高中物理恒定电流知识点归纳.pdf
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2、可编辑修改)的全部内容。(完整)高中物理恒定电流知识点归纳(word 版可编辑修改)恒定电流电路基本概念和定律电路基本概念和定律一、电流、电阻和电阻定律一、电流、电阻和电阻定律1电流:1电流:电荷的定向移动形成电流(1)形成电流的条件:内因是有自由移动的电荷,外因是导体两端有电势差(2)电流强度:通过导体横截面的电量 Q 与通过这些电量所用的时间 t 的比值.(定义)I=Q/t I=Q/t;假设导体单位体积内有 n 个电子,电子定向移动的速率为v,假若导体单位长度有 N 个电子,则 INesv 表示电流的强弱,是标量。但有方向,规定正电荷定向移动的方向为电流的方向在外电路中正 负,内电路中负
3、正 单位是:安、毫安、微安 1A=103mA=106A 区分两种速率:电流传导速率(等于光速)和 电荷定向移动速率(机械运动速率)。2电阻、电阻定律 2电阻、电阻定律 (1)电阻:加在导体两端的电压与通过导体的电流强度的比值。R=(定义)(比值定义);UI 图线的Iu斜率导体的电阻是由导体本身的性质决定的,与 U.I 无关。(2)电阻定律:温度一定时导体的电阻 R 与它的长度 L 成正比,与它的横截面积 S 成反比。R=(决SL定)(3)电阻率:电阻率是反映材料导电性能的物理量,由材料决定,但受温度的影响二、部分电路欧姆定律 二、部分电路欧姆定律 (1)内容:导体中的电流 I 跟导体两端的电压
4、成正比,跟它的电阻R成反比。(2)公式:RUI(3)适用范围:适用于金属导体、电解液导体,不适用于空气导体和某些半导体器件(4)图象:导体的伏安特性曲线-导体中的电流随随导体两端电压变化图线,叫导体的伏安特性曲线。例如 UI 图象。注意:我们处理问题时,一般认为电阻为定值,不可由 R=U/I 认为电阻 R 随电压大而大,随电流大而小I、U、R 必须是对应关系(对应于同一段电路)即 I 是过电阻的电流,U 是电阻两端的电压三、电功、电功率 三、电功、电功率 1电功:电流做功的实质:电场力移动电荷做功,(只有力才能做功);电荷的电势能其它形式的能。电流做功的过程是电能其它形式的能的过程.单位:J;
5、kwhIO U O IU1 2 1 2R1R2(完整)高中物理恒定电流知识点归纳(word 版可编辑修改)电场力做的功 WqU=UIt=I2Rt=U2t/R(只适于纯电阻电路)2电功率:电流做功的快慢,即电流通过一段电路电能转化成其它形式能对电流做功的总功率,P=UI;单位:w;3焦耳定律:电流通过一段只有电阻元件的电路时,在 t 时间内的热量 Q=I2Rt4电功率与热功率之间的关系纯电阻电路中,电功率等于热功率,非纯电阻电路中,电功率只有一部分转化成热功率纯电阻电路:电路中只有电阻元件,如电熨斗、电炉子等非纯电阻电路:电机、电风扇、电解槽等,其特点是电能只有一部分转化成内能规律方法 规律方法
6、(1)用电器正常工作的条件:用电器两端的实际电压等于其额定电压。用电器中的实际电流等于其额定电流用电器的实际电功率等于其额定功率由于以上三个条件中的任何一个得到满足时,其余两个条件必定满足,因此它们是用电器正常工作的等效条件(2)用电器接入电路时:纯电阻用电器接入电路中,若无特别说明,应认为其电阻不变用电器实际功率超过其额定功率时,认为它将被烧毁。串、并联及混联电路串、并联及混联电路一、串联电路一、串联电路电路中各处电流各处电流相同I=I1=I2=I3=串联电路两端的电压两端的电压等于各电阻两端电压之和。U=U1+U2+U3串联电路的总电阻总电阻等于各个导体的电阻之和,即 R=R1R2Rn串联
7、电路中各个电阻两端的电压各个电阻两端的电压跟它的阻值成正比(串联电阻具有分压作用-制电压表),即1212nnUUUIRRR串联电路中各个电阻消耗的功率各个电阻消耗的功率跟它的阻值成正比,即21212nnPPPIRRR注意:允许通过的最大电流=各串联电阻额定电流的最上值;允许加的最大电压=允许通过的最大电流R总电路的总功率=各电阻消耗的功率之和.二、并联电路二、并联电路 并联电路中各支路两端的电压各支路两端的电压相同U=U1=U2=U3 并联电路总电路的电流总电路的电流等于各支路的电流之和 I=I1I2I3=并联电路总电阻的倒数总电阻的倒数等于各个导体的电阻的倒数之和。nRRRR1.11121n
