2024-2025學(xué)年高中物理第3章恒定電流章末綜合提升學(xué)案魯科版選修3-1

PAGE7-恒定電流[體系構(gòu)建][核心速填]一、基本概念1．電流(1)定義：電荷定向移動時，在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體任一橫截面的電荷量稱為電流，用符號I表示。(2)定義式：I＝eq\f(q,t)。(3)單位①國際單位制單位：安培，符號為A。②其他常用單位：毫安，符號為mA；微安，符號為μA。③單位間的換算關(guān)系：1A＝103mA＝106μA2．電阻(1)定義：導(dǎo)體對電流的阻礙作用。(2)定義式：R＝eq\f(U,I)。(3)單位電阻的國際單位是歐姆，符號為Ω。3．電功和電功率(1)電功①定義：電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I、通電時間t三者的乘積。②公式：W＝UIt。③單位：在國際單位制中，電功的單位是焦耳(J)。(2)電功率①定義：單位時間內(nèi)電流所做的功叫作電功率。②公式：P＝eq\f(W,t)＝UI。③單位：在國際單位制中，電功率的單位是瓦特，符號為W。4．電熱和熱功率(1)電熱①定義：電流流過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量。②公式：Q＝I2Rt。③單位：在國際單位制電熱的單位是焦耳，符號為J。(2)熱功率①定義：單位時間內(nèi)電流流過導(dǎo)體發(fā)熱的功率，即電流流過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率。②表達(dá)式：P熱＝eq\f(Q,t)＝I2R。二、基本規(guī)律1．電阻定律(1)內(nèi)容導(dǎo)體的電阻R與它的長度l成正比，與它的橫截面積S成反比，還與導(dǎo)體的材料有關(guān)。(2)公式：R＝ρeq\f(l,S)。2．部分電路歐姆定律(1)內(nèi)容：流過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓U成正比，與導(dǎo)體的電阻R成反比。(2)公式：I＝eq\f(U,R)。3．焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量與電流的二次方成正比，與導(dǎo)體的電阻成正比，與通電時間成正比。(2)表達(dá)式：Q＝I2Rt。三、基本電路1．串聯(lián)電路的兩個基本特點(1)電流相等，即I＝I1＝I2＝I3＝…＝In。(2)總電壓等于各部分電壓之和，即U＝U1＋U2＋U3＋…＋Un。2．并聯(lián)電路的兩個基本特點(1)并聯(lián)電路中各支路的電壓相等，即U1＝U2＝…＝Un＝U。(2)并聯(lián)電路的總電流等于各支路的電流之和，即I＝I1＋I(xiàn)2＋…＋I(xiàn)n。3．純電阻電路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t；P電＝P熱＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R)。4．非純電阻電路：電功W＝UIt，電熱Q＝I2Rt，W＞Q；電功率P＝UI，熱功率P熱＝I2R，P＞P熱。非純電阻電路的分析與計算1.在非純電阻電路中，歐姆定律不再適用，此時不行用歐姆定律求電流，應(yīng)用P＝UI求解電流。2．在非純電阻電路中，電功大于電熱，即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。3．留意電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，由能量守恒定律得W＝Q＋E其他，E其他為其他形式的能?！纠?】如圖所示為電動機提升重物的裝置，電動機線圈的電阻為r＝1Ω，電動機兩端的電壓為5V，電路中的電流為1A，重物A的重力為20N，不計摩擦，(1)電動機線圈電阻消耗的熱功率是_______W。(2)電動機的輸入功率和輸出功率分別是_____W、_____W。(3)10s內(nèi)，可以把重物A勻速提升的高度是________m。(4)這臺電動機的機械效率是________%。思路點撥：①電機工作電路是非純電阻電路。②正確區(qū)分電機的各種功率。[解析](1)依據(jù)焦耳定律可知，電動機線圈電阻消耗的熱功率為P熱＝I2r＝12×1W＝1W。(2)電動機的輸入功率等于輸入電流與電動機兩端電壓的乘積，即P入＝IU＝1×5W＝5W，輸出功率等于輸入功率減去發(fā)熱消耗的功率，即P出＝P入－P熱＝5W－1W＝4W。(3)電動機輸出的功率用來提升重物轉(zhuǎn)化為機械功率，在10s內(nèi)，有P出t＝mgh，解得h＝eq\f(P出t,mg)＝eq\f(4×10,20)m＝2m。(4)機械效率η＝eq\f(P出,P入)×100%＝80%。[答案](1)1(2)54(3)2(4)80[一語通關(guān)]電動機的幾個功率(1)輸入功率：電動機的總功率。由電動機電路的電流和電壓確定，計算：P總＝UI。(2)輸出功率：電動機做有用功的功率。如圖所示，P出＝mgv(設(shè)重物勻速上升)。(3)熱功率：電動機線圈上有電阻，電流通過線圈時要發(fā)熱，熱功率P熱＝I2rD。(4)功率關(guān)系：P總＝P出＋P熱。eq\a\vs4\al([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．(多選)如圖所示，電阻R1＝20Ω，電動機的繞組的電阻R2＝10Ω。