高中物理電路教學案

./電路1．電流電流的定義式：,適用于任何電荷的定向移動形成的電流。對于金屬導體有I=nqvS〔n為單位體積內(nèi)的自由電子個數(shù),S為導線的橫截面積,v為自由電子的定向移動速率,約10-5m/s,遠小于電子熱運動的平均速率105m/s,更小于電場的傳播速率3×108m/s,這個公式只適用于金屬導體。例1、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,形成電流強度為1mA的細柱形質(zhì)子流。已知質(zhì)子電荷e=1.60×10-19C。這束質(zhì)子流每秒打到靶上的質(zhì)子數(shù)為_________。假定分布在質(zhì)子源到靶之間的加速電場是均勻的,在質(zhì)子束中與質(zhì)子源相距L和4L的兩處,各取一段極短的相等長度的質(zhì)子流,其中的質(zhì)子數(shù)分別為n1和n2,則n1∶n2=_______。LL4L質(zhì)子源v1v2解：按定義,由于各處電流相同,設這段長度為l,其中的質(zhì)子數(shù)為n個,則由。而2．電阻定律導體的電阻R跟它的長度l成正比,跟它的橫截面積S成反比。⑴ρ是反映材料導電性能的物理量,叫材料的電阻率。單位是Ωm。⑵純金屬的電阻率小,合金的電阻率大。⑶材料的電阻率與溫度有關系：①金屬的電阻率隨溫度的升高而增大。鉑較明顯,可作為金屬熱電阻,用于溫度測量；錳銅、鎳銅的電阻率幾乎不隨溫度而變,可用于標準電阻。②半導體的電阻率一般隨溫度的升高而減小。③有些物質(zhì)當溫度接近0K時,電阻率突然減小到零——這種現(xiàn)象叫超導現(xiàn)象。能夠發(fā)生超導現(xiàn)象的物體叫超導體。材料由正常狀態(tài)轉變?yōu)槌瑢顟B(tài)的溫度叫超導材料的轉變溫度TC。有些材料的導電性能介于導體和絕緣體之間,這種材料稱為半導體。歐姆定律〔適用于金屬導體和電解質(zhì)溶液,不適用于氣體和半導體導電。電阻的伏安特性曲線：注意I-U曲線和U-I曲線的區(qū)別。若電阻率隨溫度的變化,電阻的伏安特性曲線不再是過原點的直線。121212R1<R2R1>R2OOUIIU例1、小燈泡燈絲的I-U特性曲線可用以下哪個圖象來表示OUOUOUOUIIIIA．B．C．DOUOUOUOUIIII解：例2、PUPU2oPU2oPU2oPU2o4、電功和電熱電功就是電場力做的功,因此W=UIt；由焦耳定律,電熱Q=I2Rt。⑴對純電阻而言,電功率等于熱功率：W=Q=UIt=I2Rt=,因此⑵對非純電阻電路〔如電動機和電解槽,由于電能除了轉化為電熱以外還同時轉化為機械能或化學能等其它能,所以電功必然大于電熱：W>Q,這時電功只能用W=UIt計算,電熱只能用Q=I2Rt計算,兩式不能通用。電功率和熱功率的關系也變?yōu)镻電=P熱+P其。例1、某電動機,當電壓U1=10V時帶不動負載,因此不轉動,這時電流為I1=2A。當電壓為U2=36V時能帶動負載正常運轉,這時電流為I2=1A。不考慮電動機線圈的電阻隨溫度的改變,求這時電動機的機械功率是多大？解：電動機不轉時可視為為純電阻,由歐姆定律得,,這個電阻可認為是不變的。電動機正常轉動時,輸入的電功率為P電=U2I2=36W,內(nèi)部消耗的熱功率P熱==5W,所以機械功率P=31WPS：由這道例題可知：電動機在啟動時電流較大,容易被燒壞；正常運轉時電流反而較小。