8、 个相同的电阻 R 并联 R总=;总电阻比任一支路电阻小两个支路时 R总=特别注意:在并联电路中 增加支路条数,总电阻变小三个支路时 R总=增加任一支路电阻,总电阻增大 并联电路中通过各个电阻的电流通过各个电阻的电流跟它的阻值成反比(并联电阻具有分流作用-改装电流表),(完整)高中物理恒定电流知识点归纳(word 版可编辑修改)即 I1R1I2R2=InRn=U支路电阻越小,通过的电流越大.并联电路中各个电阻消耗的功率各个电阻消耗的功率跟它的阻值成反比,即 P1R1=P2R2=PnRn=U2注意:几条支路并联,允许加的最大电压=和支路额定电压的最小值;总总最小的额定电压允许的最大电流R电路的总
9、功率=各电阻消耗的功率之和闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律一、电源一、电源1电源电源:是将其它形式的能转化成电能的装置2电动势:电动势:单位:V.非静电力搬运电荷所做的功跟搬运电荷电量的比值,E=W/q.表示电源把其它形式的能电能本领的大小,等于电路中通过 1 C 电量时电源所提供的电能的数值在数值上=电源没有接入电路时两极板间的电压,内外电路上电势降落之和EU外U内3电动势是标量要注意电动势不是电压;电动势电势差物 理 意义反映电源内部非静电力做功把其它形式的能量转化为电能的情况反映电路中电场力做功把电能转化为其它形式能的情况定义式E=W/qW 为电源的非静电力把正电荷从电源内由负极移到
10、正极所做的功U=W/qW 为电场力把正电荷从电源外部由正极移到负极所做的功量度式E=IR+Ir=U外+U内U=IR测量动用欧姆定律间接测量用伏特表测量决 定 因素与电源的性质有关与电源、电路中的用电器有关特 殊 情况当电源断开时路端电压值=电源的电动势(I=0)二、闭合电路的欧姆定律(二、闭合电路的欧姆定律(对于给定电源:一般认为 E,r 不变,但电池用久后,E 略变小,r 明显增大.)(1)内、外电路(1)内、外电路 内电路:电源两极(不含两极)以内,如电池内的溶液、发电机的线圈等内电路的电阻叫做内电阻内电阻 r内电路分得的电压称为内电压,外电路:电源两极间包括用电器和导线等,外电路的电阻叫
11、做外电阻外电阻 R,外电路分得的电压称为外电压(在电闭合电路中两源两极的电压是外电压)(2)闭合电路的欧姆定律 (2)闭合电路的欧姆定律 适用条件:纯电阻电路内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,与内、外电路的电阻之和成反比,即 I=E/(R+r)研究闭合电路,主要物理量有E、r、R、I、U,前两个是常量,后三个是变量.(完整)高中物理恒定电流知识点归纳(word 版可编辑修改)表达形式:)()()(关系关系关系内外RUErRRURIrREIIUIrEUUUE讨论:1 外电路断开时(I=0),路端电压等于电源的电动势(即 U=E);而这时用电压表测量时,其读数略小于电动势(有微弱电流)2
12、外电路短路时(R=0,U=0)电流最大 I短=E/r(一般不允许这种情况,会把电源烧坏)(3)路端电压跟负载的关系(3)路端电压跟负载的关系路端电压:外电路的电势降落,也就是外电路两端的电压UEIr,路端电压随着电路中电流的增大而减小;路端电压随外电阻变化的情况:RIU,反之亦然.电源的外特性曲线电源的外特性曲线路端电压随电流变化的图象:(U 一 I 关系图线)图象的函数表达:UEIr当外电路断路时(即 R,I0),纵轴上的截距表示电源的电动势(端);当外电路短路时(R0,U0),横坐标的截距表示电源的短路电流I短=E/r;图线的斜率的绝对值为电源的内电阻某点纵坐标和横坐标值的乘积为电源的输出
13、功率,在图中的那块矩形的“面积表示电源的输出功率,该直线上任意一点与原点连线的斜率表示该状态时外电阻的大小;当E/2(即 R=r)时,出最大。50注意:注意:坐标原点是否都从零开始:若纵坐标上的取值不从零开始取,则该截距不表示短路电流。(4)。闭合电路的输出功率(4)。闭合电路的输出功率电源的总功率电源的总功率:P总=IE=IU外十 IU内=IUI2r,(闭合电路中内、外电路的电流相等,所以由外内)电源的输出功率电源的输出功率与电路中电流的关系:=;当时,当时,表明有极值存大。rErEIrrErErEIIrrEIIrrIIEP4)2(4)2(22)(2222222当时,电源的输出功率最大,2E
