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(浙江专版)2019版高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 21 电路的基本概念与规律课件_图文


第21讲 电路的基本概念与规律

考试标准 知识内容

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电源和电流 b c

欧姆定律、U-I 图象及 I-U 图 c c 2016.10(11) 象

串联电路和并

联电路

c c 2016.10(22)

焦耳定律

c c 2015.10(10)、 2016.10(11)

导体的电阻 c c 2016.10(9)

考试说明
1.不要求计算液体导电时 的电流。 2.不要求解决与导线内部 自由电子定向运动速率 相联系的问题。 3.不要求知道二极管伏安 特性曲线的特性与意义。 4.电表改装限于改装成单 量程电压表和电流表。

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电源和电流

1.电源的作用:给用电器两端提供持续的 电压 。

2.电流

(1)定义:描述电流强弱的物理量,其大小等于通过导体横截面的

电荷量

与通过这些电荷量所用时间 的比值。

定义式:I=



(2)电流是标量,为研究问题方便,规定 正电荷 定向移动的

方向为电流的方向。在外电路中电流由电源 正 极到 负 极,在内

电路中电流由电源 负 极到 正 极。

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1.在示波管中,2 s内有6×1013个电子通过横截面积大小未知的电

子枪,则示波管中电流大小为( A )

A.4.8×10-6 A

B.3×10-13 A

C.9.6×10-6 A

D.无法确定

解析:由

q=It

得,I=

=



=

6×1013×1.6×10-19 2

A=4.8×10-6 A,故选

项 A 正确。

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2.扫描隧道显微镜(STM)是根据量子力学原理中的隧道效应设 计成的,当原子尺度的探针针尖在不到一个纳米的高度上扫描样品 时,在针尖与样品之间加一大小在2 mV~2 V之间的电压,针尖与样 品之间产生隧道效应而有电子逸出,形成隧道电流,电流I随针尖与 样品间的距离r的增大而指数减小(如图甲所示),当探针沿物质表面 按给定高度匀速扫描时,因样品表面原子的凹凸不平,使探针与物 质表面间的距离不断发生改变,从而引起隧道电流随时间不断发生 改变,这种变化便反映了样品表面原子水平的凹凸形态,如果在某 次扫描中隧道电流如图乙所示,那么样品表面可能是下图中的
()

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答案:A 解析:由于隧道电流I随针尖与样品间的距离r的增大而指数减小, 距离越小,电流越大,如题图乙所示的隧道电流,说明样品表面可能 如图A。

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1.形成电流的条件:(1)导体中有能够自由移动的电荷。(2)导体两 端存在电压。
2.I=是电流的定义式,I与q、t无关。

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欧姆定律与I-U图象

1.内容:导体中的电流跟导体两端的 电压 成正比,跟导体的

__电__阻____成反比。

2.表达式: I=



3.适用范围:金属导电和电解液导电,不适用于气体导电或半导体

元件。

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4.导体的伏安特性曲线 导体中的电流随导体两端电压变化的图线。 对于线性元件,伏安特性曲线是过原点的直线,直线斜率的倒数, 数值上等于 电阻 ,如图甲所示。对于非线性元件,伏安特性 曲线是弯曲的,曲线在某点的切线的斜率的倒数,数值上不等于电 阻; 该点与原点O的连线 的斜率的倒数,数值上等于电阻,如图乙 所示,导体的电阻随电流的增大而减小;当I=I0时, R=00。

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1.根据表达式 I=和 R=,下列说法正确的是( B ) A.由 R=知,导体的电阻由两端的电压和通过的电流决定 B.由 I=知,流过导体的电流由导体两端的电压和导体的电阻 共同决定
C.一定大小的电流流过导体,电阻越大,导体两端的电压越小 D.表达式 I=和 R=所描述的是同一个问题的两个不同表达方 式,没有区别

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解析:表达式 R=是电阻的定义式,电阻 R 由导体本身性质(形状、 大小和材料等)决定,与导体两端的电压和通过的电流无关,选项 A
错误;电流与电压成正比,与电阻成反比,所以流过导体的电流由导体 两端的电压和导体的电阻共同决定,选项 B 正确;根据表达式 I=知, 电流一定时,电阻越大,导体两端的电压越大,选项 C 错误;表达式 R=是电阻的定义式,I=为欧姆定律的表达式,两者物理意义不同, 选项 D 错误。

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2.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为图线的切线,PQ为U轴的垂线,PM为I轴的垂线。

则下列说法错误的是( C )

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=21 C.对应 P 点,小灯泡的电阻为 R=2-11 D.对应 P 点,小灯泡的功率为图中矩形 PQOM 的面积
解析:在I-U图象中,图线上的点与O点连线的斜率表示该点所对 应的电压电流下电阻的倒数,图象中图线的斜率逐渐减小,电阻逐 渐 可增知,大小,灯A正泡确的;电对阻应应P点为,小R=灯2泡1 ,B的正电确压、为CU错1,误电;流其为工I作2,根功据率欧为姆定律 P=U1I2,即为图中矩形PQOM所围的面积,D正确。

