备战2020高考物理专题08 恒定电流与电学实验

1、备战 2020 高考物理最全知识点分专题归纳总结 专题 08 恒定电流与电学实验 第一节第一节 欧姆定律、电阻定律、电功率及焦耳定律欧姆定律、电阻定律、电功率及焦耳定律 【基本概念、规律】【基本概念、规律】 一、电流、欧姆定律 1电流 (1)定义：自由电荷的定向移动形成电流 (2)方向：规定为正电荷定向移动的方向 (3)三个公式 定义式：Iq/t；微观式：InqvS；IU R. 2欧姆定律 (1)内容：导体中的电流 I 跟导体两端的电压 U 成正比，跟导体的电阻 R 成反比 (2)公式：IU/R. (3)适用条件：适用于金属和电解液导电，适用于纯电阻电路 二、电阻、电阻率、电阻定律 1电阻 (

2、1)定义式：RU I . (2)物理意义：导体的电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小，R 越大，阻碍作用越大 2电阻定律 (1)内容：同种材料的导体，其电阻与它的长度成正比，与它的横截面积成反比，导体 的电阻还与构成它的材料有关 (2)表达式：Rl S . 3电阻率 (1)计算式：RS l . (2)物理意义：反映导体的导电性能，是导体材料本身的属性 (3)电阻率与温度的关系 金属：电阻率随温度的升高而增大 半导体：电阻率随温度的升高而减小 超导体： 当温度降低到绝对零度附近时， 某些材料的电阻率突然减小为零成为超导体 三、电功、电功率、焦耳定律 1电功 (1)实质： 电流做功的实质是电场力对电

3、荷做正功， 电势能转化为其他形式的能的过程 (2)公式：WqUUIt，这是计算电功普遍适用的公式 2电功率 (1)定义：单位时间内电流做的功叫电功率 (2)公式：PW t UI，这是计算电功率普遍适用的公式 3焦耳定律 电流通过电阻时产生的热量 QI2Rt，这是计算电热普遍适用的公式 4热功率 (1)定义：单位时间内的发热量 (2)表达式：PQ t I2R. 【重要考点归纳】【重要考点归纳】 考点一考点一 对电阻、电阻定律的理解和应用对电阻、电阻定律的理解和应用 1电阻与电阻率的区别 (1)电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，电阻大小与导体的长度、横截面积 及材料等有关， 电阻率是描述导

4、体材料导电性能好坏的物理量， 与导体长度、 横截面积无关 (2)导体的电阻大，导体材料的导电性能不一定差；导体的电阻率小，电阻不一定小 (3)导体的电阻、电阻率均与温度有关 2电阻的决定式和定义式的区别 公式 Rl S RU I 区别 电阻定律的决定式 电阻的定义式 说明了电阻的决定因素 提供了一种测定电阻的方法， 并不 说明电阻与 U 和 I 有关 只适用于粗细均匀的金属导体和浓 度均匀的电解质溶液 适用于任何纯电阻导体 3.某一导体的形状改变后，讨论其电阻变化应抓住以下三点： (1)导体的电阻率不变 (2)导体的体积不变，由 VlS 可知 l 与 S 成反比 (3)在 、l、S 都确定之后

5、，应用电阻定律 Rl S求解 考点二考点二 对伏安特性曲线的理解对伏安特性曲线的理解 1图甲中的图线 a、b 表示线性元件，图乙中的图线 c、d 表示非线性元件 2图象的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小，故 RaRb(如图甲所示) 3图线 c 的电阻减小，图线 d 的电阻增大(如图乙所示) 4伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值对应这一状态下的电阻 5.解决这类问题的两点注意： (1)首先分清是 IU 图线还是 UI 图线 (2)对线性元件：RU I U I ；对非线性元件 RU I U I ，即非线性元件的电阻不等于 U I 图象某点切线的斜率 考点三考点三 电功、电热、电功

