高中物理第3章恒定電流學案(打包7套)魯科版.zip
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第3章 恒定電流
章末分層突破
[自我校對]
①持續(xù)電壓?、赾=3×108 m/s
③正電荷?、?
⑤nqSv?、蕖、?
⑧溫度?、酻It?、釻I
?I2Rt ?= ?>
?I=I1=I2=…=In
?U=U1+U2+…+Un
?R=R1+R2+…+Rn
?==…==I
?==…==I2
?I=I1+I2+…+In
?U=U1=U2=…=Un
=++…+
I1R1=I2R2=…=InRn=U
PnRn=U2
非純電阻電路的計算
對任何電路,電流的功恒為W=UIt,在純電阻電路中,電流的功全部轉化為電路的內能,即W=Q,或UIt=I2Rt=t.對于非純電阻電路,電流的功除了轉化為電路的內能外,還轉化為其他形式的能,即W>Q或UIt>I2Rt.
根據能的轉化和守恒可知,在非純電阻電路上,電能的轉化為:W=Q+E其他,即UIt=I2Rt+E其他.
直流電動機M接在如圖3-1所示的電路中,電壓表的示數是20 V,電流表的示數是1.0 A,限流電阻R=5.0 Ω,可知( )
【導學號:34022025】
圖3-1
A.電動機的機械功率是20 W
B.電阻R消耗的電功率是5 W
C.電動機線圈的電阻是20 Ω
D.電動機產生的電熱功率是20 W
【解析】 電動機線圈電阻不能由R=求出,故C錯誤;R消耗的電功率P=I2R=1.02×5.0 W=5 W,故B正確;電動機的機械功率P機=P入-Pr=IU-I2r=20 W-I2r<20 W,故A、D錯誤.
【答案】 B
電動機的幾個功率
(1)輸入功率:電動機的總功率.由電動機電路的電流和電壓決定,計算:P總=UI.
(2)輸出功率:電動機做有用功的功率.如圖3-2所示,P出=mgv(設重物勻速上升).
圖3-2
(3)熱功率:電動機線圈上有電阻,電流通過線圈時要發(fā)熱,熱功率P熱=I2rD.
(4)功率關系P總=P出+P熱.
含有電容器電路的分析與計算方法
電容器是一個儲存電能的元件.在直流電路中,當電容器充、放電時,電路里有充、放電電流,一旦電路達到穩(wěn)定狀態(tài),電容器在電路中就相當于一個阻值無限大(只考慮電容器是理想的、不漏電的情況)的元件,有電容器的電路可看做是斷路,簡化電路時可去掉它.簡化后若要求電容器所帶的電荷量時,可在相應的位置補上.
1.靜態(tài)分析與動態(tài)分析
(1)靜態(tài)分析:穩(wěn)定狀態(tài)下,電容器在直流電路中起阻斷電流的作用,電容器兩極間存在電勢差,電容器容納一定的電量,并滿足Q=CU.
(2)動態(tài)分析:當直流電路中的電流和電勢分布發(fā)生變化影響到電容器支路兩端時,電容器的帶電量將隨之改變(在耐壓范圍內),即電容器發(fā)生充、放電現象,并滿足ΔQ=CΔU.
2.含有電容器的電路解題步驟
在直流電路中,電容器相當于電阻為無窮大的電路元件,此電路是斷路.解題步驟如下:
(1)先將含電容器的支路去掉(包括與它串在同一支路上的電阻),計算各部分的電流、電壓值;
(2)電容器兩極板的電壓,等于它所在支路兩端點的電壓;
(3)通過電容器的電壓和電容可求出電容器充電電量;
(4)通過電容器的電壓和平行板間距離可求出兩板間電場強度,再分析電場中帶電粒子的運動.
