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高中物理选修3-1知识复习提纲:第二章 恒定电流(人教版).doc

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高中物理选修3-1知识复习提纲:第二章 恒定电流(人教版).doc
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高中物理选修 3-1 知识点总结:第二章恒定电流(人教版)第二章:恒定电流恒定电流是我们这一章的重点内容之一,本章能容比较多,涉及的知识点非常的多。重点是学习三点定律:欧姆定律(其中还包括闭合电路的欧姆定律) 、焦耳定律、电阻定律。比较难以理解的知识点有:电动势,串联电路的有关知识,并联电路的有关公式。在实验部分测量电池的电动势和内阻要求比较高。考试的要求:Ⅰ、对所学知识要知道其含义,并能在有关的问题中识别并直接运用,相当于课程标准中的“了解”和“认识” 。Ⅱ、能够理解所学知识的确切含义以及和其他知识的联系,能够解释,在实际问题的分析、综合、推理、和判断等过程中加以运用,相当于课程标准的“理解” , “应用” 。要求Ⅰ:电阻率与温度的关系、半导体的应用和超导及其应用等内容。要求Ⅱ:电流、欧姆定律、电阻与电阻率、串并联电路、电功和电功率、串并联电路的功率分配、电源的电动势和内阻以及实验如何测量、闭合电路的欧姆定律和伏安法测电阻等内容。知识网络:内容详解:一、电源和电流●电流产生的条件:①导体内有大量自由电荷②导体两端存在电势差③导体中存在持续电流的条件:是保持导体两端的电势差。●电流的方向:规定:正电荷定向移动的方向为电流的方向。①负电荷沿某一方向运动和等量的正电荷沿相反方向运动产生的效果相同。金属导体中电流的方向与自由电子定向移动方向相反。②电流有方向但电流强度不是矢量。③方向不随时间而改变的电流叫直流;方向和强度都不随时间改变的电流叫做恒定电流。通常所说的直流常常指的是恒定电流。二、电动势●电源:①电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。②非静电力在电源中所起的作用:是把正电荷由负极搬运到正极,同时在该过程中非静电力做功,将其他形式的能转化为电势能。●电动势:①定义:在电源内部,非静电力所做的功 W 与被移送的电荷 q 的比值叫电源的电动势。②定义式:E=W/q③物理意义:表示电源把其它形式的能(非静电力做功)转化为电能的本领大小。电动势越大,电路中每通过 1C 电量时,电源将其它形式的能转化成电能的数值就越多。●电源的参数:①电动势:它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质,与电池的大小无关。②内阻( r):电源内部的电阻。三、欧姆定律●导体的电阻:①定义:导体两端电压与通过导体电流的比值②公式:R=U/I● 欧姆定律:①定律内容:导体中电流强度跟它两端电压成正比,跟它的电阻成反比。②公式:I=U/R●导体的伏安特性曲线:①伏安特性曲线:用纵坐标表示电流 I,横坐标表示电压 U,这样画出的 I-U 图象叫做导体的伏安特性曲线。②线性元件和非线性元件线性元件:伏安特性曲线是通过原点的直线的电学元件。非线性元件:伏安特性曲线是曲线,即电流与电压不成正比的电学元件●导体中的电流与导体两端电压的关系:①对同一导体,导体中的电流跟它两端的电压成正比。②在相同电压下,U/I 大的导体中电流小,U/I 小的导体中电流大。所以 U/I 反映了导体阻碍电流的性质,叫做电阻(R)③在相同电压下,对电阻不同的导体,导体的电流跟它的电阻成反比。四、串联电路和并联电路●串联电路:①电路中各处的电流强度相等。I=I 1=I2=I3=…②电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和 U=U1+U2+U3+…③串联电路的总电阻,等于各个电阻之和。R=R 1+R2+R3+…④电压分配:U 1/R1=U2/R2U1/R1=U/R⑤n 个相同电池(E、r)串联:E n=nErn=nr⑥串联电路的功率分配:P=I 2RP1/R1=P2/R2=P3/R3=…=Pn/Rn●并联电路:① 并联电路中各支路两端的电压相等。