6、率和热功率电功、电热、电功率和热功率 1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 2.(1)无论是纯电阻还是非纯电阻，电功均可用 WUIt，电热均可用 QI2Rt 来计算 (2)判断是纯电阻电路还是非纯电阻电路的方法：一是根据电路中的元件判断；二是看 消耗的电能是否全部转化为内能 (3)计算非纯电阻电路时，要善于从能量转化和守恒的角度，利用“电功电热其他能 量”寻找等量关系求解 【思想方法与技巧】【思想方法与技巧】 “柱体微元柱体微元”模型的应用模型的应用 1 模型构建： 物质微粒定向移动， 以速度方向为轴线从中选取一小圆柱作为研究对象， 即为“柱体微元”模型 2模型特点 (1)柱体内的粒子沿轴线可认

7、为做匀速运动 (2)柱体长度 lvt(v 为粒子的速度)， 柱体横截面积 Sr2(r 为柱体半径) 3处理思路 (1)选取一小柱体作为研究对象 (2)确定柱体微元中的总电荷量为 QnvtSq. (3)计算柱体中的电流 IQ tnvSq. 4.“柱体微元”模型主要解决类流体问题，如微观粒子的定向移动、液体流动、气体流动 等问题 第二节第二节 电路电路 闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律 【基本概念、规律】【基本概念、规律】 一、串、并联电路的特点 1特点对比 串联 并联 电流 II1I2In II1I2In 电压 UU1U2Un UU1U2Un 电阻 RR1R2Rn 1 R 1 R1 1 R2

8、 1 Rn 2.几个常用的推论 (1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻 (2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻，且小于其中最小的电阻 (3)无论电阻怎样连接，每一段电路的总耗电功率 P 总是等于各个电阻耗电功率之和 (4)无论电路是串联还是并联，电路中任意一个电阻变大时，电路的总电阻变大 二、电源的电动势和内阻 1电动势 (1)定义：电动势在数值上等于非静电力把 1 C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所 做的功 (2)表达式：EW q . (3)物理意义：反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量 2内阻 电源内部也是由导体组成的，也有电阻，叫做电源的内阻，它是电

9、源的另一重要参数 三、闭合电路欧姆定律 1内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比 2公式 I E Rr 只适用于纯电阻电路 EU外U内适用于任何电路 3路端电压 U 与电流 I 的关系 (1)关系式：UEIr. (2)UI 图象如图所示 当电路断路即 I0 时，纵坐标的截距为电源电动势 当外电路电压为 U0 时，横坐标的截距为短路电流 图线的斜率的绝对值为电源的内阻 【重要考点归纳】【重要考点归纳】 考点一考点一 电路动态变化的分析电路动态变化的分析 1电路的动态变化是指由于断开或闭合开关、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构 发生了变化，一处变化又引起了一系列的

10、变化 2电路动态分析的方法 (1)程序法： 电路结构的变化R 的变化R总的变化I总的变化U端的变化固定支路 并联分流I 串联分压U 变化支路 (2)极限法：因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑动端分 别滑至两个极端去讨论 3.电路动态分析的两个结论 (1)总电阻变化情况的判断 当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时，电路的总电阻一定增大(或减小) 若开关的通、断使串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；若开关的通、断使并联 的支路增多时，电路的总电阻减小 (2)“串反并同” 所谓“串反”，即某一电阻增大时，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，反之则

11、增大 所谓“并同”，即某一电阻增大时，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，反之则减小 考点二考点二 电源的功率及效率问题电源的功率及效率问题 电源总功率 任意电路：P总EIP出P内 纯电阻电路：P总I2(Rr) E2 Rr 电源内部 消耗的功率 P内I2rP总P出 电源的 输出功率 任意电路：P出UIP总P内 纯电阻电路：P出I2R E2R Rr 2 P出与外电 阻 R 的关系 电源的效率 任意电路：P 出 P总 100% U E 100% 纯电阻电路： R Rr 100% (1)解决最大功率问题时，要弄清是定值电阻还是可变电阻的最大功率，定值电阻的最 大功率用 PI

12、2RU 2 R 分析，可变电阻的最大功率用等效电源法求解 (2)电源输出功率最大时，效率不是最大，只有 50%. 考点三考点三 含容电路的分析和计算含容电路的分析和计算 1当含有电容器的直流电路达到稳定状态时，电容器处可视为断路，与之串联的电阻 中无电流，不起降压作用 2电容器电压等于与之并联的电阻的电压 3电容器(或串联一个电阻)接到某电源两端时，电容器的电压等于路端电压 4在计算电容器所带电荷量的变化时，如果变化前后极板所带电荷的电性相同，那么 通过所连导线的电荷量等于初末状态电容器所带电荷量之差； 如果变化前后极板带电的电性 相反，那么通过所连导线的电荷量等于初末状态电容器所带电荷量之和

