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2019-2020年高中物理《電流和電源》教案5 新人教版選修3-1 知 識(shí) 結(jié) 構(gòu) 　 重點(diǎn)和難點(diǎn) 一、部分電路歐姆定律 　　1．部分電路歐姆定律的內(nèi)容 　　導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比．公式表示為： 2．歐姆定律是實(shí)驗(yàn)定律 　　本定律通過探索性實(shí)驗(yàn)得到電流I和電壓U之間的關(guān)系，其關(guān)系也可以用I-U圖像表示出來（如圖1）．對(duì)于給定的金屬導(dǎo)體，比值為一恒定值，對(duì)于不同的導(dǎo)體，比值反映對(duì)電流的阻礙作用，所以把比值定義為導(dǎo)體的電阻R． 　　3．幾個(gè)公式的含義 　　公式是歐姆定律，公式習(xí)慣上也稱為歐姆定律．而公式是電阻的定義式，它表明了一種量度電阻的方法，絕不可以錯(cuò)誤地認(rèn)為“電阻跟電壓成正比，跟電流成反比”，或認(rèn)為“既然電阻是表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用的物理量，所以導(dǎo)體中沒有電流時(shí)導(dǎo)體就不存在電阻”．一定要明確公式的物理意義，不能不講條件地說量與量之間的關(guān)系． 　　4．會(huì)應(yīng)用歐姆定律分析和解決問題 　　歐姆定律是解決電路問題的基礎(chǔ)．用部分電路歐姆定律解決問題無非牽涉U、I、R三個(gè)量之間的關(guān)系，解決問題時(shí)，第一要注意三個(gè)量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這三個(gè)量一定屬于同一段純電阻電路，且這段電路中一定不含有電動(dòng)勢；第二要注意研究問題的過程中哪個(gè)量不變，另外兩個(gè)量誰隨誰變，怎么變，找不到不變量，就無法確定電路中各量如何變化． 　　5．知道歐姆定律的適用范圍 　　歐姆定律是在金屬導(dǎo)電的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，對(duì)于電解液導(dǎo)電也適用，但對(duì)于氣體導(dǎo)電和半導(dǎo)體導(dǎo)電就不適用了． 　　二、電阻定律 　　導(dǎo)體的電阻是由它本身的性質(zhì)決定的．金屬導(dǎo)體的電阻由它本身的長度l、橫截面積S、所用材料和溫度決定．在溫度一定時(shí)，金屬導(dǎo)體的電阻跟它的長度l成正比，跟它的橫截面積S成反比，用公式表示為： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　這就是電阻定律，式中ρ叫做導(dǎo)體的電阻率，由導(dǎo)體的材料決定． 　　注意： 　　1．物質(zhì)的電阻率與溫度有關(guān)，實(shí)驗(yàn)表明，溫度越高，金屬的電阻率就越大，因此，金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大．例如，白熾燈泡點(diǎn)亮?xí)r的燈絲電阻比不通電時(shí)要大很多倍，因?yàn)闊襞蔹c(diǎn)亮后，燈絲溫度升高，電阻率增大，電阻也隨之增大． 　　2．導(dǎo)體的電阻由式定義，也可以利用其測量，但并不是由U和I決定的，而是由電阻定律決定的，即導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定的． 　　三、電功、電熱、電功率 　　1．為了更清楚地看出各概念之間區(qū)別與聯(lián)系，列表如下： 　　 　　2．電功和電熱不相等的原因 　　由前面的表格，我們看到，只有在純電阻電路中才有電功等于電熱，而一般情況電路中電功和電熱不相等．這是因?yàn)椋覀兪褂糜秒娖?，相?dāng)多的情況是需要其提供其它形式的能量．如電動(dòng)機(jī)，消耗電能是需要讓其提供機(jī)械能，如果電功等于電熱，即消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)線圈電阻的內(nèi)能，電動(dòng)機(jī)就不可能轉(zhuǎn)起來，就無從提供機(jī)械能了．因而一般的電路中電功一定大于電熱，從而為電路提供除內(nèi)能之外的其它能量．但無論什么電路，原則上一定要有一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，因?yàn)槿魏坞娐吩瓌t上都存在電阻． 　　所以電路中的能量關(guān)系為：，只有在純電阻電路中W = Q． 　　3．額定電壓與實(shí)際電壓、額定功率與實(shí)際功率 　　額定電壓指用電器正常工作時(shí)的電壓，這時(shí)用電器消耗的功率為額定功率．但有時(shí)加在用電器上的電壓不等于額定電壓，這時(shí)用電器不能正常工作，這時(shí)加在用電器上的電壓就稱之為實(shí)際電壓，這時(shí)用電器消耗的功率為實(shí)際功率．要注意，在一些問題中“額定”和“實(shí)際”往往不相等． 　　四、閉合電路歐姆定律 　　1．意義： 　　描述了包括電源在內(nèi)的全電路中，電流強(qiáng)度I與電動(dòng)勢E、全電路中內(nèi)電阻r與外電阻R之間的關(guān)系． 公式為： 常用的表達(dá)式還有：E=IR+Ir=U+U＇ U=E-Ir 　　　　2．電動(dòng)勢與路端電壓的比較：　　 　　3．