7.1 部分电路欧姆定律 电功 电功率.ppt

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1、第七章第七章 恒恒 定定 电电 流流考考纲纲下下载载内容内容要求要求欧姆定律欧姆定律电阻定律电阻定律电阻的串联、并联电阻的串联、并联电源的电动势和内阻电源的电动势和内阻闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律电功率、焦耳定律电功率、焦耳定律实验实验(一一)：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）实验实验(二二)：描绘小电珠的伏安特性曲线：描绘小电珠的伏安特性曲线实验实验(三三)：测定电源的电动势和内阻：测定电源的电动势和内阻实验实验(四四)：练习使用多用电表：练习使用多用电表考考纲纲解解读读1.对于欧姆定律须明确其适用条件，了解伏安特性曲线的特点及应

2、用其分析问题。对于欧姆定律须明确其适用条件，了解伏安特性曲线的特点及应用其分析问题。2.电阻定律是测定金属电阻率的理论基础，同时要明确电阻率与温度有关。电阻定律是测定金属电阻率的理论基础，同时要明确电阻率与温度有关。3.电路的串并联规律是解决电路问题的前提，必须熟练掌握。要学会对基本电路等效的方法。电路的串并联规律是解决电路问题的前提，必须熟练掌握。要学会对基本电路等效的方法。4.闭合电路的欧姆定律，路端电压与电流的关系是进行电路动态分析的依据，要熟练掌握应用。闭合电路的欧姆定律，路端电压与电流的关系是进行电路动态分析的依据，要熟练掌握应用。5.电路中的电功和电热的计算，能量守恒定律在电路中的

3、应用，是高考命题的热点。电路中的电功和电热的计算，能量守恒定律在电路中的应用，是高考命题的热点。6.电学基本仪器的使用及读数，电学实验以及相关电路的设计，是高考的热点，考查频率很高，因电学基本仪器的使用及读数，电学实验以及相关电路的设计，是高考的热点，考查频率很高，因 此要借助于以上四个实验，对这些内容熟练掌握。此要借助于以上四个实验，对这些内容熟练掌握。1.正确理解有关电路的基本概念和基本规律。掌握基本规律的使用范围和适用正确理解有关电路的基本概念和基本规律。掌握基本规律的使用范围和适用条件。掌握电路分析和计算的基本方法。条件。掌握电路分析和计算的基本方法。2.串并联电路、闭合电路欧姆定律是

4、高考考查的重要知识点。要熟练掌握串并串并联电路、闭合电路欧姆定律是高考考查的重要知识点。要熟练掌握串并联电路的特点，并能正确进行电压、电流、电阻、电功率等物理量的计算。会简联电路的特点，并能正确进行电压、电流、电阻、电功率等物理量的计算。会简单的串并联电路的分析计算即可。掌握电动势的物理意义，掌握闭合电路欧姆定单的串并联电路的分析计算即可。掌握电动势的物理意义，掌握闭合电路欧姆定律的不同表达形式。律的不同表达形式。3.要熟练掌握基本仪器的使用方法、读数方法、常见仪器和电路的选取方法、要熟练掌握基本仪器的使用方法、读数方法、常见仪器和电路的选取方法、仪器的连接方式、实验数据及误差分析方法等。仪器

5、的连接方式、实验数据及误差分析方法等。本章涉及的四个电学实验都有可能命题。要设计好实验，必须熟练掌握电流本章涉及的四个电学实验都有可能命题。要设计好实验，必须熟练掌握电流表、电压表、多用电表的使用，会用这些仪器进行测量，并且要知道它们的测量表、电压表、多用电表的使用，会用这些仪器进行测量，并且要知道它们的测量原理，能正确接入电路，选用合适的量程，正确读取数据，熟练掌握伏安法测电原理，能正确接入电路，选用合适的量程，正确读取数据，熟练掌握伏安法测电阻的内、外接法及两种不同接法测电阻带来的误差表现形式，以及滑动变阻器分阻的内、外接法及两种不同接法测电阻带来的误差表现形式，以及滑动变阻器分压和限流两