13、 【思想方法与技巧】【思想方法与技巧】 利用利用 UI 图象解决非线性元件问题图象解决非线性元件问题 非线性元件有关问题的求解，关键在于确定其实际电压和电流，确定方法如下： (1)先根据闭合电路欧姆定律，结合实际电路写出元件的电压 U 随电流 I 的变化关系 (2)在原 UI 图象中，画出 U、I 关系图象 (3)两图象的交点坐标即为元件的实际电压和电流 突破电学设计性实验的思路和方法突破电学设计性实验的思路和方法 电学设计性实验题能有效地考查学生的实验技能和创造性思维能力， 在高考中的考查频 率很高.不少学生面对这类题感到无从下手.实际上，只要做到“三个明确”“三个选择”，问题 便可迎刃而解

14、. 一、明确题目的要求 认真审清题意，看清题目的要求即审题时要看清题目要求测定什么物理量，验证、探 究什么物理规律，或者要求设计达到何种标准的电路等 二、明确实验原理 解决设计型实验题的关键在于选择实验原理 如果实验需要测定某些电学量， 应弄清待 测物理量可通过哪些规律、公式求得，与哪些物理量有直接联系，可用哪些物理量定量地表 示，用何种方法测定相关量，进而得出待求量 三、明确设计电路的原则 设计电路一般应遵循“安全性”原则、“精确性、方便性”原则，兼顾“运用仪器少，耗电 少”等三条原则 1安全性原则 选用仪器组成电路， 首先要保证实验正常进行 例如通过电流表的电流和加在电压表上 的电压均不得

15、超过其量程，滑动变阻器、被测电阻不得超过其额定电流(额定功率)等 2精确性、方便性原则 “精确”是指选用仪器组成实验电路时要尽可能减小测量误差，提高精确度例如所用电 流表、电压表的指针应有较大的偏转，一般应使指针偏转在满刻度的 1/3 以上，以减小因读 数引起的偶然误差 “方便”是指实验中便于调节控制，便于读数例如应根据电路可能出现的电流、电压范 围选择滑动变阻器对大阻值的滑动变阻器，如果滑片稍有移动就使电路中的电流、电压有 很大变化，则不宜采用对于滑动变阻器，还要权衡用分压式电路还是限流式电路 3运用仪器少，耗电少原则 在达到实验目的， 各项指标均符合要求的前提下， 还应注意运用的仪器尽量少

16、和节约电 能例如控制电路有限流式与分压式两种调节电路，若这两种调节电路均能满足要求，从消 耗功率小，节约电能的角度，则应选用限流式电路 四、控制电路的选择 滑动变阻器选用限流接法和分压接法的依据： 1负载电阻电压要求变化范围较大，且从零开始连续可调，应选分压电路 2若负载电阻的阻值 Rx远大于滑动变阻器总阻值 R，应选分压电路 3若负载电阻的阻值 Rx小于滑动变阻器总阻值 R 或相差不多， 且没有要求电压从零可 调，应选限流电路 4两种电路均可时限流电路优先，因为限流电路消耗的总功率小 五、测量电路的选择 对伏安法测电阻，应根据待测电阻的大小选择电流表不同的接法 1阻值判断法： 当 RVRx时

17、，采用电流表“外接法”； 当 RxRA时，采用电流表“内接法” 2倍率比较法： (1)当RV Rx Rx RA，即 Rx RV RA时，既可选择电流表“内接法”，也可选择“外接法”； (2)当RV Rx Rx RA即 Rx RV RA时，采用电流表外接法； (3)当RV Rx Rx RA即 Rx RV RA时，采用电流表内接法 3试触法： U U 与I I 比较大小： (1)若U U I I ，则选择电压表分流的外接法； (2)若I I U U ，则选择电流表的内接法 六、实验器材的选择 1安全因素 通过电源、电表、电阻的电流不能超过允许的最大电流 2误差因素 选择电表时，保证电流和电压均不超