如圖3-3所示的電路中各元件電阻值分別為:R1=R2=10 Ω,R3=R4=20 Ω,電容C=300 μF,電源電壓U=6 V,內阻不計,原先雙擲開關S與觸點2接觸,則當開關S從與觸點2接觸改為與觸點1接觸,待電路穩(wěn)定后,試求:
(1)電容器C所帶電荷量;
(2)若開關從與觸點1接觸改為與觸點2接觸,直到電流變?yōu)?時為止,求通過電阻R1的電荷量.
圖3-3
【解析】 (1)當開關S與1接觸時,R1、R2、R3、R4串聯(lián),由分壓原理得,電容器兩端的電壓UC=U=3 V,所帶電荷量QC=CUC=9×10-4 C.
(2)當開關S再與2接觸時,電容器放電,由分流作用得,通過電阻R1的電荷量QR1==4.5×10-4 C.
【答案】 (1)9×10-4 C (2)4.5×10-4 C
1.一根長為L、橫截面積為S的金屬棒,其材料的電阻率為ρ,棒內單位體積自由電子數為n,電子的質量為m、電荷量為e.在棒兩端加上恒定的電壓時,棒內產生電流,自由電子定向運動的平均速率為v,則金屬棒內的電場強度大小為( )
圖3-4
A. B.
C.ρnev D.
【解析】 由電流定義可知:I===neSv,
由歐姆定律可得:U=IR=neSv·ρ=ρneLv,
又E=,故E=ρnev,選項C正確.
【答案】 C
2.如圖3-5所示,其中電流表A的量程為0.6 A,表盤均勻劃分為30個小格,每一小格表示0.02 A;R1的阻值等于電流表內阻的;R2的阻值等于電流表內阻的2倍.若用電流表A的表盤刻度表示流過接線柱1的電流值,則下列分析正確的是( )
圖3-5
A.將接線柱1、2接入電路時,每一小格表示0.04 A
B.將接線柱1、2接入電路時,每一小格表示0.02 A
C.將接線柱1、3接入電路時,每一小格表示0.06 A
D.將接線柱1、3接入電路時,每一小格表示0.01 A
【解析】 設電流表A的內阻為RA,用電流表A的表盤刻度表示流過接線柱1的電流值時,若將接線柱1、2接入電路,根據并聯(lián)電路的特點,(I1-IA)R1=IARA,解得I1=3IA=0.06 A,則每一小格表示0.06 A;若將接線柱1、3接入電路,則(I2-IA)R1=IARA,解得I2=3IA=0.06 A,則每一小格表示0.06 A.選項C正確.
【答案】 C
3.在伏安法測電阻的實驗中,待測電阻Rx約為200 Ω,電壓表 的內阻約為2 kΩ,電流表?的內阻約為10 Ω,測量電路中電流表的連接方式如圖3-6(a)或圖(b)所示,結果由公式Rx=計算得出,式中U與I分別為電壓表和電流表的示數.若將圖(a)和圖(b)中電路測得的電阻值分別記為Rx1和Rx2,則________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待測電阻的真實值,且測量值Rx1________(填“大于”、“等于”或“小于”)真實值,測量值Rx2________(填“大于”、“等于”或“小于”)真實值.
(a) (b)
圖3-6
【解析】 根據串、并聯(lián)電路的特點解題.根據題意知>,電壓表的分流作用較顯著,故Rx1更接近待測電阻的真實值.圖(a)的測量值是Rx與RA串聯(lián)的電阻阻值,故Rx1>Rx真;圖(b)的測量值是Rx與RV并聯(lián)的電阻阻值,故Rx2Q;電功率P=UI,熱功率P熱=I2R,P>P熱.
3.(多選)關于電功、電功率和焦耳定律的說法正確的是( )
A.電功率越大電流做功越快,電路中產生的焦耳熱一定越多
B.W=UIt適用于任何電路,而電功計算式W=I2Rt=t適用于純電阻電路
C.非純電阻電路中,UI>I2R
D.Q=I2Rt適用于任何電路
【解析】 電功率越大,電流做功越快,但電路中產生的焦耳熱不一定越多,故A不正確;W=UIt是電功的定義式,適用于任何電路,而I=只適用于純電阻電路,由此推導出的公式W=I2Rt=t只適用于純電阻電路,B正確;在非純電阻電路中,電流做的功=焦耳熱+其他形式的能,所以C正確;Q=I2Rt是焦耳熱的定義式,適用于任何電路中焦耳熱的計算,D正確.
