高中恒定电流学案教案

永久免费组卷搜题网2010高考物理总复习名师学案--恒定电流（49页WORD）●考点指要知识点要求程度1.电流.欧姆定律.电阻和电阻定律.Ⅱ2.电阻率与温度的关系.Ⅰ3.半导体及其应用.超导现象.超导的研究和应用.Ⅰ4.电阻的串、并联.串联电路的分压作用.并联电路的分流作用.Ⅱ5.电功、电功率.串、并联电路的功率分配.Ⅱ6.电源的电动势和内电阻.闭合电路的欧姆定律.路端电压.Ⅱ7.电流、电压和电阻的测量：电流表、电压表和多用电表的使用.伏安法测电阻.Ⅱ●复习导航本章内容是在初中学过的“电流的定律”和“电功、电功率”的基础上的加深和扩展，主要讨论了电源的作用，电路的组成和结构，有关电流的规律，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、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.历年高考中对本章内容的考查，命题多集中在部分电路欧姆定律、串并联电路、闭合电路欧姆定律这三个知识点上.另外，由于该部分知识与学生实验结合紧密，因而常通过实验考查该部分知识的运用情况.且考查既具体又灵活，像仪器的选取、读数，器材的连接，数据处理，误差分析等，每年试题中都有所涉及，在复习中应予以足够的重视.本章内容的复习，可分以下三个单元组织进行：(Ⅰ)部分电路·电功和电功率.(Ⅱ)闭合电路欧姆定律.(Ⅲ)电表·电阻的测量.第Ⅰ单元部分电路·电功和电功率●知识聚焦1.形成电流的条件：一是要有自由电荷，二是导体两端存在电压.2.电流：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用的时间的比值.定义式：I=tq.决定式：I=RU微观表达式：I=nqsv3.电阻及电阻定律：导体的电阻反映了导体阻碍电流的性质，由导体本身的因素决定.R=SL.其中ρ叫材料的电阻率，反映了材料的导电性能.另外，ρ的大小还与温度有关，金属的电阻率随温度的升高而增大.电阻的定义式：R=TU4.半导体和超导体：有些材料，它们的导电性能介于导体和绝缘体之间，且电阻随温度的升高而减小，这种材料称为半导体.有些物质，当它的温度降低到绝对零度附近时，其电阻突然变为零.这种现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质称为超导体.材料由正常状态转变为超导状态的温度，叫做超导材料的转变温度.5.部分电路的欧姆定律：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比.公式为永久免费组卷搜题网I=RU，或写成U=IR.公式的适用范围是金属导体和电解液导体，对气体导电不适用.应用时U、I、R三个物理量要对应同一段电路.研究部分电路欧姆定律时，因U是自变量，I为因变量，故常画I—U图线如图10—1—1所示.图线斜率tanθ=RUI1.图中R2＜R1.图10—1—16.电功和电功率：电流做功的实质是电场力对电荷做功.电场力对电荷做功，电荷的电势能减少，电势能转化为其他形式的能.因此电功W=qU=UIt，这是计算电功普遍适用的公式.单位时间内电流做的功叫电功率，P=tW=UI，这是计算电功率普遍适用的公式.7.电热和焦耳定律：电流通过电阻时产生的热量Q=I2Rt，这是普遍适用的电热计算公式.8.电阻的连接.(1)串联：电流强度I=I1=I2=…=In电压U=U1＋U2＋…＋Un电阻R=R1＋R2＋…＋Rn电压分配RRUURRUUnn,2121功率分配RRPPRRPPnn,2121（2）并联：电流强度I=I1＋I2＋…＋In电压U=U1=U2=…=Un电阻nRRRR111121电流分配nnRRIIRRII,1221功率分配nnRRPPRRPP,1221●疑难辨析1.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.例如：在10s内通过电解槽某一横截面向右迁移的正离子所带的电量为2C，向左迁移的负离子所永久免费组卷搜题网带的电量为3C.那么电解槽中电流强度的大小应为I=103221tqqA=0.5A，而不是I=1023A=0.1A.2.电功和电热的区别：（1）纯电阻用电器：电流通过用电器以发热为目的，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热能以外的形式的能为目的，发热不是目的，而是难以避免的热能损失.例如电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等.在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即W=UIt=I2Rt=tRU2.同理P=UI=I2R=RU2.在非纯电阻电路中，电路消耗的电能，即W=UIt分为两部分，一大部分转化为其他形式的能（例如电流通过电动机，电动机转动，电能转化为机械能）；另一小部分不可避免地转化为电热Q=I2Rt（电枢的电阻生热）.这里W=UIt不再等于Q=I2Rt，应该是W=E其他＋Q.●典例剖析［例1］有三个电阻，其阻值分别为10Ω、20Ω、30Ω.现把它们分别按不同方式连接后加上相同的直流电压，问：(1)在总电路上可获得的最大电流与最小电流之比为多少?(2)对20Ω电阻来说，在各种可能连接方式中能够使它获得最大功率的，有哪些连接方式?获得最小功率的，有哪些连接方式(只要求画出电路图表示)?【解析】设电源电压为U.(1)根据I=RU∝R1，当三个电阻串联时，电阻最大，且最大值为Rmax=R1＋R2＋R3=６0Ω，当三个电阻并联时，电阻最小，且最小值为Rmin=12030103030Ω=1160Ω.