2015届高三总复习学案-恒定电流

12015届高三物理总复习学案：恒定电流高三（）班姓名__________一、电流1．形成电流的条件(1)导体中要有能够自由移动的电荷．(2)导体两端存在电势差．2．电流的方向：与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反．电流虽然有方向，但它是_______(填“矢量”或“标量”)．3．电流(1)定义式：I＝qt(2)微观表达式：I＝nqSv，式中n为导体单位体积内的自由电荷数，q是自由电荷的电荷量，v是自由电荷定向移动的速率，S为导体的横截面积．【名师点睛】公式I＝nqSv和I＝UR是统一的，两公式分别从微观和宏观上解释了决定电流大小的因素．二、电阻、电阻定律2．物理意义：导体的电阻反映了__________________的大小，R越大，阻碍作用越____．3．电阻定律内容：同种材料的导体，其电阻跟它的_____成正比，与它的____________成反比；导体电阻与构成它的材料有关．表达式：R＝ρlS电阻率：反映导体的___________的物理量，是导体材料本身的属性．电阻率与温度的关系【名师点睛】电阻与电阻率的区别(1)电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量．电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量．(2)导体电阻与电阻率无直接关系，即电阻大电阻率不一定大；电阻率小，电阻不一定小．【名师点睛】(1)利用R＝ρlS和R＝UI计算出来的电阻都是某一特定温度下的电阻因为电阻率随温度而变．(2)应用图像判断电阻时，要分清是U－I图像还是I－U图像．2三、电功与电热及电功率与热功率纯电阻电路非纯电阻电路实例白炽灯、电炉、电饭锅、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等电动机、电解槽、日光灯等电功与电热W＝UItQ＝I2Rt＝U2RtW＝QW＝UItQ＝I2RtW＞Q电功率与热功率P电＝UIP热＝I2R＝U2RP电＝P热P电＝UIP热＝I2RP电＞P热【名师点睛】(1)在非纯电阻电路中，U2Rt既不能表示电功，也不能表示电热，因为欧姆定律不再成立．(2)不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路，当电动机不转动时，仍为纯电阻电路，欧姆定律仍适用，电能全部转化为内能．只有在电动机转动时为非纯电阻电路，U＞IR，欧姆定律不再适用，大部分电能转化为机械能．【典型例题】有一个小型直流电动机，把它接入电压为U1＝0.2V的电路中时，电机不转，测得流过电动机的电流是1＝0.4A；若把电动机接入U2＝2.0V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I2＝1.0A．求电动机正常工作时的输出功率多大？【思路点拨】当电动机不转时，电动机为纯电阻R＝UI，当电动机转动时，电动机为非纯电阻，由能量守恒关系求解．【规律总结】电动机转子转与不转，它的用电性质是不同的，不转动相当于一个纯电阻，欧姆定律对它适用，且P电＝P热．转动时，它有机械能输出，这时欧姆定律对它不适用，P电P热．四、电源的电动势1．电源(1)定义：电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置．(2)作用：使导体(或电路)两端保持一定的电压．2．电动势(1)定义：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量的比值．(2)公式：E＝Wq.(3)物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小，在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功．(4)方向：电动势是标量，规定其方向为电源内部电流方向，即由电源负极指向正极方向．五、闭合电路欧姆定律1．闭合电路的组成(1)内电路：电源内部的电路，内电阻所降落的电压称为内电压．(2)外电路：电源外部的电路，其两端电压称为外电压或路端电压．32．内外电压的关系：E＝U外＋U内3．闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路里的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比．(2)公式：I＝________(只适用于纯电阻电路)；常用表达式E＝U外＋U内(适用于任何电路)．4．路端电压与外电阻的关系(1)根据U＝IR＝ER＋r·R＝E1＋rR可知，当R增大时U增大，R减小时U减小．(2)外电路断开时，R为无限大，I变为0，路端电压U＝E.(3)外电路短路时，R＝0，U＝0，I＝E/r(短路电流)．思考感悟若U－I图像中的纵坐标(U)不是从零开始时，此时图线与横坐标的交点的横坐标是否仍为短路电流？图线的斜率是否仍然等于电源的内阻？提示：若U－I图像中的纵坐标不是从零开始时，说明路端电压不为零，外电路没有短路，此时，交点的横坐标小于短路电流，但图线的斜率不变，仍为电源的内阻．5．路端电压跟电流的关系(1)关系式：U＝E－Ir.(2)用图像表示如图所示．图像物理意义图线与纵轴交点表示电动势图线的斜率大小表示电源的内电阻图中U表示外电压U＋U′＝E图中U′表示内电压图线与横坐标交点表示短路电流图线上每一点坐标的乘积UI表示输出功率图线上每一点对应的U、I比值表示外电阻6、电源的有关功率和效率1．电源的总功率P总＝EI＝P内＋P外＝I2(R＋r)＝E2R＋r2．电源的内耗功率P内＝I2r＝P总－P出3．电源的输出功率P出＝IU＝I2R(1)电源的输出功率与电路中电流的关系如图P出＝EI－I2r＝－r[I－E2r]2＋E24r.当I＝E2r(即内外电阻相等)时，电源的输出功率最大，最大值Pm＝E24r.4(2)电源的输出功率与外电路电阻的关系如图所示，P出＝I2R＝E2R－r2R＋4r①当R＝r时，电源的输出功率最大，最大值Pm＝E24r.