7恒定电流--总复习教学案

恒定电流（一） 考纲点击1. 欧姆定律2. 电阻定律3. 电阻的串联、并联4. 电源的电动势和内阻5. 闭合电路欧姆定律6. 电功率、焦耳定律实验七：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）实验八：描绘小电珠的伏安特性曲线实验九：测定电源的电动势和内电阻实验十：练习使用多用表（二）备考指导本章考查的热点有欧姆定律及伏安特性曲线，电路的串、并联规律及电路动态分析问题，故障问题分析，电学实验及相关电路的设计、数据处理等题型以选择题和实验填空题为主，也有本章知识与电磁感应知识相结合进行的综合考查。复习时注意理清基本概念，熟记各个公式，明确公式的适用条件，加强与实际生活的联系，用物理知识解决实际问题的能力，复习实验时，要注意各实验器材的选取、读数、数据处理方法、误差分析等，测量电阻的实验中，要理解滑动变阻器、电压表、电流表的选取原则及连接方式的选择。（三）知识体系测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）描绘小电珠的伏安特性曲线测定电源的电动势和内电阻练习使用多用表恒定电流基本概念电流：宏观，微观I=nesv电功：W=qU=UIt基本规律电压：路端电压，内电压电阻：测量用伏安法或欧姆表实验电功率：电热：，纯电阻电路W=Q电动势：欧姆定律闭合电路：部分电路：电阻定律：焦耳定律：串、并联电路中电压、电流和电阻的关系（四）夯实基础 要点突破一.电流1. 电荷定向移动形成电流。2. 条件：导体中有 ，导体两端存在 。3. 定义式： （1）当正负电荷同时经过同一截面时Q为正负电荷绝对值之和。（2）方向：规定 定向移动的方向为电流方向，但电流时标量。电源内部：电流从 到 ；电源外部：电流从 到 。4. 微观表达式： 式中的v为电荷的移动速率，不是电流的传导速度。例1.电子绕核运动可等效为一环形电流.设氢原子中的电子沿半径为r的圆形轨道运动，已知电子的质量为m，电子的电量为e，则其等效电流的大小等于_.例2. 有一横截面积为S的铝导线，当有电压加在该导线上时，导线中的电流强度为I。设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子电量为e，此时电子定向移动的速度为v，则在t时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为（ ） AnvStBnvtC D二.电阻 电阻定律 欧姆定律1.电阻R= R由导体本身性质决定，与U、I无决定性关系。2.电阻定律：R= （1）电阻率反映材料导电性能的物理量，由材料本身决定。（2）电阻率与温度有关金属的电阻率随温度的升高而 半导体的电阻率随温度的升高而 超导体：当温度降低到 ，某些材料的电阻率突然变为零成为超导体。例3.一段粗细均匀的镍铬丝，横截面的直径是d，电阻是R，把它拉制成直径为的均匀细丝后，它的电阻变为（ ）A10000 R BR/10000C100 R DR/1003.欧姆定律：I=(1)适用条件：纯电阻电路（金属导体，电解液）（2）伏安特性曲线线性元件：其图线为过原点的直线，斜率为一定值k=非线性元件：其图线为一条曲线，在不同状态时比值不同，但在每个电压下仍然有,只不过随着U、I的改变，R的值不同。画出线性元件、非线性元件的伏安特性曲线UI0图1R1R2300600例4.两电阻R1、2的电流I和电压U的关系如图1所示，可知两电阻R12等于（ ）A.1 B. C. D.例5.如图2所示一个标有“220V 60W“的白炽灯泡，加上的电压由零逐渐增大到220V，在此过程中，电压（U）和电流（I）的关系可用图线表示，题中给出的四个图线中，肯定不符合实际的是( )UI0ASIU0BSU0CSIU0DSI图24.