【答案】 BCD
4.規(guī)格為“220 V 36 W”的排氣扇,線圈電阻為40 Ω,求:
(1)接上220 V電壓后,排氣扇轉化為機械能的功率和發(fā)熱的功率;
(2)如果接上電源后,扇葉被卡住,不能轉動,求電動機消耗的功率和發(fā)熱的功率.
【解析】 (1)排氣扇在220 V電壓下正常工作電流I== A=0.16 A,
發(fā)熱功率P熱=I2R=0.162×40 W=1 W,
轉化為機械能的功率P機=P-P熱=(36-1) W=35 W.
(2)扇葉被卡住不能轉動后,電動機相當于純電阻,電能全部轉化為內能,此時通過排氣扇的電流I′== A=5.5 A;電動機消耗的功率等于發(fā)熱功率P′=P熱=I′U=5.5×220 W=1 210 W.
由于發(fā)熱量很大,將很快燒壞電動機線圈.
【答案】 (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W
電動機電路的分析方法:
(1)電動機轉動時是非純電阻電路,電動機不轉動時是純電阻電路.
(2)電動機的輸入功率即總功率P入=IU,電動機的發(fā)熱功率P熱=I2r,電動機的輸出功率P出=P入-P熱.
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第4節(jié) 串聯(lián)電路和并聯(lián)電路
學 習 目 標
知 識 脈 絡
1.理解串、并聯(lián)電路的電流、電壓、電阻特點和性質,會用其解決實際問題.(重點)
2.能用分流和分壓原理將小量程電流表改裝成大量程電流表和電壓表,并會進行有關計算.(重點,難點)
3.會畫混聯(lián)電路的等效電路圖.(重點)
串 聯(lián) 電 路 的 分 壓 作 用 和 電 壓 表
特點
(1)在串聯(lián)電路中,各處的電流相等,表達式為I=I1=I2=…=In
(2)串聯(lián)電路的總電壓等于各部分電壓之和,表達式為U=U1+U2+…+Un
性質
(1)串聯(lián)電路的等效總電阻為各電阻阻值之和
(2)電壓分配:各電阻兩端的電壓跟它們的阻值成正比
(3)功率分配:各電阻消耗的功率跟它們的阻值成正比
作用
由串聯(lián)電路的性質(2)可知,串聯(lián)電路中的每一個電阻都要分擔一部分電壓,電阻越大,它分擔的電壓就越多,串聯(lián)電阻的這種作用稱為串聯(lián)電路的分壓作用
應用
實驗室中常用的電壓表就是利用串聯(lián)電路的分壓作用,由小量程的電流計改裝而成的
1.串聯(lián)電路中,當其中一個電阻增大,總電阻就增大.(√)
2.電流表改裝成電壓表時是串聯(lián)一個電阻.(√)
3.串聯(lián)電路中,在電路兩端電壓一定的情況下,電阻越大,其分得的電壓就越大.(√)
串聯(lián)電路的總功率和串聯(lián)電路中各電阻的功率有何關系?
【提示】 串聯(lián)電路的總功率等于串聯(lián)電路中各電阻的功率之和.
實驗室有一表頭G,滿偏電流3 mA,內阻100 Ω.
探討1:表頭G的滿偏電壓是多少?
【提示】 Ug=IgRg=0.3 V.
探討2:用它作為電壓表測3 V的電壓,能直接測量嗎?怎么辦?
【提示】 不能,讓表頭G與一個電阻串聯(lián).
1.對小量程電流表G(表頭)的認識
(1)主要結構:永久磁鐵和可轉動的線圈.
(2)工作原理:通電后,線圈在磁場力的作用下帶動指針偏轉,指針的偏角與通過指針的電流成正比.