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1.R=是比值定义式,R 与 U、I 无关。 2.I=不是电流的定义式,与电阻定义式 R=含义也不同。 3.导体的伏安特性曲线是反映导体电学性质的重要图象,根据它 可以计算某一电压时的电阻、功率,定性分析电阻随电压的变化情 况等。对于线性元件,伏安特性曲线是过原点的直线,直线斜率的 倒数,数值上等于电阻。对于非线性元件,伏安特性曲线是弯曲的, 曲线在某点的切线的斜率的倒数,数值上不等于电阻。该点与原点 O的连线的斜率的倒数,数值上等于电阻。

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串联电路和并联电路

1.串联电路和并联电路特点

电路特点 电流 电压 电阻
分压原理或 分流原理
功率 分配

串联电路 I=I1=I2=…=In U= U1+U2+…+Un R 总=R1+R2+…+Rn
U1∶U2∶…∶Un= R1∶R2∶…∶Rn
P1∶P2∶…∶Pn= R1∶R2∶…∶Rn

并联电路

I=I1+I2+…+In

U=U1=U2=…=Un

1 R总

=

1 R1

+

1 R2

+…+R1n

I1∶I2∶…∶In=R11 ∶

1 ∶…∶ 1

R2

Rn

P1∶P2∶…∶Pn=R11 ∶

1 ∶…∶ 1

R2

Rn

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2.电压表、电流表的改装

项目 原理

改装为大量程电压表 串联电阻分压

改装为大量程电流表 并联电阻分流

改装 原理图

分压电阻 或分流 电阻 改装后的 电表内阻

U=IgR+IgRg,所以 R=IU -Rg
RV=R+Rg>Rg

IgRg=(I-Ig)R,所以

R=I R
I-I

RA=RR+RR <Rg

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1.如图所示,甲、乙两电路都是由一个灵敏电流表G和一个变阻 器R组成的,下列说法正确的是( C )
A.甲表是电流表,R增大时量程增大 B.甲表是电压表,R增大时量程不变 C.乙表是电压表,R增大时量程增大 D.乙表是电流表,R增大时量程减小
解析:甲表是电流表,当R增大时量程减小;乙表是电压表,当R增大 时量程增大,故选项C正确。

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2.如图所示,电流表A1(0~3 A)和A2(0~0.6 A)由两个相同的电流计 改装而成,现将这两个电流表并联后接入电路中。闭合开关S,调节
滑动变阻器,下列说法正确的是( D )
A.A1、A2的读数之比为1∶5 B.A1、A2的读数之比为1∶1 C.A1、A2的指针偏转角度之比为1∶5 D.A1、A2的指针偏转角度之比为1∶1
解析:图中的A1、A2并联,表头的电压相等,电流相等,指针偏转的
角度相同,所以A1、A2的指针偏转角度之比为1∶1,选项C错误,选项
D正确;量程不同的电流表读数不同,电流表A1的量程为3 A,A2的量 程为0.6 A,当偏转角相同时,A1、A2的读数之比为5∶1,所以选项A、 选项B错误。

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串、并联电路的几个常用结论 1.当n个等值电阻R0串联或并联时,R串=nR0, R 并=1R0。 2.串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻,并联电路的总电 阻小于电路中任意一个电阻。
3.在电路中,某个电阻增大(或减小),则总电阻增大(或减小)。 4.某电路中无论电阻怎样连接,该电路消耗的总电功率始终等于 各个电阻消耗的电功率之和。

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导体的电阻

1.电阻定律:同种材料的导体,其电阻跟它的 长度 成正比,与 它的 横截面积 成反比,导体的电阻还与构成它的 材料 有 关。表达式为: R=ρ。
2.电阻率:比例系数ρ叫作材料的电阻率,反映导体的导电性能,是

导体材料本身的属性,与导体的材料有关,与导体的长度、横截面

积无关。

(1)物理意义:反映导体的 导电性能

,是导体材料本身

的属性; (2)电阻率与温度的关系:金属的电阻率随温度升高而 增大 ;半
导体的电阻率随温度升高而 减小 。一些合金几乎不受 温度 的

影响。

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1.欧姆不仅发现了欧姆定律,还研究了电阻定律。有一个长方体 金属电阻,材料分布均匀,边长分别为a、b、c,且a>b>c。电流沿以 下方向流过该金属电阻,其中电阻阻值最小的是( A )