6、种接法的区别。特别要把本章涉及的四个电学实验掌握好。以不变应压和限流两种接法的区别。特别要把本章涉及的四个电学实验掌握好。以不变应万变。万变。4.电路的分析与计算是近年来高考考查的重点，是对这些知识的应用上，因此电路的分析与计算是近年来高考考查的重点，是对这些知识的应用上，因此在熟练掌握串并联电路的特点的基础上，只需处理一些简单的串并联电路问题即在熟练掌握串并联电路的特点的基础上，只需处理一些简单的串并联电路问题即可，无须搞得太复杂。要注意电路中的理想电流表、理想电压表与非理想电流表、可，无须搞得太复杂。要注意电路中的理想电流表、理想电压表与非理想电流表、非理想电压表处理方法的不同，熟练掌握电

7、路的简化问题。非理想电压表处理方法的不同，熟练掌握电路的简化问题。考点考点1 电流、电阻和电阻定律电流、电阻和电阻定律学案学案1 部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律 电功电功 电功率电功率 (2)电流虽然有大小、方向，但电流是标量。电流虽然有大小、方向，但电流是标量。如图所示，如图所示，AD表示粗细均匀的一段导体表示粗细均匀的一段导体l，两端加一定的电压，导体中的自由电，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度为荷沿导体定向移动的速度为v，设导体的横截面积为，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电，导体每单位体积内的自由电荷数为荷数为n，每个自由电荷所带的电荷量为，每个自由

8、电荷所带的电荷量为q。AD导体中的自由电荷总数：导体中的自由电荷总数：N=nlS 总电荷量总电荷量Q=Nq=nlSq 所有这些电荷都通过横截面所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：所需要的时间：t=l/v 所以导体所以导体AD上的电流：上的电流：I=Q/t=nlSq/(l/v)=nqSv。由此可见，从微观上看，电流取决于导体中自由电由此可见，从微观上看，电流取决于导体中自由电荷的密度、电荷量、定向移动速度，还与导体的横截面积有关。荷的密度、电荷量、定向移动速度，还与导体的横截面积有关。1.对电流的理解对电流的理解 (1)q=It中，当异种电荷反向通过某一横截面时，不能相互抵消，而是中，当异种

9、电荷反向通过某一横截面时，不能相互抵消，而是 q=|q1|+|q2|。(1)由由I=nqSv可以看出，导体横截面积越大的位置，自由电可以看出，导体横截面积越大的位置，自由电荷定向移动的速率越小。荷定向移动的速率越小。(2)公式公式I=nqSv是由是由I=Q/t推导出来的，适合于从微观出发研推导出来的，适合于从微观出发研究电流的形成，其中究电流的形成，其中n为导体单位体积内的自由电荷数。为导体单位体积内的自由电荷数。3.正确理解正确理解R=l/S和和R=U/I的区别的区别R=l/SR=U/I区别区别电阻的决定式电阻的决定式电阻的定义式电阻的定义式理解理解R由由、l、S共同决定共同决定R与与U、I

10、均无关均无关适用条件适用条件任何导体任何导体金属电解液金属电解液【例例1】如图所示为某种带有一价离子的水溶液中，正负离子在定向移动，方向如图。如图所示为某种带有一价离子的水溶液中，正负离子在定向移动，方向如图。如果测得如果测得2 s内有内有1.01018个正离子和负离子通过溶液内部的横截面个正离子和负离子通过溶液内部的横截面M，试问：溶，试问：溶 液中电流的方向如何？电流多大？液中电流的方向如何？电流多大？本题的关键是正确把握电流定义式本题的关键是正确把握电流定义式I=q/t中电量的含义，注意两方面的理解：中电量的含义，注意两方面的理解：(1)q是通过横截面的电量，该是通过横截面的电量，该“横