电阻的串并联（1）串联：；; ；（2）并联：；; ；任意一支路电阻增加，总电阻都增加例6.三个同样的电阻，额定功率均为10 W，把其中两个并联再与第三个串联接入电路，则此电路允许消耗的最大电功率为()A10 W B15 W C20 W D30 W图3例7. 如图3所示的电路中，UAB=1V，R1=R2=R3=10，那么，电压表的示数为_V，电流表的示数为_A. 若把伏特表换成安培表则示数各为多少？图4例8.如图4所示，两个定值电阻R1、R2串联后接在电压U稳定于12V的直流电源上，有人把一个内阻不是远大于R1、R2的电压表接在R1两端，电压表的示数为8V.如果他把电压表改接在R2两端，则电压表的示数将( )(A)小于4V(B)等于4V(C)大于4V小于8V(D)等于或大于8V三.电功 电功率 电热1.电功：2.电功率：3.焦耳定律：Q= 4.电功与电热关系（1）纯电阻电路： (2)非纯电阻电路(以电动机为例) 例9.把六个相同的小灯泡接成如图5甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示，则下列结论中正确的是()图5AP甲P乙 BP甲3P乙 CP乙3P甲 DP乙3P甲图6例10.如图6所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r=0.6 , R=10 ,U=160 V，电压表的读数为110 V，求：（1）通过电动机的电流是多少？（2）输入到电动机的电功率是多少？（3）在电动机中发热的功率是多少？（4）电动机工作1 h所产生的热量是多少？四.闭合电路欧姆定律1.电动势：是表征电源把其它形式能转化为 本领的物理量。（1）电动势等于非静电场力移动单位正电荷在电源内部从负极到正极所做的功，即。（2）例11. 关于电源电动势，下列说法中正确的是（ ）A同一电源接入不同的电路电动势会发生改变B电源电动势就是接入电源两极间的电压表测量的电压C电源电动势表征电源把其它形式的能化为电能本领的物理量，与是否接外电路无关D电源电动势与电势差是一回事2.闭合电路欧姆定律（1）内容：闭合电路里的 跟 成正比，跟 成反比,这个结论叫做闭合电路的欧姆定律。（2）表达式：（纯电阻电路） （一切电路）3闭合电路欧姆定律动态分析（1）,时， (2) ,时，（3）画出电源的UI图线纵轴截距 内电阻r= 图7例12.在图7所示的电路中，当滑动变阻器的滑动触片向 b端移动时（ ） A伏特表 V和安培表A的读数都减小 B伏特表V和安培表A的读数都增大 c伏特表V的读数增大，安培表A的读数减小 D伏特表V的读数减小，安培表A的读数增大图8例13.如图8甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1100 ，R2阻值未知，R3为一滑动变阻器当其滑片P从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示，其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的求：(1)电源的电动势和内阻. (2)定值电阻R2的阻值(3)滑动变阻器的最大阻值4.闭合电路中的电源输出功率（1）非纯电阻电路 ，即 当时，=（2）纯电阻电路 当R=r时，例14.如图9所示，抛物线C1、C2分别是纯电阻直流电路中，内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线.由该图可知下列说法中错误的是( ) 图9A电源的电动势为4VB电源的内电阻为1C电源输出功率最大值为8WD电源被短路时，电源消耗的最大功率可达16W5.电源效率(1)当R=r时， （2）当R=0时， 6.含电容器电路分析（1）电路稳定，电容器处为断路（2）电路稳定，电容器两极板电压为电容器所在支路两端电压（3）电容器充电：Q增加，U增加 电容器放电：Q减小，U减小例15.