2019-2020年高三物理第一輪復(fù)習(xí)13——恒定電流學(xué)案 新人教版.doc

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恒定電流 知識(shí)網(wǎng)絡(luò)： 單元切塊： 按照考綱的要求，本章內(nèi)容可以分成三部分，即：基本概念和定律；串并聯(lián)電路、電表的改裝；閉合電路歐姆定律。其中重點(diǎn)是對(duì)基本概念和定律的理解、熟練運(yùn)用歐姆定律和其他知識(shí)分析解決電路問題。難點(diǎn)是電路的分析和計(jì)算。 2019-2020年高三物理第一輪復(fù)習(xí)13——恒定電流學(xué)案 新人教版 教學(xué)目標(biāo)： 1．掌握電流、電阻、電功、電熱、電功率等基本概念； 2．掌握部分電路歐姆定律、電阻定律 3．知道電阻率與溫度的關(guān)系，了解半導(dǎo)體及其應(yīng)用，超導(dǎo)及其應(yīng)用 教學(xué)重點(diǎn)：部分電路歐姆定律、電阻定律 教學(xué)難點(diǎn)：部分電路歐姆定律、電阻定律的應(yīng)用 教學(xué)方法：講練結(jié)合，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 教學(xué)過程： 一、基本概念和定律 1.電流 電流的定義式：，適用于任何電荷的定向移動(dòng)形成的電流。 對(duì)于金屬導(dǎo)體有I=nqvS（n為單位體積內(nèi)的自由電子個(gè)數(shù)，S為導(dǎo)線的橫截面積，v為自由電子的定向移動(dòng)速率，約10 -5m/s，遠(yuǎn)小于電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率105m/s，更小于電場(chǎng)的傳播速率3108m/s），這個(gè)公式只適用于金屬導(dǎo)體，千萬不要到處套用。 注意：在電解液導(dǎo)電時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，在用公式I＝q／t計(jì)算電流強(qiáng)度時(shí)應(yīng)引起注意。 2.電阻定律 導(dǎo)體的電阻R跟它的長(zhǎng)度l成正比，跟它的橫截面積S成反比。 （1）ρ是反映材料導(dǎo)電性能的物理量，叫材料的電阻率（反映該材料的性質(zhì)，不是每根具體的導(dǎo)線的性質(zhì)）。單位是Ω?m。 （2）純金屬的電阻率小，合金的電阻率大。 ⑶材料的電阻率與溫度有關(guān)系： ①金屬的電阻率隨溫度的升高而增大（可以理解為溫度升高時(shí)金屬原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，對(duì)自由電子的定向移動(dòng)的阻礙增大。）鉑較明顯，可用于做溫度計(jì)；錳銅、鎳銅的電阻率幾乎不隨溫度而變，可用于做標(biāo)準(zhǔn)電阻。 ②半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而減?。梢岳斫鉃榘雽?dǎo)體靠自由電子和空穴導(dǎo)電，溫度升高時(shí)半導(dǎo)體中的自由電子和空穴的數(shù)量增大，導(dǎo)電能力提高）。 ③有些物質(zhì)當(dāng)溫度接近0 K時(shí)，電阻率突然減小到零——這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象。能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物體叫超導(dǎo)體。材料由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度叫超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度TC。我國(guó)科學(xué)家在1989年把TC提高到130K。現(xiàn)在科學(xué)家們正努力做到室溫超導(dǎo)。 注意：公式R＝是電阻的定義式，而R=ρ是電阻的決定式R與U成正比或R與I成反比的說法是錯(cuò)誤的，導(dǎo)體的電阻大小由長(zhǎng)度、截面積及材料決定，一旦導(dǎo)體給定，即使它兩端的電壓U＝0，它的電阻仍然照舊存在。 3.歐姆定律 I O U O I U 1 2 1 2 R1R2 （適用于金屬導(dǎo)體和電解液，不適用于氣體導(dǎo)電）。 電阻的伏安特性曲線：注意I-U曲線和U-I曲線的區(qū)別。還要注意：當(dāng)考慮到電阻率隨溫度的變化時(shí)，電阻的伏安特性曲線不再是過原點(diǎn)的直線。 【例1】 實(shí)驗(yàn)室用的小燈泡燈絲的I-U特性曲線可用以下哪個(gè)圖象來表示： A. B. C. D. I I I I o U o U o U o U 解：燈絲在通電后一定會(huì)發(fā)熱，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)才會(huì)發(fā)出可見光，這時(shí)溫度能達(dá)到很高，因此必須考慮到燈絲的電阻將隨溫度的變化而變化。隨著電壓的升高，電流增大，燈絲的電功率將會(huì)增大，溫度升高，電阻率也將隨之增大，電阻增大，。U越大I-U曲線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)于原點(diǎn)連線的斜率必然越小，選A。 【例2】下圖所列的4個(gè)圖象中，最能正確地表示家庭常用的白熾電燈在不同電壓下消耗的電功率P與電壓平方U 2之間的函數(shù)關(guān)系的是以下哪個(gè)圖象 P U2 o P U2 o P U2 o P U2 o A. B. C. D. 解：此圖象描述P隨U 2變化的規(guī)律，由功率表達(dá)式知：，U越大，電阻越大，圖象上對(duì)應(yīng)點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率越小。選C。 4.電功和電熱 電功就是電場(chǎng)力做的功，因此是W=UIt；由焦耳定律，電熱Q=I2Rt。其微觀解釋是：電流通過金屬導(dǎo)體時(shí)，自由電子在加速運(yùn)動(dòng)過程中頻繁與正離子相碰，使離子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，而電子速率減小，可以認(rèn)為自由電子只以某一速率定向移動(dòng)，電能沒有轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能，只轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 （1）對(duì)純電阻而言，電功等于電熱：W=Q=UIt=I 2R t= （2）對(duì)非純電阻電路（如電動(dòng)機(jī)和電解槽），由于電能除了轉(zhuǎn)化為電熱以外還同時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能等其它能，所以電功必然大于電熱：W>Q，這時(shí)電功只能用W=UIt計(jì)算，電熱只能用Q=I 2Rt計(jì)算，兩式不能通用。 為了更清楚地看出各概念之間區(qū)別與聯(lián)系，列表如下： 注意：1、電功和電熱的區(qū)別： （1）純電阻用電器：電流通過用電器以發(fā)熱為目的，例如電爐、電熨斗、電飯鍋、電烙鐵、 白熾燈泡等。 （2）非純電阻用電器：電流通過用電器是以轉(zhuǎn)化為熱能以外的形式的能為目的，發(fā)熱不是目的，而是不可避免的熱能損失，例如電動(dòng)機(jī)、電解槽、給蓄電池充電、日光燈等。 在純電阻電路中，電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，電功等于電熱，即W=UIt=I2Rt=t是通用的，沒有區(qū)別，同理P=UI=I2R=也無區(qū)別，在非純電阻電路中，電路消耗的電能，即W=UIt分為兩部分，一大部分轉(zhuǎn)化為其它形式的能；另一小部分不可避免地轉(zhuǎn)化為電熱Q=I2Rt，這里W=UIt不再等于Q=I2Rt，應(yīng)該是W=E其它+Q，電 功就只能用W=UIt計(jì)算，電熱就只能用Q=I2Rt計(jì)算。 2、關(guān)于用電器的額定值問題 額定電壓是指用電器在正常工作的條件下應(yīng)加的電壓，在這個(gè)條件下它消耗的功率就是額定功率，流經(jīng)它的電流就是它的額定電流。 如果用電器在實(shí)際使用時(shí)，加在其上的實(shí)際電壓不等于額定電壓，它消耗的功率也不再是額定功率，在這種情況下，一般可以認(rèn)為用電器的電阻與額定狀態(tài)下的值是相同的，并據(jù)此來進(jìn)行計(jì)算。 【例3】 某一電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電壓U1=10V時(shí)帶不動(dòng)負(fù)載，因此不轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電流為I1=2A。當(dāng)電壓為U2=36V時(shí)能帶動(dòng)負(fù)載正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)電流為I2=1A。求這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多大？ 解：電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)可視為為純電阻，由歐姆定律得，，這個(gè)電阻可認(rèn)為是不變的。電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸入的電功率為P電=U2I2=36W，內(nèi)部消耗的熱功率P熱==5W，所以機(jī)械功率P=31W 由這道例題可知：電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)電流較大，容易被燒壞；正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電流反而較小。 【例4】某一直流電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置，如圖所示，重物的質(zhì)量m=50kg，電源提供給電動(dòng)機(jī)的電壓為U=110V，不計(jì)各種摩擦，當(dāng)電動(dòng)機(jī)以v=0.9m/s的恒定速率向上提升重物時(shí)，電路中的電流強(qiáng)度I=5.0A，求電動(dòng)機(jī)的線圈電阻大?。ㄈ=10m/s2）. 解析：電動(dòng)機(jī)的輸入功率P＝UI，電動(dòng)機(jī)的輸出功率P1=mgv，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率P2=I2r 而P2=P - P1，即I2r= UI－mgv 代入數(shù)據(jù)解得電動(dòng)機(jī)的線圈電阻大小為r=4Ω 【例5】 來自質(zhì)子源的質(zhì)子（初速度為零），經(jīng)一加速電壓為800kV的直線加速器加速，形成電流強(qiáng)度為1mA的細(xì)柱形質(zhì)子流。已知質(zhì)子電荷e=1.6010-19C。這束質(zhì)子流每秒打到靶上的質(zhì)子數(shù)為_________。假定分布在質(zhì)子源到靶之間的加速電場(chǎng)是均勻的，在質(zhì)子束中與質(zhì)子源相距L和4L的兩處，各取一段極短的相等長(zhǎng)度的質(zhì)子流，其中的質(zhì)子數(shù)分別為n1和n2，則n1∶n2=_______。 L 4L 質(zhì)子源 v1 v2 解：按定義， 由于各處電流相同，設(shè)這段長(zhǎng)度為l，其中的質(zhì)子數(shù)為n個(gè)， 則由。而 二、針對(duì)練習(xí) 1.關(guān)于電阻率，下列說法中不正確的是 A.電阻率是表征材料導(dǎo)電性能好壞的物理量，電阻率越大，其導(dǎo)電性能越好 B.各種材料的電阻率都與溫度有關(guān)，金屬的電阻率隨溫度升高而增大 C.所謂超導(dǎo)體，當(dāng)其溫度降低到接近絕對(duì)零度的某個(gè)臨界溫度時(shí)，它的電阻率突然變?yōu)榱? D.某些合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響，通常都用它們制作標(biāo)準(zhǔn)電阻 2.如圖所示，厚薄均勻的矩形金屬薄片邊長(zhǎng)ab=10 cm，bc=5 cm，當(dāng)將A與B接入電壓為U的電路中時(shí)，電流強(qiáng)度為1 A，若將C與D接入電壓為U的電路中，則電流為 A.4 A B.2 A C.A D.A 3.如圖所示，兩段材料相同、長(zhǎng)度相等、但橫截面積不等的導(dǎo)體接在電路中，總電壓為U，則 ①通過兩段導(dǎo)體的電流相等 ②兩段導(dǎo)體內(nèi)的自由電子定向移動(dòng)的平均速率不同 ③細(xì)導(dǎo)體兩端的電壓U1大于粗導(dǎo)體兩端的電壓U2 ④細(xì)導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于粗導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度 A.① B.①② C.①②③ D.①②③④ 4.如圖1—28—3所示，a、b、c、d是滑動(dòng)變阻器的4個(gè)接線柱，現(xiàn)把此變阻器串聯(lián)接入電路中并要求滑片P向接線柱c移動(dòng)時(shí)，電路中的電流減小，則接入電路的接線柱可能是 A.a和b B.a和c C.b和c D.b和d 5.一個(gè)標(biāo)有“220 V、60W”的白熾燈泡，加上的電壓U由零逐漸增大到220 V，在此過程中，電壓（U）和電流（I）的關(guān)系可用圖象表示，題中給出的四個(gè)圖線中，肯定不符合實(shí)際的是 6.一根粗細(xì)均勻的導(dǎo)線，兩端加上電壓U時(shí)，通過導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度為I，導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的平均速度為v，若導(dǎo)線均勻拉長(zhǎng)，使其半徑變?yōu)樵瓉淼?，再給它兩端加上電壓U，則 A.通過導(dǎo)線的電流為 B.通過導(dǎo)線的電流為 C.自由電子定向移動(dòng)的平均速率為 D.自由電子定向移動(dòng)的平均速率為 7.如圖所示，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑鍵從最左端向右滑過2R/3時(shí)，電壓表的讀數(shù)由U0增大到2U0，若電源內(nèi)阻不計(jì)，則下列說法中正確的是 A.通過變阻器R的電流增大為原來的2倍 B.