2020版高考物理总复习 第八章 第1节 电路的基本概念及规律课件

第八章恒定电流高考导航(教师备用)考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018欧姆定律ⅡⅠ卷T23:组装有热敏电阻的报警系统Ⅱ卷T17:含容电路分析Ⅱ卷T23:测电压表的内阻,实物连线Ⅲ卷T22:与安培力有关的实验的实物连线Ⅰ卷T23:研究小灯泡的伏安特性曲线Ⅱ卷T23:测微安表的内阻,实物连线Ⅲ卷T23:练习使用多用电表Ⅰ卷T23:探究热敏电阻的温度特性Ⅱ卷T22:组装多用电表Ⅲ卷T23:测量待测电阻的阻值电阻定律Ⅰ电阻的串联、并联Ⅰ电源的电动势和内阻Ⅱ闭合电路的欧姆定律Ⅱ电功率、焦耳定律Ⅰ实验八:测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)实验九:描绘小电珠的伏安特性曲线实验十:测定电源的电动势和内阻实验十一:练习使用多用电表实验十二:传感器的简单使用1.考查方式:(1)电学实验是考查的热点.(2)其他以选择题的形式出现.重点是闭合电路的欧姆定律的理解与图像、电路的动态分析、电路故障分析、电功、电热的计算.2.命题趋势:(1)重点考查基于基本规律应用的实验原理、电路图、实验步骤、数据分析和误差分析.(2)对串、并联电路、欧姆定律、电阻定律、焦耳定律等基本规律的考查题目也会出现.第1节电路的基本概念及规律基础过关考点研析素养提升基础过关紧扣教材·自主落实一、电流电阻定律1.电流的形成(1)电源:把由正极搬运到负极的装置,使正、负极间维持一定的.(2)恒定电场:在电源正、负极周围空间,由电源、导线等电路元件.形成的稳定的电场,它的基本性质与静电场.(3)电流—基础知识电势差电子积累的电荷相同IInqSv定义：自由电荷的形成电流方向：规定为定向移动的方向定义式：微观表达式：定向移动正电荷qt教材解读设导体的摩尔质量为M,密度为ρ,自由电子在导体中定向移动的速率为v,自由电子通过导体所用时间为t,这段导体内的原子数为N=vtSMNA,若每个原子贡献一个自由电子,则通过横截面的电荷量q=Ne=vtSMNAe,因此I=qt=vtSMNAe,若单位体积内的自由电子数为n,则n=MNA,可以得到I=neSv.(2)物理意义:反映导体对电流的.(3)电阻定律①内容:同种材料的导体,其电阻R与它的成正比,与它的成反比,导体的电阻还与构成它的有关.②决定式:R=.阻碍作用长度横截面积材料lS2.电阻(1)定义式:R=.UI②物理意义:反映导体的,是表征材料性质的物理量.③电阻率与温度的关系(a)金属:电阻率随温度升高而.(b)半导体:有些材料的电阻率随温度升高而减小.(c)超导体:当温度降低到绝对零度附近时,某些材料的电阻率突然变为零,成为超导体.导电性能增大(4)电阻率①计算式:ρ=.RSl自主探究教材图2.6-4中,R1和R2是材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体,但R2的尺寸比R1小很多.通过两导体的电流方向如图所示.这两个导体的电阻有什么关系?你认为这种关系对电路元件的微型化有什么意义?答案:由电阻定律可知R1=R2.这种关系对电路的微型化设计提供了广阔的前景.二、电功电功率焦耳定律1.电功(1)定义:电路中移动电荷做的功.(2)公式:W=qU=.(3)效果:电能转化成的过程.2.电功率(1)定义:单位时间内电流做的功,表示电流做功的.3.焦耳定律(1)电热:电流流过导体时产生的.(2)公式:Q=.电场力IUt其他形式能快慢(2)公式:P=Wt=.IU热量I2Rt教材解读教材图2.5-1中,在t时间内通过这段电路的电荷量q=It,静电力做的功W=qU=ItU,即电功W=IUt,表明该电路消耗电能为IUt,如果电路是纯电阻电路,电能全部转化为导体的内能,Q=W=IUt;如果电路为理想电动机,则电能全部转化为机械能,即E机=IUt.三、电阻的串、并联1R总12111nRRR类别规律项目串联电路并联电路电流I=I1=I2=…=InI=.电压U=.U=U1=U2=…=Un电阻R总=R1+R2+…+Rn=.