第15单元恒定电流

1第15单元：恒定电流【教学结构】一、欧姆定律：RUI，必须注意：U为加在电阻两端的电压。I为流过电阻中的电流强度。电压：就是导体两端的电势差，在导体中存在电场，在电场作用下电荷定向移动形成电流。电压单位：伏特（V）U=10V，表示导体中通过1库仓电量电场力要做10焦的功，即电流要做10焦的功。电流强度：表示电流强弱的物理量。定义为tqI，即单位时间通过导体横截面电量单位：安培A，毫安mA，微安A。电阻：导体对电流阻碍作用，单位欧姆Ω，千欧KΩ，兆欧MΩ，1MΩ=106二、电阻定律：slρR，在温度不变时，导线电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比。电阻率：ρ表示材料导电性能的物理量。单位m，实用单位(mm)2/m，金属材料电阻率随温度计高而增大。温度降低到绝对零度材料电阻率降低到零，这种现象称超导现象。一般情况下，不考虑温度对电阻影响，一定要认真审题按题意处理温度对电阻影响。三、电功，电功率W=UIt，电流通过用电器做功，把电能化为其它形式的能，对于纯电阻电路，RUI，tRUW2，W=I2Rt，电流通过导产生的热量Q=I2Rt，称为焦耳定律。电路中包含电动机，电解槽等用电器时，即非纯电阻电路，W≠I2Rt，tRUW2。电路中电功不等于电热，电能还转化为其它形式能。四、串、并联电路1.串联电路的基本特点，如图2所示，(1)I=I1=I2，(2)R=R1+R2，(3)U=U1+U2，(4)2121RRUU，(5)2121RRPP2.并联电路的基本特点：如图3所示，(1)I=I1+I2，(2)21R1R1R1，(3)U=U1=U2，(4)1221RRII，(5)1221RRPP，应注意：并联电阻的总值小于任意一个电阻，并联电阻越多总电阻越小，但不是并联电阻越大总电阻越小，两个电阻并联，其中一个电阻增大，并联总电阻应是增大而不是减小。五、闭合电路欧姆定律1.电源：把其它形式能转化为电能的装置。电动势：等于电源没有接入电路时两极间的电压。用ε表示，电动势就表示电源把其它形式能转化为电能的本领。从物理意义讲不同于电压。电压表示静电2力做功，而电动势表示非静电力做功。一般情况下，电动势可认为是不变的。电源内阻：电路接通电路中有电流，电源内部也有等大电流，电源内部也有电阻即内电阻用r表示。在一般情况下，电源内电阻是不变的。路端电压：如图4所示电路，电键K闭合时，A，B两点间电压，即为路端电压U，在K断开时U=ε。2.闭合电路欧姆定律。ε=U+Ir，或I=rRε，Ir为电源内电压U内。①在外电阻R增大时，电路电流I减小；R减小时，I增大。②根据ε=U+Ir当R增大时，U内减小，U增大；R减小时，U内增大，U减小。③当R→∞时即断路：U=ε，R=0时，即短路，I短=rε，I短不是无穷大。④电源输出功率：当R=r，电源输出功率最大，4rεP2，当Rr时，随R增大输出功率增大，当Rr时，随R输出功率减小。3.相同电池的串联电池组：一个电池的电动势ε。内阻r。几个电池串联电池组电动势ε=nε。内阻r=nr。六、用伏安法测电阻：用图5所示电路测Rx阻值时，V示数为Rx两端电压，示数为通过Rx的电流。Rx=IU，实际示数IR+IV。测得Rx值。比真值小。当Rv值越大Iv越小示数越接近IR，RVRx的Rx值。用图6所示电路，测Rx值时，当RxRA时测定值比较准确。内接法。【解题点要】例一、如图7所示，R1=R2=R3=R=4Ω，U=8V，求，(1)安培计示数。(2)用导线连接AD，安培计示数。(3)用导线同时连接AD，BC，导线AD，BC不连接，安培计的示数。解析：(1)电路连接是R2，R3，R4串联，然后与R1并联。