教科版高中物理必修第三册第二章电流及其应用整合课件

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第二章内容索引知识网络 系统构建重点题型 归纳剖析知识网络 系统构建重点题型 归纳剖析一、电路中的基本计算电路运算用到的基本公式采用 (3)电功、电功率:W=UIt、P=UI。(4)焦耳定律、热功率Q=I2Rt, P热=I2R。【例题1】 一台小型电动机在3 V电压下工作,用此电动机提升所受重力为4 N的物体时,通过它的电流是0.2 A。在30 s内可使该物体匀速提升3 m。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失,求:(1)电动机的输入功率;(2)在提升重物的30 s内,电动机线圈所产生的热量;(3)线圈的电阻。答案:(1)0.6 W　(2)6 J　(3)5 Ω 解析:(1)电动机的输入功率P入=UI=3×0.2 W=0.6 W。(2)电动机提升重物的机械功率根据能量关系P入=P机+PQ,得热功率PQ=P入-P机=(0.6-0.4)W=0.2 W产生热量Q=PQt=0.2×30 J=6 J。闭合电路中电功、热量和电功率、热功率的问题本质上都是能量转化和守恒问题。分析这类问题时,要注意区分电功和热量、电功率和热功率,抓住能量守恒这条主线;在纯电阻电路中,电功和热量相等,电功率和热功率相等;在非纯电阻电路中,电功大于热量,电功率大于热功率。电动机是非纯电阻元件,解答时要注意从能量转化和守恒的角度理解其消耗功率、发热功率和输出功率之间的关系。【变式训练1】 如图所示,电源电动势E=10 V,内阻r=0.5 Ω,标有“8 V　16 W”的灯泡恰好能正常发光,电动机M绕组的电阻R0=1 Ω,求电动机的输出功率。答案:12 W  二、电路的动态分析1.电路中不论是串联部分还是并联部分,只要有一个电阻的阻值变大,整个电路的总电阻必变大。只要有一个电阻的阻值变小,整个电路的总电阻必变小。2.根据总电阻的变化,由闭合电路欧姆定律判定总电流、电压的变化。3.判定固定支路电流、电压的变化。4.判定变化部分的电流、电压变化,如变化部分是并联回路,那么应先判定固定电阻部分的电流、电压的变化,最后可变电阻部分的电流、电压就能确定了。【例题2】 电动势为E,内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路,当滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时,下列说法正确的是(　　)A.电压表和电流表的读数都增大B.电压表和电流表的读数都减小C.电压表的读数增大,电流表的读数减小D.电压表的读数减小,电流表的读数增大答案:C 解析:当滑动变阻器滑片向b端移动时,滑动变阻器的电阻R增大,则R和R2的并联电阻增大,回路外电阻R外增大,由闭合电路欧姆定律I总= 知,干路电流减小。由U=E-I总r可知,路端电压增大,故电压表读数增大;R1两端的电压U1=I总R1,R2两端的电压U2=U-U1,所以加在R2两端电压U2增大,流过R2的电流增大,流过电流表的电流 I3=I总-I2,故电流表的读数变小。综上所述可知,选项C正确。在恒定电路中,常会由于某个因素的变化而引起整个电路中一系列电学量的变化,出现牵一发而动全身的情况,此类问题即为动态电路问题。方法一:“程序法”分析这类问题的常用方法是“程序法”,即从阻值变化的部分入手,由串、并联规律判断R总的变化情况,再由欧姆定律判断I总和U外的变化情况,最后由部分电路欧姆定律判定各部分的变化情况。方法二:“串反并同”(1)“串反”:是指某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小;某一电阻减小时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率将增大。