電路的動態(tài)變化閉合電路歐姆定律：此類問題處理思路：先寫出總體電路的歐姆定律,然后根據(jù)給出的已知條件,結合電路的變化,逐個分析。較為簡單例一、如圖6.01所示電路中,當滑動變阻器的滑片P向左移動時,各表〔各電表內(nèi)阻對電路的影響均不考慮的示數(shù)如何變化？為什么？圖6.01解析：這是一個由局部變化而影響整體的閉合電路歐姆定律應用的動態(tài)分析問題。對于這類問題,可遵循以下步驟：先弄清楚外電路的串、并聯(lián)關系,分析外電路總電阻怎樣變化；由確定閉合電路的電流強度如何變化；再由確定路端電壓的變化情況；最后用部分電路的歐姆定律及分流、分壓原理討論各部分電阻的電流、電壓變化情況。當滑片P向左滑動,減小,即減小,根據(jù)判斷總電流增大,A1示數(shù)增大；路端電壓的判斷由內(nèi)而外,根據(jù)知路端電壓減小,V示數(shù)減??；對R1,有所以增大,示數(shù)增大；對并聯(lián)支路,,所以減小,示數(shù)減小；對R2,有,所以I2減小,A2示數(shù)減小。例二、如圖圖6.08所示,微法,微法,歐,歐,當開關S斷開時,A、B兩點電壓當S閉合時,C1的電量是增加還是減少？改變了多少庫侖？已知伏。圖6.08解：在電路中,C1、C2的作用是斷路,當S斷開時,全電路無電流,B、C等勢,A、D等勢,則伏。C1所帶的電量為〔庫S閉合時,電路由串聯(lián),C1兩端的電壓即R1上兩端的電壓,〔伏C1的帶電量〔庫故C1的帶電量改變了〔庫,負號表示減少。等效電路將電路的固定外阻可看為電源內(nèi)阻,從而簡化分析過程,需要靈活掌握。1、電源的功率和效率⑴功率：①電源的功率〔電源的總功率PE=EI②電源的輸出功率P出=UI③電源內(nèi)部消耗的功率Pr=I2r⑵電源的效率：〔最后一個等號只適用于純電阻電路ORP出Pmr電源的輸出功率,PORP出Pmr例一、用伏安法測一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻,伏安圖象如圖6.02所示,根據(jù)圖線回答：〔1干電池的電動勢和內(nèi)電阻各多大？〔2圖中a點對應的外電路電阻是多大？電源此時內(nèi)部熱功率是多少？〔3圖中a、b兩點對應的外電路電阻之比是多大？對應的輸出功率之比是多大？〔4在此實驗中,電源最大輸出功率是多大？解析：〔1開路時〔I=0的路端電壓即電源電動勢,因此,內(nèi)電阻也可由圖線斜率的絕對值即內(nèi)阻,有：〔2a點對應外電阻此時電源內(nèi)部的熱耗功率：也可以由面積差求得：〔3電阻之比：輸出功率之比：〔4電源最大輸出功率出現(xiàn)在內(nèi)、外電阻相等時,此時路端電壓,干路電流,因而最大輸出功率當然直接用計算或由對稱性找乘積IU〔對應于圖線上的面積的最大值,也可以求出此值。練習：如圖6.07所示的電路中,電池的電動勢ε=5伏,內(nèi)電阻r=10歐,固定電阻R=90歐,R0是可變電阻,在R0由零增加到400歐的過程中,求：<1>可變電阻R0消耗功率最大的條件和最大熱功率。<2>電池的內(nèi)電阻r和固定電阻R上消耗的最小熱功率之和。