(3)表頭的三個主要參數
①內阻Rg:小量程電流表G的電阻.
②滿偏電流Ig:電流表G指針偏轉到最大刻度時的電流.
③滿偏電壓Ug:電流表G通過滿偏電流時,加在它兩端的電壓.
由歐姆定律可知:Ug=IgRg.
圖3-4-1
2.將小量程電流計改裝成大量程的電壓表
(1)電流表改裝成電壓表的原理:將電流表的示數根據歐姆定律Ug=IgRg換算成電壓值,可直接用于測電壓,只是量程Ug很?。绻o小量程電流表串聯(lián)一個分壓電阻,就可以用來測量較大的電壓,如圖3-4-2所示.
圖3-4-2
(2)改裝流程圖:如圖所示.
(3)分壓電阻的計算:
由串聯(lián)電路的特點:U=IgRg+IgR,解得:R=-Rg=Rg=Rg,因為電壓表擴大量程的倍數n=,所以R=(n-1)Rg.
1.如圖3-4-3所示,a、b、c為同一種材料做成的電阻,b與a的長度相等,橫截面積b是a的兩倍;c與a的橫截面積相等,長度是a的兩倍.當開關閉合后,三個理想電壓表的示數關系是( )
【導學號:34022024】
圖3-4-3
A.V2的示數是V1的2倍
B.V3的示數是V1的2倍
C.V3的示數是V2的2倍
D.V2的示數是V3的2倍
【解析】 由電阻定律R=ρ知Ra=2Rb,Rc=2Ra=4Rb,由串聯(lián)電路的電壓分配關系知==,故U2=U1,U3=2U1,U3=4U2,B正確,A、C、D錯誤.
【答案】 B
2.如圖3-4-4所示為一雙量程電壓表的示意圖,已知電流表G的量程為0~100 μA,內阻為600 Ω,則圖中串聯(lián)的分壓電阻R1=________Ω,R2=________Ω.
圖3-4-4
【解析】 用5 V量程時,Ig=;用15 V量程時,Ig=,由以上兩式解得:R1=4.94×104 Ω,R2=105 Ω.
【答案】 4.94×104 105
理解電表改裝的兩點注意
1.無論表頭G改裝成電壓表還是電流表,它的三個特征量Ug、Ig、Rg是不變的,即通過表頭的最大電流Ig并不改變.
2.電表改裝的問題實際上是串、并聯(lián)電路中電流、電壓的計算問題,只要把表頭G看成一個電阻Rg即可,切記通過表頭的滿偏電流Ig是不變的.
并 聯(lián) 電 路 的 分 流 作 用 和 電 流 表 混 聯(lián) 電 路
1.并聯(lián)電路的特點及應用
特點
(1)并聯(lián)電路中各支路的電壓相等.表達式為U=U1=U2=…=Un
(2)并聯(lián)電路的總電流等于各支路電流之和,表達式為I=I1+I2+…+In
性質
(1)并聯(lián)電路的等效總電阻R與各支路的電阻R1,R2……Rn的關系:=++…+
(2)電流分配:通過各支路電阻的電流跟它們的阻值成反比
(3)功率分配:各個電阻消耗的功率跟它們的阻值成反比
作用
由并聯(lián)電路的性質(2)可知,并聯(lián)電路中的每一個電阻都要分擔總電流的一部分,電阻越小,它分擔的電流就越大.并聯(lián)電阻的這種作用就稱為并聯(lián)電路的分流作用
應用
實驗室中常用的電流表就是利用并聯(lián)電路的分流作用,由電流計改裝而成的
2.混聯(lián)電路
(1)形式:串聯(lián)之中有并聯(lián),并聯(lián)之中有串聯(lián)的電路.
(2)方法:不管混聯(lián)電路多復雜,大都可以簡化為串聯(lián)電路和并聯(lián)電路.
1.并聯(lián)電路中,當其中一個支路電阻增大時,電路總電阻減小.(×)
2.混聯(lián)電路中,任一個電阻增大,總電阻就增大.(√)
3.并聯(lián)電路中,并聯(lián)電阻的個數越多總電阻越?。?√)
并聯(lián)電路的總功率和各支路功率有何關系?