變阻器兩端的電壓減小為原來的倍 C.若R的阻值減小到零，則電壓表的示數(shù)為4U0 D.以上說法都正確 8.家用電熱滅蚊器電熱部分的主要器件是PCT元件，PCT元件是由鈦酸鋇等導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率ρ與溫度t的關(guān)系如圖所示.由于這種特性，PCT元件具有發(fā)熱、控溫雙重功能.對(duì)此，以下判斷中正確的是 A.通電后，其電功率先增大后減小 B.通電后，其電功率先減小后增大 C.當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1或t2不變 D.當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1至t2間的某一值不變 9.在電解槽中，1 min內(nèi)通過橫截面的一價(jià)正離子和一價(jià)負(fù)離子的個(gè)數(shù)分別為1.1251021和7.51020，則通過電解槽的電流為_______. 10.若加在導(dǎo)體兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼臅r(shí)，導(dǎo)體中的電流減小0.2 A，如果所加電壓變?yōu)樵瓉淼?倍，則導(dǎo)體中的電流將變?yōu)開______. 11.如圖所示，電源可提供U=6 V的恒定電壓，R0為定值電阻，某同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)誤將一電流表（內(nèi)阻忽略）并聯(lián)于Rx兩端，其示數(shù)為2 A，當(dāng)將電流表?yè)Q成電壓表（內(nèi)阻無限大）后，示數(shù)為3 V，則Rx的阻值為_______Ω. 12.將阻值為16 Ω的均勻電阻絲變成一閉合圓環(huán)，在圓環(huán)上取Q為固定點(diǎn)，P為滑鍵，構(gòu)成一圓形滑動(dòng)變阻器，如圖1—28—8所示，要使Q、P間的電阻先后為4 Ω和3 Ω，則對(duì)應(yīng)的θ角應(yīng)分別是_______和_______. 13.甲、乙兩地相距6 km，兩地間架設(shè)兩條電阻都是6 Ω的導(dǎo)線.當(dāng)兩條導(dǎo)線在甲、乙兩地間的某處發(fā)生短路時(shí)，接在甲地的電壓表，如圖所示，讀數(shù)為6 V，電流表的讀數(shù)為1.2 A，則發(fā)生短路處距甲地多遠(yuǎn)？ 14.某用電器離電源L m，線路上電流為I A，若要求線路上電壓不超過U V，輸電線電阻率為ρΩm，則該輸電線的橫截面積需滿足什么條件? 15.如圖所示是一種懸球式加速度儀.它可以用來測(cè)定沿水平軌道做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的列車的加速度.m是一個(gè)金屬球，它系在細(xì)金屬絲的下端，金屬絲的上端懸掛在O點(diǎn)，AB是一根長(zhǎng)為l的電阻絲，其阻值為R.金屬絲與電阻絲接觸良好，摩擦不計(jì).電阻絲的中點(diǎn)C焊接一根導(dǎo)線.從O點(diǎn)也引出一根導(dǎo)線，兩線之間接入一個(gè)電壓表 （金屬絲和導(dǎo)線電阻不計(jì)）.圖中虛線OC與AB相垂直，且OC=h，電阻絲AB接在電壓恒為U的直流穩(wěn)壓電源上.整個(gè)裝置固定在列車中使AB沿著車前進(jìn)的方向.列車靜止時(shí)金屬絲呈豎直狀態(tài).當(dāng)列車加速或減速前進(jìn)時(shí)，金屬線將偏離豎直方向θ，從電壓表的讀數(shù)變化可以測(cè)出加速度的大小. （1）當(dāng)列車向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，試寫出加速度a與θ角的關(guān)系及加速度a與電壓表讀數(shù)U′的對(duì)應(yīng)關(guān)系. （2）這個(gè)裝置能測(cè)得的最大加速度是多少? 參考答案 1.A 2.A 3.D 利用I=neSv及R=ρ進(jìn)行分析. 4.CD 5.ACD 6.BC 7.ABCD 實(shí)際中的電壓表接在電路中可以看成一個(gè)電阻，其表的示數(shù)則為這個(gè)電阻兩端的電壓，結(jié)合電源兩端電壓不變進(jìn)行分析. 8.AD 由圖知，常溫下其電阻較小，通入電流后，隨著溫度升高，其電阻率先變小，然后迅速增大，其功率先變大后變小，當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與放出的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1~t2之間的某一值不變，如果溫度再升高，電阻率變大，導(dǎo)致電流變小，那么溫度隨之會(huì)降低；如果溫度降低，電阻率變小，導(dǎo)致電流變大，溫度又會(huì)升上去. 9.5 A 10.1.2 A 11.3 12.π;或π.圓形滑動(dòng)變阻器Q、P之間的電阻為兩段圓弧的電阻R1、R2并聯(lián)所得的總電阻，找出總電阻與θ關(guān)系即可求解. 13.2.5 km 14.S≥ 15.（1）小球受力如圖所示，由牛頓定律得：a===gtanθ.設(shè)細(xì)金屬絲與豎直方向夾角為θ時(shí)，其與電阻絲交點(diǎn)為D，CD間的電壓為U′，則，故得a=gtanθ=g.（2）因CD間的電壓最大值為U/2，即Umax′=U/2，所以amax=g. 教學(xué)后記 內(nèi)容簡(jiǎn)單學(xué)生上課反應(yīng)好，基本概念公式能靈活運(yùn)用，高考對(duì)這部分要求也不高，因此，對(duì)學(xué)生來說這部分掌握很好。 串并聯(lián)電路 電表的改裝 教學(xué)目標(biāo)： 1．熟練掌握串并聯(lián)電路的特點(diǎn)，能夠化簡(jiǎn)電路 2．掌握含容電路的分析與計(jì)算 3．掌握電流表、電壓表的改裝原理，掌握伏安法測(cè)電阻的兩種解法，并能夠分析測(cè)量誤差 4．掌握滑動(dòng)變阻器的兩種用法 教學(xué)重點(diǎn)：串并聯(lián)電路的特點(diǎn) 教學(xué)難點(diǎn)：滑動(dòng)變阻器的兩種用法的選擇、伏安法測(cè)電阻內(nèi)外接法的選擇 教學(xué)方法：講練結(jié)合，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 教學(xué)過程： 一、串并聯(lián)與混聯(lián)電路 1.應(yīng)用歐姆定律須注意對(duì)應(yīng)性。 選定研究對(duì)象電阻R后，I必須是通過這只電阻R的電流，U必須是這只電阻R兩端的電壓。該公式只能直接用于純電阻電路，不能直接用于含有電動(dòng)機(jī)、電解槽等用電器的電路。 2.公式選取的靈活性。 （1）計(jì)算電流，除了用外，還經(jīng)常用并聯(lián)電路總電流和分電流的關(guān)系：I=I1+I2 （2）計(jì)算電壓，除了用U=IR外，還經(jīng)常用串聯(lián)電路總電壓和分電壓的關(guān)系：U=U1+U2 （3）計(jì)算電功率，無論串聯(lián)、并聯(lián)還是混聯(lián)，總功率都等于各電阻功率之和：P=P1+P2 對(duì)純電阻，電功率的計(jì)算有多種方法：P=UI=I 2R= R1 R2 R3 以上公式I=I1+I2、U=U1+U2和P=P1+P2既可用于純電阻電路，也可用于非純電阻電路。既可以用于恒定電流，也可以用于交變電流。 