18、过其量程使指针有较大偏转(一般取满偏度的1 3 2 3)；使用欧姆表选挡时让指针尽可能在中值刻度附近 3便于操作 选滑动变阻器时，在满足其他要求的前提下，可选阻值较小的 4关注实验的实际要求 实验七实验七 测定金属的电阻率测定金属的电阻率 1螺旋测微器 (1)构造：如图甲，S 为固定刻度，H 为可动刻度 (2)原理：可动刻度 H 上的刻度为 50 等份，旋钮 K 每旋转一周，螺杆 P 前进或后退 0.5 mm，则螺旋测微器的精确度为 0.01 mm. 甲 乙 (3)读数 测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出 测量值(mm)固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线

19、是否露出)可动刻度数(估读一 位) 0.01 (mm) 如图乙所示， 固定刻度示数为 2.0 mm， 不足半毫米， 从可动刻度上读的示数为 15.0， 最后的读数为：2.0 mm15.0 0.01 mm2.150 mm. 2游标卡尺 (1)构造(如图所示)：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还 有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉 (2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径 (3)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 不管游标尺上有多少个小等分刻度， 它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分 刻度少 1 mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有

20、10 个的、 20 个的、 50 个的， 见下表： 刻度格数 (分度) 刻度总 长度 每小格与 1 mm 的差值 精确度 (可准确到) 10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm 20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm 50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm (4)读数： 若用 x 表示由主尺上读出的整毫米数， K 表示从游标尺上读出与主尺上某一刻 线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(xK 精确度)mm. 3常用电表的读数 对于电压表和电流表的读数问题， 首先要弄清电表量程， 即指针指到最大刻度时电表允 许通过的最大电压或电流值， 然后根据表盘总的刻度数确定精确度， 按照

21、指针的实际位置进 行读数即可 (1)03 V 的电压表和 03 A 的电流表读数方法相同，此量程下的精确度分别是 0.1 V 或 0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位 (2)对于 015 V 量程的电压表， 精确度是 0.5 V， 在读数时只要求读到小数点后面一位， 即读到 0.1 V. (3)对于 00.6 A 量程的电流表，精确度是 0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两 位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半 0.01 A. 4电流表、电压表测电阻两种方法的比较 电流表内接法 电流表外接法 电路图 误差 原因 电流表分压 U测UxUA 电压表分流 I测IxI

22、V 电阻 测量值 R测U 测 I测 RxRARx 测量值大于真实值 R测U 测 I测 RxRV RxRVRg RA RRg RRgRg 2.校正 (1)电压表的校正电路如图甲所示，电流表的校正电路如图乙所示 (2)校正的过程是：先将滑动变阻器的滑动触头移动到最左端，然后闭合开关，移动滑 动触头，使改装后的电压表(电流表)示数从零逐渐增大到量程值，每移动一次记下改装的电 压表(电流表)和标准电压表(电流表)示数，并计算满刻度时的百分误差，然后加以校正 二、欧姆表原理(多用电表测电阻原理) 1构造：如图所示，欧姆表由电流表 G、电池、调零电阻 R 和红、黑表笔组成 欧姆表内部：电流表、电池、调零电

23、阻串联 外部：接被测电阻 Rx. 全电路电阻 R总RgRrRx. 2工作原理：闭合电路欧姆定律 I E RgRrRx. 3刻度的标定：红、黑表笔短接(被测电阻 Rx0)时，调节调零电阻 R，使 IIg，电流 表的指针达到满偏，这一过程叫欧姆调零 (1)当 IIg时，Rx0，在满偏电流 Ig处标为“0”(图甲) (2)当 I0 时，Rx，在 I0 处标为“”(图乙) (3)当 IIg 2时，RxRgRr，此电阻值等于欧姆表的内阻值，Rx叫中值电阻 三、多用电表 1多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程 2 外形如“基础再现”栏目中的实验原理图所示： 上半部为表盘， 表