(2)“并同”:是指某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大;某一电阻减小时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。(3)注意“串反并同”法则的应用条件:单变量电路。对于多变量引起的电路变化,若各变量对同一对象分别引起的效果相同,则该原则的结果成立;若各变量对同一对象分别引起的效果相反,则“串反并同”法则不适用。【变式训练2】 如图所示的电路中,R1、R2、R3、和R4皆为定值电阻,R5为可变电阻,电源的电动势为E,内阻为r,设电流表A的读数为I,电压表V的读数为U,当R5的滑片向图中a端移动时(　　)A.I变大,U变小B.I变大,U变大C.I变小,U变大D.I变小,U变小答案:D解析:本题中变量是R5,由题意知,R5的等效电阻变小。简化电路结构可知,电压表V、电流表A均与R5间接并联,根据“串反并同”的原则,电压表V、电流表A的读数均与R5的变化趋势相同,即两表示数均减小。三、电阻的测量类实验测量金属的电阻率和描绘小电珠的伏安特性曲线这两个实验的关键是测量电阻。设计实验电路测量电阻成为高考命题的热点和重点。这类问题考查形式多样,变化无穷,但考查的原理均为欧姆定律I= ,重点都是在用各种方法寻找电压U和电流I。(一)用多用电表测电阻【例题3】 在练习使用多用电表的实验中:(1)某同学连接的电路如图所示。①若旋转选择开关,使其尖端对准直流电流挡,此时测得的是通过　　　　的电流; ②若断开电路中的开关,旋转选择开关使其尖端对准欧姆挡,此时测得的是　　　　　　　　　　　　的阻值; ③若旋转选择开关,使尖端对准直流电压挡,闭合开关,并将滑动变阻器的滑片移至最左端,此时测得的是　　　　两端的电压。 (2)在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时,若(　　)A.双手捏住两表笔金属杆,测量值将偏大B.测量时发现指针向左偏离中央刻度过大,则必须减小倍率,重新调零后再进行测量C.选择“×10”倍率测量时发现指针位于20与30正中间,则测量值小于25 ΩD.欧姆表内的电池使用时间太长,虽然完成调零,但测量值将略偏大答案:(1)①R1　②R1和R2串联　③R2(或电源)(2)D解析:(1)①当多用电表选择开关尖端对准直流电流挡时,电流表与R1串联,此时电流表测得的是通过R1的电流。②切断电路,选择开关尖端对准欧姆挡时,测得的是R1和R2的串联总电阻。③选择开关尖端对准直流电压挡,闭合开关,并将滑动变阻器的滑片移至最左端,电阻R1阻值为0,此时多用电表示数等于电阻R2两端的电压,也等于电源的路端电压。(2)双手捏住两表笔金属杆时,测量值为被测电阻与人体电阻的并联阻值,应偏小,A错误;测量时指针若向左偏离中央刻度过大,应增大倍率,B错误;选择开关对应“×10”倍率,指针位于20与30正中间时,测量值应小于250 Ω,C错误;电池使用时间太久,电动势减小,内电阻变大,虽然完成调零,但测量值将比真实值偏大,D正确。欧姆表测量电阻的原理与使用 (1)测量原理Ix= ,由于Ix随Rx非线性变化,所以表盘上刻度是非均匀的。(2)测量步骤:选挡、调零、测量、归位。(3)测量结果:读出指针指示的读数后必须再乘以旋钮指示的挡位倍率。(二)伏安法测电阻【例题4】 欲用伏安法测定一段阻值约为5 Ω的金属导线的电阻,要求测量结果尽量准确,现备有以下器材:A.电池组(3 V,内阻约为1 Ω)B.电流表(0~3 A,内阻约为0.012 5 Ω)C.电流表(0~0.6 A,内阻约为0.125 Ω)D.电压表(0~3 V,内阻约为3 kΩ)E.电压表(0~15 V,内阻约为15 kΩ)F.滑动变阻器(0~20 Ω,额定电流1 A)G.开关、导线(1)上述器材中,电流表应选用的是　　　;电压表应选用的是　　　(填写器材的字母代号)。 (2)实验电路应采用电流表　　　(选填“内”或“外”)接法。 答案:(1)C　D　(2)外解析:(1)伏安法测电阻丝电阻,需要A电池组(3 V,内阻1 Ω);电路最大电流约为I= A=0.6 A,电流表应选C电流表;电源电动势为3 V,因此电压表选D电压表。