【例1】 已知如圖，R1=6Ω，R2=3Ω，R3=4Ω，則接入電路后這三只電阻的實(shí)際功率之比為_________。 解：本題解法很多，注意靈活、巧妙。經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)三只電阻的電流關(guān)系最簡(jiǎn)單：電流之比是I1∶I2∶I3=1∶2∶3；還可以發(fā)現(xiàn)左面兩只電阻并聯(lián)后總阻值為2Ω，因此電壓之比是U1∶U2∶U3=1∶1∶2；在此基礎(chǔ)上利用P=UI，得P1∶P2∶P3=1∶2∶6 【例2】 已知如圖，兩只燈泡L1、L2分別標(biāo)有“110V，60W”和“110V，100W”，另外有一只滑動(dòng)變阻器R，將它們連接后接入220V的電路中，要求兩燈泡都正常發(fā)光，并使整個(gè)電路消耗的總功率最小，應(yīng)使用下面哪個(gè)電路？ L1 L2 L1 L2 L1 L2 L1 R R R L2 R A. B. C. D. 解：A、C兩圖中燈泡不能正常發(fā)光。B、D中兩燈泡都能正常發(fā)光，它們的特點(diǎn)是左右兩部分的電流、電壓都相同，因此消耗的電功率一定相等?？梢灾苯涌闯觯築圖總功率為200W，D圖總功率為320W，所以選B。 【例3】 實(shí)驗(yàn)表明，通過某種金屬氧化物制成的均勻棒中的電流I跟電壓U之間遵循I =kU 3的規(guī)律，其中U表示棒兩端的電勢(shì)差，k=0.02A/V3?，F(xiàn)將該棒與一個(gè)可變電阻器R串聯(lián)在一起后，接在一個(gè)內(nèi)阻可以忽略不計(jì)，電動(dòng)勢(shì)為6.0V的電源上。求：（1）當(dāng)串聯(lián)的可變電阻器阻值R多大時(shí)，電路中的電流為0.16A？（2）當(dāng)串聯(lián)的可變電阻器阻值R多大時(shí)，棒上消耗的電功率是電阻R上消耗電功率的1/5？ 6V U1 U2 解：畫出示意圖如右。 （1）由I =kU 3和I=0.16A，可求得棒兩端電壓為2V，因此變阻器兩端電壓為4V，由歐姆定律得阻值為25Ω。 （2）由于棒和變阻器是串聯(lián)關(guān)系，電流相等，電壓跟功率成正比，棒兩端電壓為1V，由I =kU3得電流為0.02A，變阻器兩端電壓為5V，因此電阻為250Ω。 r R a b S Rx U o r E ① ② ④ ③ 【例4】 左圖為分壓器接法電路圖，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)，變阻器總電阻為r。閉合電鍵S后，負(fù)載電阻R兩端的電壓U隨變阻器本身a、b兩點(diǎn)間的阻值Rx變化的圖線應(yīng)最接近于右圖中的哪條實(shí)線 A.① B.② C.③ D.④ 解：當(dāng)Rx增大時(shí)，左半部分總電阻增大，右半部分電阻減小，所以R兩端的電壓U應(yīng)增大，排除④；如果沒有并聯(lián)R，電壓均勻增大，圖線將是②；實(shí)際上并聯(lián)了R，對(duì)應(yīng)于同一個(gè)Rx值，左半部分分得的電壓將比原來小了，所以③正確，選C。 3.對(duì)復(fù)雜電路分析，一般情況下用等勢(shì)點(diǎn)法比較方便簡(jiǎn)潔。 （1）凡用導(dǎo)線直接連接的各點(diǎn)的電勢(shì)必相等（包括用不計(jì)電阻的電流表連接的點(diǎn)）。 （2）在外電路，沿著電流方向電勢(shì)降低。 （3）凡接在同樣兩個(gè)等勢(shì)點(diǎn)上的電器為并聯(lián)關(guān)系。 （4）不加聲明的情況下，不考慮電表對(duì)電路的影響。 4.電路中有關(guān)電容器的計(jì)算。 （1）電容器跟與它并聯(lián)的用電器的電壓相等。 （2）在計(jì)算出電容器的帶電量后，必須同時(shí)判定兩板的極性，并標(biāo)在圖上。 （3）在充放電時(shí)，電容器兩根引線上的電流方向總是相同的，所以要根據(jù)正極板電荷變化情況來判斷電流方向。 R1 R3 R2 E C A B B C C C （4）如果變化前后極板帶電的電性相同，那么通過每根引線的電荷量等于始末狀態(tài)電容器電荷量的差；如果變化前后極板帶電的電性改變，那么通過每根引線的電荷量等于始末狀態(tài)電容器電荷量之和。 【例5】 已知如圖，電源內(nèi)阻不計(jì)。為使電容器的帶電量增大，可采取以下那些方法： A.增大R1 B.增大R2 C.增大R3 D.減小R1 C A U B R1 R2 R3 R4 + － P 解：由于穩(wěn)定后電容器相當(dāng)于斷路，因此R3上無電流，電容器相當(dāng)于和R2并聯(lián)。只有增大R2或減小R1才能增大電容器C兩端的電壓，從而增大其帶電量。改變R3不能改變電容器的帶電量。因此選BD。 【例6】已知如圖，R1=30Ω，R2=15Ω，R3=20Ω，AB間電壓U=6V，A端為正C=2μF，為使電容器帶電量達(dá)到Q =210- 6C，應(yīng)將R4的阻值調(diào)節(jié)到多大？ 解：由于R1 和R2串聯(lián)分壓，可知R1兩端電壓一定為4V，由電容器的電容知：為使C的帶電量為210-6C，其兩端電壓必須為1V，所以R3的電壓可以為3V或5V。因此R4應(yīng)調(diào)節(jié)到20Ω或4Ω。兩次電容器上極板分別帶負(fù)電和正電。 還可以得出：當(dāng)R4由20Ω逐漸減小的到4Ω的全過程中，通過圖中P點(diǎn)的電荷量應(yīng)該是410-6C，電流方向?yàn)橄蛳隆? 【例7】如圖所示的電路中，4個(gè)電阻的阻值均為R，E為直流電源，其內(nèi)阻可以不計(jì)，沒有標(biāo)明哪一極是正極.平行板電容器兩極板間的距離為d.在平行極板電容器的兩個(gè)平行極板之間有一個(gè)質(zhì)量為m，電量為q的帶電小球.當(dāng)電鍵K閉合時(shí)，帶電小球靜止在兩極板間的中點(diǎn)O上.現(xiàn)把電鍵打開，帶電小球便往平行極板電容器的某個(gè)極板運(yùn)動(dòng)，并與此極板碰撞，設(shè)在碰撞時(shí)沒有機(jī)械能損失，但帶電小球的電量發(fā)生變化.碰后小球帶有與該極板相同性質(zhì)的電荷，而且所帶的電量恰好剛能使它運(yùn)動(dòng)到平行極板電容器的另一極板.求小球與電容器某個(gè)極板碰撞后所帶的電荷. 解：由電路圖可以看出，因R4支路上無電流，電容器兩極板間電壓，無論K是否閉合始終等于電阻R3上的電壓U3，當(dāng)K閉合時(shí)，設(shè)此兩極板間電壓為U，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，由分壓關(guān)系可得U＝U3＝E ① 小球處于靜止，由平衡條件得＝mg ② 當(dāng)K斷開，由R1和R3串聯(lián)可得電容兩極板間電壓U′為 U′＝ ③ 由①③得U′＝U ④ U′＜U表明K斷開后小球?qū)⑾蛳聵O板運(yùn)動(dòng)，重力對(duì)小球做正功，電場(chǎng)力對(duì)小球做負(fù)功，表明小球所帶電荷與下極板的極性相同，由功能關(guān)系 mg－qmv2－0 ⑤ 因小球與下極板碰撞時(shí)無機(jī)械能損失，設(shè)小球碰后電量變?yōu)閝′，由功能關(guān)系得 q′U′－mgd=0－mv2 ⑥ 聯(lián)立上述各式解得 q′＝q 即小球與下極板碰后電荷符號(hào)未變，電量變?yōu)樵瓉淼? 【例8】如圖所示，電容器C1＝6μF，C2＝3μF，電阻R1＝6Ω，R2＝3Ω，當(dāng)電鍵K斷開時(shí)，A、B兩點(diǎn)間的電壓UAB＝？