高二高二物理恒定电流复习物理恒定电流复习人教实验版人教实验版 本讲教育信息 一 教学内容 恒定电流复习 知识结构 重点和难点 一 部分电路欧姆定律 1 部分电路欧姆定律的内容 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 公式表示为 R U I 本定律通过探索性实验得到电流 I 和电压 U 之间的关系 其关系也可以用 I U 图 像表示出来 如图 1 2 几个公式的含义 公式 R U I 是欧姆定律 也是部分电路电流的决定式 公式IRU 习惯上也称 为欧姆定律 而公式 I U R 是电阻的定义式 它表明了一种量度电阻的方法 绝不 可以错误地认为 电阻跟电压成正比 跟电流成反比 或认为 既然电阻是表示 导体对电流的阻碍作用的物理量 所以导体中没有电流时导体就不存在电阻 3 知道欧姆定律的适用范围 欧姆定律是在金属导电的实验基础上总结出来的 对于电解液导电也适用 但 对于气体导电和半导体导电就不适用了 二 电阻定律 导体的电阻是由它本身的性质决定的 金属导体的电阻由它本身的长度 l 横 截面积 S 所用材料和温度决定 在温度一定时 金属导体的电阻跟它的长度 l 成 正比 跟它的横截面积 S 成反比 用公式表示为 这就是电阻定律 式中 叫做导体的电阻率 由导体的材料决定 注意 1 物质的电阻率与温度有关 实验表明 温度越高 金属的电阻率就越大 因 此 金属导体的电阻随温度的升高而增大 例如 白炽灯泡点亮时的灯丝电阻比不 通电时要大很多倍 因为灯泡点亮后 灯丝温度升高 电阻率增大 电阻也随之增 大 2 导体的电阻由式 I U R 定义 也可以利用其测量 但并不是由 U 和 I 决定的 而是由电阻定律决定的 即导体本身的性质决定的 三 电功 电热 电功率 1 各概念之间的区别与联系 2 电功和电热不相等的原因 由前面的表格 我们看到 只有在纯电阻电路中才有电功等于电热 而一般情 况电路中电功和电热不相等 这是因为 我们使用用电器 相当多的情况是需要其 提供其它形式的能量 如电动机 消耗电能是需要让其提供机械能 如果电功等于 电热 即消耗的电能全部转化为电动机线圈电阻的内能 电动机就不可能转起来 就无从提供机械能了 因而一般的电路中电功一定大于电热 从而为电路提供除内 能之外的其它能量 但无论什么电路 原则上一定要有一部分电能转化为内能 因 为任何电路原则上都存在电阻 所以电路中的能量关系为 其它 EQW 只有在纯电阻电路中 W Q 3 额定电压与实际电压 额定功率与实际功率 额定电压指用电器正常工作时的电压 这时用电器消耗的功率为额定功率 但有时 加在用电器上的电压不等于额定电压 这时用电器不能正常工作 这时加在用电器 上的电压就称之为实际电压 这时用电器消耗的功率为实际功率 要注意 在一些 问题中 额定 和 实际 往往不相等 4 计算电路问题时注意公式选取的灵活性 计算电流 除了用 R U I 外 还经常用并联电路总电流和分电流的关系 I I1 I2 计算电压 除了用 U IR 外 还经常用串联电路总电压和分电压的关系 U U1 U2 计算电功率 无论串联 并联还是混联 总功率都等于各电阻功率之和 P P1 P2 对纯电阻 电功率的计算有多种方法 P UI I 2R R U 2 以上公式 I I1 I2 U U1 U2和 P P1 P2既可用于纯电阻电路 也可用于非纯电阻 电路 四 闭合电路欧姆定律 1 公式 rR E I 常用的表达式还有 E IR Ir U U U E Ir 2 电动势与路端电压的比较 E 3 路端电压 U 随外电阻 R 变化的讨论 电源的电动势和内电阻是由电源本身的性质决定的 不随外电路电阻的变化而 变化 而电流 路端电压是随着外电路电阻的变化而变化的 rR E I U E Ir 当外电路断路时 EUIR 0 当外电路短路时 00 U r E IR 路端电压随电流变化的图线 U I 图线 如图 2 所示 图 2 由 