如图10所示，电源电动势为E，内电阻为r，平行板电容器两金属板水平放置，S闭合后，两板间恰好有一质量为m、电荷量为q的油滴处于静止状态，G为灵敏电流计以下说法正确的是()图10A若滑动变阻器滑动触头向上移动，则油滴仍然静止，G中有ab的电流B若滑动变阻器滑动触头向下移动，则油滴向下加速运动，G中有ba的电流C若滑动变阻器滑动触头向上移动，则油滴向上加速运动，G中有ba的电流D若将S断开，则油滴仍保持静止状态，G中无电流（五）.实验一、 电压表、电流表的改装1.灵敏电流表G（1）三个主要参数内阻Rg:电流表线圈的电阻，大约几十欧到几百欧。GRgIgUg满偏电流Ig:指针批转到最大刻度时的电流，大约几十微安到几毫安。满偏电压Ug:电流表通过Ig时两端的电压，大约零点几伏。（2）三个参数间的关系：由欧姆定律可知Ug=IgRg注意：电表就是电阻。2.电压表（1）电压表的改装电流表G 的电压量程Ug=IgRg，当改装成量程为U的电压表时，应串联一个电阻R分去多余的电压U-Ug，电阻R叫分压电阻。UgGRgIgU-UgRI-IgUgGRgIgR（2）电压表的内阻：Rv=Rg+R3.电流表的改装电流表G 的电压量程Ug=IgRg，当改装成量程为I的电流表时，应并联一个电阻R分去多余的电流I-Ig，电阻R叫分流电阻。G+RE r红表笔黑表笔图1（2）电流表的内阻：RA=RgR/(R+Rg)4.电流表改装成欧姆表原理：闭合电路的欧姆定律如图1所示，当红、黑表笔短接时，调节R，使电流表的指针达到满偏电流，此时指针所指表盘上满刻度处对应两表笔间电阻为零。这时有：当两表笔间接入电阻Rx时，电流表的电流为：G+RE r红表笔黑表笔Rx当Rx改变时，Ix随着改变，将电流表表盘上Ix处表上对应的Rx值，就构成了欧姆表。RxPa R bSE r 图2中值电阻：欧姆表的内阻即为中值电阻R中R内R+Rg+r因Ix与Rx 不是线性关系，欧姆表表盘刻度不均匀。二、滑动变阻器的两种接法1.限流接法如图2所示。用电器Rx的电压调节范围：电路消耗的总功率为：EI限流接法的选用原则：测量时电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只在小范围内变化，且待测电阻Rx与R接近时。Sa R bE rRxP图3电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压接法的要求时。两种方法都满足时优先选用限流接法。2.分压接法如图3所示Rx电压调节范围0UxE。开关闭合前，P应在a端。分压接法的选用原则：测量时要求电流或电压从零开始连续调节时。待测电阻Rx远大于R，且要求电压变化范围较大时。采用限流接法时，电路中实际电压或电流的最小值仍超过Rx的额定值或电表量程时。三、电阻的测量1.伏安法测电阻 （1）原理：部分电路的欧姆定律。（2）电流表外接法，如图4所示。误差分析：VAR待图4产生误差的原因：电压表V分流。适用于测小阻值电阻，即Rx远小于Rv时。R待AV图5（3）电流表内接法，如图5所示。误差分析：产生误差的原因：电流表A分压。aVAR待b图6适用于测大阻值电阻，即Rx远大于RA时。（4）内、外接法的选用原则计算临界电阻：若RxR0，待测电阻为大电阻，用内接法ARxVS1S2abR若RxR0，待测电阻为小电阻，用外接法即大电阻，内接法；小电阻，外接法。大内小外。试触法确定内外接法：在不知道RV、RA、RX的大致值时，可用试触法，如图6所示触头分别接触a、b两点：若V变化大，说明A分压大，应用外接法；若A变化大说明V分流大，应用内接法。例1：某同学欲测一电阻Rx的阻值（约为300）可供选择的仪器有：电流表A1，量程10mA;电流表A2，量程0.6A;电压表V1，量程3V;电压表V2，量程15V；电源电动势为4.5V。