高二物理电路专题

1高二物理系列讲座之二——电路总体归纳：七、四、四、二、五七个基本概念四个基本规律四种常见电路两个伏安曲线五个电学实验【知识结构】2【知识归纳】一、六个基本概念---------1、电流2、电压3、电阻4、电功5、电功率6、电动势7、电热难点：五种功率1、电功率PIU，普遍使用；2、热功率2PIR热＝，普遍使用；3、电源的输出功率PIU出＝；在电源电动势和内阻一定时，当Rr时，电源的输出功率最大，即24mEPr，此时电源效率50%；4、电源消耗的电功率2PIr耗＝；5、电源的总功率PIE总＝，PPP总出耗＝。二、四个规律(一)电阻定律：1、公式：R=ρL/S（注意：对某一导体，L变化时S也变化，L·S=V恒定）2.电阻率：ρ=RS/L，与物体的长度L、横截面积S无关，和物体的材料、温度有关，有些材料的电阻率随温度的升高而增大，有此材料的电阻率随温度的升高而减小，也有些材料的电阻率几乎不受温度的影响，如锰铜和康铜，常用来做标准电阻，当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到零，这种现象叫超导现象。(二)部分电路欧姆定律（1）.公式I=U/R，U=IR，R=U/I。（2）.含义：R一定时，I∝U，I一定时，U∝R；U一定时，I∝l/R。（注意：R与U、I无关）（3）.适用范围：纯电阻用电器（例如：适用于金属、液体导电，不适用于气体导电）。（4）.图象表示：在R一定的情况下，I正比于U，所以I—U图线、U—I图线是过原点的直线，且R=U/I，所以在I—U图线中，R=cotθ=1/k斜率，斜率越大，R越小；在U—I图线中，R=tanθ=k斜率，斜率越大，R越大。注意：（1）应用公式I=U/R时，各量的对应关系，公式中的I、U、R是表示同一部分电路的电流强度、电压和电阻，切不可将不同部分的电流强度、电压和电阻代入公式。（2）I、U、R各物理量的单位均取国际单位，I（A）、U（V）、R（Ω）；（3）当R一定时，I∝U；I一定时，U∝R；U一定时，I∝1/R，但R与I、U无关。（三.）。闭合电路欧姆定律（1）.三种表达式：（1）I=E/（R+r）；（2）E=U外+U内；（3）U端＝E－Ir.路端电压U和外电阻R外关系：R外增大，U端变大，当R外＝∞（断路）时，U端＝E（最大）；R外减小时，U外变小，当R外＝0（短路）时，U端＝0（最小）。（2）.总电流I和外电阻R外关系：R外增大，I变小，当R外＝∞时，I＝0；R外减小时，I变大，当R外＝0时，I＝E/r（最大）。（电源被短路，是不允许的（四）焦耳定律2QIRt，普遍适用；电流做的功2WUItQIRt（对纯电阻电路或元件才取等号）四、四种常见电路3（一）、两种基本电路联电路和并联电路的特点（见下表）：串联电路并联电路两个基本特点电压U=U1+U2+U3+……U=U1=U2=U3=……电流I=I1=I2=I3=……I=I1+I2+I3+……三个重要性质电阻R=R1+R2+R3+……1/R=1/R1+1/R2+1/R3+……11112RRRR=RRRR1212电压U/R=U1/R1=U2/R2=U3/R3=……=IIR=I1R1=I2R2=I3R3=……=U功率P/R=P1/R1=P2/R2=P3/R3=……=I2PR=P1R1=P2R2=P3R3=……=U2记住结论：①并联电路的总电阻小于任何一条支路的电阻；②当电路中的任何一个电阻的阻值增大时，电路的总电阻增大，反之则减小。电路简化原则和方法复杂电路要先画出等效电路图1、无电流的支路可省去；2、电势相等的点可合并；3、理想电压表认为断路，理想电流表则视为短路；4、电路稳定时，电容器可作断路处理。（二）动态电路及电路分析路端电压随电流的变化图线中注意坐标原点是否都从零开始电路动态变化分析(高考的热点)各灯、表的变化情况1程序法:局部变化R总I总先讨论电路中不变部分(如:r)最后讨论变化部分局部变化露内总总UUIRRi再讨论其它2直观法:①任一个R增必引起通过该电阻的电流减小,其两端电压UR增加.