（北京專用）2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專題十 恒定電流課件.ppt

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1、考點(diǎn)清單,考點(diǎn)一部分電路的基本概念和規(guī)律 考向基礎(chǔ) 一、電流 1.電流 (1)定義:電荷的定向移動(dòng)形成電流。 (2)方向:規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?。和?fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反。 (3)性質(zhì):電流既有大小也有方向,但它的運(yùn)算遵守代數(shù)運(yùn)算規(guī)則,是標(biāo)量。 2.形成電流的三種微粒:自由電子、正離子和負(fù)離子。其中金屬導(dǎo)體導(dǎo),電時(shí)定向移動(dòng)的電荷是自由電子,液體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷是正、負(fù)離子,氣體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷是自由電子、正離子和負(fù)離子。 3.三個(gè)電流表達(dá)式的比較,4.三種速率的理解,二、電阻和電阻率 1.電阻反映了導(dǎo)體對電流的阻礙作用。 2.電阻的定義式:R=。 3.電阻定律:同種材料

2、的導(dǎo)體,其電阻與它的長度成正比,與它的 橫截面積成反比;導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)。表達(dá)式為,R=。 4.電阻率:反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能的物理量,其特點(diǎn)是隨著溫度的改 變而變化。 5.溫度、光照對電阻、電阻率的影響:通常情況下不考慮溫度、光照對電阻的影響。但下面的情況要了解。 (1)金屬的電阻率隨溫度升高而增大。 (2)超導(dǎo)現(xiàn)象:當(dāng)溫度降低到絕對零度附近時(shí),某些材料的電阻率突然 減小到零的現(xiàn)象。 (3)光敏電阻:光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度增加而減小。 (4)熱敏電阻:負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)的阻值隨溫度的升高而減小;,正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)的阻值隨溫度升高而增大。 6.電阻的決定式和定義式

3、的比較,三、部分電路歐姆定律 1.內(nèi)容:通過一段電路的電流,跟這段電路兩端的電壓成正比,跟 這段電路的電阻成反比。,2.表達(dá)式:I=。 3.定律的適用范圍:電路元件為純電阻的部分電路。 4.I-U圖線和U-I圖線:(1)在R一定的情況下,I正比于U,所以I-U圖線和U-I圖線都是通過原點(diǎn)的直線,如圖甲、乙所示。I-U圖線(圖甲)中,R1R4,此時(shí),導(dǎo)體的電阻等于U-I圖線的斜率,R==。 (2)在R變化的情況下,I與U不再成正比,U-I圖線不再是直線,而是一條曲線,如小燈泡的U-I圖線如圖丙所示,此時(shí)電阻R=,即電阻等于圖 線上的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率而不是切線的斜率。,四、電功和電功率 1.

4、電功:電流做功的實(shí)質(zhì)是電場力對電荷做功。電場力對電荷做功,電荷的電勢能減小,電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。因此電功W=qU= UIt,這是計(jì)算電功普遍適用的公式。 2.電功率:單位時(shí)間內(nèi)電流做的功叫電功率,P==UI,這是計(jì)算,電功率普遍適用的公式。 3.焦耳定律:電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比。公式:Q=I2Rt。這是普遍適用的電熱計(jì)算公式。,五、串、并聯(lián)電路的特點(diǎn),考向突破 考向一運(yùn)用電流的定義式及微觀表達(dá)式的論證計(jì)算,電流微觀表達(dá)式的推導(dǎo) 如圖,有一段靜止的導(dǎo)體,橫截面積為S,導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n,每個(gè)自由電荷的電荷量為q,自由電荷在電場力