R1+R2+R3=12Ω，总电阻R=412412=3Ω，2.67A38RUI(2)用导线连接AD，导线AD与R2、R3并联，导线把R2，R3短路，电路便为R4与R1并联，电阻R=2Ω，安培计示数4ARUI2(3)同时导线连接AD，BC，电路如图8所示，导线AD把4个电阻的一端连在一起。导线CB把4个电阻的另一端连接在一起，四个电阻的两端电势相等，四个电阻并联，电路总电阻为R=1Ω，安培计示数I=8A，千万不能认为AD导线使R2、R3短路，最后只有R1一个电阻。AAA3例二、如图9所示，电阻R1，R2，R3，的电压，电流，消耗电功率分别为U1，U2，U3，I1，I2，I3，P1，P2，P3，把此电路与电源接通后，求，(1)U1/U2，(2)I1/I2，(3)P1/P2解析：从图可知电阻R1与电阻R2，R3的并联值21212RRRRR串联，R1与R2′分压，U2等R2′分压，U2等R2′两端电压，根据串联电路分压原理32321323212121RR)R(RR)R/(RRRRRRUU。流经R1电流I1=I2+I3，根据并联电路分流原理，332212332RRRII,RRII。电阻消耗电功率P=UI，所以23223212221221121RR)R(RRIUIUIUIUPP从以上两个例题可以看出，解决电学问题时，电路一定要清，搞清楚电路是如何连接的是解题的关键。串联电路分压，并联电路分流是经常使用的电学规律，必须熟练掌握。例三、如图10所示的电路中，当滑动变阻器R3的滑动头P向b移动时，（）A.伏特表V1，V2都增大，安培表A1减小，A2增大。B.伏特表V1，V2都减小，安培表A1增大，A2减小。C.伏特表V1增大，V2减小，安培表A1，A2都减小。D.伏特表V1减小，V2增大，安培表A1，A2都增大。解析：当滑动头P向b移动时，电阻R3增大，全电路总电阻ΣR增大，根据闭合电路欧姆定律。I=rRε，电路电流减小，安培计A1的示数减小，又ε=U路+Ir，ε不变，r不变，I减小，所以U路增大，伏特计V1的示数增大，电阻R1两端电压UR1=IR1，I减小，UR1减小，伏特计V2示数减小，电阻R2两端电压UR2，U路=UR1+UR2，U路增大，UR1减小，UR2增大，流过R2的电流IR2=2R2RU，UR2增大，R2不变，IR2增大，I=IR2+IR3，I减小，IR2增大，所以IR3减小，安培计A2示数减小，选项C正确。例四、一辆电车上的电动机的额定电压是110伏，内阻是4欧，在正常行驶时，通过电动机的电流强度是5安培，若不计电车内部的磨擦引起的能量损失，则电动机产生的牵引力的功率是（）A.3.025KWB.0.55KWC.0.45KWD.0.10KW解析：电动机不是纯电阻，含有电动机的电路不是纯电阻电路。电动机产生的牵引力的功率不是电功率，而是电动机的输出机械功率。电动机消耗电路中的电功率，把其中一部分转化为内阻上的发热功率，另一部分转化为机械功率输出去。电路输给电动机的电功率P=UI=110×5=550W，在电阻上的发热功率P焦=I2R=52×4=100W，转化机械功率P机=P－P焦=550W－100W=450W=0.45KW。选项C正确。4电动机不是纯电阻，欧姆定律不适用，电压，电阻，电流强度的关系不是I=RU。从能量转化方面看，电动机不是把消耗的全部电能转化为机械能，还有一部分转化为内能。例五、如图11所示，ε=12V，r=1Ω，导线电阻不计，R=22Ω(a)K闭合时，滑键c逐渐向右滑动时，干路电流将__________，路端电压将__________AC间电压将_________，电源消耗总功率____________，电源内部消耗的功率____________(b)K闭合时，滑键c放在R中间，干路电流为___________，路端电压为_____________，AC间电压为__________，BC间电压为__________，电源内电压为____________，电源消耗总功率为___________电源内部消耗功率为_____________，输出功率为__________，电源效率为__________。