第十一章 电路及其应用 知识梳理--高二上学期物理人教版(2019)必修第三册.docx
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1、 知识梳理 第十一章 电路及其应用知识清单【问题探究1】如图所示,在装有导电液体的细管中,有正、负两种电荷向相反的方向运动,在时间t内通过细管某截面的正电荷为q1,通过此截面的负电荷为q2。(1)确定通过导电液体中电流的方向。(2)计算导电液体中电流的大小。 【知识点1】电源 恒定电流1定义:能把电子从正极搬运到负极的装置。2作用(1)维持电路两端有一定的电势差。(2)使闭合电路中保持持续的电流。3恒定电流:大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流4电流的定义式:I,其物理意义:单位时间内通过导体横截面的电荷量,是表示电流强弱程度的物理量5在国际单位制中,电流的单位是安培,符号是A.6电流的
2、方向:规定为正电荷定向移动的方向,与负电荷定向移动的方向相反例题1、下列关于电流的说法中正确的是()A根据,可知I与q成正比B电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位之一C电流既有强弱,又有方向,是矢量D如果在一段相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等,则导体中的电流一定是恒定电流例题2、如图所示的电解槽接入电路后,在t秒内有n1个1价正离子通过溶液内截面S,有n2个1价负离子通过溶液内截面S,设e为元电荷,以下说法正确的是()A当n1n2时电流强度为零B当n1n2时,电流方向从AB,电流强度为IC当n1n2时,电流方向从BA,电流强度ID电流方向从AB,电流强度I跟踪训练:某电解池,如果在
3、1s内共有51018个二价正离子和11019个一价负离子通过面积为0.1m2的某横截面,那么通过这个横截面的电流是(元电荷的电荷量为1.61019C)()A0B0.8AC1.6AD3.2A【问题探究2】如图所示,AD表示粗细均匀的一段长为l的导体,两端加一定的电压,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v,设导体的横截面积为S,导体每单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量大小为q.求此时通过导体的电流? 【知识点2】电流的微观表达式InqvS1I是电流的定义式,InqvS是电流的决定式,因此I与通过导体横截面的电荷量q及时间t无关,从微观上看,电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数n
4、、每个自由电荷的电荷量大小q、定向移动的速率v,还与导体的横截面积S有关2v表示电荷定向移动的速率自由电荷在不停地做无规则的热运动,其速率为热运动的速率,电流是自由电荷在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的例题3、截面积为S的导线中通有电流I,已知导线单位体积中有n个自由电子,每个自由电子的电荷量是e,自由电子定向移动的速率是v,则在时间内通过导线横截面的电子数是()ABCD例题4、(多选)如图所示,将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来,已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍,在铜导线上取一个截面A,在铝导线上取一个截面B,若在1秒内垂直地通过它们的电子数相等,那么,通过这两个截面的()
5、A电流相等B电流不相等C自由电子定向移动的速率相等D自由电子定向移动的速率不相等【知识点2.1】电动汽车中的电池1锂离子电池以碳材料为负极,以含锂的化合物为正极充电时,电池的正极有锂离子生成,锂离子通过电解液运动到电池的负极当汽车开动时,在负极的锂离子又会通过电解液返回正极,回到正极的锂离子越多,放出电荷量就越大2电池的容量:电池放电时输出的总电荷量,通常以“安时”(Ah)或“毫安时”(mAh)作单位例题5、(多选)如图是某品牌电动汽车的标识牌,以下说法正确的是()A该电池的容量为60AhB该电池以6A的电流放电,可以工作10hC该电池以6A的电流放电,可以工作60hD该电池充完电可贮存的电荷
6、量为60C【问题探究3】现有两个导体A和B,利用如图所示的电路分别测量A和B的电压和电流,测得的实验数据见下表U/V02.04.06.08.0导体AI/A00.200.420.600.78导体BI/A00.130.260.400.54(1)在坐标系中,用纵轴表示电压U、用横轴表示电流I,分别将A和B的数据在如图所示的坐标系中描点,并作出UI图线(2)对导体A(或导体B)来说,电流与它两端的电压有什么关系?U与I的比值怎样?(3)对导体A、B,在电压U相同时,谁的电流小?谁对电流的阻碍作用大? 【知识点3】电阻1定义:导体两端电压与通过导体的电流之比公式:R.2物理意义:反映了导体对电流的阻碍作
7、用3在导体的UI图像中,斜率反映了导体电阻的大小例题1、对于欧姆定律,理解正确的是()A从可知,导体的电阻跟导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比B从可知,导体两端的电压随电阻的增大而增高C从可知,导体中的电流跟加在它两端的电压成正比,跟它的电阻成反比D从可知,导体两端的电压为零时,导体的电阻也为零例题2、电路中有一段导体,给它加上3V的电压时,通过它的电流为2mA,可知这段导体的电阻为_;如果给它两端加2V的电压,则通过它的电流为_mA;如果在它两端不加电压,它的电阻为_。例题3、如图所示,根据某实验作出关于金属导体A、B的伏安特性曲线。则从图像中可以看出()ABCD【问题探究4】1根据