5、的作用下定向移動(dòng)的速率為v,則自由電荷在時(shí)間t內(nèi)沿導(dǎo)體移動(dòng)的距離L=vt,那么通過導(dǎo)體的電流就是I===nqSv。,例1電荷的定向移動(dòng)形成電流,電流是物理量中的基本量之一。電流載體稱為載流子,大自然有很多種承載電荷的載流子,例如金屬導(dǎo)體內(nèi)可自由移動(dòng)的電子、電解液內(nèi)的離子、等離子體內(nèi)的正負(fù)離子、半導(dǎo)體中的空穴,這些載流子的定向移動(dòng),都可形成電流。 (1)電子繞氫原子核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),可等效為環(huán)形電流,已知靜電力常量為k,電子的電荷量為e,質(zhì)量為m,電子在半徑為r的軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)。試計(jì)算電子繞氫原子核在該軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)形成的等效電流大小; (2)如圖,AD表示一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體,兩端,加一定的電

6、壓,導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速率為v,設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S,導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n,每個(gè)自由電荷所帶的電荷量為e。試證明導(dǎo)體中電流大小I=neSv; (3)有一圓柱形的純凈半導(dǎo)體硅,其橫截面積為2.5 cm2,通有電流2 mA時(shí),其內(nèi)自由電子定向移動(dòng)的平均速率為7.510-5 m/s,空穴定向移動(dòng)的平均速率為2.510-5 m/s。已知硅的密度為2.4103 kg/m3,摩爾質(zhì)量是28 g/mol。電子的電荷量e=-1.610-19C,空穴和電子總是成對出現(xiàn),它們所帶電荷量相等,但電性相反,阿伏加德羅常數(shù)為NA=6.021023 mol-1。若一個(gè)硅原子至多只釋放一個(gè)自由電子,

7、試估算此半導(dǎo)體材料平均多少個(gè)硅原子才有一個(gè)硅原子釋放出自由電子?,解析(1)電子繞氫原子核做圓周運(yùn)動(dòng),所需的向心力由核對電子的庫侖引力來提供, 根據(jù)=mr 又I== 解得:I= (2)導(dǎo)體中電流大小I= t時(shí)間內(nèi)所有電荷沿導(dǎo)體長度方向定向移動(dòng)的距離為vt,則t時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的自由電荷數(shù)為nSvt 該時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體該橫截面的電荷量:q=nSvte 則I=neSv,(3)設(shè)此半導(dǎo)體單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電子,同時(shí)也將有n個(gè)空穴;以S表示橫截面積,v1和v2分別表示半導(dǎo)體中空穴和自由電子的定向移動(dòng)速率,I1和I2分別表示半導(dǎo)體中空穴和自由電子形成的電流, 則有:I1=nev1S I2=nev

8、2S 總電流I=I1+I2 由此可得:n= 單位體積內(nèi)有n個(gè)硅原子放出一個(gè)自由電子;單位體積內(nèi)硅原子的個(gè)數(shù)N=NA 則:=,代入數(shù)據(jù)解得110-5 則知平均1105個(gè)硅原子才有一個(gè)硅原子釋放出一個(gè)自由電子,答案見解析,考向二電表的改裝,例2某同學(xué)學(xué)習(xí)了歐姆表原理后,想自己設(shè)計(jì)并改裝一個(gè)歐姆表,他手上有如下器材:量程為0100 A、內(nèi)阻為500 的電流計(jì),電動(dòng)勢為1.5 V的一節(jié)干電池,滑動(dòng)變阻器、電阻箱和若干定值電阻。他設(shè)計(jì)的電路如圖甲所示,實(shí)驗(yàn)時(shí)他將兩表筆短接,電流計(jì)指針滿偏時(shí),他計(jì)算出電路中的總電阻為15 k,然后他將一個(gè)10 和20 的電阻分別接到兩表筆之間時(shí),發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針指示的位置幾

