第九章+稳恒电流(教师版)

第1页共19页第九章稳恒电流考纲展示高考瞭望知识点要求欧姆定律Ⅱ1．预计在2014年的高考中，可能考查电路的计算，包括串、并联计算(纯电阻电路和非纯电阻电路)和闭合电路欧姆定律的应用；也可能考查电路分析，包括含电容器电路的分析，电功和电功率在串、并联电路中的分配分析；还可能考查与电磁感应、交流电相结合，运用相关的电路、运动学规律、能量守恒来解决的一些综合题.2．高考命题的题型主要为实验题，也可能在选择题中出现。电阻定律Ⅰ电阻的串、并联Ⅰ电功率、焦耳定律Ⅰ电源的电动势和内阻Ⅱ闭合电路的欧姆定律Ⅱ注：对各部分知识内容要求掌握的程度，在“考纲展示”中用字母Ⅰ、Ⅱ标出。Ⅰ、Ⅱ的含义如下：Ⅰ．较低要求，对所列知识要知道其内容及含义，并能在有关问题中识别和直接使用，与课程标准中“了解”和“认识”相当。Ⅱ．较高要求，对所列知识要理解其确切含义及与其他知识点之间的联系，并且会熟练应用。第一单元基本概念【体系构建】【知识梳理】一、导体中的电场和电流1．恒定电场导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，这些电荷的分布是稳定的，电场的分布也不会随时间变化。这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。恒定电场的基本性质与静电场相同。2．电流（1）定义：电荷的定向移动形成电流。（2）公式：qIt（注意：如果是正、负离子同时移动形成电流时q是两种电荷电荷量绝对值之和）（3）方向：规定和正电荷定向移动的方向相同，和负电荷定向移动的方向相反。（4）性质：电流既有大小也有方向，但它的运算遵守代数运算规则，是标量。恒定电流基本规律电阻定律：lRS闭合电路的欧姆定律：EUIrEIRr（纯电阻）电流导体的电阻电动势电功和功率基本概念部分电路的欧姆定律：UIR串联和并联电表的内、外接法滑动变阻器的限流、分压接法电路特点实验焦耳定律：2QIRt测定金属的电阻率描绘小电珠的伏安特性曲线测定电源的电动势和内阻传感器的简单使用练习使用多用电表电表的改装“鹰隼三朝展羽翼蛟龙一跃上九天”2011级高三物理学科一轮复习学案学案序号25编稿教师：常鸿第2页共19页（5）单位：国际单位制单位是安培（A），常用单位还有毫安（mA）、微安（μA）。（6）微观表达式：Inqsv，n是单位体积内的自由电荷数，q是每个电荷的电荷量，S是导体的横截面积，v是自由电荷定向移动的速率。3．形成电流的微粒（载流子）：自由电子、正离子和负离子，其中金属导体导电中定向移动的电荷是自由电子，液体导电中定向移动的电荷是正离子和负离子，气体导电中定向移动的电荷是电子、正离子和负离子。4．形成电流的条件：①导体中存在自由电荷；②导体两端存在电压。5．电流的分类：方向不改变的电流叫直流电流；方向和大小都不改变的电流叫恒定电流；方向改变的电流叫交变电流。二、电动势1．非静电力根据电场知识可知，静电力不可能使电流从低电势流向高电势，因此电源内部必然存在着将正电荷由负极搬运到正极的非静电力。2．电源电动势：非静电力把正电荷从负极送到正极，所做的功跟被移送的电量的比值，E＝Wq。3．物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电势能本领的大小，在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极送到正极所做的功。4．电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，也跟外电路无关。5．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。三、电阻1．导体对电流的阻碍作用叫电阻。2．电阻的定义式：URI。3．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。四、电功与电热1．电功：电流所做的功，计算公式为W=qU=UIt（适用于一切电路）。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）。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内能，所以电功等于电热Q=W。纯电阻电路中有U=IR，所以22UQWUItIRttR。（2）非纯电阻电路：电流做功将电能转化为内能和其它能（如机械能、化学能等），所以电功大于电热，由能量守恒可知WQE其它或2UItIRtE其它。五、电功率与热功率1．电功率：单位时间内电流做的功。计算公式WPUIt（适用于一切电路），对于纯电阻电路22UPIRR。用电器的额定功率是指电器在额定电压下工作时的功率；而用电器的实际功率是指用电器在实际电压下工作时的功率。2．热功率：单位间内电流通过导体时产生的热量。计算公式2QPIRt，对于纯电阻电路还有22UPIRR。3．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。【典例剖析】【例1】铜的原子量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动的速率为A．光速cB．IneSC．ρIneSmD．mIneSρ解析：选D。假设电子定向移动的速率为v，那么在t秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vt·S中的自由电子数，而体积为vtS的铜的质量为vtSρ，摩尔数为vtSρm，所以电量q＝vtSρnem。因电流I＝qt＝vSρenm，于是得：v＝ImneSρ。【例2】如图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为元电荷，以下说法正确的是A．当n1=n2时，电流强度为零B．当n1n2时，电流方向从A→B，电流强度I=(n1–n2)e/tC．