第十一章 电路及其应用知识点 学案 -高中物理人教版（2019）必修第三册

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《电路及其应用》知识点 第一节 电源和电流 一、电源 1．定义：能把电子从正极搬运到负极的装置． 2．作用：(1)维持电路两端有一定的电势差．(2)使闭合电路中保持持续的电流． 二、恒定电流 1．恒定电流：(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流． 电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反．电流虽然有方向，但它是标量，它遵循代数运算法则． (2)公式：I＝eq \f(q,t)．其中：I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量． (3)单位：安培，简称安，符号A；常用电流单位还有毫安(mA)、微安(μA).1 A＝103 mA＝106 μA． 2. 电流的微观表达式 导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，横截面积为S，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为e.则：导体AD内的自由电荷全部通过横截面D所用的时间t＝eq \f(l,v).导体AD内的自由电荷总数N＝nlS总电荷量Q＝Ne＝nlSe，此导体上的电流I＝eq \f(Q,t)＝nevS. 第二节 导体的电阻 一、电阻 1．定义：导体两端的电压与通过导体的电流之比． 2．定义式：R＝eq \f(U,I).适用于纯电阻电路 3．物理意义：反映导体对电流阻碍作用的大小． 注意：R＝eq \f(U,I)是电阻的比值定义式，对给定的导体，它的电阻是一定的，与导体两端是否加电压，导体中是否有电流无关．I＝eq \f(U,R)是部分电路的欧姆定律，表示通过导体的电流I与电压U成正比，与电阻R成反比，适用条件是金属或电解质溶液导电(纯电阻电路)． 二、影响导体电阻的因素、导体的电阻率 1．电阻公式：R＝ρeq \f(l,S).(电阻的决定式) 2．电阻率ρ：影响电阻率的两个因素：材料和温度． 三、伏安特性曲线 1．伏安特性曲线：用横坐标表示电压U，纵坐标表示电流I，这样画出的导体的I－U图像叫作导体的伏安特性曲线． 2．线性元件和非线性元件 (1)线性元件：伏安特性曲线是一条直线，如温度没有显著变化的金属导体、电解质溶液． (2)非线性元件：伏安特性曲线是一条曲线，如气态导体(日光灯、霓虹灯中的气体)和半导体元件． 3．I－U图像与U－I图像的区别(图线为直线时) (1) 图线斜率的意义不同．I－U图像中，斜率表示电阻的倒数，U－I图像中，斜率表示电阻，图甲中R2＜R1，图乙中R2＞R1. (2) I－U图像是曲线时，导体某状态的电阻RP＝eq \f(UP,IP)，即电阻等于图线上点P(UP，IP)与坐标原点连线的斜率的倒数，而不等于该点切线斜率的倒数． 第三节 实验：导体电阻率的测量 一、螺旋测微器和游标卡尺 1．游标卡尺的原理及读数方法 (1)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成． (2)读数：以mm为单位，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果为：主尺上读出的整毫米数＋K×精确度. 2．螺旋测微器的原理及读数方法 (1)构造及原理：精密螺纹的螺距是0.5 mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示0.01 mm. (2)读数方法：L＝固定刻度示数＋可动刻度示数(估读一位)×分度值． 注意：①以毫米为单位时，小数点后面要有3位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略．②在读数时注意半毫米刻度线是否已露出． 二、金属丝电阻率的测量 1．实验原理 用毫米刻度尺测出金属丝有效长度l，用螺旋测微器测出金属丝直径d，横截面积S(S＝eq \f(πd2,4))．伏安法测金属丝电阻R(R＝eq \f(U,I))，由电阻定律R＝ρeq \f(l,S)，得ρ＝eq \f(RS,l)＝eq \f(πd2R,4l)＝eq \f(πd2U,4lI)，求出电阻率．实验电路图见右图. 2．注意事项 (1)因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表外接法． (2)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态． (3)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度，且金属丝伸直)；在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d. (4)电流不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化． 第四节 串联电路和并联电路 一、串、并联电路中的电压和电流的分配关系； 1．串联电路中各电阻两端的电压跟它们的阻值成正比，即eq \f(U1,R1)＝eq \f(U2,R2)＝…＝eq \f(Un,Rn)＝eq \f(U总,R总)＝I. 并联电路中各支路电阻的电流跟它们的阻值成反比，即I1R1＝I2R2＝…＝InRn＝I总R总＝U. 2．