11、截面横截面”未必一定是单位横截面；未必一定是单位横截面；(2)负离子的定向移动等效看作是正离子反方向的定向移动。当异种电荷反方向通过某负离子的定向移动等效看作是正离子反方向的定向移动。当异种电荷反方向通过某一个横截面时，一个横截面时，q=|q1|+|q2|；当异种电荷同方向通过某一个横截面时，；当异种电荷同方向通过某一个横截面时，q=|q1|-|q2|。【解析解析】水溶液导电是靠自由移动的正负电荷，它水溶液导电是靠自由移动的正负电荷，它们在电场的作用下向相反方向定向移动。电学中规定，们在电场的作用下向相反方向定向移动。电学中规定，电流的方向为正电荷定向移动的方向，所以溶液中电流电流的方向为正电

12、荷定向移动的方向，所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，即由的方向与正离子定向移动的方向相同，即由A指向指向B。每个离子的电荷量为每个离子的电荷量为1e=1.610-19 C。该水溶液导。该水溶液导电时负电荷由电时负电荷由B向向A运动，负离子的定向移动可以等效看作是正离子反方运动，负离子的定向移动可以等效看作是正离子反方向的定向移动。所以，一定时间内通过横截面的电量应该是正负两种离向的定向移动。所以，一定时间内通过横截面的电量应该是正负两种离子电荷量的绝对值之和。子电荷量的绝对值之和。I=q/t=(q1+q2)/t=(1.010181.610-19+1.010181.610-19)/

13、2 A=0.16 A。电流的计算电流的计算若氢原子的核外电子绕核做半径为若氢原子的核外电子绕核做半径为r的匀速圆周运动，的匀速圆周运动，则其角速度则其角速度=_；电子绕核的运动可等效为环；电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流形电流，则电子运动的等效电流I=_。(已知已知电子的质量为电子的质量为m，电荷量为，电荷量为e，静电力恒量用，静电力恒量用k表示表示)1【例例2】材料的电阻率材料的电阻率 随温度变化的规律为随温度变化的规律为=0(1+t),其中其中 称为电阻温度系数，称为电阻温度系数，0是材料在是材料在t=0时的电阻率。在一定的温度范围内时的电阻率。在一定的温度范围内 是与

14、温度无关的常量。金属的电阻一般随温度的增加而增加，具有正温度系数；而某些非金属如碳等则相反，具有负温度系数。是与温度无关的常量。金属的电阻一般随温度的增加而增加，具有正温度系数；而某些非金属如碳等则相反，具有负温度系数。利用具有正负温度系数的两种材料的互补特性，可制成阻值在一定温度范围内不随温度变化的电阻。已知：在利用具有正负温度系数的两种材料的互补特性，可制成阻值在一定温度范围内不随温度变化的电阻。已知：在0 时，铜的电阻率时，铜的电阻率 为为1.710-8 m，碳的电阻率为，碳的电阻率为3.510-5 m；在；在0 附近，铜的电阻温度系数为附近，铜的电阻温度系数为3.910-3-1，碳的电

15、阻温度系数为，碳的电阻温度系数为-5.010-4-1。将横截面积相同的碳棒与铜棒串接成长将横截面积相同的碳棒与铜棒串接成长1.0 m的导体，要求其电阻在的导体，要求其电阻在0 附近不随温度变化，求所需碳棒的长度附近不随温度变化，求所需碳棒的长度(忽略碳棒和铜棒的忽略碳棒和铜棒的 尺寸随温度的变化尺寸随温度的变化)。本题考查重点是电阻定律及其应用，考查了利用题叙述材料进行推理能力及应用数学知识解决问题的能力。本题考查重点是电阻定律及其应用，考查了利用题叙述材料进行推理能力及应用数学知识解决问题的能力。【解析解析】设所需碳棒的长度为设所需碳棒的长度为l1，电阻率为，电阻率为 1，电阻温度系数为，电

16、阻温度系数为 1；铜棒的长度为；铜棒的长度为l2，电阻率为，电阻率为 2，电阻温度系数为，电阻温度系数为 2。由题意，得。由题意，得 1=10(1+1t)2=20(1+2t)式中式中 10、20分别为碳和铜在分别为碳和铜在0 时的电阻率。时的电阻率。设碳棒的电阻为设碳棒的电阻为R1，铜棒的电阻为，铜棒的电阻为R2。根据电阻定律，有。根据电阻定律，有 R1=1l1/S R2=2l2/S 其中其中S为碳棒和铜棒的横截面积。为碳棒和铜棒的横截面积。碳棒与铜棒连接成的导体的总电阻和总长度分别为碳棒与铜棒连接成的导体的总电阻和总长度分别为 R=R1+R2 l0=l1+l2 式中式中l0=1.0 m 由由