當(dāng)K閉合時(shí)，電容器C1的電量改變了多少（設(shè)電壓U＝18 V）? 解：在電路中電容C1、C2的作用是斷路，當(dāng)電鍵K斷開時(shí)，電路中無電流，B、C等電勢(shì)，A、D等電勢(shì)，因此UAB＝UDB＝18 V，UAB＝UAC＝UDB＝18 V，K斷開時(shí)，電容器C1帶電量為 Q1＝C1UAC＝C1UDC＝610－618 C＝1.0810－4　C. 當(dāng)K閉合時(shí)，電路R1、R2導(dǎo)通，電容器C1兩端的電壓即電阻R1兩端的電壓，由串聯(lián)的電壓分配關(guān)系得： UAC＝＝12 V 此時(shí)電容器C1帶電量為：Q1′＝C1UAC＝7.210－5 C 電容器C1帶電量的變化量為：ΔQ＝Q1－Q1′＝3.610－5 C 所以C1帶電量減少了3.610－5 二、電表的改裝 1、電壓表和電流表 （1）電流表原理和主要參數(shù) 電流表G是根據(jù)通電線圈在磁場(chǎng)中受磁力矩作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理制成的，且指什偏角θ與電流強(qiáng)度I成正比，即θ＝kI，故表的刻度是均勻的。電流表的主要參數(shù)有，表頭內(nèi)阻Rg：即電流表線圈的電阻；滿偏電流Ig：即電流表允許通過的最大電流值，此時(shí)指針達(dá)到滿偏；滿偏電壓U：即指針滿偏時(shí)，加在表頭兩端的電壓，故Ug＝IgRg （2）電流表改裝成電壓表 方法：串聯(lián)一個(gè)分壓電阻R，如圖所示，若量程擴(kuò)大n倍，即n＝，則根據(jù)分壓原理，需串聯(lián)的電阻值，故量程擴(kuò)大的倍數(shù)越高，串聯(lián)的電阻值越大。 （3）電流表改裝成電流表 方法：并聯(lián)一個(gè)分流電阻R，如圖所示，若量程擴(kuò)大n倍，即n＝，則根據(jù)并聯(lián)電路的分流原理，需要并聯(lián)的電阻值，故量程擴(kuò)大的倍數(shù)越高，并聯(lián)的電阻值越小。 需要說明的是，改裝后的電壓表或電流表，雖然量程擴(kuò)大了，但通過電流表的最大電流或加在電流表兩端的最大電壓仍為電流表的滿偏電流Ig和滿偏電壓Ug，只是由于串聯(lián)電路的分壓及并聯(lián)電路的分流使表的量程擴(kuò)大了。 【例9】如圖所示，四個(gè)相同的電流表分別改裝成兩個(gè)安培表和兩個(gè)伏特表。安培表A1的量程大于A2的量程，伏特表V1的量程大于V2的量程，把它們按圖接入電路，則 安培表A1的讀數(shù) 安培表A2的讀數(shù)； 安培表A1的偏轉(zhuǎn)角 安培表A2的偏轉(zhuǎn)角； 伏特表V1的讀數(shù) 伏特表V2的讀數(shù)； 伏特表V1的偏轉(zhuǎn)角 伏特表V2的偏轉(zhuǎn)角； （填“大于”，“小于”或“等于”） 解：大于 等于 大于 等于 三、電阻的測(cè)量 電阻的測(cè)量有多種方法，主要有伏安法、歐姆表法，除此以外，還有半偏法測(cè)電阻、電橋法測(cè)電阻、等效法測(cè)電阻等等. 下面主要介紹伏安法測(cè)電阻的電路選擇 1．伏安法測(cè)電阻的兩種電路形式（如圖所示） 2．實(shí)驗(yàn)電路（電流表內(nèi)外接法）的選擇 測(cè)量未知電阻的原理是R＝，由于測(cè)量所需的電表實(shí)際上是非理想的，所以在測(cè)量未知電阻兩端電壓U和通過的電流I時(shí)，必然存在誤差，即系統(tǒng)誤差，要在實(shí)際測(cè)量中有效地減少這種由于電表測(cè)量所引起的系統(tǒng)誤差，必須依照以下原則：（1）若＞，一般選電流表的內(nèi)接法。如圖（a）所示。由于該電路中，電壓表的讀數(shù)U表示被測(cè)電阻Rx與電流表A串聯(lián)后的總電壓，電流表的讀數(shù)I表示通過本身和Rx的電流，所以使用該電路所測(cè)電阻R測(cè)＝＝Rx＋RA，比真實(shí)值Rx大了RA，相對(duì)誤差a＝（2）若＜，一般選電流表外接法。如圖（b）所示。由于該電路中電壓表的讀數(shù)U表示Rx兩端電壓，電流表的讀數(shù)I表示通過Rｘ與RV并聯(lián)電路的總電流，所以使用該電流所測(cè)電阻 R測(cè)＝也比真實(shí)值Rx略小些，相對(duì)誤差a＝. 【例10】某電流表的內(nèi)阻在0.1Ω～0.2Ω之間，現(xiàn)要測(cè)量其內(nèi)阻，可選用的器材如下： A．待測(cè)電流表A1（量程0.6A）； B．電壓表V1（量程3V，內(nèi)阻約2kΩ） C．電壓表V2（量程15V，內(nèi)阻約10kΩ）； D．滑動(dòng)變阻器R1（最大電阻10Ω） E．定值電阻R2（阻值5Ω） F．電源E（電動(dòng)勢(shì)4V） G．電鍵S及導(dǎo)線若干 （1）電壓表應(yīng)選用_____________； （2）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖； （3）如測(cè)得電壓表的讀數(shù)為V，電流表的讀數(shù)為I，則電流表A1內(nèi)阻的表達(dá)式為：RA = ______________。 解：本題利用電壓表指電壓，電流表指電流的功能，根據(jù)歐姆定律R=計(jì)算電流表的內(nèi)阻。由于電源電動(dòng)勢(shì)為4V， 在量程為15V的電壓表中有的刻度沒有利用，測(cè)量誤差較大，因而不能選；量程為3V的電壓表其量程雖然小于電源電動(dòng)勢(shì)，但可在電路中接入滑動(dòng)變阻器進(jìn)行保護(hù)，故選用電壓表V1。由于電流表的內(nèi)阻在0.1Ω～0.2Ω之間，量程為0.6A ，電流表上允許通過的最大電壓為0.12V，因而伏特表不能并聯(lián)在電流表的兩端，必須將一個(gè)阻值為5Ω的定值電阻R2與電流表串聯(lián)再接到伏特表上，才滿足要求?；瑒?dòng)變阻器在本實(shí)驗(yàn)中分壓與限流的連接方式均符合要求，但考慮限流的連接方式節(jié)能些，因而滑動(dòng)變阻器采用限流的連接方式 。故本題電壓表選用V1；設(shè)計(jì)電路圖如圖1所示；電流表A1內(nèi)阻的表達(dá)式為： RA =-R2。 四、滑動(dòng)變阻器的使用 1、滑動(dòng)變阻器的限流接法與分壓接法的特點(diǎn) 如圖所示的兩種電路中，滑動(dòng)變阻器（最大阻值為R0）對(duì)負(fù)載RL的電壓、電流強(qiáng)度都起控制調(diào)節(jié)作用，通常把圖（a）電路稱為限流接法，圖（b）電路稱為分壓接法. 負(fù)載RL上電壓調(diào)節(jié)范圍（忽略電源內(nèi)阻） 負(fù)載RL上電流調(diào)節(jié)范圍（忽略電源內(nèi)阻） 相同條件下電路消耗的總功率 限流接法 E≤UL≤E ≤IL≤ EIL 分壓接法 0≤UL≤E 0≤IL≤ E（IL+Iap） 比較 分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大 分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大 限流電路能耗較小 其中，在限流電路中，通RL的電流IL=，當(dāng)R0＞RL時(shí)IL主要取決于R0的變化，當(dāng)R0＜RL時(shí)，IL主要取決于RL，特別是當(dāng)R0<>R0＞Rap，所以RL與Rap的并聯(lián)值R并≈Rap，而整個(gè)電路的總阻約為R0，那么RL兩端電壓UL=IR并=Rap，顯然UL∝Rap，且Rap越小，這種線性關(guān)系越好，電表的變化越平穩(wěn)均勻，越便于觀察和操作. ③若采用限流接法，電路中實(shí)際電壓（或電流）的最小值仍超過RL的額定值時(shí)，只能采用分壓接法. （2）下列情況可選用限流式接法 ①測(cè)量時(shí)電路電流或電壓沒有要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只是小范圍內(nèi)測(cè)量，且RL與R0接近或RL略小于R0，采用限流式接法. ②電源的放電電流或滑動(dòng)變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求時(shí)，采用限流式接法. ③沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者均可采用時(shí)，可考慮安裝簡(jiǎn)便和節(jié)能因素采用限流式接法. 