【提示】 并聯(lián)電路的總功率等于各支路功率之和.
實驗室有一表頭G,滿偏電流3 mA,內阻100 Ω.
圖3-4-5
探討1:用它能直接測量3 A的電流嗎?
【提示】 不能.
探討2:要改裝成一個大量程的電流表是串聯(lián)一個電阻,還是并聯(lián)一個電阻?
【提示】 并聯(lián).
1.關于電阻的幾個常用推論
(1)串聯(lián)電路的總電阻大于其中任一部分電路的電阻.
(2)并聯(lián)電路的總電阻小于其中任一支路的電阻.
(3)n個相同電阻R并聯(lián)時其總電阻為R總=.
(4)n個相同電阻R串聯(lián)時其總電阻為R總=nR.
(5)多個電阻無論串聯(lián)還是并聯(lián),其中任一電阻增大或減小,總電阻也隨之增大或減小,以兩電阻R1、R2為例加以說明.串聯(lián)時R=R1+R2,并聯(lián)時R==.可見,當R1或R2增大或減小時,R都隨之增大或減?。?
(6)當一個大電阻和一個小電阻并聯(lián)時,總電阻接近小電阻.
(7)當一個大電阻和一個小電阻串聯(lián)時,總電阻接近大電阻.
2.小量程電流表改成大量程電流表
(1)改裝原理:給小量程的電流計并聯(lián)一個分流電阻,就可以用來測量一個較大的電流,也就擴大了電流計的量程.
(2)改裝流程圖:如圖3-4-6所示.
圖3-4-6
(3)分流電阻的計算:由并聯(lián)電路的特點:IgRg=(I-Ig)R,解得R==Rg/,因為電流計的量程擴大后的倍數為n=,所以分流電阻的阻值為R=.
3.由4個電阻連接成的混聯(lián)電路如圖3-4-7所示.
圖3-4-7
(1)求a、d之間的總電阻.
(2)如果把42 V的電壓加在a、d兩端,通過每個電阻的電流是多少?
【解析】 (1)由題圖可知Rcd== Ω=2 Ω
故Rad=R1+R2+Rcd=8 Ω+4 Ω+2 Ω=14 Ω.
(2)由歐姆定律知I== A=3 A,此即為通過R1、R2的電流.設通過R3、R4的電流分別為I3、I4,
則由并聯(lián)電路電壓相等,I3R3=I4R4
即6I3=3I4而I3+I4=3 A,解得I3=1 A,I4=2 A.
【答案】 (1)14 Ω (2)3 A 3 A 1 A 2 A
4.現有一個靈敏電流計,它的滿偏電流為Ig=1 mA,內阻Rg=200 Ω,若要將它改裝成量程為5 A的電流表,應________一個 ________Ω的電阻,改裝后的電流表測量電流時,指針指在表盤上原來0.2 mA處,則被測電流的大小是________.
【解析】 要把電流計改裝成量程更大的電流表,需要并聯(lián)一個小電阻,根據并聯(lián)的特點可知,兩支路兩端電壓相等,則IgRg=(I-Ig)R,代入數據可得R≈0.04 Ω.因為量程擴大了5 000倍,所以原來0.2 mA處對應的電流為1 A.
【答案】 并聯(lián) 0.04 1 A
電表改裝四要點
(1)改裝電壓表需串聯(lián)一個大電阻,且串聯(lián)電阻的阻值越大,改裝后電壓表的量程越大;
(2)改裝電流表需并聯(lián)一個小電阻,且并聯(lián)電阻的阻值越小,改裝后電流表的量程越大;
(3)改裝過程把表頭看成一個電阻Rg,通過表頭的滿偏電流Ig是不變的;
(4)改裝后電表的量程指的是當表頭達到滿偏電流時串聯(lián)電路的總電壓或并聯(lián)電路的總電流.
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