恒定电流5

高中物理重难点及高考题解——恒定电流1一.电流欧姆定律电阻电阻定律电流：电荷的定向移动形成电流。欧姆定律：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比。电阻：导体对电流的阻碍作用。电阻定律：在温度不变时，导体的电阻跟导体的材料，长度成正比，跟导体的横截面积成反比。1.电流的概念⑴产生持续电流的条件：导体的两端保持有电压。⑵电流强度I：宏观表达式I=qt(q通过导体横截面的电量)微观表达式I=nqSv(q、v、n分别为自由电荷的电量、定向移动速率、单位体积数目；S为导体横截面积)⑶单位：安(A)⑷方向：跟正电荷定向移动的方向相同，是标量。2.欧姆定律⑴公式：I=UR⑵适用范围：纯电阻用电器(例如适用于金属、液体导电。不适用于气体导电)⑶含义：R一定时I∝U，I一定时U∝R，U一定时I∝1R(R与U·I无关)⑷图像：在R一定的情况下，I∝U，所以I—U图线和U—I图线都是过原点的直线，且R=UR，所以在I—U图线中，R=cotθ=1k，斜率越大，R越小；在U—I图线中R=tanθ=k，斜率越大，R越大。3.电阻定律⑴公式：R=ρLS(注意：对某一导体，L变化时S也变化L·S=V恒定)⑵电阻率：ρ=RSL(与物体的长度L、横截面积S无关，和物体的材料，温度有关)。有些材料的电阻率随温度的升高而增大(如金属)，有些材料的电阻率随温度的升高而减小，也有些材料的电阻率几乎不受温度的影响，如锰铜和康铜，常用来做标准电阻，当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到零，这种现象叫超导现象。⑶半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间，电阻随温度升高而增大。⑷单位欧姆(Ω)ρ单位：欧米(Ω·m)高中物理重难点及高考题解——恒定电流2【例题2-1】如图所示，电解硝酸银(AgNO3)时，在t=5s内从阴极上析出m=1.12×10-6kg的银，已知银的摩尔质量M=107.9×10-3kg/mol，求：⑴安培表的示数。⑵在5s内通过电解液中间横截面OO′的银离子的总电量。【例题2-2】AB两地间铺有通讯电缆，长为L，它是由两条并在一起彼此绝缘的均匀导线组成的，通常称为双线电缆。在一次事故中经检查断定是电缆某处的绝缘保护层损坏，导致两条导线之间漏电，相当于该处电缆的两导线之间接了一个电阻，检查人员经过下面的测量可以确定损坏处的位置：⑴令B端的双线断开，在A处测出双线两端间的电阻RA；⑵令A端双线断开，在B处测出双线两端间的电阻RB；⑶在A端的双线间的已知电压为UA，在B端用内阻很大的电压表测出两线间的电压UB。试由以上测量结果确定损坏的位置。(2000年，全国)高中物理重难点及高考题解——恒定电流3二.电阻与温度的关系电阻与温度的关系：各种材料的电阻率都随温度而变化，金属的电阻率随温度的升高而增大。电阻温度计就是利用金属的电阻随温度的变化而制成的。常用的电阻温度计是利用金属铂做的。半导体：容易导电的物体称为导体，不容易导电的物体称为绝缘体。有些材料，它的导电性能介于导体和绝缘体之间而且电阻不随温度的增加而增加，反随温度的增加而减小，这种材料称为半导体。超导现象：金属的电阻率随温度的降低而减小。人们发现，有些物质当温度降低到绝对零度附近时，它的电阻率会突然减小到无法测量的程度，可以认为它们的电阻率突然变为零。这种现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质称为超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度，叫做超导材料的转变温度TC。超导的研究和应用：超导材料的转变温度很低，要维持这样低的温度，在技术上是非常困难的。几十年来，科学家积极进行高温超导的研究。我国的研究工作走在世界的前列，在1989年，我国科学家发现了转变温度TC=130K的超导材料。应用：①远距离输电中；②大型的磁铁和电机中；③各种电子器件中。