路端電壓U隨外電阻R變化的討論 　　電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻是由電源本身的性質(zhì)決定的，不隨外電路電阻的變化而變化，而電流、路端電壓是隨著外電路電阻的變化而變化的． ① U=E-Ir ② 　 當(dāng)外電路斷路時(shí)， 當(dāng)外電路短路時(shí)， 路端電壓隨電流變化的圖線（U-I圖線）如圖2所示． 　　由U=E-Ir可知，圖線縱軸截距等于電源電動(dòng)勢E，若坐標(biāo)原點(diǎn)為（0，0），則橫軸截距為短路電流，圖線斜率的絕對(duì)值等于電源的內(nèi)電阻，即． 　　在解決路端電壓隨外電阻的變化問題時(shí)，由于E、r不變，先由①式判斷外電阻R變化時(shí)電流I如何變化，再由②式判斷I變化時(shí)路端電壓U如何變化，因?yàn)樵冖?、②式中除E和r都還分別有兩個(gè)變量，①式中是外電阻R和電流I，②式中是電流I和路端電壓U，這樣可以討論一個(gè)量隨另外一個(gè)量的變化．有的同學(xué)試圖用公式來討論路端電壓隨外電阻的變化問題，但由于當(dāng)外電阻R發(fā)生變化時(shí)電流I也發(fā)生變化，因此無法討論路端電壓U的變化情況．如外電阻R增大時(shí)，電流I減小，其乘積的變化無從判斷． 　　4． 閉合電路中的幾種電功率 由于在閉合電路中內(nèi)、外電路中的電流都相等，因此由E=U+U＇可以得到 IE=IU+IU＇ 或 式中IEt是電源將其它形式的能轉(zhuǎn)化成的電能，IUt是電源輸出的電能，即外電路消耗的電能，是電源內(nèi)電阻上消耗的電能，等于，即內(nèi)電阻上產(chǎn)生的熱．與之相對(duì)應(yīng)，IE是電源的總功率，IU是電源輸出的電功率， 是內(nèi)電阻上的焦耳熱功率．一定要從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)理解這幾個(gè)功率的意義． 　　五、伏安法測電阻 　　伏安法測電阻的原理是部分電路的歐姆定律（），測量電路可以有電流表外接和電流表內(nèi)接兩種方法，如圖3甲、乙兩圖．由于電壓表和電流表內(nèi)阻的存在，兩種測量電路都存在著系統(tǒng)誤差． 　　　　　　　　　 　　甲圖中電流I甲的測量值大于通過電阻Rx上的電流，因此計(jì)算出的電阻值R甲小于電阻Rx的值． 　　 　　乙圖中電壓U乙的測量值大于加在電阻Rx上的電壓，因此計(jì)算出的電阻值R乙大于電阻Rx的值． 　　 　　為了減小測量誤差，可先將待測電阻Rx的粗略值與電壓表和電流表的內(nèi)阻值加以比較，當(dāng)Rx<< RV時(shí)，，宜采用電流表外接法測量．當(dāng)Rx>> RA 時(shí)，，宜采用電流表內(nèi)接法測量． 例 題 精 選 【例1】實(shí)驗(yàn)室用的小燈泡燈絲的I-U特性曲線可用以下哪個(gè)圖象 來表示（考慮燈絲的電阻隨溫度的變化而變化）： 分析：隨著電壓的升高，電流增大，燈絲的電功率將會(huì)增大，于是溫度升高，電阻率也將隨之增大，所以電阻增大，I-U曲線的斜率減小，選A。 【例2】某一電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電壓U1=10V時(shí)帶不動(dòng)負(fù)載，因此不轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電流為I1=2A。當(dāng)電壓為U2=36V時(shí)能帶動(dòng)負(fù)載正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)電流為I2=1A。求這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多大？ 分析：電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)為純電阻由歐姆定律得，，這個(gè)電阻是不變的。電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸入的電功率為P電=U2I2=36W，內(nèi)部消耗的熱功率P熱==5W，所以機(jī)械功率P=31W 　 由這道例題可知：電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)電流較大，容易被燒壞，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電流反而較小。 【例3】　已知如圖，R1=6Ω，R2=3Ω，R3=4Ω，則接入電路后這三只電阻的實(shí)際功率之比為_________。 分析：①利用電流之比：I1∶I2∶I3=1∶2∶3 　　 ②利用電壓之比：U1∶U2∶U3=1∶1∶2 　　 ③在此基礎(chǔ)上利用P=UI，得P1∶P2∶P3=1∶2∶6 【例4】如圖所示電路中，電阻R1=8Ω。當(dāng)電鍵K斷開時(shí)，電壓表的示數(shù)為5.7V，電流表的示數(shù)為0.75A，電源總功率是9W；當(dāng)電鍵K閉合時(shí)，電壓表的示數(shù)為4V。若電鍵斷開和閉合時(shí)電源內(nèi)部損耗的電功率之比是9：16。求電源的電動(dòng)勢和電阻R2、R3。 解析：K斷開時(shí)，電流表示數(shù)是通過電源的電流值，設(shè)為I1＝0.75A， 則電源電動(dòng)勢ε=P總/I1＝12V 電壓表V1示數(shù)是R3、R4兩端總電壓，有R3＋R4＝U1/I1=7.6Ω 電源內(nèi)阻r=ε/I1－(R1＋R3＋R4)=0.4Ω K斷開和閉合時(shí)，電路總電流之比I1：I2=∶=3∶4 K閉合時(shí)電路總電流為I2=4I1/3=1A R4=U2/I2=4Ω R3=3.6Ω 根據(jù)ε=I2r＋I(xiàn)2[R3＋R4＋R1R2/(R1＋R2)] 解得R2=8Ω。