2012高考物理 月刊專版 專題8 電場(chǎng)和恒定電流專題解讀1

1、電場(chǎng)和恒定電流知識(shí)網(wǎng)絡(luò)：?jiǎn)卧袎K：按照考綱的要求，本章內(nèi)容可以分成三部分，即：基本概念和定律；串并聯(lián)電路、電表的改裝；閉合電路歐姆定律。其中重點(diǎn)是對(duì)基本概念和定律的理解、熟練運(yùn)用歐姆定律和其他知識(shí)分析解決電路問題。難點(diǎn)是電路的分析和計(jì)算。 基本概念和定律一、基本概念和定律1.電流電流的定義式：，適用于任何電荷的定向移動(dòng)形成的電流。對(duì)于金屬導(dǎo)體有I=nqvS（n為單位體積內(nèi)的自由電子個(gè)數(shù)，S為導(dǎo)線的橫截面積，v為自由電子的定向移動(dòng)速率，約10 -5m/s，遠(yuǎn)小于電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率105m/s，更小于電場(chǎng)的傳播速率3108m/s），這個(gè)公式只適用于金屬導(dǎo)體，千萬不要到處套用。注意：在電解液導(dǎo)電時(shí)

2、，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，在用公式Iqt計(jì)算電流強(qiáng)度時(shí)應(yīng)引起注意。2.電阻定律導(dǎo)體的電阻R跟它的長(zhǎng)度l成正比，跟它的橫截面積S成反比。（1）是反映材料導(dǎo)電性能的物理量，叫材料的電阻率（反映該材料的性質(zhì)，不是每根具體的導(dǎo)線的性質(zhì)）。單位是m。（2）純金屬的電阻率小，合金的電阻率大。材料的電阻率與溫度有關(guān)系：金屬的電阻率隨溫度的升高而增大（可以理解為溫度升高時(shí)金屬原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，對(duì)自由電子的定向移動(dòng)的阻礙增大。）鉑較明顯，可用于做溫度計(jì)；錳銅、鎳銅的電阻率幾乎不隨溫度而變，可用于做標(biāo)準(zhǔn)電阻。半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而減?。梢岳斫鉃榘雽?dǎo)體靠自由電子和空穴導(dǎo)電，溫度升高時(shí)半導(dǎo)體中的自

3、由電子和空穴的數(shù)量增大，導(dǎo)電能力提高）。有些物質(zhì)當(dāng)溫度接近0 K時(shí)，電阻率突然減小到零這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象。能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物體叫超導(dǎo)體。材料由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度叫超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度TC。我國(guó)科學(xué)家在1989年把TC提高到130K?，F(xiàn)在科學(xué)家們正努力做到室溫超導(dǎo)。注意：公式R是電阻的定義式，而R=是電阻的決定式R與U成正比或R與I成反比的說法是錯(cuò)誤的，導(dǎo)體的電阻大小由長(zhǎng)度、截面積及材料決定，一旦導(dǎo)體給定，即使它兩端的電壓U0，它的電阻仍然照舊存在。3.歐姆定律IO U O IU1 2 1 2R1R2（適用于金屬導(dǎo)體和電解液，不適用于氣體導(dǎo)電）。電阻的伏安特性曲線：注意I-U曲線和U-

4、I曲線的區(qū)別。還要注意：當(dāng)考慮到電阻率隨溫度的變化時(shí)，電阻的伏安特性曲線不再是過原點(diǎn)的直線。【例1】 實(shí)驗(yàn)室用的小燈泡燈絲的I-U特性曲線可用以下哪個(gè)圖象來表示： 解：燈絲在通電后一定會(huì)發(fā)熱，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)才會(huì)發(fā)出可見光，這時(shí)溫度能達(dá)到很高，因此必須考慮到燈絲的電阻將隨溫度的變化而變化。隨著電壓的升高，電流增大，燈絲的電功率將會(huì)增大，溫度升高，電阻率也將隨之增大，電阻增大，。U越大I-U曲線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)于原點(diǎn)連線的斜率必然越小，選A?！纠?】下圖所列的4個(gè)圖象中，最能正確地表示家庭常用的白熾電燈在不同電壓下消耗的電功率P與電壓平方U 2之間的函數(shù)關(guān)系的是以下哪個(gè)圖象解：此圖象描述P隨U 2變化