14、Ir24mEPr电源的输出功率与外电路电阻的关系电源的输出功率与外电路电阻的关系:(等效于如图所示 的 电路)rRrRERrrRRERrRERIIUrIIEPPP44)()(2222222内总出当 Rr 时(I=E/2r),电源有最大输出功率:rEP42max结论:结论:当外电路的电阻等于电源的内阻时,电源的输出功率最大。要使电路中某电阻 R 的功率最大;条件 R=电路中其余部分的总电阻 例:电阻 R 的功率最大条件是:R=R0+r输出功率随外电阻变化的图线输出功率随外电阻变化的图线(如图所示);由图象可知,I.对应于电源的非最大输出功率P可以有两个不同的外电阻Rl和R2,不难证明12rR R
15、(完整)高中物理恒定电流知识点归纳(word 版可编辑修改)II。当 Rr 时,若 R 增大,则 P出增大;当 Rr 时,若 R 增大,则 P出减小电源内阻上的热功率电源内阻上的热功率:内内I2。电源的供电效率电源的供电效率 当电源的输出功率达最大时,50。rRRrRIRIEUIEIUPP)(22总出(5)电源的外特性曲线和导体的伏安特性曲线(5)电源的外特性曲线和导体的伏安特性曲线联系:它们都是电压和电流的关系图线;区别:它们存在的前提不同,遵循的物理规律不同,反映的物理意义不同;电源的外特性曲线:在电源的电动势用内阻一定的条件下,通过改变外电路的电阻使路端电压随电流变化的图线,遵循闭合电路
16、欧姆定律.UEIr,图线与纵轴的截距表示电动势,斜率的绝对值表示内阻。导体的伏安特性曲线:在给定导体(电阻)的条件下,通过改变加在导体两端的电压而得到的电流随电压变化的图线;遵循(部分电路)欧姆定律。;RU图线斜率的倒数值表示导体的电阻。右图中a为电源的UI图象;b为外电阻的U-I图象;两者的交点坐标 表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压;该点和原点之间的矩形的面 积表示输出功率;a的斜率的绝对值表示内阻大小;b的斜率的绝对值表示外 电阻的大小;当两个斜率相等时(即内、外电阻相等时图中矩形面积最大,即输 出功率最大(可以看出当时路 端电压是电动势的一半,电流是最大电流的一半)。导体的伏安
17、特性曲线导体的伏安特性曲线-导体中的电流随随导体两端电压变化图线,叫导体的伏安特性曲线.区分三种图线:电源的外特性曲线区分三种图线:电源的外特性曲线路端电压随电流变化的图象:(U 一 I 关系图线)输出功率随外电阻变化的图线输出功率随外电阻变化的图线规律方法 1、电路结构分析 规律方法 1、电路结构分析 电路的基本结构是串联和并联,分析混联电路常用的方法是:节点法:把电势相等的点,看做同一点回路法:按电流的路径找出几条回路,再根据串联关系画出等效电路图,从而明确其电路结构 其普遍规律是:凡用导线直接连接的各点的电势必相等(包括用不计电阻的电流表连接的点)。在外电路,沿着电流方向电势降低。凡接在
18、同样两个等势点上的电器为并联关系。不加声明的情况下,不考虑电表对电路的影响。2、电表的改装2、电表的改装:电流计改装成各种表,关健在于原理(1)灵敏电流表(1)灵敏电流表(也叫灵敏电流计):符号为 G,用来测量微弱电流,电压的有无和方向其主要参数有三个:首先要知:微安表的内阻 Rg、满偏电流 Ig、满偏电压 Ug。满偏电流 Ig即灵敏电流表指针偏转到最大刻度时的电流,也叫灵敏电流表的电流量程满偏电压 Ug灵敏电流表通过满偏电流时加在表两端的电压以上三个参数的关系 Ug=Ig Rg其中 Ig和 Ug均很小,所以只能用来测量微弱的电流或电压Uo IEU0 M(I0,U0)b aNI0 Im(完整)
19、高中物理恒定电流知识点归纳(word 版可编辑修改)1R2R1S2SG采用半偏法先测出表的内阻;最后要对改装表进行较对。(2)半值分流法(也叫半偏法)(2)半值分流法(也叫半偏法)测电流表的内阻,其原理是:当 S1闭合、S2打开时:ERrIgg)(1当 S2再闭合时:,EUURG2ERRrIIrIggggg12)221(21联立以上两式,消去E可得:211122RRrRrRIggg 得:可见:当R1R2时,有:2121RRRRrg2Rrg(3)电流表:(3)电流表:符号 A,用来测量电路中的电流,并联电阻分流原理并联电阻分流原理如图所示为电流表的内部电路图,设电流表量程为 I,扩大量程的倍数