电压或电流分配U1∶U2∶…∶Un=.I1∶I2∶…∶In=功率分配P1∶P2∶…∶Pn=.P1∶P2∶…∶Pn=I1+I2+…+InR1∶R2∶…∶RnU1+U2+…+UnR1∶R2∶…∶Rn12111nRRR∶∶…∶12111nRRR∶∶…∶自主探究试证明:(1)n个相同的电阻并联,总电阻为一个电阻的n分之一.(2)若干不同的电阻并联,总电阻小于其中最小的电阻.答案:(1)1R总=1R+1R+…=nR,R总=Rn.(2)1R总=11R+21R,R总=1212RRRR=1121RRR,12RR+11,即R总R1(或R2).教材解读小量程的电流表G,内阻为Rg,满偏电流Ig,教材图2.4-6为G改为电压表,图2.4-7为G改为电流表(1)要把它改装成量程(变大)为U的电压表,需要串联多大的电阻?(2)要把它改装成量程(变大)为I的电流表,需要并联多大的电阻?答案:(1)表头G的满偏电压Ug=RgIg,串联的电阻分担的电压为UR=U-Ug,则R=ggUUI.(2)流过G的电流为Ig时,通过并联电阻的电流IR=I-Ig,则R=gRUI=gggIRII.过关巧练1.思考判断(1)电流是矢量,其方向为正电荷定向移动的方向.()×(4)金属的电阻率由导体本身的性质决定,与温度有关.()(5)公式W=UIt适用于任何电路中求功,Q=I2Rt适用于任何电路求电热.()(2)由R=UI可知,导体的电阻与导体两端的电压成正比,与流过导体的电流成反比.()(3)由I=UR知,导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比.()×√√√2.[人教版选修3-1·P43·T3改编]氢原子中的电子以一定的速度v在一圆周轨道上绕核运动,电子的电荷量为e,质量为m,静电力常量为k,试求该电子的等效电流.解析:电子做圆周运动的向心力由静电力提供,k22er=2mvr电子做圆周运动的周期T=2πrv由电流的定义I=eT=2πevr=32πmvke.答案:见解析3.[人教版选修3-1·P52·T5改编]如图所示是有两个量程的电流表,当使用a,b两个端点时,量程为3A,当使用a,c两个端点时,量程为0.6A.已知表头的内阻Rg为200Ω,满偏电流Ig为2mA,求电阻R1,R2的值(保留三位有效数字).解析:当电流表G为满偏电流Ig时,改装后的电流表达到量程,当使用a,c两个端点时总电流为0.6A,即Ig+gg12IRRR=0.6A,当使用a,b两个端点时,Ig+gg21IRRR=3A,由两式可求得R1=0.134Ω,R2=0.536Ω.答案:0.134Ω0.536Ω考点研析核心探究·重难突破考点一电阻电阻定律的应用1.电阻与电阻率的关系电阻率是影响导体电阻大小的因素之一,导体的长度、横截面积一定时,导体材料的电阻率越大,导体的电阻越大.2.对公式R=UI的理解提供了一种测量电阻的方法,但其值与U,I的大小无关,它由材料自身决定,即R=ρlS.【典例1】(多选)如图所示,图线a表示的导体A的电阻为R1,图线b表示的导体B的电阻为R2,则下列说法正确的是()A.R1∶R2=1∶3B.导体B的长度是导体A长度的3倍C.把A拉长到原来的3倍长后电阻等于R2D.若导体A,B材料相同,体积相等,则B的长度是A的长度的3倍AD解析:根据I-U图像知,图线的斜率表示电阻的倒数,所以R1∶R2=1∶3,选项A正确;由于导体A,B各是哪种材料、横截面积关系不明,无法确定长度关系,选项B错误;根据公式R=ρlS可得,把A拉长到原来的3倍长后,横截面积减小为原来的13,所以电阻变为原来的9倍,选项C错误;根据公式R=ρlS,结合V=Sl知R=ρ2lV,有21RR=(BAll)2,则lB=3lA,选项D正确.【针对训练】一根长为l、横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为ρ,棒内单位体积自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e.在棒两端加上恒定的电压时,棒内产生电流,自由电子定向运动的平均速率为v,则金属棒内的电场强度大小为()CA.22mveLB.2mvSneC.ρnevD.evSL解析:欧姆定律I=UR,电流的微观表达式I=neSv,电阻定律R=ρlS,则金属棒内电场强度大小为E=Ul=IRl=ρnev,故选项C正确.