当n1n2时，电流方向从B→A，电流强度I=(n2–n1)e/tD．电流方向从A→B，电流强度I=(n2+n1)e/t解析：选D。本题考查电流强度的方向和电流强度的定义式I=q/t，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，电流应该是I=(n2+n1)e/t，电流方向按规定就是A→B。【例3】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正电荷量做功越多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解析：选AC。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它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。【例4】当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3C，消耗的电能为0.9J。为在相同时间内使0.6C的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是A．3V，1.8JB．3V，3.6JC．6V，l.8JD．6V，3.6J解析：选D。根据E=Uq，可知通过该电阻的电荷量为0.3C，消耗的电能为0.9J时电阻两端所加电压U=3V，在相同时间内通过0.6C的电荷量，则电流强度为原来的2倍，而根据I=U/R，电压也为原来的2倍，即为6V，这样消耗的电能E=Uq=3.6J。第3页共19页【例5】一个用半导体材料制成的电阻器D，其电流I随它两端电压U变化的关系图象如图甲所示，将它与两个标准电阻R1、R2并联后连在电压恒为U的电源两端，三个用电器消耗的电功率均为P，现将它们连接成如图乙所示的电路，接在该电源的两端，设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别是PD、P1、P2，它们之间的大小关系有A．P1＝4PDB．PD＝P4C．PD＝P2D．P14P2解析：选D由于电阻器D与两个标准电阻R1、R2并联后连在电压恒为U的电源两端时，三者功率相同，则此时三者电阻相同。当三者按照题图所示电路连接时，电阻器D两端电压小于U，故其电阻大于两个标准电阻R1、R2的阻值，因而通过电阻器D的电流要小于通过电阻R2的电流，即IR12IR2，据此可知D正确。【例6】如图所示的电路中，电源的电压为60V，内阻不计，电阻2R，电动机的内阻01.6R，电压表的示数为50V，电动机正常工作，求电动机的输出功率。解析：电压表的示数为电动机两端的电压，电源电压已知，可得UR＝U源–U电＝(60–50)V＝10V由欧姆定律：I＝UR/R＝5A对电动机，由能量关系有P电＝P热＋P出所以P出＝P电–P热＝UI–I2R0＝(505–521.6)W＝210W【例7】利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势E＝6V，电源内阻r＝1Ω，电阻R＝3Ω，重物质量m＝0.10kg，当将重物固定时，电压表的示数为5V，当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为5.5V，求重物匀速上升时的速度大小（不计摩擦，g取10m/s2）。解析：设电动机内阻为r。当将重物固定时，1AEUIr。5URrI，2r。当重物不固定时，0.5AEUIr2.75WPUI出，21.25WRrPPIRr。所以对物体的功率RrPPPPmg出v，解得1.5m/sv。第二单元基本规律【知识梳理】一、部分电路欧姆定律1．内容：通过一段电路的电流，跟这段电路两端的电压成正比，跟这段电路的电阻成反比。2．表达式：UIR。3．适用范围：金属导电和电解液导电。4．伏安特性曲线（1）导体的伏安特性曲线：用横轴表示电压U，纵轴表示电流I，画出的IU的关系图线叫做导体的伏安特性曲线。伏安特性曲线直接反映出导体中的电流与电压的关系。（2）金属导体的伏安特性曲线是过原点的直线。具有这种特性的电学元件叫做线性元件，通常也叫纯电阻元件，欧姆定律适用于该类型电学元件。对欧姆定律不适用的导体和器件，伏安特性曲线不是直线，这种元件叫做非线性元件，通常也叫非纯电阻元件。特别提醒：在R一定的情况下，I正比于U，所以IU图线和UI图线都是通过原点的直线，如图甲、乙所示。IU图线中，12RR；UI图线中，12RR。二、电阻定律1．内容：导体的电阻与导体的长度成正比，与横截面积成反比。2．表达式：lRs。3．电阻率（）：是反映导体导电性能的物理量，其特点是随着温度的改变而变化。三、电阻的连接1．串、并联电路特点：串联电路并联电路电流各处电流相等12nIIII…干路上的电流等于各支路上的电流和，即12nIIII…或电流分配和电阻成反比，即1122nnIRIRIR…电压电压分配和电阻成正比1212nnUUUIRRR…各支路两端电压相等12nUUUU…总电阻总电阻等于各电阻之和，即12nRRRR…总电阻的倒数等于各电阻倒数之和，即121111nRRRR…功率分配功率分配和电阻成正比，即21212nnPPPIRRR功率分配和电阻成反比，即21122nnPRPRPRU2．串、并联电路规律的应用——电表的改装（1）电流计原理和主要参数电流计（表头）是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用发生偏转的原理制成的，且指针偏角1R2RIU0甲1R2RUI0乙RMV第4页共19页与电流强度I成正比，即kI，故表的刻度是均匀的。①表头：表头就是一个电阻，同样遵从欧姆定律，与其它电阻的不同仅在于通过表头的电流是可以从刻度盘上读出来的。②描述表头的三个特征量：电表的内阻gR、满偏电流gI、满偏电压gU，它们之间的关系是gggUIR，