U=U 1=U2=U3=…② 电路中的总电流强度等于各支路电流强度之和。I=I 1+I2+I3+…③ 并联电路总电阻的倒数,等于各个电阻的倒数之和。1/R=1/R1+1/R2+1/R3+对两个电阻并联有:R=R 1R2/(R 1+R2)④ 电流分配:I 1/I2=R1/R2I1/I=R1/R⑤n 个相同电池(E、r)并联:E n=Ern=r/n⑤ 联电路的功率分配:P1R1=P2R2=P3R3=…=PnRn=U2● 几点总结:①几个相同的电阻并联,总电阻为一个电阻的几分之一;②若不同的电阻并联,总电阻小于其中最小的电阻;③若某一支路的电阻增大,则总电阻也随之增大;④若并联的支路增多时,总电阻将减小;⑤当一个大电阻与一个小电阻并联时,总电阻接近小电阻。●分压作用改装电流表为电压表:如果给电流表串联一个分压电阻,分担一部分电压,就可以用来测量较大的电压了.加了分压电阻并在刻度板上标出电压值,就把电流表改装成了电压表.●分流作用和改装电压表为电流表:并联电阻可以分担一部分电流,并联电阻的这种作用叫做分流作用,作这种用途的电阻又叫做分流电阻.为了使电流表能够测量几个安培甚至更大的电流,可能给它并联个分流电阻,分掉一部分电流,这样在测量大电流时,通过电流表的电流也不致超过满偏电流 Ig.五、焦耳定律●电功:定义:电路中电场力对定向移动的电荷所做的功,简称电功,通常也说成是电流的功。用 W 表示。实质:是能量守恒定律在电路中的体现。即电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程,在转化过程中,能量守恒,即有多少电能减少,就有多少其他形式的能增加。①表达式的物理意义:电流在一段电路上的功,跟这段电路两端电压、电路中电流强度和通电时间成正比。②适用条件: I、 U 不随时间变化——恒定电流● 电功率:①定义:单位时间内电流所做的功②表达式: P=W/t=UI③额定功率和实际功率额定功率:用电器正常工作时所需电压叫额定电压,在这个电压下消耗的功率称额定功率。实际功率:用电器在实际电压下的功率。实际功率 P 实 =IU, U、 I 分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。●焦耳定律:电流通过导体产生的热量,跟电流的二次方,导体的电阻和通电时间成正比公式:Q=I 2Rt●电功和电热的关系:①纯电阻电路.如图所示,电阻 R,电路两端电压 U,通过的电流强度 I.电功即电流所做的功:W=UIt.电热即电流通过电阻所产生的热量:Q=I 2Rt由部分电路欧姆定律:U=IRW=UIt=I2Rt=Q表明:在纯电阻电路中,电功等于电热.也就是说电流做功将电能全部转化为电路的内能电功表达式:W=UIt=I 2Rt=(U2/R)/t电功率的表达式:P=UI=I 2R=U2/R②非纯电阻电路.如图所示,电灯 L 和电动机 M 的串联电路中,电能各转化成什么能?电流通过电灯 L 时,电能转化为内能再转化为光能,电流通过电动机时,电能转化为机械能和内能。电流通过电动机 M 时电功即电流所做的功(电动消耗的电能):W=UIt电热即电流通过电动机电阻时所产生的热量:Q=I 2RtW(=UIt)=机械能+Q(=I 2Rt)表明:在包含有电动机,电解槽等非纯电阻电路中,电功仍等于 UIt,电热仍等于 I2Rt.但电功不再等于电热而是大于电热了.UIt>I 2Rt电功表达式:W=UIt≠Q=I 2Rt电功率表达式:P=UI≠I 2R发热功率表达式:P=I 2R≠UI五、电阻定律●电阻定律 R=Ρ L/S●电阻率是反映材料导电性能的物理量.材料的电阻率随温度的变化而改变。某些材料的电阻率会随温度的升高而变大(如金属材料) 。某些材料的电阻率会随温度的升高而减小(如半导体材料、绝缘体等) 。某些材料的电阻率随温度变化极小(如康铜合金材料) 。●式中 ρ 是比例常数,它与导体的材料有关,是一个反映材料导电性能的物理量,称为材料的电阻率。●纯金属的电阻率小,合金的电阻率较大,橡胶的电阻率最大。改变电阻可以通过改变导体的长度,改变导体横截面积或是更换导体材料等途径。六、闭合电路的欧姆定律●闭合电路欧姆定律:ε=U+U′,I=εRr或 ε=IR+Ir,都称为闭合电路欧姆定律。