关于半导体的特性及应用：半导体的导电性能可以由外界条件所控制，如改变半导体的温度，使半导体受到光照，在半导体中加入其他微量杂质等，可以使半导体的导电性能发生显著变化，正因为半导体具备这种特性，人们用半导体制成了热敏电阻、光敏电阻、晶体管等各种电子元件，并且发展成为集成电路。【例题2-3】在自动恒温装置中，某种半导体材料的电阻率与温度的关系如图所示，这种材料具有发热和控温双重功能，回答下列问题：⑴通电后，其电功率：A.先增大后减小B.先减小后增大C.一直不变D.无法确定⑵当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在：A.t1B.t2C.t1至t2的某一值上D.大于t2某一值上高中物理重难点及高考题解——恒定电流4三.电阻的串联与关联串联电路：两个基本特点：①U=U1+U2+…+Un②I=I1=I2=…=In三个重要性质：①R=R1+R2+…+Rn②③并联电路：两个基本特点：①U=U1=U2=U3=…=Un②I=I1=I2=…=In三个重要性质：①②IR=I1R1=I2R2=…=InRn=U(I∝1R)③PR=P1R1=P2R2=…=PnRn=U2(P∝1R)串联电路有分压作用：1122URUR电阻越大分得的电压越大。高中物理重难点及高考题解——恒定电流5并联电路有分流作用：1221IRIR电阻越小分流越大。1.关于串并联电路的电阻几个相同的电阻R并联，总电阻R总=Rn，两个电阻R1、R2并联，总电阻R总=1212RRRR，并联电路的总电路总小于任一支路电阻；某一支路电阻变大，其他支路的电路不变，总电阻必变大，反之变小；并联支路增多，总电阻变小，反之增大。2.短路和断路⑴短路是指两源两极或用电器两端点由导线连通。电源短路时其电流很大，往往会烧坏电源；某个用电器短路，该用电器中无电流，但与它串联的其他用电器的电流将增大。画等效电路图时，可用导线取代。⑵断路是指电路中某两点间不通电即电阻无穷大，这时与断路部分串联的用电器中无电流，无电压降落，画等效电路时可把它们摘除。3.关于复杂电路的简化在复杂电路中，当导体间串并联的组合关系不很规则时，要进行电路的简化。简化电路方法较多，这里介绍以下两种常用的方法。⑴分支法：以图甲为例：第一支线：以A点经电阻R1到B原则上以最简单直观的支路为第一支线。第二支线：以A经由电阻R2到C到B。第三支线：以A经电阻R3到D再到R4到B。以上三支线并联，且C、D间有S，简化图如图乙所示。⑵等势法：以下图为例：设电势A高B低。由A点开始，与A点等势的点没有，由此向下到C点，三点与C点等势。再向下到D点，FB点与D点等势，关系依次如上图所示。⑶注意：①对于复杂电路的简化可交替使用分支法和等势法；②理想的电流表可视作短路；高中物理重难点及高考题解——恒定电流6③理想的电压表和电压稳定时的电容器可视作断路；④两等势点间的电阻可省去或视作短路；⑤无电流支路可去除；⑥理想导线可任意长短。【难点突破】1.限流作用控制或调节电路中的电流，使用时接滑杆的一端(c或d)和电阻线圈的一端(a或b)，如图2-10甲所示。负载Rx的电压调节范围约为xXRRR。在闭合开关前一定要使变阻器所使用的阻值最大，因此在闭合开关前一定要检查滑动触头P是否处在正确的一端。2.分压作用如图乙所示，滑片P自a端向b端滑动时，负载电阻Rx可分得从零变起的所需电压(限流则不能)。滑线变阻器当分压使用时，调节负载上电压的范围比限流时调节范围大，调节范围为0～ε。合上开关前，滑片应在a端，以使负载的电压和电流最小(均为零)。特别是当考虑用图甲时，①若触头滑到最左端a时，此时电路中的最小电流超过Rx的额定电流时，必须改用图乙的分压电路。②若RRx，以至当触头滑到两端时，电路中电流变化范围不大，此时要改用图乙的分压电路。【例题2-4】如图电路由8个不同的电阻组成，已知R1=12Ω，其余电阻阻值未知，测得A、B间的总电阻为4Ω，今将R1换成6Ω的电阻，则A、B间的总电阻为_____Ω。高中物理重难点及高考题解——恒定电流7【例题2-5】阻值较大的电阻R1和R2串联后，接入电压U恒定的电路，如图2-12所示。现用一电压表依次测量R1与R2的电压，测量值分别为U1与U2，已知电压表内阻与R1、R2相差不大，则：A.U1+U2=UB.U1+U2UC.1122URURD.1122URUR【例题2-6】如图所示是一种悬球式加速度仪，它可以用来测定沿水平轨道运动列车的加速度。