C

中电解阻析:R由C=电ρ阻,的D 决中定电式阻可RD知=,ρA中,故电电阻阻R最A=小ρ的,为B

中电阻 A。

RB=ρ,

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2.某个由导电介质制成的电阻截面如图所示,导电介质的电阻率 为ρ,制成内外半径分别为a和b的半球壳层形状(图中阴影部分),半 径为a、电阻不计的球形电极被嵌入导电介质的球心成为一个引 出电极,在导电介质的外层球壳上镀上一层电阻不计的金属膜成为 另外一个电极,设该电阻的阻值为R。下面给出R的四个表达式中 只有一个是合理的,你可能不会求解R,但是你可以通过一定的物理 分析,对下列表达式的合理性做出判断。根据你的判断,R的合理表 达式应为( B )

A.R=2(π+) C.R=2π(-)

B.R=2(π-) D.R=2π(+ )

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解析:根据 R=ρ ,从单位上看,分子应是长度单位,而分母应是面 积单位,只有A、B单位符合,C、D错误;再代入特殊值,若b=a,球壳 无限薄,此时电阻为0,因此只有B正确。

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电阻的大小与电阻两端电压、通过电阻的电流大小无关,电阻大小

只与电阻的材料、电阻的长度和电阻的横截面积有关。两个公式

对比:

公式 R=ρSl 电阻的决定式

R=UI 电阻的定义式

说明了电阻的决定因 提供了一种测定电阻的方法,并不



说明电阻与 U 和 I 有关

区别

只适用于粗细均匀的 金属导体和浓度均匀

适用于任何纯电阻导体

的电解质溶液

给出了导体电阻测量 给出了测导体的电阻率的一种方

的一种方法:伏安法 法,只要测出 R、l、S,就可以求出 ρ

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电功与电热
1.电功 (1)定义:电流在一段电路上做的功,其大小等于电路消耗的电能。 (2)公式:W= Uit 。 (3)适用范围: 任何电路 。 2.电功率 (1)定义:单位时间内电流在一段电路上做的功。 (2)公式:P= UI 。 (3)适用范围: 任何电路 。 (4)额定功率:用电器在 额定 电压下工作时的功率。 (5)实际功率:用电器在 实际 电压下工作时的功率。

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3.电热 (1)定义:电流I通过有电阻R的导体时产生的热量。 (2)公式:根据焦耳定律有Q= I2Rt 。 4.热功率 (1)定义:单位时间内产生的热量。 (2)公式:P= I2R 。

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1.右图中的路灯为太阳能路灯,每只路灯的光伏电池板有效采光 面积约0.3 m2。晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐
射能约为3×106 J。如果每天等效日照时间约为6 h,光电池一天产
生的电能可供30 W的路灯工作8 h。光电池的光电转换效率约为
(C)

A.4.8% B.9.6%

C.16%

D.44%

解析:每天(6 h)光电池吸收的太阳能 W 总=0.3×3×106×6 J=

5.4×106 J,路灯工作 8 h 消耗的电能 W 有用=Pt=30 W×8×3 600

s=8.64×105 J,光电池的光电转换效率 η=有总用×100%=85.6.44××110065

×100%=16%。故选 C。

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2.如图所示,电阻R和电动机M串联接到电路中,已知电阻R跟电动
机M线圈的电阻相等,开关闭合后,电动机正常工作,设电阻R和电动
机两端的电压分别为U1和U2;经过时间t,电流通过电阻R做的功为 W1,产生的热量为Q1;电流通过电动机M做的功为W2,产生的热量为 Q2,则有( B )

A.U1=U2,Q1<Q2 B.W1<W2,Q1=Q2 C.W1<W2,Q1<Q2 D.U1>U2,Q1=Q2 解析:电阻R和电动机M串联,流过两用电器的电流相同。电阻R 跟电动机M线圈的电阻相等,则由焦耳定律可知两者产生的热量相 等,则Q1=Q2。电动机正常工作时为非纯电阻用电器,消耗的电能绝 大部分转化为机械能,所以电流通过电动机M做的功要大于电流通 过电阻R做的功,W1<W2。U1=IR,U2>IR,则U1<U2,故选项B正确。

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1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 用电器纯电阻 W=Q,W=UIt=I2Rt=2t,P=UI=I2R=2,如电阻、电 炉子、白炽灯等;非纯电阻 W>Q,W=UIt=I2Rt+W 其他,P=UI=I2R+P 其他, 如电风扇、电动机、电解槽等。
2.关于非纯电阻电路的两点提醒 (1)在非纯电阻电路中,2t 既不能表示电功也不能表示电热,因 为欧姆定律不再成立。
(2)不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路,当电动机不 转动时,仍为纯电阻电路,欧姆定律仍适用,电能全部转化为内能。只 有在电动机转动时为非纯电阻电路,U>IR,欧姆定律不再适用,大部 分电能转化为机械能。



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