②当R接近r阻值的方向变化时，P出增大，当R向远离r阻值的方向变化时，P出减小．③除最大输出功率以外，同一个输出功率P有两个外电阻阻值R1、R2与之对应(如图中水平虚线)．根据输出功率相等可推得R1、R2满足R1·R2＝r2.4．电源的效率η＝P出P总×100%＝UE×100%＝RR＋r×100%R越大，η越大，当R＝r，P外最大，η＝50%.【名师点睛】(1)当电源的输出功率最大时，机械效率η＝50%，在实际电路中无实用价值．当R→∞时，η→100%，但此时P出→0，无实际意义．(2)对于内外电路上的固定电阻，其消耗的功率根据P＝I2R来判断，与输出功率大小的判断方法不同．【典型例题】即时应用(即时突破，小试牛刀)(2010年高考课标全国卷)电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比．在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图7－2－4所示，图中U为路端电压，I为干路电流，a、b为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为ηa、ηb.由图可知ηa、ηb的值分别为()A.34、14B.13、23C.12、12D.23、13六、电路的动态分析问题1．电路的动态分析类问题是指由于断开或闭合开关、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构发生了变化，一处变化又引起了一系列的变化，对它们的分析要熟练掌握闭合电路欧姆定律，部分电路欧姆定律，串、并联电路的电压、电流关系．2．分析这类问题的一般步骤是：(1)明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化．(2)根据局部电阻的变化，确定电路的外电阻R外总如何变化．(3)根据闭合电路欧姆定律I总＝ER外总＋r，确定电路的总电流如何变化．(4)由U内＝I总r，确定电源的内电压如何变化．(5)由U外＝E－U内，确定电源的外电压如何变化．(6)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化．(7)确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化．由以上步骤可以看出，解决此类问题的基本思路是“局部→整体→局部”，同时要灵活地选用公式，每一步推导都要有确切的依据．【名师点睛】电路的动态分析问题还可以用极限法来分析，即因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论．5【典型例题】(2010年高考上海卷)在如图7－2－5的闭合电路中，当滑片P向右移动时，两电表读数的变化是()A．A变大，V变大B．A变小，V变大C．A变大，V变小D．A变小，V变小【典型例题】(2011年高考北京卷)如图所示电路，电源内阻不可忽略。开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中，（）A．电压表与电流表的示数都减小B．电压表与电流表的示数都增大C．电压表的示数增大，电流表的示数减小D．电压表的示数减小，电流表的示数增大七、电路故障分析(一)故障类型及分析思路1．故障类型(1)短路：电路被短路部分有电流通过(电流表有示数)被短路两点之间没有电压(电压表无示数)(2)断路：电路断路部分没有电流通过(电流表无示数)断路两点之间有电压，断路同侧导线两点无电压．2．电路故障分析思路(1)认真审题，判断电路各元件的连接方式，明确电流表、电压表测量的元件，各开关控制的元件．(2)根据故障现象分析有无电流，得出电路是短路还是断路．(3)根据电表示数变化分析找出故障位置．(二)判断电路故障的方法1．利用电流表、电压表判断电路故障的方法(1)电流表示数正常而电压表无示数“电流表示数正常”表明电流表所在电路为通路，“电压表无示数”表明无电流通过电压表．故障原因可能是：①电压表损坏；②电压表接触不良；③与电压表并联的用电器短路．(2)电压表有示数而电流表无示数“电压表有示数”表明电路中有电流通过，“电流表无示数”说明没有或几乎没有电流流过电流表．故障原因可能是：①电流表短路；②和电压表并联的用电器断路．(3)电流表电压表均无示数“两表均无示数”表明无电流通过两表，除了两表同时短路外，可能是干路断路导致无电流．2．利用导线判断电路故障(主要判断断路故障)电路中无电流或灯泡不发光：将导线接在两点间，如果电路中有电流(或电路中灯泡发光了)，说明此两点间有断路．【典型例题】如图所示，电源电动势为6V，当开关接通时，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分电压是Uad＝0，Ucd＝6V，Uab＝6V，由此可判定()A．L1和L2的灯丝都断了B．L1的灯丝断了C．L2的灯丝断了D．变阻器R断路AVErSR1R2R06八．含电容器电路的分析与计算【典型例题】如图所示，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，外电路中电阻R1＝2Ω，R2＝3Ω，R3＝7.5Ω，电容器的电容C＝4pF.开始时开关S断开，从开关合上到电路稳定的过程中，通过电流表的电荷量是多少？【思路点拨】开关S断开或合上时，电容器C两端的电压与哪个电阻两端的电压相同？通过电流表的电荷量等于开关合上前后电容器带电荷量的变化，但要注意极板电势的高低．【反思领悟】(1)电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压．(2)电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充、放电．如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电．