串、并联电路总电阻的比较 二、电压表和电流表的改装 注意： (1)无论表头G改装成电压表还是电流表，它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的，即通过表头的最大电流Ig并不改变．(2)改装后电压表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头串联电阻的总电压；改装后电流表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头并联电阻的总电流． 三、电流表的内接法和外接法 1．两种接法的比较 2.电流表内、外接的选择方法 当Rx＞eq \r(RARV)时，大电阻用内接法，当Rx＜ eq \r(RARV)时，小电阻用外接法，可记忆为“内大大，外小小”． 第五节 实验：练习使用多用电表 一、使用多用电表测电阻的步骤 (1)机械调零：使用前若表针没有停在左端“0”位置，要用螺丝刀转动指针定位螺丝，使指针指零． (2)选挡：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆挡的合适挡位． (3)欧姆调零：将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在表盘右端“0”刻度处． (4)测量读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，表针示数乘以量程倍率即为待测电阻阻值． (5)测另一电阻时重复(2)(3)(4)． (6)实验完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡． 注意：换挡调零，不换挡不调零．阻值等于读数乘以倍率，切记不要把读数作为阻值．　 二、用多用电表判断电路故障 1．电压表检测法 若电路断路，将电压表与电源并联，若有电压说明电源完好，然后将电压表逐段与电路并联，若某一段电压表指针偏转，说明该段电路中有断点．若电路短路，则用电压表逐段与电路并联，某一段电压表示数为零，则该段被短路． 2．欧姆表检测法 断开电路，用多用电表的欧姆挡测量待测部分的电阻，若检测部分示数正常，说明两点间正常；若检测部分电阻很小(几乎为零)，说明该部分短路；若检测部分指针几乎不动，说明该部分断路． 补充：电学实验基础 一、电压表、电流表的读数 1．用电压表和电流表测量电压和电流时，根据其分度值的不同进行估读． 2．估读方法：(1)十分估读：量程为0～3 V的电压表和量程为0～3 A的电流表，读数方法相同，此量程下的分度值分别是0.1V 和0.1A，读数时要估读到分度值的十分之一，也就是读到0.01V或0.01 A．如果以伏特或安培为单位，则估读到小数点后面两位． (2)五分估读：如图所示，量程为0～15V的电压表，其分度值为0.5V，读数时要估读到分度值的五分之一，也就是读到0.1V．如果以伏特为单位，小数点后面只有一位． (3)二分估读：如图所示，量程为0～0.6A的电流表，其分度值为0.02A，读数时要估读到分度值的二分之一，这时要求“半格估读”，读到最小刻度的一半0.01A，即不足半格的略去，超过半格的要按半格读出．最后读数如果以安培为单位，小数点后面有两位． 二、滑动变阻器的两种接法 1．两种接法的特点：(1)限流式接法耗能低，但电压调节范围小； (2)分压式接法电压调节范围大，并且可从零开始变化． 2．滑动变阻器的两种接法及其作用 三、连接实物图时的注意事项 (1)从电源正极出发，经过用电器、开关等元件，回到电源负极．(2)遇到复杂的电路图，先按照简单的串联或并联的画法一点一点分解．(3)要注意导线不能交叉．(4)注意电流表和电压表的区别．(5)画完电路图后，按照正极出发的方向走一遍，看看行不行．(6)重点注意电流要从正接线柱流入电表，从负接线柱流出电表．(7)注意电路是否会短路．　 刻度格 数(分度)刻度总 长度1 mm与每小 格的差值精确度(可 精确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm串联电路的总电阻R总并联电路的总电阻R总不同点 R＝R1＋R2＋…＋Rn．eq \f(1,R)＝eq \f(1,R1)＋eq \f(1,R2)＋…＋eq \f(1,Rn)R总大于任一电阻阻值R总小于任一电阻阻值一个大电阻和一个小电阻串联时，总电阻接近大电阻一个大电阻和一个小电阻并联时，总电阻接近小电阻相同点多个电阻无论串联还是并联，其中任一电阻增大或减小，总电阻也随之增大或减小项目小量程电流表G改装成大量 程电压表V小量程电流表G改装成大量程 电流表A电路结构R的作用分压分流扩大量程的计算U＝Ig(R＋Rg) R＝eq \f(U,Ig)－RgIgRg＝(I－Ig)R R＝eq \f(Ig,I－Ig)Rg电表的总内阻RV＝Rg＋RRA＝eq \f(RRg,R＋Rg)内接法外接法电路误差分析电压表示数 UV＝UR＋UA＞UR 电流表示数IA＝IR R测＝eq \f(UV,IA)＞eq \f(UR,IR)＝R真电压表示数UV＝UR 电流表示数 IA＝IR＋IV＞IR R测＝eq \f(UV,IA)＜eq \f(UR,IR)＝R真误差来源电流表的分压作用电压表的分流作用限流式接法分压式接法电路图闭合开关前滑片位置滑片在最左端，以保证滑动变阻器接入电路中的阻值最大滑片在最左端，开始时R两端的电压为零负载两端的电压调节范围eq \f(R0,R＋R)U～U0～U通过负载的电流调节范围eq \f(U,R0＋R)～eq \f(U,R)0～eq \f(U,R)