【例11】用伏安法測(cè)量某一電阻Rx阻值，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材如下：待測(cè)電阻Rx（阻值約5 Ω，額定功率為1 W）；電流表A1（量程0~0.6 A，內(nèi)阻0.2 Ω）；電流表A2（量程0~3 A，內(nèi)阻0.05 Ω）；電壓表V1（量程0~3 V，內(nèi)阻3 kΩ）；電壓表V2（量程0~15 V，內(nèi)阻15 kΩ）；滑動(dòng)變阻器R0（0~50 Ω），蓄電池（電動(dòng)勢(shì)為6 V）、開關(guān)、導(dǎo)線. 為了較準(zhǔn)確測(cè)量Rx阻值，電壓表、電流表應(yīng)選________，并畫出實(shí)驗(yàn)電路圖. 錯(cuò)解分析：沒能據(jù)安全性、準(zhǔn)確性原則選擇A1和V1，忽視了節(jié)能、方便的原則，采用了變阻器的分壓接法. 解題方法與技巧：由待測(cè)電阻Rx額定功率和阻值的大約值，可以計(jì)算待測(cè)電阻Rx的額定電壓、額定電流的值約為 U=≈2.2 V，I==0.45 A. 則電流表應(yīng)選A1，電壓表應(yīng)選V1. 又因=24.5 Ω＞Rx，則電流表必須外接. 因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器的全阻值大于被測(cè)電阻Rx，故首先考慮滑動(dòng)變阻器的限流接法，若用限流接法，則被測(cè)電阻Rx上的最小電流為Imin==0.11 A＜I額，故可用限流電路.電路如圖所示. 五、實(shí)物連線 注意： A．滑動(dòng)變阻器的連接， B．電表的極性，忌正負(fù)極接反 C．雙量程電表應(yīng)注意量程的選擇， D．導(dǎo)線連接美觀，清晰，盡量避免一開始就用鋼筆、圓珠筆直接作答 【例12】下圖為用伏安法測(cè)量一個(gè)定值電阻阻值的實(shí)驗(yàn)所需的器材實(shí)物圖，器材規(guī)格如下： （1）待測(cè)電阻Rx（約100歐）； （2）直流毫安表（量程0～10毫安，內(nèi)阻50歐）； （3）直流電壓表（量程0～3伏，內(nèi)阻5千歐）； （4）直流電源（輸出電壓4伏，內(nèi)阻可不計(jì)）； （5）滑動(dòng)變阻器（阻值范圍0～15歐，允許最大電流1安）； （6）電健一個(gè)，導(dǎo)線若干條. 根據(jù)器材的規(guī)格和實(shí)驗(yàn)要求，在本題的實(shí)物圖上連線?！? 六、針對(duì)訓(xùn)練 R1 R2 R3 a b c 1．在如圖所示的電路中，R1=R2=R3，在a、c間和b、c間均接有用電器，且用電器均正常工作，設(shè)R1、R2、R3上消耗的功率分別為P1、P2、P3，則（ ） A．P1＞P2＞P3 B．P1＞P3＞P2 C．P1＞P2=P3 D．因用電器的阻值未知，無法比較三個(gè)功率的大小 2、如圖所示的電路中，L1、L2為“220V、100W”燈泡，L3、L4為“220V，40W”燈泡，現(xiàn)將兩端接入電路，其實(shí)際功率的大小順序是（ ） A．P4＞P1＞P3＞P2 B．P4＞P1＞P2＞P3 C．P1＞P4＞P2＞P3 D．P1＞P4＞P3＞P2 3、如圖所示，把兩相同的電燈分別拉成甲、乙兩種電路，甲電路所加的電壓為8V，乙電路所加的電壓為14V。調(diào)節(jié)變阻器R1和R2使兩燈都正常發(fā)光，此時(shí)變阻器消耗的電功率分別為P甲和P乙，下列關(guān)系中正確的是（ ） A．P甲 ＞ P乙 B．P甲 ＜P乙 C．P甲 = P乙 D．無法確定 4、兩根由同種材料制成的均勻電阻絲A、B串聯(lián)在電路中，A的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，直徑為d； B的長(zhǎng)度為2L，直徑為2d，那么通電后在相同的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為 （ ） A．QA：QB=1：2 B．QA：QB=2：1 C．QA：QB=1：1 D．QA：QB=4：1 5、如圖所示，D為一插頭，可接入電壓恒定的照明電路中，a、b、c為三只相同且功率較大的電爐，a靠近電源，b、c離電源較遠(yuǎn)，而離用戶電燈L很近，輸電線有電阻。關(guān)于電爐接入電路后對(duì)電燈的影響，下列說法中正確的是 （ ） A．使用電爐a時(shí)對(duì)電燈的影響最大 B．使用電爐b時(shí)對(duì)電燈的影響比使用電爐a時(shí)大 C．使用電爐c時(shí)對(duì)電燈幾乎沒有影響 D．使用電爐b或c時(shí)對(duì)電燈影響幾乎一樣 6、一盞電燈直接接在恒定的電源上，其功率為100W，若將這盞燈先接上一段很長(zhǎng)的導(dǎo)線后，再接在同一電源上，在導(dǎo)線上損失的電功率是9W，那么此時(shí)電燈實(shí)際消耗的電功率（ ） A．等于91W B．小于91W C．大于91W D．條件不足，無法確定 7、把兩個(gè)標(biāo)有“6V、3W”和“6V、4W”的小燈泡串聯(lián)，則串聯(lián)電路允許達(dá)到的最大功率是 W；把這兩個(gè)小燈泡并聯(lián)，則并聯(lián)電路允許達(dá)到的最大功率是 W。 8、如圖所示的電路中，R1=10Ω，R2=4Ω，R3=6Ω，R4=3Ω，U=2.4V。在ab間接一只理想電壓表，它的讀數(shù)是 ；如在ab間接一只理想電流表，它的讀數(shù)是 。 9、一靈敏電流計(jì)，允許通過的最大電流（滿刻度電流）為Ig=50μA，表頭電阻Rg=1kΩ，若改裝成量程為Im=1mA的電流表，應(yīng)并聯(lián)的電阻阻值為 Ω。若將改裝后的電流表再改裝成量程為Um=10V的電壓表，應(yīng)再串聯(lián)一個(gè)阻值為 Ω的電阻。 10. 如圖所示的（甲）、（乙）中的小燈泡都相同，（甲）圖中電壓恒定為6 V，（乙）圖中電壓恒定為12 V，調(diào)節(jié)可變電阻R1、R2使四只小燈泡都恰好正常發(fā)光（功率相同），這時(shí)可變電阻接入電路中的電阻值之比R1∶R2=_______它們消耗的電功率之比P1∶P2=_______. 11.如圖所示，分壓電路的輸入端電壓為U=6 V，電燈L上標(biāo)有“4 V、4 W”，滑動(dòng)變阻器的總電阻Rab=13.5 Ω，求當(dāng)電燈正常發(fā)光時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的總功率. 12.