所以，最大电流与最小电流之比为1111/6060minmaxminmaxRRII(2)根据P=RU2知，为使20Ω的电阻获得最大功率，需使它两端的电压最大，故应采用图10—1—2中A、B所示的两种电路.为使20Ω的电阻获得最小的功率，应使它两端的电压最小，应采用图10—1—2中C所示的电路.永久免费组卷搜题网图10—1—2【思考】(1)在图10—1—2中A、B图所示的电路中，若三个电阻的额定电流均为1A，那么整个电路的额定电流多大?(2)在图10—1—2所示的三个电路中，若三个电阻的额定功率均为10W，那么整个电路允许消耗的最大功率分别是多少?【思考提示】（1）对A电路，由I=RU知I1∶I2∶I3=11R∶21R∶10113R∶201∶301=6∶3∶2若I1=1A，则I2=0.5A，I3=0.33A,总电流为I=1.83A对B电路，由I=RU知I1∶I2、3=201∶401=2∶1若I1=1A，则I2=I3=I2、3=0.5A，总电流为I=1.5A.(2)对A电路，由P=RU2知P1∶P2∶P3=11R∶21R∶10113R∶201∶301=6∶3∶2若P1=10W，则P2=5W，P3=3.3W，总功率为P=18.3W.对B电路，由P=I2R知P1∶P3=10∶30=1∶3则P1、3∶P1∶P3=4∶1∶3由P=RU2知P2∶P1、3=201∶401=2∶1=8∶4故P1∶P2∶P3=1∶8∶3若P2=10W，则P1=810W=1.25W永久免费组卷搜题网P2=830W=3.75W总功率为：P=P1+P2+P3=15W对C电路，由P=RU2知P1∶P2=101∶201=2∶1则P1、2∶P1∶P2=3∶2∶1=6∶4∶2由P=I2R知P1、2∶P3=320∶30=2∶9=6∶27故P1∶P2∶P3=4∶2∶27若P3=10W，则P1=2740W=1.48WP2=2720W=0.74W总功率为P=P1+P2+P3=12.22W【设计意图】通过本例说明根据串、并联电路的电流、电压、功率分配规律分析问题的方法.［例2］微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3Ｖ的电压时，通过的电流为0.3A，此时电动机不转，当加在电动机两端的电压为2.0Ｖ时，电流为0.８A，这时电动机正常工作，则吸尘器的效率为多少？【解析】当加0.3Ｖ电压、电流为0.3A时，电动机不转，说明电动机无机械能输出，它消耗的电能全部转化为热能，此时电动机也可视为纯电阻，则r=3.03.011IUΩ=1Ω.当加2.0V，电流为0.８A时，电动机正常运转，有机械能输出，此时的电动机为非纯电阻用电器，消耗的电能等于转化的机械能和热能之和.转化的热功率为P=I22r=0.82×1W=0.64W，总功率为P0=I2U2=0.8×2.0W=1.6W.所以电动机的效率为η=6.164.06.10PPP=60％.【思考】为什么正常工作的电风扇，当扇叶突然被卡住而不能转动时，其电机很容易被烧坏?【思考提示】电动机被卡住停转，电能全部转化为内能，电动机变为纯电阻电路，由I=rU知，电流很大，则热功率P=I2r很大，容易烧坏电机.【说明】解决非纯电阻电路的问题，关键是分析清楚多种情况下电能分别转化为什么形式的能，然后再确定选什么公式计算电功或电功率，切不可在没分析清楚的情况下生搬硬套.【设计意图】通过本例说明非纯电阻电路中各种功率的关系及计算方法.［例3］在图10—1—3中，AB和A′B′是长度均为L=2km，每km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.接入电动势为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′间时，测得A、A′间电压为UA=45V.由此可知A与C相距km.图10—1—3永久免费组卷搜题网图10—1—4【解析】在测量过程中的等效电路如图10—1—4中的(甲)、(乙)所示.当电源接在A、A′间时，可以认为电流仅在回路A′C′CA中流，此时UB=72V等于漏电阻R上的电压.设AC和BC间每根输电线的电阻为RAC和RBC.则有：RRREUACB2①同理，当电源接在B、B′间时，则有：RRREUBCA2②由①②两式可得：RAC=41RBC根据电阻定律R=ρSL∝L，可得A、C间相距为：LAC=25151Lkm=0.4km【思考】C和C′间漏电电阻的值R等于多少?【思考提示】RAC=ρLAC=0.4Ω代入①式可求得R=3.2Ω.【设计意图】本例为电流知识在实际中的应用，通过本例培养学生应用物理知识解决实际问题的能力.※［例4］两根材料和长度都相同的均匀电阻丝R1和R2，R1横截面积较大，在它们上面用少许凡士林粘几根火柴棒，当两端并联在电源上后，若不计散热，则A.R1上的火柴棒先掉下来B.R2上的火柴棒先掉下来C.R1和R2上的火柴棒同时掉下来D.无法判断哪根电阻丝上的火柴棒先掉下来【解析】分析哪根电阻丝上的火柴棒先掉下来，关键在于哪根电阻丝温度升高得快，而不是看哪根电阻丝功率大，因此不能简单地选A项，而应具体地计算.由焦耳定律Q=I2Rt，对纯电阻有Q=tRU2及Q=cmΔt得cmΔt=tRU2而R=ρ·SLm=ρ′V=ρ′LS(ρ′为密度)永久免费组卷搜题网因此Δt=2222LctUSLLSctUcmRtU对两根电阻丝，U、c、ρ′、ρ、L均相同，因此在t时间内升高的温度Δt相同，即两根电阻丝上的凡士林同时达到熔点，R1、R2上的火柴棒同时掉下来，C选项正确.【说明】本题为电学与热学的综合问题，通过本例使我们得到启示：做题不能