(本身电流、电压)②任一个R增必引起与之并联支路电流I并增加；与之串联支路电压U串减小（称串反并同法）串并并联的电阻与之串局部UIuIR、iii当R=r时，电源输出功率最大为Pmax=E2/4r而效率只有50%，路端电压跟负载的关系(1)路端电压：外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压，通常叫做路端电压。(2)路端电压跟负载的关系当外电阻增大时，电流减小，路端电压增大；当外电阻减小时，电流增大，路端电压减小。定性分析：R↑→I(＝ER＋r)↓→Ir↓→U(＝E－Ir)↑R↓→I(＝ER＋r)↑→Ir↑→U(＝E－Ir)↓特例：外电路断路：R↑→I↓→Ir↓→U＝E。外电路短路：R↓→I(＝Er)↑→Ir(＝E)↑→U＝0。图象描述：路端电压U与电流I的关系图象是一条向下倾斜的直线。U—I图象如图所示。∞000UUr＝0IOEU内＝I1rU＝I1R4直线与纵轴的交点表示电源的电动势E，直线的斜率的绝对值表示电源的内阻。闭合电路中的功率(1)闭合电路中的能量转化qE＝qU外＋qU内在某段时间内，电能提供的电能等于内、外电路消耗的电能的总和。电源的电动势又可理解为在电源内部移送1C电量时，电源提供的电能。(2)闭合电路中的功率：EI＝U外I＋U内IEI＝I2R＋I2r说明电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上,转化为其他形式的能,另一部分消耗在内阻上,转化为内能。(3)电源提供的电功率：又称之为电源的总功率。P＝EI＝E2R＋rR↑→P↓，R→∞时，P＝0。R↓→P↑，R→0时，Pm＝E2r。(4)外电路消耗的电功率：又称之为电源的输出功率。P＝U外I定性分析：I＝ER＋rU外＝E－Ir＝RER＋r从这两个式子可知，R很大或R很小时，电源的输出功率均不是最大。定量分析：P外＝U外I＝RE2(R＋r)2＝E2(R－r)2R＋4r(当R＝r时,电源的输出功率为最大，P外max＝E24r)图象表述：从P－R图象中可知，当电源的输出功率小于最大输出功率时，对应有两个外电阻R1、R2时电源的输出功率相等。可以证明，R1、R2和r必须满足：r＝R1R2。(5)内电路消耗的电功率：是指电源内电阻发热的功率。P内＝U内I＝rE2(R＋r)2R↑→P内↓，R↓→P内↑。（三）含有电容器的直流电路分析方法---关键是找出稳定后，电容器两端的电压。电容器是一个储存电能的元件，在直流电路中，当电容器充、放电时，电路有充电、放电电流，一旦电流达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件，电容电路可看作是断路，简化电路时可去掉它，简化后若要求电容器所带电量时，可在相应的位置补上．分析和计算含有电容器的直流电路时，关键是准确地判断并求出电容器的两端的电压，其具体方法是：1、确定电容器和哪个电阻并联，该电阻两端电压即为电容器两端电压．2、当电容器和某一电阻串联后接在某一电路两端时，此电路两端电压即为电容器两端电压，而与电容器串联的电阻可看成导线．3、对于较复杂电路，需要将电容器两端的电势与基准点的电势比较后才能确定电容器两端的电压.五、两种图线1、导体的伏安特性曲线图1，线性元件的伏安特性曲线是一条过原点的直线，直线的斜率在数值上等于导体电阻的倒数。2、电源的UI的图象图2，图线斜率的绝对值等于电源内阻，图线在纵轴上的截距等于电源电动势，图线在横轴上的截距αBE/rAIUOE图2OIU图1PROUIOE24rR1rR2R＝rEE/rE/2rE/25AVR大AVR小等于短路时的电流。