9、乎一樣,很難區(qū)分。進(jìn)一步研究后,他認(rèn)為只有所測電阻與歐姆表總內(nèi)阻相當(dāng)時(shí),測量結(jié)果才比較準(zhǔn)確。為此他想到了將小量程電流計(jì)改裝成大量程電流計(jì)的方法,設(shè)計(jì)了如圖乙所示的電路,并聯(lián)電阻R1后,可使電表短接時(shí)干路電流是流經(jīng)電流計(jì)電流的n倍,若要測量阻值約為20 的電阻,n的取值最合適的是 (),A.n=10 000B.n=1 000 C.n=100D.n=10,解析根據(jù)圖甲計(jì)算歐姆表內(nèi)阻有R內(nèi)==15 k 根據(jù)題意計(jì)算圖乙歐姆表內(nèi)阻有R內(nèi)==20 計(jì)算得出n=750,故B正確。,答案B,考點(diǎn)二閉合電路歐姆定律 考向基礎(chǔ) 一、電動(dòng)勢 1.物理意義:反映不同電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小的物理量。電

10、動(dòng)勢大,說明電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大;電動(dòng)勢小,說明電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)小。 2.大小:電動(dòng)勢在數(shù)值上等于非靜電力把1 C的正電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極時(shí)所做的功,表達(dá)式為E=。,1.內(nèi)容:閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。 2.表達(dá)式:a.電流I=。 b.電動(dòng)勢E=U+U內(nèi)=U+Ir=IR+Ir。 c.外電路兩端的電壓U=E-Ir。 3.適用范圍:外電路是純電阻電路。,二、閉合電路歐姆定律,三、兩種U-I圖像的比較,四、電源的功率和效率 1.電源的總功率 P總=EI=U外I+U內(nèi)I=P出+P內(nèi)。 若外電路是純電阻電路,則有P總=I2

11、(R+r)=。 2.電源內(nèi)部消耗的功率 P內(nèi)=I2r=U內(nèi)I=P總-P出。 3.電源的輸出功率 P出=UI=EI-I2r=P總-P內(nèi)。 若外電路是純電阻電路,則有 P出=I2R==。,考向突破 考向一運(yùn)用電動(dòng)勢概念和含義的論證計(jì)算,電動(dòng)勢和電壓的異同,例3如圖1所示,半徑為r的金屬細(xì)圓環(huán)水平放置,環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系為B=kt(k0,且為已知的常量)。 (1)已知金屬環(huán)的電阻為R。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,求金屬環(huán)的感應(yīng)電動(dòng)勢E感和感應(yīng)電流I。 (2)麥克斯韋電磁理論認(rèn)為:變化的磁場會(huì)在空間激發(fā)一種電場,這種電場與靜電場不同,稱為感生電場或渦旋電場。圖1所示

12、的磁場會(huì)在空間產(chǎn)生如圖2所示的圓形渦旋電場,渦旋電場的電場線與金屬環(huán)是同心圓。金屬環(huán)中的自由電荷在渦旋電場的作用下做定向運(yùn)動(dòng),形成了感應(yīng)電流。渦旋電場力F充當(dāng)非靜電力,其大小與渦旋電場場強(qiáng)E的關(guān)系滿足F=qE。如果移送電荷量為q的電荷時(shí)非靜電力所做的功為W,那么感,應(yīng)電動(dòng)勢E感=。 a.請推導(dǎo)證明:金屬環(huán)上某點(diǎn)的場強(qiáng)大小為E=kr; b.經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為,金屬的電阻源于定向運(yùn)動(dòng)的自由電子與金屬離子(即金屬原子失去電子后的剩余部分)的碰撞。在考慮大量自由電子的統(tǒng)計(jì)結(jié)果時(shí),電子與金屬離子的碰撞結(jié)果可視為導(dǎo)體對電子有連續(xù)的阻力,其大小可表示為f=bv(b0,且為已知的常量)。 已知自由電子的電荷量為e