5、的規(guī)律，由功率表達(dá)式知：，U越大，電阻越大，圖象上對(duì)應(yīng)點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率越小。選C。4.電功和電熱電功就是電場(chǎng)力做的功，因此是W=UIt；由焦耳定律，電熱Q=I2Rt。其微觀解釋是：電流通過金屬導(dǎo)體時(shí)，自由電子在加速運(yùn)動(dòng)過程中頻繁與正離子相碰，使離子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，而電子速率減小，可以認(rèn)為自由電子只以某一速率定向移動(dòng)，電能沒有轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能，只轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（1）對(duì)純電阻而言，電功等于電熱：W=Q=UIt=I 2R t=（2）對(duì)非純電阻電路（如電動(dòng)機(jī)和電解槽），由于電能除了轉(zhuǎn)化為電熱以外還同時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能等其它能，所以電功必然大于電熱：WQ，這時(shí)電功只能用W=UIt計(jì)算，電熱只能用Q=I

6、 2Rt計(jì)算，兩式不能通用。為了更清楚地看出各概念之間區(qū)別與聯(lián)系，列表如下：注意：1、電功和電熱的區(qū)別：（1）純電阻用電器：電流通過用電器以發(fā)熱為目的，例如電爐、電熨斗、電飯鍋、電烙鐵、 白熾燈泡等。（2）非純電阻用電器：電流通過用電器是以轉(zhuǎn)化為熱能以外的形式的能為目的，發(fā)熱不是目的，而是不可避免的熱能損失，例如電動(dòng)機(jī)、電解槽、給蓄電池充電、日光燈等。在純電阻電路中，電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，電功等于電熱，即W=UIt=I2Rt=t是通用的，沒有區(qū)別，同理P=UI=I2R=也無區(qū)別，在非純電阻電路中，電路消耗的電能，即W=UIt分為兩部分，一大部分轉(zhuǎn)化為其它形式的能；另一小部分不可避免地轉(zhuǎn)化為電熱Q

7、=I2Rt，這里W=UIt不再等于Q=I2Rt，應(yīng)該是W=E其它+Q，電 功就只能用W=UIt計(jì)算，電熱就只能用Q=I2Rt計(jì)算。2、關(guān)于用電器的額定值問題額定電壓是指用電器在正常工作的條件下應(yīng)加的電壓，在這個(gè)條件下它消耗的功率就是額定功率，流經(jīng)它的電流就是它的額定電流。如果用電器在實(shí)際使用時(shí)，加在其上的實(shí)際電壓不等于額定電壓，它消耗的功率也不再是額定功率，在這種情況下，一般可以認(rèn)為用電器的電阻與額定狀態(tài)下的值是相同的，并據(jù)此來進(jìn)行計(jì)算?！纠?】 某一電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電壓U1=10V時(shí)帶不動(dòng)負(fù)載，因此不轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電流為I1=2A。當(dāng)電壓為U2=36V時(shí)能帶動(dòng)負(fù)載正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)電流為I2=1A。求這時(shí)

8、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多大？解：電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)可視為為純電阻，由歐姆定律得，這個(gè)電阻可認(rèn)為是不變的。電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸入的電功率為P電=U2I2=36W，內(nèi)部消耗的熱功率P熱=5W，所以機(jī)械功率P=31W由這道例題可知：電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)電流較大，容易被燒壞；正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電流反而較小?！纠?】某一直流電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置，如圖所示，重物的質(zhì)量m=50kg，電源提供給電動(dòng)機(jī)的電壓為U=110V，不計(jì)各種摩擦，當(dāng)電動(dòng)機(jī)以v=0.9m/s的恒定速率向上提升重物時(shí)，電路中的電流強(qiáng)度I=5.0A，求電動(dòng)機(jī)的線圈電阻大?。ㄈ=10m/s2）.解析：電動(dòng)機(jī)的輸入功率PUI，電動(dòng)機(jī)的輸出功率P1=mgv，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率P2=I2r而P2=P - P1，即I2r= UImgv代入數(shù)據(jù)解得電動(dòng)機(jī)的線圈電阻大小為r=4【例5】 來自質(zhì)子源的質(zhì)子（初速度為零），經(jīng)一加速電壓為800kV的直線加速器加速，形成電流強(qiáng)度為1mA的細(xì)柱形質(zhì)子流。已知質(zhì)子電荷e=1.6010-19C。這束質(zhì)子流每秒打到靶上