(2)因待测电阻阻值约为5 Ω,电流表内阻约为0.125 A,电压表内阻约为3 kΩ,待测电阻相对于电压表内阻来说很小,故为小电阻,应选用电流表外接法。伏安法测电阻的原理与系统误差来源(1)测量电阻的原理:R= 。(2)电流表的内外接法与测量结果。【变式训练3】 在描述小灯泡的伏安特性曲线实验中,需要用伏安法测定小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流,除开关、导线外,还有如下器材:A.小灯泡“6 V　3 W”B.直流电源6~8 VC.电流表(量程3 A,内阻约0.2 Ω)D.电流表(量程0.6 A,内阻约1 Ω)E.电压表(量程8 V,内阻约20 kΩ)F.电压表(量程20 V,内阻约60 kΩ)G.滑动变阻器(0~20 Ω,2 A)H.滑动变阻器(1 kΩ,0.5 A)(1)实验所用到的电流表应选　　　,电压表应选　　　,滑动变阻器应选　　　(填字母代号)。 (2)在虚线框内画出最合理的实验原理图。答案:(1)D　E　G　(2)电路图如图所示 四、测电源电动势和内阻的方法1.基本方法——伏安法。如图所示,用电压表和电流表分别测路端电压和电流,根据闭合电路欧姆定律有E=U+Ir,把两组数据代入方程E=U1+I1r　①E=U2+I2r　②解①②组成的方程组可得2.替代电表方法用电阻箱及一只电表(电压表或电流表)替代,测量电路图如图(a)和(b)。(a) (b)(1)图(a)中,设电阻箱的阻值为R1时电压为U1,为R2时电压为U2。 (2)图(b)中设电阻箱的阻值为R1时电流为I1,为R2时电流为I2。由E=I1(R1+r)和E=I2(R2+r)解得【例题5】 在测定电源电动势和内阻的实验中,除待测电源(E、r),足够的连接导线外,实验室仅提供:一只量程合适的电流表A,一只电阻箱R,一个开关S。(1)画出实验原理图。(2)写出用测量值表示的电源电动势E和内阻r的表达式,并注明式中各物理量的含义。答案:见解析 解析:(1)设计实验原理图如图所示。 (2)由闭合电路欧姆定律E=I(R+r)可知,测出两组电阻箱的不同值及其对应的电流,由E=I1(R1+r),E=I2(R2+r)可得式中I1、I2是电阻箱分别取R1和R2时电流表读数。 三种求电动势和内阻的基本方法1.用电压表、电流表、可变电阻(如滑动变阻器)测量。如图(a)所示,测出两组U、I值,就能算出电源的电动势和内阻,当然也能用图像法处理数据。原理公式为E=U+Ir。(a) 2.用电流表、电阻箱测量。如图(b)所示,测出两组I、R值,就能算出电源的电动势和内阻,当然也能用图像法处理数据。原理公式为E=I(R+r)。3.用电压表、电阻箱测量。如图(c)所示,测出两组U、R值,就能算出电源的电动势和内阻,当然也能用图像法处理数据。原理公式为E=U+ r。(b) (c)【变式训练4】 小明利用如图(a)所示的电路,完成了对电动势约为1.5 V、内阻约为几欧姆的电源的电动势和内阻的测定。其中R为电阻箱,R0为阻值为150 Ω的定值电阻。小明连接好电路后,通过调节电阻箱的阻值,读出了8组电压表的读数以及相对应的电阻箱的阻值,并以电压的倒数 为纵坐标、电阻箱的阻值R为横坐标,把记录的数据描绘在了坐标系中,如图(b)所示。(a) (b)(1)如果电源的电动势用E表示、电源的内阻用r表示,则 关于R的表达式应为　　　　　　　　　　　　。(用E、r、R0表示) (2)请在图(b)所示的坐标系中画出图线,并根据画出的图线求出该图线的斜率k=　　　 V-1·Ω-1,图线与纵轴交点的纵坐标为b=　　　　　 V-1。(结果保留两位有效数字) (3)结合写出的函数表达式以及图线可知该电源的电动势E=　　　　 V,内阻r=　　　　 Ω。(结果保留三位有效数字) (2)图见解析　0.004 4　0.70(3)1.52　9.09(2)将明显错误的点舍掉,画线时应使尽可能多的点落在直线上,不能落在直线上的点均匀地分布在直线的两侧,如图所示;由图可知,斜率k=0.004 4 V-1·Ω-1,图线与纵轴交点的纵坐标为b=0.70 V-1。