七、电学实验电路（一）、测量电路(内、外接法)记忆决调“内”字里面有一个“大”字类型电路图R测与R真比较条件计算比较法己知Rv、RA及Rx大致值时内R测=IUUAR=RX+RARXAvxRRR适于测大电阻RxvARR外R测=vxvxRvRRRRIIURxvAxRRR适于测小电阻RXvARR当Rv、RA及Rx末知时，采用实验判断法：动端与a接时(I1；u1)，I有较大变化（即121121II-Iuu-u）说明v有较大电流通过，采用内接法动端与c接时(I2；u2)，u有较大变化（即121121II-Iuu-u）说明A有较强的分压作用，采用内接法测量电路(内、外接法)选择方法有（三）①Rx与Rv、RA粗略比较②计算比较法Rx与vARR比较③当Rv、RA及Rx末知时，采用实验判断法：二、供电电路(限流式、调压式)电路图电压变化范围电流变化范围优势选择方法限流ERRR滑x～E滑RREx～xRE电路简单附加功耗小Rx比较小、R滑比较大，R滑全n倍的Rx通电前调到最大调压0～E0～xRE电压变化范围大要求电压从0开始变化Rx比较大、R滑比较小R滑全Rx/2通电前调到最小以“供电电路”来控制“测量电路”：采用以小控大的原则电路由测量电路和供电电路两部分组成,其组合以减小误差,调整处理数据两方便R滑唯一：比较R滑与Rx确定控制电路RxR滑10Rx限流方式x10RRRX滑分压接法R滑≈Rx两种均可，从节能角度选限流R滑不唯一：实难要求确定控制电路R滑实难要求：①负载两端电压变化范围大。②负载两端电压要求从0开始变化。③电表量程较小而电源电动势较大。有以上3种要求都采用调压供电。无特殊要求都采用限流供电6L4L质子源v1v2【题型解析】题型一、对电流的理解例1、如图所示在NaCl水溶液中，如在t秒内分别有n1和n2个正负离子通过液体的横截面S，试问：溶液中的电流方向如何？电流强度多大？解析：在导体两端加上电压后，NaCl溶液中的Na＋离子和Cl－离子在电场力的作用下向相反的方向作定向移动。正离子Na＋的定向移动方向与电流的方向相同，如图所示电流方向A→B。由于NaCl水溶液中正、负离子都是一价离子，电量均为e，所以在t秒内有n1个一价正离子沿着A→B的方向通过S，同时有n2个一价负离子沿相反的方向通过S，负离子的运动可等效看成正离子沿相反方向运动，即溶液中的电流相当于t秒内有(n1＋n2)e的正电荷通过横截面S，由得：.例2、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=_______。解：按定义，.1025.6,15eItntneI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vnlnevIvlttneI1,得和。而12,,212212ssnnsvasv点评：解决该题的关键是：（1）正确把握电流强度的概念I＝Q/t而Q＝ne。所以n=Q/e=It/e,（2）质子源运动路程上的线密度与其瞬时速度成反比，因为I＝neSv，所以当电流I一定时，n与v成反比．7题型二、对伏安特性曲线的理解例1、一个标有“220V、60W”的白炽灯泡，加上的电压U由零逐渐增大到220V，在此过程中，电压U和电流I的关系可用图象表示，题中给出的四个图线中，肯定不符合实际的是（）解析：本题的思路是U—I图像中，图线的斜率表示电阻，斜率越大，电阻越大。如果图线是曲线，则表示导体中通过不同的电压、电流时它的电阻是变化的，这时电阻可以用该点与原点连线的斜率来表示------特别注意不是曲线的切线斜率来表示。灯泡在电压加大的过程中，灯丝中的电流增大，温度升高，而金属的电阻率随着温度的升高而增大，所以灯丝在加大电压的过程中电阻不断增大，U—I图线中曲线的斜率应不断增大。A图中斜率不变，表示电阻不变，C图中斜率减小，表示电阻减小，D图中斜率先变大后变小。只有B图中斜率不断增大，符合电压不断变大的实际情况答案：ACD说明：本题的难点在于①是对U—I