W.\n[答案]1.5W8W题后反思：(1)对于非纯电阻电路，欧姆定律已不成立，电功、电热、电功率、热功率要分别用不同的公式进行计算．(2)不能简单地认为只要有电动机的电路就是非纯电阻电路，当电动机不转时消耗的电能全部转化为内能，这时电动机相当于一个纯电阻．\n如图6所示的电路中，输入电压U恒为12V，灯泡L上标有“6V,12W”字样，电动机线圈的电阻RM＝0.50Ω.若灯泡恰能正常发光，以下说法中正确的是()图6\nA．电动机的输入功率为12WB．电动机的输出功率为12WC．电动机的热功率为2.0WD．整个电路消耗的电功率为22W解析：灯泡正常发光，则灯泡两端电压为6V，电流为2A，故电动机的电压为(12－6)V＝6V，所以P电机＝12W，P热＝I2r＝22×0.5W＝2W，所以P出＝(12－2)W＝10W，P总＝12×2W＝24W，故A、C正确，B、D错误．答案：AC\n1．(2009·广东理基)导体的电阻是导体本身的一种性质，对于同种材料的导体，下列表述正确的是()A．横截面积一定，电阻与导体的长度成正比B．长度一定，电阻与导体的横截面积成正比C．电压一定，电阻与通过导体的电流成正比D．电流一定，电阻与导体两端的电压成反比答案：A\n2．(2008·宁夏高考)一个T型电路如图7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()图7\nA．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\n答案：AC\n3．在显像管中的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束．已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是()\n答案：B\n4．夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行．一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图8所示，此空调器运转1小时用电()A．1.0度B．1.5度C．2.0度D．2.5度图8\n解析：W＝4×(P1t1＋P2t2)＝4×(0.5×103×5×60＋2×103×10×60)J＝5.4×106Jn＝＝1.5(度)，所以B选项正确．答案：B\n5．两个额定电压为220V的白炽灯L1和L2的U－I特性曲线如图9所示，L2的额定功率约为________W；现将L1和L2串联后接在220V的电源上，电源内阻忽略不计，此时L2的实际功率约为________W.图9\n解析：由图线可知U＝220V时，I2＝0.45A，故L2的额定功率P2＝UI＝99W．据串联电路的特征可知通过L1和L2的电流相等，同时两者电压之和应为220V．从图线可知，符合上述条件的电流值应为I＝0.25A．此时L2对应的电压U2＝70V，故L2的实际功率P2′＝U2·I＝70×0.25W＝17.5W.答案：9917.5\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全