當(dāng)開關(guān)斷開時，電流表的示數(shù)是0.5A，當(dāng)開關(guān)合上后，電動機轉(zhuǎn)動起來，電路兩端的電壓不變，電流表的示數(shù)I和電路消耗的電功率PA．I＝1.5A B．I＜C．P＝15W D．P＜15WBD[電路兩端的電壓為：U＝I1R1＝0.5A×20Ω＝10V。電動機是非純電阻用電器，UI2＞Ieq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))R2，所以I2＜eq\f(U,R2)＝1A。電流表的示數(shù)I＝eq\f(U,R1)＋I(xiàn)2＜1.5A，A錯誤，B正確。電路總功率為P＝UI＜15W，C錯誤，D正確。]以測電阻為核心的電學(xué)試驗基礎(chǔ)1.限制電路的選擇限制電路即滑動變阻器在電路中的連接，常有兩種不同的形式，圖甲為限流式，圖乙為分壓式。甲乙2．測量電路的選擇測量電路的選擇即電流表在電路中有兩種接法，圖丙為電流表內(nèi)接，圖丁為電流表外接。丙丁3．電學(xué)試驗儀器的選擇選擇電學(xué)試驗器材主要是選擇電表、滑動變阻器、電源等器材，一般要考慮四方面因素：(1)平安因素：通過電源、電阻和電表的電流不能超過其允許的最大電流。(2)誤差因素：選用電表量程應(yīng)考慮盡可能減小測量值的相對誤差，電壓表、電流表在運用時，其指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿偏刻度的eq\f(1,3)以上；運用歐姆表時宜選用指針盡可能在中間刻度旁邊的倍率擋位。(3)便于操作：選用滑動變阻器時應(yīng)考慮對外供電電壓的改變范圍既能滿意試驗要求，又便于調(diào)整。在調(diào)整滑動變阻器時，應(yīng)使其大部分電阻線都用到。(4)試驗實際：除以上三個因素外，還應(yīng)留意試驗實際，如所用的電源與打點計時器的匹配問題等。4．實物圖連接的留意事項(1)畫線連接各元件，一般先從電源正極起先，依據(jù)電路原理圖依次到開關(guān)，再到滑動變阻器，按依次以單線連接方式將主電路中串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來；其次將要并聯(lián)的元件再并聯(lián)到電路中去。(2)連線時要將導(dǎo)線接在接線柱上，兩條導(dǎo)線不能交叉。(3)要留意電表的量程和正、負(fù)接線柱，要使電流從電表的正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出?！纠?】某同學(xué)利用圖(a)所示電路測量量程為2.5V的電壓表的內(nèi)阻(內(nèi)阻為數(shù)千歐姆)，可供選擇的器材有：電阻箱R(最大阻值99999.9Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值50Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值5kΩ)，直流電源E(電動勢3V)，開關(guān)1個，導(dǎo)線若干。試驗步驟如下：①按電路原理圖(a)連接線路；(a)②將電阻箱阻值調(diào)整為0，將滑動變阻器的滑片移到與圖(a)中最左端所對應(yīng)的位置，閉合開關(guān)S；③調(diào)整滑動變阻器，使電壓表滿偏；④保持滑動變阻器滑片的位置不變，調(diào)整電阻箱阻值，使電壓表的示數(shù)為2.00V，登記電阻箱的阻值?；卮鹣铝袉栴}：(1)試驗中應(yīng)選擇滑動變阻器________(選填“R1”或“R2(2)依據(jù)圖(a)所示電路將圖(b)中實物圖連線。(b)(3)試驗步驟④中記錄的電阻箱阻值為630.0Ω，若認(rèn)為調(diào)整電阻箱時滑動變阻器上的分壓不變，計算可得電壓表的內(nèi)阻為________Ω(結(jié)果保留到個位)。[解析](1)滑動變阻器R1的阻值較小，在分壓電路中便于調(diào)整，故試驗中應(yīng)選擇滑動變阻器R1。(2)實物圖連線如圖所示。(3)電阻箱阻值為0時，電壓表滿偏電壓Ug＝2.5V，電阻箱阻值R＝630.0Ω時，電壓表的示數(shù)UV＝2.00V，此時電阻箱兩端的電壓UR＝Ug－UV＝0.5V，依據(jù)串聯(lián)電路電壓與電阻成正比可得eq\f(UV,UR)＝eq\f(Rg,R)，故Rg＝eq\f(UV,UR)R＝eq\f(2.00,0.5)×630.0Ω＝2520Ω。[答案](1)R1(2)連線圖見解析(3)2520eq\a\vs4\al([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的試驗中，可供選擇的試驗儀器如下：小燈泡L：“3.8V，0.3A”電壓表V：量程0～5V，內(nèi)阻5kΩ電流表A1：量程0～100mA，內(nèi)阻4Ω電流表A2：量程0～500mA，內(nèi)阻0.4Ω滑動變阻器R1：最大阻值10Ω，額定電流1.0A滑動變阻器R2：最大阻值5Ω，額定電流0.5A直流電源E：電動勢約為6V，內(nèi)阻約為0.5Ω(1)在上述器材中，滑動變阻器應(yīng)選________；電流表應(yīng)選________。(2)在虛線框內(nèi)畫出試驗的電路圖，并在圖中注明各元件的符號。(3)某試驗小組完成試驗后利用試驗中得到的試驗數(shù)據(jù)在I-U坐標(biāo)系中，描繪出如圖所示的小燈泡的伏安特性曲線，依據(jù)此圖給出的信息，可以推斷下圖中正確的是(圖中P為小燈泡的功率)________。[解析](1)本題變阻器采納分壓接法，通常應(yīng)當(dāng)選用最大阻值小的滑動變阻器，但本題中假如選用R2，則電路中的電流會