13、,金屬環(huán)中自由電子的總數(shù)為N。展開你想象的翅膀,給出一個(gè)合理的自由電子的運(yùn)動(dòng)模型,并在此基礎(chǔ)上,求出金屬環(huán)中的感應(yīng)電流I。 (3)宏觀與微觀是相互聯(lián)系的。若該金屬環(huán)單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n,,請你在(1)和(2)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)組成該金屬環(huán)金屬的電阻率與n、b的關(guān)系式。,解析(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有 E感===kr2 根據(jù)歐姆定律有 I== (2)a.設(shè)金屬環(huán)中自由電子的電荷量為e。一個(gè)自由電子在電場力的作用下沿圓環(huán)運(yùn)動(dòng)一周,電場力做的功 W=eE2r 所以E感===2rE 又因?yàn)镋感=kr2 所以E=kr,b.假設(shè)電子以速度v沿金屬環(huán)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體對電子的阻力f=bv。沿切線方向,根

14、據(jù)牛頓第二定律有 bv-eE=0 又因?yàn)镋=kr 所以v= 電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期 T== 所以I== (3)由(1)和(2)中的結(jié)論可知,= 設(shè)金屬環(huán)的橫截面積為S,則有 R= 所以= 又因?yàn)镹=S2rn 所以=,答案見解析,考向二電路實(shí)驗(yàn)大題選擇化,例4某同學(xué)練習(xí)使用多用電表測電流、電壓和電阻。圖甲為用電流擋測小燈泡電流的原理示意圖,圖乙為用電壓擋測量小燈泡電壓的原理示意圖,圖丙為用歐姆擋測量電阻阻值的原理示意圖,圖丁為用歐姆擋測量二極管的正向電阻的原理示意圖。其中甲、乙、丙三圖中開關(guān)在測量時(shí)都處于閉合狀態(tài)。判斷實(shí)驗(yàn)中四圖符合操作規(guī)程的是() A.圖甲B.圖乙,C.圖丙D.圖丁,解析利用

15、多用電表測電流、電壓和電阻的過程中,電流都是從紅表筆流入,從黑表筆流出。 圖甲,要測電流,但紅、黑表筆接反了,使得通過電表的電流流向反了,故A錯(cuò)誤。圖乙,也是紅、黑表筆接反了,B錯(cuò)誤。圖丙,用多用電表歐姆擋測電阻時(shí),待測電阻應(yīng)該跟電路中的電源及其他電阻斷開,故C錯(cuò)誤。圖丁,由于使用歐姆擋時(shí),黑表筆接的是歐姆擋內(nèi)部電源的正極,這樣電流才能從黑表筆流出,故圖丁測的是二極管的正向電阻,D正確。,答案D,解析根據(jù)題意可知,S接a和接b時(shí),電流表的示數(shù)變化較大,這說明電壓表的分流較大,因此接b點(diǎn)時(shí),采用伏安法測電阻誤差較小,故A錯(cuò)誤、B正確。當(dāng)開關(guān)S接通b點(diǎn)時(shí),電壓表示數(shù)即M、N兩點(diǎn)間的電壓,此時(shí)電壓表

16、和電流表示數(shù)的比值即Rx和電流表內(nèi)阻RA之和,可以求得Rx+RA==80 。當(dāng)開關(guān)S接通a點(diǎn)時(shí),電壓表的示數(shù)等于Rx兩端的電壓,M、N 兩點(diǎn)間的電壓仍然為12 V,可以求得此時(shí)電流表兩端電壓為2 V,可以求出RA=10 ,故Rx=70 ,C正確、D錯(cuò)誤。,答案BC,方法技巧,方法1動(dòng)態(tài)直流電路的分析方法 1.程序法,A.電壓表與電流表的示數(shù)都減小 B.電壓表與電流表的示數(shù)都增大 C.電壓表的示數(shù)增大,電流表的示數(shù)減小 D.電壓表的示數(shù)減小,電流表的示數(shù)增大,解析(一)程序法:在變阻器R0的滑動(dòng)端向下滑動(dòng)過程中,其連入電路的有效電阻減小,則R總減小,由I=可知I增大,由U內(nèi)=Ir可知U內(nèi)增大,由

