湖南省普通高中物理学科学业水平考试要点解读与检测选修3-1第2章恒定电流

-1-湖南省普通高中物理学业水平考试要点解读选修3-1第二章恒定电流学习目标节次学习目标1．电源和电流知道电源的作用和导体中的恒定电场；理解恒定电流和电流的定义。2．电动势了解电源是将其他形式的能转化为电能的装置；知道电源的电动势和内阻。3．欧姆定律理解欧姆定律和导体的伏安特性曲线；能通过实验测绘小灯泡的伏安特性曲线。4．串联电路和并联电路理解串联电路和并联电路中的电流、电压、电阻的关系；认识电流表和电压表。5．焦耳定律理解电功和电功率；理解焦耳定律；了解焦耳定律在生产和生活中的应用。6．电阻定律能通过实验探究决定导线电阻的因素；理解电阻定律；知道电阻率的物理意义。7．闭合电路的欧姆定律理解闭合电路的欧姆定律；知道路端电压与负载的关系，能够区分路端电压和内电压。8．多用电表初步了解多用电表的基本结构；知道欧姆表测量电阻的原理；会使用多用电表。9．实验：测定电池的电动势和内阻理解实验的原理、实验方法和数据处理方法；会测量电源的电动势和内阻；能够对实验结果进行简单的误差分析。10．简单的逻辑电路初步了解逻辑电路中的“与”门、“或”门和“非”门的基本原理及其在自动控制中的应用；初步了解集成电路的作用；关注我国集成电路以及元器件研究的发展情况。要点解读一、基本概念1．电源和电流（1）电源：从动力学角度看，是把电子从A搬运到B的装置；从能量转化的角度讲，是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。（2）恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。产生恒定电流的电场是电源正负极上的电荷和导线两侧堆积的电荷产生的合电场；在有恒定电流的导体中场强不为零，导体中存在恒定电场，但处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零。（3）电流：表示电流强弱程度的物理量，是标量。其定义式：tqI，微观表达式：nqsvI，其中n为导体内部单位体积的自由电荷数，q为每个自由电荷的电量，s为导体的横截面积，v为导体中自由电荷定向移动的速度。把大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。2．电动势和内阻（1）电动势：非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功跟被移送的电荷量的比值，其表-2-达式：qWE，电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。（2）内阻：电源内部也是由导体组成的，所以也有电阻。内阻和电动势同为电源的重要参数。3．门电路：处理数字信号的电路叫数字电路，数字电路主要是研究电路的逻辑功能，数字电路中最基本的电路是门电路，包括“与”门、“或”门和“非”门，不同的门电路反映不同的逻辑关系。二、基本定律1．欧姆定律（1）内容：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比。（2）表达式：RUI（3）适用条件：适用于金属导体和电解液导电，不适用于气体导电。（4）变式表达：①IUR；②U=IR2．焦耳定律（1）内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。（2）表达式：RtIQ2（3）变式表述：①电流通过纯电阻电路做功时，所做的功等于电流通过这段电路时产生的热量tRURtIUItQW22；②电流通过非纯电阻电路做功时，电功W=Q+W其他。（4）电功率：单位时间电流所做的功，是表示电流做功快慢的物理量。其表达式：UItWP，对于纯电阻电路，还可表示为RURIP22。3．电阻定律（1）内容：在温度不变时，同种材料的导体，其电阻R与它的长度L成正比，跟它的横截面积S成反比；导体的电阻与构成它的材料有关，其决定式：SLR。（2）变式表述：对某一材料构成的导体在长度．横截面积一定的条件下，ρ越大，导体的电阻越大。ρ叫做这种材料的电阻率。