8、图猜想导体电阻大小与哪些因素有关?2探究多个变量之间关系的方法是什么?3实验探究:如图4所示,a、b、c、d是四条不同的金属导体导体b、c、d在长度、横截面积、材料三个因素方面,分别只有一个因素与导体a不同如下表所示为四个串联导体的各方面因素关系及导体两端的电压关系三个因素及电压不同导体长度横截面积材料电压alS铁Ub2lS铁2Ucl2S铁dlS镍铜合金5U四段导体串联接入电路,每段导体两端的电压与电阻有什么关系?对比导体a和b说明什么?对比导体a和c说明什么?对比导体a和d说明什么? 【知识点4.1】影响导体电阻的因素 导体的电阻率1为探究导体电阻是否与导体横截面积、长度和材料有关,我们采用
9、控制变量法进行实验探究2电阻定律:(1)内容:同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比;导体电阻还与构成它的材料有关(2)公式:R,式中是比例系数,叫作这种材料的电阻率3电阻率:(1)概念:电阻率是反映导体导电性能的物理量,是导体材料本身的属性(2)影响电阻率的两个因素是材料和温度(3)纯金属电阻率较小,合金的电阻率较大由于用电器的电阻通常远大于导线电阻,一般情况下,可认为导线电阻为0.4超导现象:一些金属在温度特别低时电阻可以降到0,这种现象叫作超导现象例题4、关于电阻和电阻率的说法中,正确的是()A金属导体的电阻率不仅与导体的材料有关,而且随温度的变化而变化B导体
10、对电流的阻碍作用叫作导体的电阻,因此只有导体中有电流通过时才有电阻C由可知导体的电阻与导体两端的电压成正比,跟通过导体的电流成反比D由公式可知,导体的电阻率与导体的电阻R、导体的长度L和横截面积S有关例题5、 如图长方体形导体,已知,电流沿方向流过时导体电阻为,沿方向流过时导体电阻为,则为()ABCD【知识点4.2】伏安特性曲线1伏安特性曲线:用横坐标表示电压U,纵坐标表示电流I,这样画出的IU图像叫作导体的伏安特性曲线。2线性元件和非线性元件(1)线性元件:伏安特性曲线是一条过原点的直线,欧姆定律适用的元件。如金属导体、电解质溶液。(2)非线性元件:伏安特性曲线是一条曲线,电流与电压不成正比
11、,欧姆定律不适用的元件。如气态导体(日光灯管、霓虹灯管中的气体)和半导体元件。例题6、如图所示,图线1和图线2分别表示导体电阻R1和导体电阻R2的伏安特性曲线。则R1与R2的大小之比是()A3:1B1:3C1:2D2:1跟踪训练:(多选)两个电阻R1、R2的伏安特曲线如图所示,由图可知()AR1为线性元件,R2为非线性元件BR1的电阻R1tan 45 1CR2的电阻随电压的增大而减小D当U1V时,R2的电阻等于R1的电阻【知识点5.1】游标卡尺的原理及读数1构造:主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺(如图所示)2原理:利用主尺的单位刻度与游标尺的单位刻度
12、之间固定的微量差值来提高测量精度不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.常见的游标尺上小等分刻度有10个、20个、50个的,其规格见下表:刻度格数(分度)刻度总长度1 mm与每小格的差值精确度(可精确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm 3用途:测量厚度、长度、深度、内径、外径4读数若用x表示由主尺上读出的整毫米数,K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标尺的格数,则记录结果表达为(xK精确度)mm.5注意事项(1)游标卡尺是根据刻度线对齐来读数的
13、,所以不需要估读,但读数要注意最小精确度所在的位数,如果读数最后一位是零,该零不能去掉(2)读数时,要注意与主尺对齐的游标尺刻度线条数(不含零刻度线)例题1、读出下列游标卡尺读数。读数:_mm读数:_cm跟踪训练:某同学要测量水笔笔帽的深度、内径和外径,应选择_(填“游标卡尺”或“螺旋测微器”)进行测量。如图甲为游标卡尺结构,某次游标位置如图乙所示,则其读数为_。【知识点5.2】螺旋测微器的原理及读数1构造如图所示,它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可动刻度E、旋钮D和微调旋钮D是与测微螺杆F连在一起的,并通过精密螺纹套在B上2原理:测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm
14、,即旋钮D每旋转一周,F前进或后退0.5 mm,而可动刻度E上有50个等分刻度,可动刻度每旋转一格,F前进或后退0.01 mm,即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时估读到毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺3读数方法L固定刻度示数可动刻度示数(估读一位)0.01 mm.4注意事项(1)读数时准确到0.01 mm,要估读到0.001 mm,测量结果若用毫米做单位,则小数点后面必须保留三位(2)读数时,要注意固定刻度上半毫米刻度线是否露出例题2、用螺旋测微器测一小球直径时,示数如图(a)所示,小球的直径是_mm。用螺旋测微器测另一物体的长度时,示数如图(b)所示,物体的长度为_mm。