24、盘上有电流、 电压、 电阻等多种量程的刻度；下半部为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程 3多用电表面板上还有：欧姆表的调零旋钮(使电表指针指在右端零欧姆处)、指针定 位螺丝(使电表指针指在左端的“0”位置)、表笔的正负插孔(红表笔插入“”插孔，黑表笔插 入“”插孔) 四、二极管的单向导电性 1晶体二极管是由半导体材料制成的，它有两个极，即正极和负极，它的符号如图甲 所示 2晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向)当给二极管 加正向电压时，它的电阻很小，电路导通，如图乙所示；当给二极管加反向电压时，它的电 阻很大，电路截止，如图丙所示 3 将多用电表的选择开关拨到欧姆

25、挡， 红、 黑表笔接到二极管的两极上， 当黑表笔接“正” 极，红表笔接“负”极时，电阻示数较小，反之电阻示数很大，由此可判断出二极管的正、负 极 一、实验目的 1了解多用电表的构造和原理，掌握多用电表的使用方法 2会使用多用电表测电压、电流及电阻 3会使用多用电表探索黑箱中的电学元件 二、实验器材 多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小灯泡、二极管、定值电阻(大、 中、小)三个 三、实验步骤 1观察：观察多用电表的外形，认识选择开关的测量项目及量程 2机械调零：检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置若不指零，则可 用小螺丝刀进行机械调零 3将红、黑表笔分别插入“”、“”插孔

26、4测量小灯泡的电压和电流 (1)按如图甲所示的电路图连好电路，将多用电表选择开关置于直流电压挡，测小灯泡 两端的电压 (2)按如图乙所示的电路图连好电路，将选择开关置于直流电流挡，测量通过小灯泡的 电流 5测量定值电阻 (1)根据被测电阻的估计阻值，选择合适的挡位，把两表笔短接，观察指针是否指在欧 姆表的“0”刻度，若不指在欧姆表的“0”刻度，调节欧姆表的调零旋钮，使指针指在欧姆表的 “0”刻度处； (2)将被测电阻接在两表笔之间，待指针稳定后读数； (3)读出指针在刻度盘上所指的数值，用读数乘以所选挡位的倍率，即得测量结果； (4)测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡 一、多

27、用电表对电路故障的检测 1断路故障的检测方法 (1)将多用电表拨到电压挡作为电压表使用 将电压表与电源并联，若电压表示数不为零，说明电源良好，若电压表示数为零，说 明电源损坏 在电源完好时，再将电压表与外电路的各部分电路并联若电压表的示数为零，则说 明该部分电路完好，若电压表示数等于电源电动势，则说明该部分电路中有断点 (2)将电流表串联在电路中，若电流表的示数为零，则说明与电流表串联的部分电路断 路 (3)用欧姆挡检测 将各元件与电源断开，然后接到红、黑表笔间，若有阻值(或有电流)说明元件完好，若 电阻无穷大(或无电流)说明此元件断路 不能用欧姆表检测电源的情况 2短路故障的检测方法 (1)

28、将电压表与电源并联， 若电压表示数为零， 说明电源被短路； 若电压表示数不为零， 则外电路的部分电路不被短路或不完全被短路 (2)用电流表检测，若串联在电路中的电流表示数不为零，故障应是短路 二、使用多用电表的注意事项 1表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔，但是红表笔插入“”孔，黑表笔插入“” 孔，注意电流的实际方向 2区分“机械零点”与“欧姆零点”机械零点是表盘刻度左侧的“0”位置，调整的是表盘 下边中间的定位螺丝；欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋扭 3测电压时，多用电表应与被测元件并联；测电流时，多用电表应与被测元件串联 4测量电阻时，每变换一次挡位都要重新进行欧姆调零 5由于欧姆表盘难以估读，测量结果只需取两位有效数字，读数时注意乘以相应量程 的倍率 6使用多用电表时，手不能接触测试笔的金属杆，特别是在测电阻时，更应注意不要 用手接触测试笔的金属杆 7测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开，否则不但影响测量结果，甚至可能 损坏电表 8如果长期不用欧姆表，应把表内电池取出 三、欧姆表测电阻的误差分析 1电池旧了电动势下降，会使电阻测量值偏大 2欧姆表挡位选择不当，导致表头指针偏转过大或过小都有较大误差，通常使表针指 在中央刻度附近，即表盘的1 3 2 3范围内，误差较小