17、得得 R=10l1/S+20l2/S+(10 1l1+20 2l2)/St 要使要使R不随不随t变化，变化，式中式中t的系数必须为零，即的系数必须为零，即 10 1l1+20 2l2=0 由由两式，有两式，有 l1=20 2/(20 2-10 1)l0 代入数据得代入数据得l1=3.810-3 m。电阻定律的应用电阻定律的应用 2两根完全相同的金属导线，如果把其中的一根均两根完全相同的金属导线，如果把其中的一根均匀拉长到原来的匀拉长到原来的4倍，把另一根导线对折后绞合起倍，把另一根导线对折后绞合起来，则它们的电阻之比是多少？来，则它们的电阻之比是多少？【答案答案】64:1考点考点2 部分电路欧

18、姆定律部分电路欧姆定律 1.对部分电路欧姆定律的理解对部分电路欧姆定律的理解 (1)适用范围：适用范围：适用于金属、电解液等纯电阻导电，对于气体导电、含有电动机、适用于金属、电解液等纯电阻导电，对于气体导电、含有电动机、电风扇等非纯电阻导电则不适用。电风扇等非纯电阻导电则不适用。(2)欧姆定律不同表达式的物理意义欧姆定律不同表达式的物理意义 I=U/R是欧姆定律的数学表达式，表示通过导体的电流是欧姆定律的数学表达式，表示通过导体的电流I与电压与电压U成正比，与成正比，与电阻电阻R成反比，常用于计算一部分电路加上一定电压时产生的电流。此公式是电流成反比，常用于计算一部分电路加上一定电压时产生的电

19、流。此公式是电流的决定式，反映了电流的决定式，反映了电流I与电压与电压U和电阻和电阻R的因果关系。的因果关系。公式公式R=U/I是电阻的定义式，它表明了一种量度电阻的方法，不能错误地认是电阻的定义式，它表明了一种量度电阻的方法，不能错误地认为为“电阻跟电压成正比，跟电流成反比电阻跟电压成正比，跟电流成反比”，对于给定的导体，其电阻是一定的，和，对于给定的导体，其电阻是一定的，和导体两端是否有电压，导体中是否有电流无关。也就是说导体两端是否有电压，导体中是否有电流无关。也就是说R=U/I仅是电阻的测量式，仅是电阻的测量式，而而R=l/S才是电阻的决定式。才是电阻的决定式。在应用欧姆定律之前，首先

20、要判断电路中的元件是否为纯电阻，如整在应用欧姆定律之前，首先要判断电路中的元件是否为纯电阻，如整个电路中既有纯电阻又有非纯电阻，则只有纯电阻才适用欧姆定律。个电路中既有纯电阻又有非纯电阻，则只有纯电阻才适用欧姆定律。要区分要区分I-U图线还是图线还是U-I图线。图线。对线性元件：对线性元件：R=U/I=U/I；对非线性元件；对非线性元件R=U/I U/I，应注意，线性元，应注意，线性元件不同状态时比值不变，非线性元件不同状态时比值不同。件不同状态时比值不变，非线性元件不同状态时比值不同。(1)图线图线ab表示线性元件。图线表示线性元件。图线cd表示非线性元件。表示非线性元件。图象的斜率表示电阻

21、的倒数，斜率越大，电阻越小，故图象的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小，故RaQ (UItI2Rt)在非纯电阻电路中，在非纯电阻电路中，(U2/R)t既不能表示电功，也不能表示既不能表示电功，也不能表示电热，因为欧姆定律不再成立。电热，因为欧姆定律不再成立。2.电功率与热功率电功率与热功率 (1)在纯电阻电路中，电功率等于热功率，即在纯电阻电路中，电功率等于热功率，即 P=U/I=I2R=U2/R。(2)在非纯电阻电路中，电功率包含热功率，在非纯电阻电路中，电功率包含热功率，P=UI为电功率，为电功率，P=I2R为热功率，有为热功率，有PP。总之，从能量守恒的角度看，电功是电能转化为总之，

