第1讲-电路的基本概念和规律课件

,必备知识,整合,关键能力,突破,必备知识,整合,关键能力,突破,必备知识,整合,关键能力,突破,第八章,第,1,讲电路的基本概念和规律,必备知识,整合,一、电流、欧姆定律,1.电流,(1)电流的形成:电荷的,定向移动,形成电流。,(2)电流的方向:,正电荷,定向移动的方向规定为电流的方向。,(3)三个公式:a.定义式:,I,=,;b.微观式:,I,=,nqvS,;c.决定式:,I,=,。,2.欧姆定律,(1)欧姆定律:导体中的电流,I,跟导体两端的,电压,U,成正比,跟导体的,电阻,R,成,反比。表达式为:,I,=,。,(2)欧姆定律的适用范围,a.金属导电和电解液导电(对气体导电不适用)。,b.纯电阻电路(不含电动机、电解槽等器件的电路)。,二、电阻、电阻率、电阻定律,1.电阻:,反映了导体对电流的阻碍作用的大小,R,=,。,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,导体电阻与构成它的材料有关。,(2)表达式,R,=,。,3.电阻率,(1)物理意义:反映制作导体的材料,导电性能,好坏的物理量,是导体材料本身,的属性。,(2)电阻率与温度的关系,a.金属的电阻率随温度的升高而,增大,。,b.半导体的电阻率随温度的升高而,减小,。,c.超导体:当温度降低到,绝对零度,附近时,某些材料的电阻率突然,减小为零,成为超导体。,三、电功、电功率、焦耳定律,1.电功,(1)定义:电路中,电场力,移动自由电荷做的功。,(2)公式:,W,=,qU,=,UIt,。,(3)电流做功的实质:,电能,转化成其他形式的能。,2.电功率,(1)定义:单位时间内电流所做的功叫做电功率。表示电流做功的,快慢,。,(2)公式:,P,=,=,UI,。,3.焦耳定律,(1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成,正比,跟导体的电阻及,通电时间成,正比,。,(2)公式:,Q,=,I,2,Rt,。,4.热功率,(1)定义:单位时间内的发热量。,(2)表达式:,P,=,=,I,2,R,。,四、串、并联电路的特点,项目,串联,并联,电流,I,=,I,1,=,I,2,=,=,I,n,I,=,I,1,+,I,2,+,+,I,n,电压,U,=,U,1,+,U,2,+,+,U,n,U,=,U,1,=,U,2,=,=,U,n,电阻,R,=,R,1,+,R,2,+,+,R,n,=,+,+,+,1.判断下列说法对错。,(1)导体中只要有电荷运动就形成电流。,(),(2)欧姆定律适用于金属导电和气体导电。,(),(3)导体的电阻与导体两端的电压成正比,与通过导体的电流成反比。(),(4)电阻率是由导体本身决定的。,(),(5)公式,Q,=,I,2,Rt,适用于任何电路中电热的计算。,(),(6)公式,P,=,IU,只适用于纯电阻电路中电功率的计算。(),2.(人教版选修3-1P43T3改编)安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假,说,电子绕核运动可等效为一环形电流。设电荷量为,e,的电子以速率,v,绕原子,核沿顺时针方向做半径为,r,的匀速圆周运动,关于该环形电流的说法,正确的,是,(),A.电流大小为,电流方向为顺时针,B.电流大小为,电流方向为顺时针,C.电流大小为,电流方向为逆时针,D.电流大小为,电流方向为逆时针,C,3.(人教版选修3-1P48T2改编)某同学对四个电阻各进行了一次测量,把每个,电阻两端的电压和通过它的电流在,U,-,I,坐标系中描点,得到了图中,a,、,b,、,c,、,d,四个点。则这四个电阻值的大小关系是,(),A.,R,a,R,b,=,R,c,R,d,B.,R,a,R,b,=,R,c,R,b,=,R,d,R,c,D.,R,a,R,b,=,R,d,R,c,A,考点一电流电阻电阻定律,关键能力,突破,1.公式,I,=,的应用在显像管的电子枪中,从炽热的金属丝不断放出的电子进,入电压为,U,的加速电场,设其初速度为零,经加速后形成横截面积为,S,、电流,为,I,的电子束。