请同学们按图接好电路，闭合S1后，把开关S2拨至a时，发现两电表的指针偏转的角度都在满偏的4/5处；再把开关S2拨至b时，发现其中一个电表的指针偏转几乎不变，另一个电表的指针偏转的角度在满偏的3/4处；该同学在实验中所选电压表的量程为（ ）所选电流表的量程为（ ）Rx的测量值为（ ）。A1A2图72.安安法测电阻若电流表内阻已知，则可当作电流表、电压表及定值电阻来使用.A2A1R0图8（1）如图7所示，当两电表所能测得的最大电压接近时，如果已知A1的内阻R1，则可测得A2的内阻R2=I1R1/I2.（2）如图8所示，当两电表的满偏UA2UA1时，A1串联一电阻R1，同样则可测得R2的内阻R2=I1（R1+R0)/I2.例2.用以下器材测量一待测电阻的阻值，器材如下：电流表A1（量程250mA，内阻r1=5);标准电流表A2（量程300mA，内阻r2约为5);待测电阻R1（阻值约为100）；滑动变阻器R2（最大阻值为10）；电源E（电动势约为10V，内阻r约为1）；开关S，导线若干。（1）要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并表明代号。V2V1（2）实验中，需要直接测量的物理量是（ ）图9用测的量表示待测电阻R1的阻值的计算公式是（ ）V1V2R00图103.伏伏法测电阻若电压表内阻已知，则可当作电流表、电压表及定值电阻来使用。（1）如图9所示，当两电表的满偏电流接近时，如果已知V1的内阻R1，则可测得V2的内阻R2=U2R1/U1.（2）如图10所示，当两电表的满偏电流IV2IV1时，V1并联一电阻R0，同样则可测得R2的内阻为例3.用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（9001000）：电源E（电动势约为9V，有一定内阻）；电压表V1（量程1.5V，内阻r1=750);电压表V2（量程5V，内阻r2约为2500);滑动变阻器R（最大阻值为100）；开关S，导线若干。（2004年全国）（1）测量中要求电压表的读数不小于量程的1/3，试画出实验中测量电阻Rx的几种原理图。A2A1R图11（2）若电压表V1的读数为U1，V2的读数为U2，则用已知量和测的量表示待测电阻Rx的阻值的计算公式是： 4.电阻箱或定值电阻当电表用（1）电阻箱作电压表用，如图11所示：可测得电流表A2的内阻R2（I1-I2)R/I2图中电阻箱R可测得电压为（I1-I2)R（2）电阻箱作电流表用如图12所示，若已知R及RV,则测得干路电流为：RxA2A1UR1图13IRRVV图125.比较法测电阻R2R1SRx12图14如图13所示，测得电阻箱R1的阻值及A1表、A2表的示数I1、I2，可得Rx=I2R1/I1.若考虑电表内阻的影响，则：I1(Rx+RA1)=I2(R1+RA2)6.替代法测电阻如图14所示，S接1，调节R2，读出电流表示数为I；S接2，保持R2不变，调节电阻箱R1，使电流表示数也为I。由上可得：RX=R1图15SGRR0该方法的优点是消除了电表内阻对测量结果的影响，缺点是电阻箱内阻不可以连续调节。7.半偏法测电阻（1）半偏法测电流表内阻方法一：如图15所示，测电流表G的内阻：将电阻箱R的电阻调到0；RAS1S2R0图16闭合S调节R0，使电流表G达到满偏电流I0；保持R0不变，调节R使电流表G示数为I0/2；由上可得RG=R注意：当RGR0时，测量误差小，此方法适合测大阻值电流表内阻，且测量值偏大。方法二：如图16所示测量电流表A的内阻断开S2，闭合S1，调节R0，使A表满偏为I0;保持R0不变，闭合S2，调节R，使电流表读数为I0由上得RA=RVRE r=0S图17注意：当R0RA时，测量误差小，此方法适合测小阻值电流表内阻，且测量值偏小。电源电动势宜大一些。