U E Ir 可知 图线纵轴截距等于电源电动势 E 若坐标原点为 0 0 则横轴截距为短路电流 图线斜率的绝对值等于电源的内电阻 即r I U 在解决路端电压随外电阻的变化问题时 由于 E r 不变 先判断外电阻 R 变 化时电流 I 如何变化 再判断 I 变化时路端电压 U 如何变化 因为在两式中除 E 和 r 都还分别有两个变量 一式中是外电阻 R 和电流 I 一式中是电流 I 和路端电 压 U 这样可以讨论一个量随另外一个量的变化 有的同学试图用公式IRU 来讨 论路端电压随外电阻的变化问题 但由于当外电阻 R 发生变化时电流 I 也发生变化 因此无法讨论路端电压 U 的变化情况 如外电阻 R 增大时 电流 I 减小 其乘积的 变化无从判断 4 闭合电路中的几种电功率 由于在闭合电路中内 外电路中的电流都相等 因此由 E U U 可以得到 IE IU IU 或 tUIIUtIEt 式中 IEt 是电源将其它形式的能转化成的电能 IUt 是电源输出的电能 即外 电路消耗的电能 tUI 是电源内电阻上消耗的电能 等于rtI 2 即内电阻上产生的 热 与之相对应 IE 是电源的总功率 IU 是电源输出的电功率 UI 是内电阻上 的焦耳热功率 一定要从能量转化和守恒的观点理解这几个功率的意义 典型例题 例 1 画出实验室用的小灯泡灯丝的 I U 特性曲线 考虑灯丝的电阻随温度的 变化而变化 分析 随着电压的升高 电流增大 灯丝的电功率将会增大 于是温度升高 电阻率也将随之增大 所以电阻增大 I U 曲线的斜率减小 例 2 某一电动机 当电压 U1 10V 时带不动负载 因此不转动 这时电流为 I1 2A 当电压为 U2 36V 时能带动负载正常运转 这时电流为 I2 1A 求这时电 动机的机械功率是多大 分析 电动机不转时为纯电阻 由欧姆定律得 5 1 1 I U R 这个电阻是不 变的 电动机正常转动时 输入的电功率为 P电 U2I2 36W 内部消耗的热功率 P 热 RI 2 2 5W 所以机械功率 P 31W 由这道例题可知 电动机在启动时电流较大 容易被烧坏 正常运转时电流反 而较小 例 3 已知如图 两只灯泡 L1 L2分别标有 110V 60W 和 110V 100W 另 外有一只滑动变阻器 R 将它们连接后接入 220V 的电路中 要求两灯泡都正常发 光 并使整个电路消耗的总功率最小 应使用下面哪个电路 A B C D L1 L2 L1 L2 L1 L2 L1 R R R L2 R 解 A C 两图中灯泡不能正常发光 B D 中两灯泡都能正常发光 它们的特 点是左右两部分的电流 电压都相同 因此消耗的电功率一定相等 可以直接看出 B 图总功率为 200W D 图总功率为 320W 所以选 B 例 4 如图所示电路中 电阻 R1 8 当电键 K 断开时 电压表的示数为 5 7V 电流表的示数为 0 75A 电源总功率是 9W 当电键 K 闭合时 电压表的 示数为 4V 若电键断开和闭合时电源内部损耗的电功率之比是 9 16 求电源的电 动势和电阻 R2 R3 解析 K 断开时 电流表示数是通过电源的电流值 设为 I1 0 75A 则电源电动势 P总 I1 12V 电压表 V1示数是 R3 R4两端总电压 有 R3 R4 U1 I1 7 6 电源内阻 r I1 R1 R3 R4 0 4 K 断开和闭合时 电路总电流之比 I1 I2 总 P 总 P 3 4 K 闭合时电路总电流为 I2 4I1 3 1A R4 U2 I2 4 R3 3 6 根据 I2r I2 R3 R4 R1R2 R1 R2 解得 R2 8 例 5 如图所示的电路中 已知 R1 4 电流表的读数 I 0 75 A 电压表读 数 U 2 0 V 经一段时间后一电阻断路 使电流表的读数变为 I 0 80 A 而电 压表的读数变为 U 3 2 V 求 1 发生断路的电阻是哪一个 2 电源电动势和内阻各是多少 1 R 2R3 