m是一个金属球，它系在金属丝下端，金属丝的上端悬挂在O点，AB是一根长为L的电阻丝，其电阻值为R。金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计，电阻丝的中点C焊接一根导线。从O点也引出一根导线，两线之间接一个电压表V(金属丝和导线电阻不计)；图中虚线OC与AB垂直，且OC=h，电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上，整个装置固定在列车中使AB沿着前进的方向，列车静止时金属丝呈竖直状态，当列车加速或减速前进时，金属丝将偏离竖直方向，从电压表的读数变化可以测出加速度的大小。⑴当列车向右匀加速运动时，试写出加速度a与电压表U的对应关系？以便重新刻制电压表表面使它成为直读加速度数值的加速计。⑵用此装置测得的最大加速度是多少？⑶为什么C点设置在电阻丝AB的中间？对电压表的选择有什么特殊要求？高中物理重难点及高考题解——恒定电流8【例题2-7】如图2-14所示，C2=2C1，R2=2R1，下列说法正确的是：(2000年，全国)①开关处于断开状态，电容C2的电量大于C1的电量；②开关处于断开状态，电容C1的电量大于C2的电量；③开关处于接通状态，电容C2的电量大于C1的电量；④开关处于接通状态，电容C1的电量大于C2的电量；高中物理重难点及高考题解——恒定电流9A.①B.④C.①③D.②④【例题2-8】在如图所示电路中，电容器C的上极板带正电，为了使该极板仍带正电且电量增大，下列办法中采用的是：(2001年，安徽)A.增大R1，其他阻值不变B.增大R2，其他阻值不变C.增大R3，其他阻值不变D.增大R4，其他阻值不变高中物理重难点及高考题解——恒定电流10四.电功电功率串关联电路的功率分配电功W：电流做的总功或输送的总电能，是电能转化为其他形式能过程。电功率P：单位时间内电流所做的功。电热Q：由于导体的电阻，使电流流过导体时消耗的电能中转化为内能的那一部分叫电热。也称焦耳定律。串并联电路的功率分配串联：各个电阻消耗的功率和它的电阻成正比并联：各个支路消耗的功率和支路电阻成比P1R1=P2R2=P3R3=…=PnRn=U2无论串联还是并联消耗的总功率等于每个用电器消耗的总功率之和。P总=P1+P2+P3+…+Pn1.电功的概念⑴物理意义：当电流流过导体时，导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动，电场力对自由电荷做功，在一段电路中电场力所做的功简称电功电功是标量。⑵公式：W=UIt=qU=Pt(普式)W=I2Rt=2UR·t(适用于纯电阻电路)⑶单位：焦耳(J)千瓦时(kWh)1kWh=3.6×106J2.电功率的概念⑴物理意义：表示电流做功快慢的物理量。⑵公式：P=Wt=UI纯电阻电路P=2UR=I2R⑶单位：瓦特(W)1kW=1000W⑷用电器的额定功率Pe=UeIe是用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器加上额定电压Ue(或通以额定电流Ie)时消耗的功率。要用电器能正常工作，可以从电压、电流、电功率三方面去分析，同一用电器的电压或电功率任一个达到额定值其余两个也一定达到额定值，用电器正常工作。一般情况下实际功率不能大于额定功率即P实≤Pe。⑸热功率P热：单位时间内导体的发热功率。纯电阻电路P电=P热非纯电阻电路P电=P热+P其他3.焦耳定律Q=I2Rt【难点突破】如果在电路中消耗的电能全部转化为内能，我们称此电路为纯电阻电路，此时Q=I2Rt=IUt=2URt。如果在电路中消耗的电能中有一部分放热，另一部分转化为其他形式的能，我们称此电路为非电阻电路。此时电功为W=IUt，电热为Q=I2RtWQ。还要注意在该电路中，欧姆定律不再适用。高中物理重难点及高考题解——恒定电流11【例题2-9】如图所示，A、B两个灯炮，额定电压都是110V，额定功率PA=100W，PB=40W，接在220V电路上，使电灯可能正常