20、n=I/Ig,由并联电路的特点得:(n 为量程的扩大倍数)gggggggR1-n1RI-IIR)RI-I(RI 内阻,由这两式子可知,电流表量程越大,Rg越小,其内阻也越小.ggAgRRRrRRn(4)电压表:(4)电压表:符号 V,用来测量电路中两点之间的电压 串联电阻分压原理 串联电阻分压原理 如图所示是电压表内部电路图设电压表的量程为 U,扩大量程的倍数为 n=U/Ug,由串联电路的特点,得:(n 为量程的扩大倍数)ggggggg1)R-(n11uuR)uu-u(RRu-uRu电压表内阻,由这两个式子可知,电压表量程越大,分压电VggrRRnR阻就越大,其内阻也越大(5)改为欧姆表的原理
21、(5)改为欧姆表的原理 两表笔短接后,调节 Ro使电表指针满偏,得 IgE/(r+Rg+Ro)接入被测电阻 Rx后通过电表的电流为 IxE/(r+Rg+Ro+Rx)E/(R 中+Rx)由于 Ix与 Rx对应,因此可指示被测电阻大小(6)非理想电表对电路的影响不能忽略,(6)非理想电表对电路的影响不能忽略,解题时应把它们看作是能显示出本身电压或电流的电阻器。用电压表测得的电压实际上是被测电路与电压表并联后两端的电压,由于电压表内阻不可能无限大,因此测得的电压总比被测电路两端的实际电压小,表的内阻越大,表的示数越接近于实际电压值.用电流表测得的电流,实质上是被测量的支路(或干路)串联一个电阻(即电
22、流表内阻)后的电流.因此,电流表内阻越小,表的示数越接近于真实值.规律方法 1、规律方法 1、动态电路的分析与计算(高考热点)动态电路的分析与计算(高考热点)动态电路变化的分析是根据欧姆定律及串、并联电路的性质,来分析电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况,常见方法如下:常见方法如下:(完整)高中物理恒定电流知识点归纳(word 版可编辑修改)(1)程序法:(1)程序法:基本思路是“部分整体部分”部分电路欧姆定律各部分量的变化情况局部变化R总I总先讨论电路中不变部分(如:r)最后讨论变化部分局部变化再讨论其它 露内总总UUIRRi(2)直观法:(2)直观法:即直接应用“部分
23、电路中 R、I、U 的关系”中的两个结论.任一个 R 增必引起通过该电阻的电流减小,其两端电压 UR增加.(局部电阻本身电流、电压)任一个 R 增必引起与之并联支路电流 I并增加;与之串联支路电压 U串减小(称串反并同法)串并并联的电阻与之串局部UIuIR、iii总结规律如下:总结规律如下:总电路上R增大时总电流I减小,路端电压U增大;变化电阻本身和总电路变化规律相同;和变化电阻有串联关系(通过变化电阻的电流也通过该电阻)的看电流(即总电流减小时,该电阻的电流、电压都减小);和变化电阻有并联关系的(通过变化电阻的电流不通过该电阻)看电压(即路端电压增大时,该电阻的电流、电压都增大)。(3)极限
24、法:(3)极限法:即因变阻器滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。(4)特殊值法:(4)特殊值法:对于某些双臂环路问题,可以采取代入特殊值去判定,从而找出结论。当 R=r 时,电源输出功率最大为 Pmax=E2/4r 而效率只有 50,2、电路故障分析与黑盒子问题 2、电路故障分析与黑盒子问题 闭合电路黑盒。其解答步骤是:将电势差为零的两接线柱短接,如果黑盒内只有电阻,分析时,从阻值最小的两点间开始。在电势差最大的两接线柱间画电源根据题给测试结果,分析计算各接线柱之间的电阻分配,并将电阻接在各接线柱之间.断路点的判定:当由纯电阻组成的串联电路中仅有一处发生断路故障时
25、,用电压表就可以方便地判定断路点:凡两端电压为零的用电器或导线是无故障的;两端电压等于电源电压的用电器或导线发生了断路.3、电路中的能量关系的处理 3、电路中的能量关系的处理 要搞清以下概念:(1)电源的功率。电源消耗的功率、化学能转变为电能的功率、整个电路消耗的功率都是指I 或 I2(R外r)(2)电源的输出功率、外电路消耗的功率都是指:IU 或 I一 I2r 或 I2R外(3)电源内阻消耗的功率:I2r(4)整个电路中 P电源 P外十 P内4、含电容器电路的分析与计算4、含电容器电路的分析与计算电容器是一个储存电能的元件 在直流电路中,当电容器充放电时,电路里有充放电电流,一旦电路达到稳定
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