已知电子的电荷量为,e,、质量为,m,则在刚射出加速电场时,一,小段长为,l,的电子束内的电子个数是,(),A.,B.,C.,D.,D,解析,根据动能定理有,eU,=,mv,2,得,v,=,在刚射出加速电场时,一小,段长为,l,的电子束内电荷量为,q,=,I,t,=,I,则电子个数,n,=,=,选项D,正确,A、B、C错误。,2.公式,I,=,nqSv,的应用一根长为,L,、横截面积为,S,的金属棒,其材料的电阻率为,棒内单位体积自由电子数为,n,电子的质量为,m,电荷量为,e,。在棒两端加上,恒定的电压时,棒内产生电流,自由电子定向运动的平均速率为,v,则金属棒内,的电场强度大小为,(),A.,B.,C.,nev,D.,C,解析,金属棒的电阻,R,=,自由电子定向移动形成的电流,I,=,neSv,金属棒,两端电压,U,=,IR,故金属棒内的电场强度,E,=,=,=,nev,选项C正确。,3.电阻定律的应用(多选)一根粗细均匀的金属导线,在其两端加上电压,U,时,通过导线的电流为,I,导线中自由电子定向移动的平均速率为,v,若将导线均匀,拉长,使它的横截面半径变为原来的,再给它两端加上电压2,U,则,(),A.通过导线的电流为,B.通过导线的电流为,C.导线中自由电子定向移动的平均速率为,D.导线中自由电子定向移动的平均速率为,AD,解析,若将导线均匀拉长,使它的横截面半径变为原来的,则横截面,积变为原来的,导线长度变为原来的4倍,根据电阻定律,R,=,可知电阻变为,原来的16倍,再给它两端加上电压2,U,通过导线的电流为,选项A正确,选项B,错误;根据电流的微观式,通过导线的电流为,I,时,有,I,=,neSv,当通过导线的电流,为,时,有,=,ne,v,1,可知,v,1,=,选项C错误,选项D正确。,通关锦囊,1.三个电流表达式的比较,项目,公式,适用范围,字母含义,公式含义,定义式,I,=,一切电路,q,为时间,t,内通过导体横截面的电荷量,反映了,I,的大小,但不能说,I,q,I,微观式,I,=,nqSv,一切电路,n,:导体单位体积内的自由电荷数,q,:每个自由电荷的电荷量,S,:导体的横截面积,v,:电荷定向移动的速率,从微观上看,n,、,q,、,S,、,v,决,定了,I,的大小,决定式,I,=,金属、电解液,U,:导体两端的电压,R,:导体本身的电阻,I,由,U,、,R,决定,I,U,I,2.电阻与电阻率的区别与联系,(1)区别,电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量,电阻大小与导体的长度、,横截面积及材料等有关;电阻率是描述导体材料导电性能好坏的物理量,与导,体长度、横截面积无关。,导体的电阻大,导体材料的导电性能不一定差;导体的电阻率小,电阻不一,定小。,(2)联系,电阻率是影响导体电阻大小的因素之一,导体的长度、横截面积一定时,导,体材料的电阻率越大,导体的电阻越大。,导体的电阻、电阻率均与温度有关。,3.电阻定义式和决定式的比较,公式,定义式:,R,=,决定式:,R,=,适用,条件,(1)金属(粗细均匀)、电解液(浓,度均匀),(2)纯电阻电路,导电材料,公式,含义,反映了,R,的大小,不能说,R,U,、,R,R,由,、,l,、,S,共同决定,考点二部分电路欧姆定律伏安特性曲线,1.欧姆定律的“二同”,(1)同体性:指,I,、,U,、,R,三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体。,(2)同时性:指,U,和,I,必须是同一时刻的电压和电流。,2.伏安特性曲线的理解,(1)如图,图线,a,、,b,表示线性元件的,I,-,U,图线,图线,c,、,d,表示非线性元件的,I,-,U,图,线;对于线性元件,R,=,=,对于非线性元件,R,=,。,(2),I,-,U,图线的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,电阻越小,故,R,a,R,b,图线,c,表示,的元件的电阻随电压的增大而减小,图线,d,表示的元件的电阻随电压的增大,而增大。