22、从能量守恒的角度看，电功是电能转化为其他形式的能的总和，电热是电能中仅转化为内能的其他形式的能的总和，电热是电能中仅转化为内能的部分，二者不同。部分，二者不同。3.用电器的额定功率和实际功率用电器的额定功率和实际功率 (1)用电器正常工作条件下所加的电压叫做额定电用电器正常工作条件下所加的电压叫做额定电压，额定电压时消耗的功率是额定功率，即压，额定电压时消耗的功率是额定功率，即P额额=I额额U额额。(2)实际功率是指用电器在实际电压下消耗的功率，实际功率是指用电器在实际电压下消耗的功率，即即P实实=I实实U实实，P实实不一定等于不一定等于P额额，若，若U实实U额额，则，则P实实P额额，用电器可

23、能被烧毁。，用电器可能被烧毁。(1)不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路，当电动机不转动时，仍为纯电阻电路，欧电路，当电动机不转动时，仍为纯电阻电路，欧姆定律仍适用，电能全部转化为内能。只有电动姆定律仍适用，电能全部转化为内能。只有电动机转动时为非纯电阻电路，机转动时为非纯电阻电路，UIR，欧姆定律不再，欧姆定律不再适用，大部分电能转化为机械能。适用，大部分电能转化为机械能。(2)某些纯电阻如电灯泡在额定电压下工作时某些纯电阻如电灯泡在额定电压下工作时和低于额定电压下工作时的电阻不同。和低于额定电压下工作时的电阻不同。电功、电功率的计算电功、电功率的计算

24、【例例5】有一个直流电动机，把它接入有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路中，电动机不转，测得流过电动机的电电压的电路中，电动机不转，测得流过电动机的电 流是流是0.4 A；若把电动机接入；若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A。求。求 电动机正常工作时的输出功率是多大？如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电电动机正常工作时的输出功率是多大？如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电 动机的发热功率是多大？动机的发热功率是多大？(1)当电动机不转时，电动机为纯电阻当电动机不转时，电动机为纯电阻R=U/I，P

25、热热=UI。(2)当电动机转动时，电动机为非纯电阻，当电动机转动时，电动机为非纯电阻，RU/I，P热热=I2RUI。【解析解析】当电动机接入电压为当电动机接入电压为0.2 V的电路时，电动机不转，此时电动机仅的电路时，电动机不转，此时电动机仅相当于纯电阻，由欧姆定律得电动机内阻相当于纯电阻，由欧姆定律得电动机内阻r=U1/I1=0.2/0.4 =0.5 。当电动机接入当电动机接入2.0 V电路中时，电动机正常工作，输入给电动机的功率电路中时，电动机正常工作，输入给电动机的功率 P=U2I2=2.01.0 W=2.0 W 电动机内阻消耗的热功率电动机内阻消耗的热功率 P热热=I22r=(1.0)

26、20.5 W=0.5 W 所以电动机正常工作时的输出功率所以电动机正常工作时的输出功率P出出=P-P热热=2.0 W-0.5 W=1.5 W 如果在电动机正常工作时转子突然被卡住，则电动机相当于纯电阻，发热如果在电动机正常工作时转子突然被卡住，则电动机相当于纯电阻，发热功率功率P热热=U22/r=8 W。5如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为阻为r=1 ，电动机两端的电压为，电动机两端的电压为5 V，电路中的电流，电路中的电流为为1 A，物体，物体A重重20 N，不计摩擦力，求：，不计摩擦力，求：(1)电动机线圈电阻上消耗的热电动机线圈电阻上消耗的热 功率是多少？功率是多少？(2)电动机输入功率和输出功率电动机输入功率和输出功率 各是多少？各是多少？(3)10 s内，可以把重物内，可以把重物A匀速提匀速提 升多高？升多高？【答案答案】(1)1 W (2)5 W 4 W (3)2 m