应注意:ε=U+U′和 ε=IR+Ir,两式表示电源使电势升高等于内外电路上的电势降落总和,ε 理解为电源消耗其它形式能使电荷电势升高。IR、Ir 理解为在内外电路上电势降落。● 讨论路端电压,电路总电流随外电路电阻变化而变化的规律。根据:ε=U+U′、U′=Ir、I=εRr,ε、r 不变R↑→I↓,U↑、U′↓,当 R→∞时,I=0、U=ε、U′=0R↓→I↑,U↓、U′↑,当 R=0 时,I= E/r(短路电流强度)U=0、U′=ε● 在闭合电路中的能量转化关系从功率角度讨论能量转化更有实际价值。电源消耗功率(有时也称为电路消耗总功率):P 总 =εI外电路消耗功率(有时也称为电源输出功率):P 出 =UI内电路消耗功率(一定是发热功率):P 内 =I2rεI=UI+I 2r●电源输出功率随外电路电阻变化关系:ε、r 为定值,R 为自变量,P 出 为因变量。P 出 =UI=ε r·R·ε r=ε 2()R·R,讨论该函数极值可知,R=r 时,输出功率有极大值;P 出 =ε 24r七、多用电表●多用电表使用注意事项:①多用电表在使用前,一定要观察指针是否指向电流的零刻度。若有偏差,应调整机械零点;②合理选择电流、电压挡的量程,使指针尽可能指在表盘中央附近;③测电阻时,待测电阻要与别的元件断开,切不要用手接触表笔;④合理选择欧姆挡的量程,使指针尽可能指在表盘中央附近;⑥ 换用欧姆档的量程时,一定要重新调整欧姆零点;⑦ 要用欧姆档读数时,注意乘以选择开关所指的倍数;⑦实验完毕,将表笔从插孔中拔出,并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。●欧姆表测量电阻:①欧姆表构造如图所示,G 是内阻为 R、满偏电流为 Ig的微安表或毫安表 R0是调零电阻,电池的电动势为 E,内阻为 r,黑表笔接电池正极,红表笔接电池负极.②欧姆表原理欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的.当红、黑表笔间接入待测电阻 Rx时,此时通过 G 表的电流为 I,则:应当注意,欧姆表刻度是不均匀的.八、测电池的电动势和内阻●原理:根据闭合电路欧姆定律的不同表达形式,可以采用下面几种不同的方法测 E和 r①由 E=U+Ir 知,只要测出 U、I 的两组数据,就可以列出两个关于正、r 的方程,从而解出 E、r,电路图如图所示.②由 E=IR+Ir 知,测出 I、R 的两组数据,列出方程解出 E、r,电路图如图所示.③由正=U+Ur/R,,测出 U、R 两组数据,列出关于 E、r 的两个方程,电路图如图所示.● 误差分析:用电流表和电压表测电源的电动势和内电阻时:若采用下图电路时,可得: rE测测 ,若采用下图所示的电路可得: 。测测 rE,九、电池组●串联电池组:开路时路端电压等于电源电动势,故可用电压表测出串联电池组的电动势 ε 串 ﹦nε串联电池组的内电阻:由于电池是串联的,电池的内电阻也是串联的,故串联电池组的内电阻 r 串 =nr●并联电池组:特点:设并联电池组是由 n 个电动势都是 ε,内电阻都是 r 的电池组成的并联电池组的电动势:ε 并 =ε并联电池组的内电阻:r 并 =r/n十、电路动态分析●解决这类问题的常见方法如下:① 先搞清电路连接情况;②弄清各电表测量哪段电路的哪个物理量;③考察电路的变化而引起的电路电阻如何变化;④判断电路总电流 I 及电路路端电压 U 如何变化;⑤再根据串并联电路的特点、欧姆定律、电功率等公式判断所求物理量的变化。● 拓展阅读:物理思维能力的培养五法:物理学是一门实验性很强的学科,因此,物理学习必须重视实验操作能力的培养,它又是有严密理论体系的学科,能促进学生思维能力的发展,因此,重视思维能力的培养也是重要目标之一。(一)阅读法,研究课文的思想体系,列出提纲,总结课文的内容及重点。(二)思考问题法:首先提出思考题,学生带着问题阅读课文,探索解题的方法。(三)习题归纳法:复习课中要认真阅读课文,抓住课文的重点知识,按照知识结构,列出复习提纲。(四)科学探索法:以已掌握的知识和研究方法为基础,进行创造性的探索。(五)提出问题法:在阅读过程中,鼓励学生发现问题,提出问题。
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