如圖所示是電飯煲的電路圖，S1是一個(gè)控溫開關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)（103 ℃）時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開，S2是一個(gè)自動(dòng)控溫開關(guān)，當(dāng)溫度低于70 ℃時(shí)，會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于80 ℃時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開.紅燈是加熱時(shí)的指示燈，黃燈是保溫時(shí)的指示燈.分流電阻R1=R2=500 Ω，加熱電阻絲R3=50 Ω，兩燈電阻不計(jì). （1）分析電飯煲的工作原理. （2）簡(jiǎn)要回答，如果不閉合開關(guān)S1，能將飯煮熟嗎？ （3）計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比. 參考答案 1. A 2、D 3、A 4、B 5、D 6、BD 7、21/4W、7W 8、1.8V、2/3A　　9、52.6；9944 10、1∶4，1∶1 11、4 W 12、（1）電飯煲盛上食物后，接上電源，S2自動(dòng)閉合，同時(shí)手動(dòng)閉合S1，這時(shí)黃燈短路，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態(tài)，加熱到80℃時(shí)，S2自動(dòng)斷開，S1仍閉合；水燒開后，溫度升高到103℃時(shí)，開關(guān)S1自動(dòng)斷開，這時(shí)飯已煮熟，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態(tài)，由于散熱，待溫度降至70℃時(shí)，S2自動(dòng)閉合，電飯煲重新加熱，溫度達(dá)到80℃時(shí)，S2又自動(dòng)斷開，再次處于保溫狀態(tài). （2）如果不閉合開關(guān)S1，則不能將飯煮熟，因?yàn)橹荒芗訜岬?0℃. （3）加熱時(shí)電飯煲消耗的電功率P1=，保溫時(shí)電飯煲消耗的電功率P2=，兩式中R并=Ω.從而有 P1∶P2==12∶1 教學(xué)后記 電路問題高考主要是以實(shí)驗(yàn)題的形式出現(xiàn)，并且是實(shí)驗(yàn)里比較難的一題，電路設(shè)計(jì)及實(shí)物連接圖是學(xué)生最頭痛的問題，在實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)里面，我們要加強(qiáng)這方面訓(xùn)練。 閉合電路歐姆定律 教學(xué)目標(biāo)： 1．掌握閉合電路歐姆定律，并能應(yīng)用其解決有關(guān)問題； 2．掌握路端電壓和外電路電阻的關(guān)系，掌握討論電路結(jié)構(gòu)變化題的一般方法 3．掌握閉合電路的U-I圖象 教學(xué)重點(diǎn)：閉合電路歐姆定律及其應(yīng)用 教學(xué)難點(diǎn)：閉合電路歐姆定律的應(yīng)用 教學(xué)方法：講練結(jié)合，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 教學(xué)過程： 一、閉合電路歐姆定律 1.主要物理量。 研究閉合電路，主要物理量有E、r、R、I、U，前兩個(gè)是常量，后三個(gè)是變量。 + － － + R E r I R V1 V2 + － 探針 閉合電路歐姆定律的表達(dá)形式有： ①E=U外+U內(nèi) ② （I、R間關(guān)系） ③U=E-Ir（U、I間關(guān)系） ④（U、R間關(guān)系） 從③式看出：當(dāng)外電路斷開時(shí)（I = 0），路端電壓等于電動(dòng)勢(shì)。而這時(shí)用電壓表去測(cè)量時(shí)，讀數(shù)卻應(yīng)該略小于電動(dòng)勢(shì)（有微弱電流）。當(dāng)外電路短路時(shí)（R = 0，因而U = 0）電流最大為Im=E/r（一般不允許出現(xiàn)這種情況，會(huì)把電源燒壞）。 2.電源的功率和效率。 ⑴功率：①電源的功率（電源的總功率）PE=EI ②電源的輸出功率P出=UI ③電源內(nèi)部消耗的功率Pr=I 2r o R P出 Pm r ⑵電源的效率：（最后一個(gè)等號(hào)只適用于純電阻電路） 電源的輸出功率，可見電源輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖所示，而當(dāng)內(nèi)外電阻相等時(shí)，電源的輸出功率最大，為。 【例1】E r R2 R1 已知如圖，E =6V，r =4Ω，R1=2Ω，R2的變化范圍是0~10Ω。求：①電源的最大輸出功率；②R1上消耗的最大功率；③R2上消耗的最大功率。 解：①R2=2Ω時(shí)，外電阻等于內(nèi)電阻，電源輸出功率最大為2.25W；②R1是定植電阻，電流越大功率越大，所以R2=0時(shí)R1上消耗的功率最大為2W；③把R1也看成電源的一部分，等效電源的內(nèi)阻為6Ω，所以，當(dāng)R2=6Ω時(shí)，R2上消耗的功率最大為1.5W。 R1 R2 R3 R4 E r 3.變化電路的討論。 閉合電路中只要有一只電阻的阻值發(fā)生變化，就會(huì)影響整個(gè)電路，使總電路和每一部分的電流、電壓都發(fā)生變化。討論依據(jù)是：閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串聯(lián)電路的電壓關(guān)系、并聯(lián)電路的電流關(guān)系。以右圖電路為例：設(shè)R1增大，總電阻一定增大；由，I一定減??；由U=E-Ir，U一定增大；因此U4、I4一定增大；由I3= I-I4，I3、U3一定減小；由U2=U-U3，U2、I2一定增大；由I1=I3 -I2，I1一定減小?？偨Y(jié)規(guī)律如下： ①總電路上R增大時(shí)總電流I減小，路端電壓U增大；②變化電阻本身和總電路變化規(guī)律相同；③和變化電阻有串聯(lián)關(guān)系（通過變化電阻的電流也通過該電阻）的看電流（即總電流減小時(shí)，該電阻的電流、電壓都減?。虎芎妥兓娮栌胁⒙?lián)關(guān)系的（通過變化電阻的電流不通過該電阻）看電壓（即路端電壓增大時(shí)，該電阻的電流、電壓都增大）。 2 A R1 R2 1 S 【例2】 如圖，電源的內(nèi)阻不可忽略．已知定值電阻R1=10Ω，R2=8Ω．當(dāng)電鍵S接位置1時(shí)，電流表的示數(shù)為0.20A．那么當(dāng)電鍵S接位置2時(shí)，電流表的示數(shù)可能是下列的哪些值 A.0.28A B.0.25A C.0.22A D.0.19A 解：電鍵接2后，電路的總電阻減小，總電流一定增大，所以不可能是0.19A．電源的路端電壓一定減小，原來路端電壓為2V，所以電鍵接2后路端電壓低于2V，因此電流一定小于0.25A．所以只能選C。 【例3】 如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)電阻為r．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸片P從右端滑到左端時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表V1、V2示數(shù)變化的絕對(duì)值分別為ΔU1和ΔU2，下列說法中正確的是 V2 V1 L1 L2 L3 P A.小燈泡L1、L3變暗，L2變亮 B.