考点二欧姆定律及伏安特性曲线1.欧姆定律(1)内容:导体中的电流跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比.(2)公式:I=UR.(3)适用范围:金属导电和电解液导电,不适用于气体导电或半导体元件.(4)对公式的理解:由I=UR变形后得到R=UI和U=IR,三式从物理角度看意义不同.I=UR,U=IR反映了电流I,U和电阻R的因果关系;R=UI中R由导体自身决定,与电压U和电流I无关.2.伏安特性曲线(1)定义:纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U,画出的I-U图像.(2)应用①图线上每一点的纵、横坐标对应此时的电流值、电压值.②图线上某点与O点连线的斜率倒数表示电阻,斜率越大,电阻越小.③图线上某点到I轴、U轴的垂线与坐标轴所围的面积对应此时的电功率.(3)两类图线(如图所示)①线性元件的伏安特性曲线[图(甲)中a,b]是过原点的直线,表明它的电阻不变.②非线性元件的伏安特性曲线[图(乙)中c,d]是曲线,表明它的电阻是变化的.【典例2】(多选)在如图(甲)所示的电路中,L1,L2,L3为三个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图(乙)所示.当开关S闭合后,电路中的总电流为0.25A,则此时()A.L1上的电压为L2上电压的2倍B.L1消耗的电功率为0.75WC.L2的电阻为12ΩD.L1,L2消耗的电功率的比值大于4BD解析:电路中的总电流为0.25A,L1中电流为0.25A,由图(乙)可知电压为3.0V,L1消耗的电功率为P=IU=0.75W,选项B正确;L2中电流为0.125A,可知电压约为0.3V,L1的电压大约为L2电压的10倍,选项A错误;由欧姆定律,L2的电阻为R=UI=0.30.125Ω=2.4Ω,选项C错误;L2消耗的电功率为P=IU=0.3×0.125W=0.0375W,L1,L2消耗的电功率的比值大于4,选项D正确.【针对训练】如图(甲)所示为一测量电解液电阻率的玻璃容器,P,Q为电极,已知a=1m,b=0.2m,c=0.1m,当里面注满某电解液,且P,Q加上电压后,其伏安特性曲线如图(乙)所示,当U=10V时,求电解液的电阻率ρ.解析:由图(乙)得电解液的电阻为R=UI=310510Ω=2000Ω.由图(甲)知电解液长为l=a=1m,横截面积为S=bc=0.02m2.结合电阻定律R=ρlS,得ρ=RSl=20000.021Ω·m=40Ω·m.答案:40Ω·m考点三串并联电路及电表的改装(2)串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻,并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻.(3)在电路中,某个电阻增大(或减小),则总电阻一定增大(或减小).(4)某电路中无论电阻怎样连接,该电路消耗的总电功率始终等于各个电阻消耗的电功率之和.1.串、并联电路的几个常用结论(1)当n个等值电阻R0串联或并联时,R串=nR0,R并=1nR0.2.电路的简化(1)基本原则:电势相等的点可合并可拆分;导线可任意长短;无电流的支路可去除;理想电流表可视为短路,理想电压表可视为断路;电路稳定时电容器可视为断路.(2)基本方法:①等电势法:首先找出各等势点,并用同一字母标注,不同电势点用不同字母标注,并按电势高低排列各点,最后将所有元件画在相应的位置.②独立分支法:先将各结点用字母标上,判定各支路元件的电流方向,按电流流向确定各独立支路,然后整理为较规范的电路图.3.电流表和电压表的改装改装为大量程电压表改装为大量程电流表原理串联电阻分压并联电阻分流图示R大小由于U=IgR+IgRg,所以R=gUI-Rg由于IgRg=(I-Ig)R,所以R=gggIRII电表内阻RV=R+RgRgRA=ggRRRRRg【典例3】(2016·全国Ⅱ卷,17)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E