,(3)伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值对应这一状态下的,电阻。在,I,-,U,曲线上某点切线的斜率不是电阻的倒数。,例1,(多选)小灯泡通电后其电流,I,随所加电压,U,变化的图线如图所示,P,为图,线上一点,PN,为图线在,P,点的切线,PQ,为,U,轴的垂线,PM,为,I,轴的垂线,则下列,说法中正确的是(),A.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻增大,B.对应,P,点,小灯泡的电阻为,R,=,C.对应,P,点,小灯泡的电阻为,R,=,D.对应,P,点,小灯泡的功率为图中矩形,PQOM,所围面积大小,ABD,审题关键,(1)直线,PN,的斜率是否等于小灯泡电阻的倒数?,提示:,不相等。电阻的倒数等于原点与,P,点连线的斜率,(2),I,-,U,图线与横轴围成的面积的意义是什么?此面积是否等于小灯泡的功率?,提示:,此面积无意义。小灯泡的功率等于,U,1,I,2,解析,在,I,-,U,图像中,图线上的点与,O,点的连线的斜率表示该点所对应,的电压下电阻的倒数,图像中图线上各点与,O,点连线的斜率随,U,的增大逐渐,减小,电阻逐渐增大,A正确;对应,P,点,小灯泡两端的电压为,U,1,通过的电流为,I,2,根据欧姆定律可知,小灯泡的电阻为,R,=,B正确,C错误;其电功率为,P,=,U,1,I,2,即图中矩形,PQOM,所围的面积大小,D正确。,1.,U,-,I,图像的理解(多选)某同学研究白炽灯得到某白炽灯的,U,-,I,图线如图所,示。图线上,A,点与原点的连线与横轴成,角,A,点的切线与横轴成,角,则(),A.白炽灯的电阻随电压的增大而减小,B.在,A,点,白炽灯的电阻可表示为tan,C.在,A,点,白炽灯的电功率可表示为,U,0,I,0,D.在,A,点,白炽灯的电阻可表示为,CD,解析,白炽灯的电阻随电压的增大而增大,A错误;在,A,点,白炽灯的电阻,可表示为,不能表示为tan,或tan,故B错误,D正确;在,A,点,白炽灯的功率可,表示为,U,0,I,0,C正确。,2.伏安特性曲线在电路中的实际应用(多选)在如图甲所示的电路中,L,1,、L,2,、,L,3,为三个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。当,开关S闭合后,电路中的总电流为0.25 A,则此时,(),A.L,1,两端的电压为L,2,两端电压的2倍,B.L,1,消耗的电功率为0.75 W,C.L,2,的电阻为12,D.L,1,、L,2,消耗的电功率的比值大于4,BD,解析,电路中的总电流为0.25 A,L,1,中电流为0.25 A,由小灯泡的伏安特,性曲线可知L,1,两端的电压为3.0 V,L,1,消耗的电功率,P,1,=,U,1,I,1,=0.75 W,选项B正,确;根据并联电路规律可知,L,2,中的电流为0.125 A,由小灯泡的伏安特性曲线,可知其两端电压大约为0.3 V,故L,1,两端的电压约为L,2,两端电压的10倍,选项A,错误;由欧姆定律可知,L,2,的电阻约为,R,2,=,=,=2.4,选项C错误;L,2,消,耗的电功率约为,P,2,=,U,2,I,2,=0.3,0.125 W=0.037 5 W,即L,1,、L,2,消耗的电功率的比,值大于4,选项D正确。,考点三电功电功率焦耳定律,1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较,2.电动机的三个功率及关系,输入功率,电动机的总功率。由电动机电路中的电流和电压决定,即,P,总,=,P,入,=,UI,输出功率,电动机的有用功的功率,也叫做机械功率,热功率,电动机线圈上有电阻,电流通过线圈时会发热,热功率,P,热,=,I,2,r,三者关系,P,总,=,P,出,+,P,热,效率,=,100%=,100%,特别说明,(1)正常工作的电动机是非纯电阻元件,(2)电动机因故障或其他原因不转动时,相当于一个纯电阻元件,例2,有一小型直流电动机,把它接入,U,1,=0.3 V的电路中时,电动机不转,测得,流过电动机的电流为,I,1