它反映了材料导电性能的好坏，电阻率越小，导电性能越好。其表达式：LRS。①金属导体的电阻率随温度的升高而增大，应用实例：电阻温度计；②某些合金（如锰铜和镍铜）的电阻率几乎不受温度变化的影响，应用实例：标准电阻；③半导体的电阻率随温度的升高而减小，应用实例：热敏电阻。4．闭合电路的欧姆定律（1）内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外的电阻之和成反比。-3-（2）表达式：rREI（只适用于外电路为纯电阻的闭合电路）（3）变式表述：①电动势等于内外电路电势降落之和，表达式：E=U内+U外②路端电压，也叫外电压，U外=E-Ir三、串、并联电路1．串联电路的基本特点（1）串联电路中，各处的电流相等，即nIIII21（2）串联电路中的总电压等于各部分的电压之和，即nUUUU21（3）串联电路的总电阻等于各电阻之和，即nRRRR21（4）串联电路的总功率等于各电阻消耗的功率之和，即nPPPP212．并联电路的基本特点（1）并联电路中，各支路的电压相等，即nUUUU21（2）并联电路中的总电流等于各支路的电流之和，即nIIII21（3）并联电路的总电阻与各支路电阻的关系：nRRRR111121（4）并联电路的总功率等于各支路消耗的功率之和，即nPPPP213．电流表的改装（1）将小量程的电流表改装成大量程的电压表：串联一个分压电阻，利用串联电路电流处处相等的特点RRUIgg（2）将小量程的电流表改装成大量程的电流表：并联一个分流电阻，利用并联电路各支路电压相等的特点RIIRIggg)(（3）将电流表改装成欧姆表：串联一个电源E和一个可变电阻R，利用串联电路电流处处相等的特点，满偏时RrREIgg，测电阻Rx时xgRRrREI四、基本实验1．描绘小灯泡的伏安特性曲线（1）定义：建立平面直角坐标系，用纵轴表示电流I，用横轴表示电压U，画出导体的I—U图线叫做导体的伏安特性曲线。（2）线性元件：伏安特性曲线是通过坐标原点的直线，表示电流与电压成正比的电学元件，其斜率等于电阻的倒数RUIk1。-4-（3）非线性元件：伏安特性曲线不是直线，即电流I和电压U不成正比的电学元件。应用实例：小灯泡的伏安特性曲线。2．多用电表的使用使用多用电表时应先进行机械调零，使指针正对电流或电压的零刻度。（1）测直流电压：①将功能选择开关旋至直流电压挡；②根据待测电压的估计值选择量程，若无法估测，则从大量程到小量程进行试测，确定恰当的量程进行测量；③测量时，与被测用电器并联，注意红“+”黑“―”的接法；④根据挡位所指的量程以及指针所指的刻度值，读出电压表的示数。（2）测电流：与电流表原理相同，切记要串联接入电路。（3）测电阻：选择合适的量程，将两表笔直接接触，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指向“0Ω”。改变不同倍率的欧姆档后必须重复这项操作，被测电阻必须与电路断开。根据二极管的单向导电性，测二极管的正向电阻时，选择开关旋至低倍率的欧姆档；测二极管的反向电阻时，选择开关旋至高倍率的欧姆档。3．测定电池的电动势与内阻（1）实验原理：根据闭合电路欧姆定律，关系式：E=U+Ir利用如图所示的电路测出几组U和I值，由作出U—I图像，它在U轴上的截距就是电动势E，它的斜率的绝对值就是内阻r。注意：有时纵坐标的起始点不是0，求斜率的一般式应该是r=IU。（2）误差分析：用如图所示的电路测量时，对整个外电路而言，电压表的示数是准确的，电流表的示数比通过电源的实际电流小，所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的。测量的结果是E测＜E真，r测＜r真（如右图所示），为了减小这个误差，电阻R的取值应小一些，所用电压表的内阻应大一些。如果把上图的电表位置对调，测量的结果是E测=E真，r测＞r真，误差来自电流表，应选用内阻较小的电流表。本实验因为电源内阻较小，我们选用内接法进行实验。（3）变式测量：①关系式变为IrIRE，利用电阻箱和电流表串联测量；②关系式变为rRUUE，利用电阻箱和电压表并联测量。学法指导一、直流电路动态分析的基本方法及一般步骤直流电路中局部的变化会引起整个电路的电流、电压、电功率等的变化。