小燈泡L3變暗，L1、L2變亮 C.ΔU1<ΔU2 D.ΔU1>ΔU2 解：滑動(dòng)變阻器的觸片P從右端滑到左端，總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小。與電阻蟬聯(lián)串聯(lián)的燈泡L1、L2電流增大，變亮，與電阻并聯(lián)的燈泡L3電壓降低，變暗。U1減小，U2增大，而路端電壓U= U1+ U2減小，所以U1的變化量大于 U2的變化量，選BD。 4．電動(dòng)勢(shì)與路端電壓的比較： U/V I/A o 20 15 10 5 a b 　　 5.閉合電路的U-I圖象。 右圖中a為電源的U-I圖象；b為外電阻的U-I圖象；兩者的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻接入電路時(shí)電路的總電流和路端電壓；該點(diǎn)和原點(diǎn)之間的矩形的面積表示輸出功率；a的斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻大??； b的斜率的絕對(duì)值表示外電阻的大??；當(dāng)兩個(gè)斜率相等時(shí)（即內(nèi)、外電阻相等時(shí)圖中矩形面積最大，即輸出功率最大（可以看出當(dāng)時(shí)路端電壓是電動(dòng)勢(shì)的一半，電流是最大電流的一半）。 U o I E U0 M（I0,U0） β α b a N I0 Im 【例4】 如圖所示，圖線a是某一蓄電池組的伏安特性曲線，圖線b是一只某種型號(hào)的定值電阻的伏安特性曲線．若已知該蓄電池組的內(nèi)阻為2.0Ω，則這只定值電阻的阻值為______Ω?，F(xiàn)有4只這種規(guī)格的定值電阻，可任意選取其中的若干只進(jìn)行組合，作為該蓄電池組的外電路，則所組成的這些外電路中，輸出功率最大時(shí)是_______W。 解：由圖象可知蓄電池的電動(dòng)勢(shì)為20V，由斜率關(guān)系知外電阻阻值為6Ω。用3只這種電阻并聯(lián)作為外電阻，外電阻等于2Ω，因此輸出功率最大為50W。 6.滑動(dòng)變阻器的兩種特殊接法。 在電路圖中，滑動(dòng)變阻器有兩種接法要特別引起重視： a b P E r A1 A A2 ⑴右圖電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從a端滑向b端的過程中，到達(dá)中點(diǎn)位置時(shí)外電阻最大，總電流最小。所以電流表A的示數(shù)先減小后增大；可以證明：A1的示數(shù)一直減小，而A2的示數(shù)一直增大。 RX a b U P I IX I / r ⑵右圖電路中，設(shè)路端電壓U不變。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從a端滑向b端的過程中，總電阻逐漸減?。豢傠娏鱅逐漸增大；RX兩端的電壓逐漸增大，電流IX也逐漸增大（這是實(shí)驗(yàn)中常用的分壓電路的原理）；滑動(dòng)變阻器r左半部的電流I / 先減小后增大。 R1 R2 R P a b L 【例5】 如圖所示，電路中ab是一段長(zhǎng)10 cm，電阻為100Ω的均勻電阻絲。兩只定值電阻的阻值分別為R1=80Ω和R2=20Ω。當(dāng)滑動(dòng)觸頭P從a端緩慢向b端移動(dòng)的全過程中燈泡始終發(fā)光。則當(dāng)移動(dòng)距離為____cm時(shí)燈泡最亮，移動(dòng)距離為_____cm時(shí)燈泡最暗。 解：當(dāng)P移到右端時(shí)，外電路總電阻最小，燈最亮，這時(shí)aP長(zhǎng)10cm。當(dāng)aP間電阻為20Ω時(shí)，外電路總電阻最大，燈最暗，這時(shí)aP長(zhǎng)2cm。 7.黑盒問題。 如果黑盒內(nèi)只有電阻，分析時(shí)，從阻值最小的兩點(diǎn)間開始。 【例6】 如圖所示，黑盒有四個(gè)接線柱，內(nèi)有4只阻值均為6Ω的電阻，每只電阻都直接與接線柱相連。測(cè)得Rab=6Ω，Rac=Rad=10Ω。Rbc=Rbd=Rcd=4Ω，試畫出黑盒內(nèi)的電路。 a c b d a c b d 解：由于最小電阻是Rbc=Rbd=Rcd=4Ω，只有2只6Ω串聯(lián)后再與1只6Ω并聯(lián)才能出現(xiàn)4Ω，因此bc、cd 、db間應(yīng)各接1只電阻。再于ab間接1只電阻，結(jié)論正合適。 二、電路故障問題的分類解析 1.常見的故障現(xiàn)象 斷路：是指電路兩點(diǎn)間（或用電器兩端）的電阻無窮大，此時(shí)無電流通過，若電源正常時(shí)，即用電壓表兩端并聯(lián)在這段電路（或用電器）上，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則該段電路斷路，如電路中只有該一處斷路，整個(gè)電路的電勢(shì)差全部降落在該處，其它各處均無電壓降落（即電壓表不偏轉(zhuǎn)）。 短路:是指電路兩點(diǎn)間（或用電器兩端）的電阻趨于零，此時(shí)電路兩點(diǎn)間無電壓降落，用電器實(shí)際功率為零（即用電器不工作或燈不亮，但電源易被燒壞） 2.檢查電路故障的常用方法 電壓表檢查法：當(dāng)電路中接有電源時(shí)，可以用電壓表測(cè)量各部分電路上的電壓，通過對(duì)測(cè)量電壓值的分析，就可以確定故障。在用電壓表檢查時(shí)，一定要注意電壓表的極性正確和量程符合要求。 電流表檢查法：當(dāng)電路中接有電源時(shí)，可以用電流表測(cè)量各部分電路上的電流，通過對(duì)測(cè)量電流值的分析，就可以確定故障。在用電流表檢查時(shí)，一定要注意電流表的極性正確和量程符合要求。 歐姆表檢查法：當(dāng)電路中斷開電源后，可以利用歐姆表測(cè)量各部分電路的電阻，通過對(duì)測(cè)量電阻值的分析，就可以確定故障。在用歐姆表檢查時(shí)，一定要注意切斷電源。 試電筆檢查法：對(duì)于家庭用電線路，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以利用試電筆進(jìn)行檢查。在用試電筆檢查電路時(shí)，一定要用手接觸試電筆的上金屬體。 R1 R2 10Ω 5Ω 6VF a b c 3.常見故障電路問題的分類解析 （1）給定可能故障現(xiàn)象，確定檢查方法： 【例7】（97年高考試題）在如圖所示電路的三根導(dǎo)線中，有一根是斷的，電源、電阻器R1、R2及另外兩根導(dǎo)線都是好的，為了查出斷導(dǎo)線，某學(xué)生想先將萬用表的紅表筆連接在電源的正極a，再將黑表筆分別連電阻器R1的b端和R2的c端，并觀察萬用表指針的示數(shù)，在下列選檔中，符合操作規(guī)程的是： A．直流10V擋； B．直流0.5A擋； C．直流2.5V擋； D．歐姆擋。 解析：根據(jù)題給條件，首先判定不能選用歐姆擋，因?yàn)槭褂脷W姆擋時(shí)，被測(cè)元件必須與外電路斷開。 先考慮電壓擋，將黑表筆接在b端，如果指針偏轉(zhuǎn)，說明R1與電源連接的導(dǎo)線斷了，此時(shí)所測(cè)的數(shù)據(jù)應(yīng)是電源的電動(dòng)勢(shì)6V?；谶@一點(diǎn)，C不能選，否則會(huì)燒毀萬用表；如果指針不偏轉(zhuǎn)，說明R1與電源連接的導(dǎo)線是好的，而R1與R2之間導(dǎo)線和R2與電源間導(dǎo)線其中之一是壞的，再把黑表筆接c點(diǎn)，如果指針偏轉(zhuǎn)，說明R1與R2之間導(dǎo)