R E r A V 解析 此题电路的连接方式是 R1和 R2串联成一个支路与 R3支路并联后接到 电源上 电流表测的是通过 R3支路的电流 电压表测的是加在 R2两端的电压 当其中一个电阻断路后 电流表 电压表均有示数 说明 R1和 R3都没有断路 所以只能是 R2发生断路 此时 R1上没有电流通过 电压表测量的是路端电压 U 3 2 V 电流表测量的 R3中电流也是干路中电流 I 0 80 A 所以 R3 8 0 2 3 I U 4 R2断路前 路端电压 U0 I3R3 0 75 4 V 3 V 对 R1和 R2串联的支路 加在 R1两端的电压 U1 3 V 2 V 1 V I1 1 1 R U 4 V 1 0 25 A R2的大小 R2 A 0 25 V 2 8 则 R2断路前 电路中总电流 I0 I1 I3 0 25 0 75 1 A 根据全电路欧姆定律 R2断开前 E U0 I0r 3 r R2断开后 E U I r 3 2 0 8r 联解上述两式得 E 4 V r 1 例 6 如图所示 图线 a 是某一蓄电池组的伏安特性曲线 图线 b 是一只某种型 号的定值电阻的伏安特性曲线 若已知该蓄电池组的内阻为 2 0 则这只定值电 阻的阻值为 现有 4 只这种规格的定值电阻 可任意选取其中的若干只进 行组合 作为该蓄电池组的外电路 则所组成的这些外电路中 输出功率最大时是 W U V I A o 20 15 10 5 a b 解 由图象可知蓄电池的电动势为 20V 由斜率关系知外电阻阻值为 6 用 3 只这种电阻并联作为外电阻 外电阻等于 2 因此输出功率最大为 50W 模拟试题 一 选择题 1 实验室用的小灯泡灯丝的 I U 特性曲线可用以下哪个图象来表示 A B C D I I I I o U o U o U o U 2 两个小灯泡 分别标有 1A 4W 和 2A 1W 的字样 则它们均在正常发光 时的电阻阻值之比为 A 2 1B 16 1C 4 1D 1 16 3 已知如图 电源内阻不计 为使电容器的带电量增大 可采取以下哪些方法 A 增大 R1B 增大 R2C 增大 R3D 减小 R1 R1 R3 R2 E C A B 4 铅蓄电池的电动势为 2V 这表示 A 电路中每通过 1C 电量 电源把 2J 的化学能转变为电能 B 蓄电池两极间的电压为 2V C 蓄电池能在 1s 内将 2J 的化学能转变成电能 D 蓄电池将化学能转变成电能的本领比一节干电池 电动势为 1 5V 的大 5 一段长为 L 电阻为 R 的均匀电阻丝 把它拉制成 3L 长的均匀细丝后 切成 等长的三段 然后把它们并联在一起 其电阻值为 A R 3B 3RC R 9D R 6 一个直流电动机所加电压为 U 电流为 I 线圈内阻为 R 当它工作时 下 述说法中错误的是 A 电动机的输出功率为 U2 R B 电动机的发热功率为 I2R C 电动机的输出功率为 IU I2R D 电动机的功率可写作 IU I2R U2 R 7 在用螺旋测微器测量金属导线的直径时 下述操作步骤中正确的是 A 旋动旋钮 K 使测微螺杆 P 与小砧 A 接近 再改旋微调旋钮 K 直至 PA 并 拢 观察可动刻度 H 的零点与固定刻度 G 的零点是否恰好重合 B 旋动旋钮 K 测微螺杆 P 旋出 把被测金属导线放入螺杆 P 和小砧 A 之间的 夹缝中 再使劲旋动旋钮 K 直到螺杆 P 和小砧 A 紧紧夹住导线为止 C 由固定刻度 G 上读出导线直径的整毫米数 再从可动刻度 H 上读出其小数 部分 读数时 尤其要注意 G 上半毫米刻度线是否已露出 再将两读数相加即得出 导线的直径数值 D 为了减小测量误差 应在导线的同一部位测量 3 次 求其平均值即得该导 线的直径 d 8 下面给出多种用伏安法测电池电动势和内电阻的数据处理方法 其中既减小 偶然误差 又直观 简便的方法是 A 测出两组 I U 的数据 代入方程组 E U1 I1r 和 E U2