（2）半偏法测电压表内阻方法一：如图17所示，测电压表V的内阻：闭合S,将电阻箱R的电阻调到R1时，测得电压表示数为U1；调节电阻箱阻值为R2，使电压表V的示数为U1/2；由上可得RV=R2-2R1方法二：如图18所示，测电压表V的内阻：将滑动变阻器的画片P滑到最右端，电阻箱R的阻值调到最大；闭合S1、S2，调节R0，使电压表示数指到满刻度；打开S2，保持R0不变，调节R，使电压表示数指到满刻度的一半；由上可得RV=RG+RE r红表笔黑表笔欧姆调零G+RE r红表笔黑表笔Rx测电阻图19S1R0RS2V图18R1Rx2AVS2R0S18.欧姆表测电阻，如图19所示：机械调零 选档 欧姆调零 测电阻Rx. 改换档位 重新欧姆调零 测电阻注意：待测电阻的读数应为表盘读数乘以倍数，指针应指在表盘刻度的1/32/3的部分，否则需换挡，换挡后需重新欧姆调零。9.消除电表内阻对测量结果的影响例4.伏安法测电阻电路由于电表内阻的影响，不论电表内接还是外借都存在系统误差，为消除系统误差而设计的补偿电路如图所示，完成下列实验步骤并写出待测电阻Rx的表达式。先将S1闭合。 将S2与1闭合，调节R，读出电压表读数U1，安培表读数I1根据上述测量结果，算出Rx 四测电源的电动势和内电阻1.公式法如果电表是理想的，则电源电动势和内阻可如下推得：取两组实验数据I 1、I 2、U1、U2 ，则有E=U1+I1r E=U2+I2r整理得E=(1)r=(2)若采用图A，由于电压表的分流作用，实际情况如下：E=U1+(I1+) rE=U2+(I2+) r整理得 E=(3)r=(4)比较（1）、（3）和（2）、（4）可得，利用图A测得的电源电动势和内电阻都偏小。若采用图B，由于电流表的分压作用，实际情况如下：E=U1+I1(RA+r)E=U2+I2(RA+r)整理得 E=(5)r=-RA(6)比较（1）、（5）和（2）、（6）可得，利用图B测得的电源电动势没有误差，是准确的，而测得的内电阻偏大。2.图象法测电源电动势和内阻数据处理的另一种方法是图象法。以I为横坐标，U为纵坐标，测出几组U、I值，画出U-I图像如下：若电表是理想电表，根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir，可知在U（I）函数中，截距即为电源电动势值，斜率的绝对值即为电源内阻r。若采用图A，则有E=U+(I+) r整理得 U=E-I=E-I此时U-I函数中，截距为E，比真实值E偏小。斜率的绝对值为Rv和r并联后阻值，比真实值r偏小。若采用图B，有E=U+I(RA+r)整理得U=E-I(RA+r)此时U(I)函数中截距仍为E是准确值，斜率的绝对值RAr为RA、r串联后阻值，比真实值r偏大。3.等效法该实验实际数据处理时都是把电表当成理想电表来处理，而我们知道非理想电压表可等效为一个理想电压表并联上电压表电阻Rv，非理想电流表可等效为一个理想电流表串联上电流表电阻RA，据此对图A、图B电路等效成图甲和图乙，进而再把图甲中RV与原电源E组合成一个等效电源E，而把图乙中RA与原电源E组合成一个等效电源E”。此时直接由电压表、电流表测得U、I而得的电源电动势和内电阻即为等效电源的电动势和内阻。图甲中测量计算出的等效电动势E=比真实值E偏小，等效内电阻r 比真实值r偏小。同理图乙中测量计算出的等效电动势E”E是准确值，测得的等效内电阻r”r+RA比真实值偏大。通过以上三种方法的分析可得相同结论：由于电压表的分流作用，图A电路测得的电源电动势和内电阻都偏小，而且由于电压表内阻Rv一般很大，测得的E、r偏差较小；由于电流表的分压作用，图 B电路测得的电动势是准确的，而内电阻偏大，而电流表内阻一般较小，与电源内阻较接近，故图B中测得内阻与真实值偏差较大。所以，当实验要测电源电动势和内阻时，应取图A，误差小，而且测量值都偏小；若只要测电动势时应取图B，测量值是准确的。结论：安培表内接电动势、内电阻测量值均偏小；安培表外接电动势测量值准确，内电阻偏大。