解：<1>由等效內(nèi)阻法,當R0=R＋r=<90＋10>Ω＝100Ω時,可變電阻R0上消耗的功率最大,且電流最小即R0取最大值400Ω時,定值電阻r和R上消耗的電功率最小,且最小功率滑動變阻器的兩種接法RRLCDPR0URLABPR0U甲乙〔1限流接法：P滑至A端,Umax＝U；P滑至B端,Umin=所以≤UL≤U,可見RL<<R0時,UL變化范圍大．〔2分壓接法：P滑至C端時,Umin＝0；P滑至D端時,Umax＝U．所以0≤UL≤U,負載兩端的電壓可以從零開始調(diào)節(jié)．以下三種情況必須采用分壓式接法：①要使某部分電路的電壓或電流從零開始連接調(diào)節(jié),．②如果實驗所提供的電壓表、電流表量程或電阻元件允許最大電流較小,采用限流接法時,無論怎樣調(diào)節(jié),電路中實際電流〔壓都會超過電表量程或電阻元件允許的最大電流〔壓,③伏安法測電阻實驗中,若所用的變阻器阻值遠小于待測電阻阻值4、伏安法測電阻的兩種接法AARxV甲AVRx乙兩種方法有何不同？精確考慮,電流表和電壓表的電阻要計算在內(nèi)。故有：1由于甲電路中電壓表的讀數(shù)U表示Rｘ兩端電壓,電流表的讀數(shù)I表示通過Rｘ與RV并聯(lián)電路的總電流,所以使用該電流所測電阻R測＝也比真實值Rｘ略小些,相對誤差a＝2由于乙電路中,電壓表的讀數(shù)U表示被測電阻Rｘ與電流表A串聯(lián)后的總電壓,電流表的讀數(shù)I表示通過本身和Rｘ的電流,所以使用該電路所測電阻R測＝＝Rｘ＋RA,比真實值Rｘ大了RA,相對誤差a＝據(jù)以上分析可得：若：此時被測電阻為小電阻,一般選用甲圖所示的電流表的外接法．若：此時被測電阻為大電阻,一般選用乙圖所示的電流表的內(nèi)接法．混聯(lián)電路與電表的改裝1、混聯(lián)電路要注意一下幾點：⑴計算電流,除了用外,還經(jīng)常用并聯(lián)電路總電流和分電流的關系：I=I1+I2⑵計算電壓,除了用U=IR外,還經(jīng)常用串聯(lián)電路總電壓和分電壓的關系：U=U1+U2⑶計算電功率,無論串聯(lián)、并聯(lián)還是混聯(lián),總功率都等于各電阻功率之和：P=P1+P2例一、L1L2L1LL1L2L1L2L1L2L1RRRL2RA．B．C．D．解析：正常發(fā)光的條件是達到額定電壓。題中可知,R1>R2,故只有B、D兩圖中的兩燈泡都能正常發(fā)光。能正常發(fā)光,說明流經(jīng)小燈泡的電流為額定電流。其中,Ib=I2,Id=I4,而總電壓均為220V,故根據(jù)功率P=UI得,Pb<Pd.選B2、電表改裝問題<1>將小量程電流表改裝成電壓表GRgRGRgRIg電壓表圖1：給電流表串聯(lián)一只大電阻,將電流表改裝成電壓表。例一、有一電流表G,內(nèi)阻Rg=10歐,滿偏電流Ig=3mA.把它改裝成量和平為3V的電壓表,要串聯(lián)一只多大的分壓電阻R？解析：電壓表V由表頭G和分壓電阻R組成,如圖1虛線框內(nèi)所示。所謂量程3V,意思是當電壓表兩端的電壓U=3V時,表頭G分擔的電壓滿偏電壓Ug,通過表頭的電流為滿偏電流Ig,指針指在最大刻度處,而最大刻度直接標以3V。表頭G的滿偏電壓UR=IgRg=0.03V,電阻R分擔的電壓UR=U-Ug=2.97V.串聯(lián)電阻R的作用是分擔一部分電壓。作這種用途的電阻叫分壓電阻。由歐姆定律可求出分壓電阻：改裝后的電壓表的電阻RV=R+Rg=.所以分壓電阻R=<2>將小量程電