解析：(a)：电键K闭合时，滑键c向右滑动时，电路电阻逐渐减小，根据闭合电路欧姆定律rRεI，干路电流将逐渐增大，路端电压：ε=U路+Ir，U路逐渐减小。AC间电压UAC=IRAC，因RAC=0，不随C移动而变化。电源消耗总功率：P总=εI，因为I增大，而增大，电源内部消耗功率P内=I2r，r不变，P内增大，(b)K闭合，C放在R中间则外电路电阻R外=11Ω，干路电流I=1A11112rRε外，路端电压U路=IR外=1×11=11V，UAC=0V，UBC=U路=11V，电源内电压U内=Ir=1V，电路消耗总功率P总=εI=12×1=12W输出功率P出=U路×I=11×1=11W，电源内部消耗电功率。P内=I2r=P总－P出=1W，电源效率η=91.7%10%1211100%PP总出，本题是对闭合电路的基本规律全面的检测，是对闭合电路的基本概念，基本规律的综合练习使用，熟练掌握非常必要。例题六，如图12所示，两个电源电动势皆为60V，内电阻皆为2Ω，左边电阻8Ω，右边电阻2Ω，虚线框内是一个6Ω和1个8Ω电阻组成的电路，当只接通K1，K2时，回路电流为6A，当只接通K2，K3时，回路电流为5A，求只接通K1和K3时，回路电流强度是多大？解析：电路只接通K1，K2时，电路电动势ε=120V，设框内电阻为R1，则I=2rRRRε1右左则R1=Iε－R左－R右－2r=6Ω，R1与R左，R右串联。当电路只接K2，K3时，52R260I2，R2=8Ω，则R2与R右串联。在虚线框内R1，R2组成电路应为图13所示，当电路中只接通K1，K3时，电路应是R左、R1、R2串联2.5A288660rRRR60I右21【课余思考】1.比较部分电路欧姆定律与闭合电路欧姆定律的联系和区别。纯电阻电路和非纯电阻电路在使用定律时应注意些什么？52.闭合电路中的能量转化关系是什么？串，并联电路的特点是什么？【同步练习】1.一条粗细均匀的电阻丝电阻为R，其横截面直径为d，若将它拉制成直径为d/10的均匀细电阻丝，其电阻变为（）A.10000RB.1000RC.100RD.R/1002.导线A电阻为R，A中电流强度为I，通电时间为t，导线B的电阻为R/2，B中电流强度为I/4，通电时间为2t，那么(1)相同的时间通过导线A与B横截面的电量之比为（）A.2:1B.1:2C.4:1D.1:4(2)时间t内电流通过A做功与时间2t内电流通过B做功之比为（）A.32:1B.16:1C.8:1D.1:43.A，B，C，D四个相同的灯泡按图14所示电路连接，M，N两端电压恒定，这四个灯泡中（）A.C灯比D为亮B.A灯比C灯亮C.A灯和B灯一样亮D.A灯和C灯一样亮4.甲、乙两个定值电阻分别接入电路中，通过电阻的电流强度与电阻两端电压的关系如图15所示，根据图线可知（）A.甲的两端电压总比乙两端电压大B.甲电阻比乙的电阻小C.加相同电压时，甲的电流强度比乙的小D.只有甲两端电压大于乙两端电压时，才能使甲、乙中电流强度相等5.某输电线总电阻为2.0Ω，若输送电功率保持10KW不变，在用250V电压输送时，线路上损失功率为__________KW，若改用5000V电压输送时，线路上损失电功率为___________KW。6.如图16所示，电路两端电压恒定，电阻R1=R2=R3，R3=2R，电键闭合前，后电阻R2消耗电功率之比________，电容器C所带电量之比___________。7.如图17所示电路，电池内阻为1Ω，电动势为6V，R2=40Ω，灯泡为“4V，3.2W”，调整变阻器R1使灯泡正常发光，安培计示数为1A，求R1的阻值和在灯泡正常发光时，R1消耗消耗的电功率。【参考答案】1.A2.(1)C,(2)B3.C4.C,D5.3.2,8×10-36.16:9,2:17.41ΩP1=1.4w