1．电路动态分析的基本方法（1）分析电路，弄清电路的连接关系及电表所测对象；（2）利用“分→总→分”的基本思路，即：明确局部电阻的变化情况→根据闭合电路的欧姆定律rREI判断总电流的变化→确定路端电压的变化情况；（3）先确定电阻未变部分的变化情况，再确定电阻变化部分的变化情况。2．电路动态分析的一般步骤（1）明确局部电阻的变化；I（A）U（V）U1I1测I1真E真E测-5-（2）确定外电路电阻R外总的变化情况，根据闭合电路的欧姆定律rREI外总总，确定电路的总电流如何变化；（3）由IrEU外确定路端电压的变化情况；（4）利用串、并联电路规律判定各用电器和各支路电流、电压的变化情况。二、可变电阻和定值电阻的最大功率问题处理这类问题时要注意找出物理量间的函数关系，同时认真分析电路结构，利用等效性将问题简化。1．电阻箱的最大值rRR0时：（1）R的最大功率：根据串联电路电流相等的特点，利用数学不等式，可知：当R=R0+r时，有)(4022maxrRERIP；（2）R0的最大功率：对定值电阻的功率，电流越大，功率越大，即：当R=0时，有0202max)(RrRERIP2．电阻箱的最大值rRR0时：（1）R的最大功率：根据串联电路电流相等的特点，利用数学不等式，可知：当R取最大值时，有mmRRrRERIP202max)(；（2）R0的最大功率：同上1（2）三、电路设计中电路和器材的选择1．选择分压电路的几种基本情况：（1）要使某部分电路的电压或电流从零开始连续调节，只有分压电路才能满足；（2）如果实验所提供的电压表、电流表量程或电阻元件允许最大电流较小，采用限流法时，无论怎么调节电路中实际电流（压）都会超过电表量程或电阻元件允许的最大电流（压）值，为了保护电表或电阻元件免受损坏，必须要采用分压电路；（3）伏安法测电阻实验中，若所用的变阻器阻值远小于待测电阻阻值，采用限流法接时即使变阻器触头从一端滑至另一端，待测电阻上的电流（压）变化也很小，这不利于多次测量求平均值，对此必须选择分压电路。2．选择实验器材的基本原则：（1）安全性原则：所有仪表都不可超出量程。所有用电器都必须在额定功率内（或不超过允许通过的最大电流）。（2）精确性原则：为了减小偶然误差所选仪表的读数不得小于量程的1/3。（3）最小能耗原则：一般很少考虑，往往是在上述因素同时考虑后仍不能判定时使用。四、学习建议RrER0-6-1．正确认识和理解教科书把电路知识与电场知识紧密联系起来的这一特色，培养不断运用已学知识分析、解决实际问题的意识和能力；2．通过图象法深入理解欧姆定律和闭合电路的欧姆定律，闭合电路的欧姆定律是电路分析和电学实验设计的基本定律；3．从做功的角度理解电动势的概念，从能量转化的角度理解电功和电热，并利用能量守恒定律分析得出焦耳定律，充分领悟利用能量转化关系分析物理过程的思维方法。【例1】关于电源和电流，下列说法不正确．．．的是（C）A．电源是把其它形式的能转化为电能的装置B．电源是通过非静电力做功获得电能的装置C．在电源的外部，电流由正极流向负极是因为电场力把自由电子从正极搬运到负极D．由于恒定电场的作用，产生的大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流解析：（1）电源是通过非静电力做功把其它形式的能转化为电势能的装置；（2）由于恒定电场的作用及导体阻碍作用，自由电荷定向移动的平均速率不随时间变化，自由电荷定向移动的方向与电流的方向相反。故选项C正确。点评：（1）本题属于“认识”层次；（2）电流既有大小，又有方向，但电流是标量，我们规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。【例2】A、B、C三个电阻的I—U图象如图所示，在三个电阻两端分别接入相同的电压，则＿C＿的电功率最大，若三个电阻分别通过相同的电流强度，则A的电功率最大。解析：（1）对于纯电阻，RUP2，可在电压一定的情况下，电功率跟电阻成反比，电阻最小的电功率最大，而电阻的确定要依据图象决定，斜率最大的图象所表示的电阻越小，所以RARBRC，故电阻C的电功率最大；（2）根据P=I2R