17、E =U內(nèi)+U外可知U外減小,故電壓表示數(shù)減小。由U1=IR1可知增大,由U外= +U并可知U并減小,由I2=可知電流表示數(shù)減小,故A正確。 (二)“串反并同”結(jié)論法:R0的滑動(dòng)端向下滑動(dòng)時(shí),其阻值變小,電壓表和電流表均與R0并聯(lián),故其讀數(shù)均減小,A選項(xiàng)正確。 (三)極限法:設(shè)R0的滑動(dòng)端向下滑動(dòng)至最底端,其阻值最小,R0=0,R2被短路,R2兩端電壓為零,電流表示數(shù)最小;R0=0時(shí),總電阻最小,總電流最大,路端電壓最小,電壓表示數(shù)最小,故A選項(xiàng)正確。,答案A,方法2含容電路的分析與計(jì)算方法 1.暫態(tài):在直流電路中,當(dāng)電容器充、放電時(shí),電路里有充、放電電流,此時(shí)電容器所在支路相當(dāng)于“通路”。如

18、圖1,開關(guān)S閉合瞬間,I30,I1=I2+I3,但此過程比較短暫,高考中一般不考此過程。,圖1,2.穩(wěn)態(tài):根據(jù)C=,電容器的電壓穩(wěn)定后,它的電荷量就是不變的,此時(shí)電 容器充、放電結(jié)束。如圖1,當(dāng)充、放電結(jié)束時(shí),I3=0,電容器可看做斷路,簡化電路時(shí)電容器所處的支路可以去掉。 3.電路穩(wěn)定后,電容器所在支路無電流,根據(jù)U=IR,與電容器串聯(lián)的電阻R3兩端無電壓,則與電容器串聯(lián)的電阻R3相當(dāng)于導(dǎo)線,故穩(wěn)定后圖1可簡化成圖2。,圖2 4.電路穩(wěn)定后,電容器兩極板間的電壓等于與其并聯(lián)電阻兩端的電壓,如圖2,UC=UR2。,例2一平行板電容器C,極板是水平放置的,它和三個(gè)電阻箱及電源連接成如圖所示的電路

19、。今有一質(zhì)量為m的帶電油滴懸浮在兩極板之間靜止不動(dòng),要使油滴下降,可采用的辦法是() A.增大R1B.減小R1 C.減小R2D.減小R3,解析帶電油滴懸浮在兩極板之間靜止不動(dòng)時(shí),油滴受到的向下的重力和向上的電場力平衡。要使油滴下降,可減小電場力,因?yàn)镕電=qE=, 可使電容器兩極板間的電壓減小。R1與電容器串聯(lián)在一條支路上,穩(wěn)定時(shí)相當(dāng)于導(dǎo)線,改變R1的阻值對電路沒有影響,故A、B錯(cuò)誤。電容器的電壓等于R2兩端的電壓,減小R2可使R2分壓變小,而減小R3會(huì)使R2分壓變大,故C選項(xiàng)正確,D選項(xiàng)錯(cuò)誤。,答案C,方法3非純電阻電路的計(jì)算方法 1.純電阻電路與非純電阻電路的比較,2.電動(dòng)機(jī)的三個(gè)功率及關(guān)系,例3某直流電動(dòng)機(jī)的線圈電阻是0.5 ,當(dāng)它兩端所加的電壓為6 V時(shí),通過電動(dòng)機(jī)的電流為2 A。由此可知() A.電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率為72 W B.電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為72 W C.電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為10 W D.電動(dòng)機(jī)的工作效率為20%,解析直流電動(dòng)機(jī)線圈電阻R=0.5 ,當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)通過的電流I=2 A,兩端的電壓U=6 V。電動(dòng)機(jī)消耗的電功率P總=UI=12 W;發(fā)熱功率P熱=I2R=2 W;根據(jù)能量守恒定律,其輸出功率是P出=P總-P熱=12 W-2 W=10 W;電動(dòng)機(jī)的工作效率為100%83.3%。則選項(xiàng)C正確,A、B、D錯(cuò) 誤。,答案C,