15、跟踪训练:用螺旋测微器测量两物体的长度,其示数如图甲、乙所示,将螺旋测微器的读数写出来。甲:_ mm;乙:_ cm.【知识点5.3】电压表、电流表的读数1首先要弄清电表量程,即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值2根据表盘总的刻度数确定精确度,即每一小格表示的值,同时确定读数有效数字所在的位数3按照指针的实际位置进行读数4(1)03 V量程的电压表和03 A量程的电流表读数方法相同,此量程下的精确度分别是0.1 V和0.1 A,读到0.1的下一位,即读到小数点后面两位(2)对于015 V量程的电压表,精确度是0.5 V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即读到0.1 V.(3)对于
16、00.6 A量程的电流表,精确度是0.02 A,在读数时只要求读到小数点后面两位,这时要求“半格估读”,即读到最小刻度的一半0.01 A.例题3、正确读出图中各表的读数:(1)如图1,接0-3V量程时读数为_V;接0-15V量程时读数为_V。(2)如图2,接0-0.6A量程时读数为_A。(3)螺旋测微器的读数是_mm,游标卡尺的读数是_cm。 【知识点6】1实验原理(1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻R(R)。电路原理图如图所示。(2)用毫米刻度尺测出金属丝的长度l,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,算出横截面积S(S)。(3)由电阻定律R,得,求出电阻率。2实验器材螺旋测微器、毫米
17、刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、被测金属丝、电池、滑动变阻器。3实验步骤(1)测直径:用螺旋测微器在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径,并记录。(2)连电路:按如图所示的电路图连接实验电路。(3)电阻丝有效长度的测量: 电阻丝长度的测量工具应选用刻度尺。需要注意,在测量电阻丝的长度时,测量的并不是电阻丝的总长度,而是接入电路的有效长度l。反复测量多次,得到有效长度的平均值。 (4)电阻的测量: 按实验电路图连接实物电路。改变滑动变阻器滑片的位置, 读取多组电压、 电流值, 通过UI图像求得电阻 R。4数据处理电阻R的数值可用以下两种方法确定:(1)计算法:利用每次测量的U、I值分别计算出
18、电阻,再求出电阻的平均值作为测量结果。(2)图像法:可建立IU坐标系,将测量的U、I值描点作出图像,利用图像的斜率的倒数来求出电阻值R。5实验注意事项(1)因一般金属丝电阻较小,为了减少实验的系统误差,必须选择电流表外接法。(2)本实验若用限流式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态。(3)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度,且金属丝伸直);在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d。(4)电流不宜过大(电流表用00.6 A量程),通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化。三、典例(一)实验原理和操作例题1、一导电材料细而均匀,截面为圆柱体,电阻约
19、为1k,某同学想用伏安法更精确地测量其电阻Rx,现有的器材及代号和规格如下:A电流表A(量程03mA,内阻约30)B电压表A(量程03V,内阻约5k)C滑动变阻器R1(阻值范围015,允许通过的最大电流2A)D滑动变阻器R2(阻值范围015k,允许通过的最大电流0.5A)E.直流电源E:(电动势为3V,内阻不计)F.待测圆柱体电阻RG.开关S,导线若干(1)用游标卡尺测得该样品的长度如图所示,其示数L=_cm,用螺旋测微器测得该样品的外直径如图所示,其示数d=_mm;(2)该选用的滑动变阻器为_(只填器材的字母代号);(3)为使实验误差较小,要求便于调节且测得多组数据进行分析,在框中画出测量的
20、的实验电路图,并标明所选择器材的符号_;(4)如果实验中电流表示数为I,电压表示数为U,并测出该棒的长度为L,直径为d,则该材料的电阻率为=_(用测出的物理量符号表示)。(二)实验数据处理例题2、某学校课题研究小组为了撰写关于未知材料电阻率的研究报告,设计了一个测量电阻率(被测电阻丝的阻值约为25)的实验方案,可提供的器材有:A电流表G,内阻,满偏电流B电流表A,内阻约为0.2,量程为00.6AC电阻箱(09999,额定电流为0.5A)D滑动变阻器R(最大阻值为5,额定电流为1A)E.干电池组(电动势为3V,内阻为0.05)F.一个开关和导线若干,刻度尺、螺旋测微器。进行了以下操作:(1)把电
21、流表G与电阻箱串联改装成电压表使用,最大测量电压为3V,则电阻箱的阻值应调为_(2)请用改造完的电压表设计一个测量电阻率的实验电路,根据提供的器材和实验需要,请将图中电路图补画完整_;(3)某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下:次数12345670.100.300.701.001.501.702.300.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520这个小组的同学在坐标纸上建立、I坐标系,如图所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出图线_。由图线得到金属丝的阻值。同学们测出金属丝直径约为1
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