清单04 恒定电流（期末知识清单）高一物理下学期人教版

清单04 恒定电流 考点1 电源和电流 知识点1：电源 1．定义：能把电子在电源内部从电源正极搬运到负极的装置． 2．作用：移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差，保持电路中有持续电流． 知识点2：恒定电流 1．恒定电场 (1)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场． (2)形成：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的． (3)特点：任何位置的电荷分布和电场分布都不随时间变化，其基本性质与静电场相同． 2．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，电流的强弱程度用电流这个物理量表示． (2)公式：I＝，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，符号是A；常用的电流单位还有毫安(mA)、微安(μA)． 1 A＝103 mA；1 A＝106 μA。 知识点3：电流的理解和计算 1．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． 2．电流的定义式：I＝.用该式计算出的电流是时间t内的平均值。对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等。 3．电流是标量：虽然有方向，但它是标量，它遵循代数运算法则。 特别提示：电解液导电时电流的计算方法 电解液导电与金属导体导电不同．金属导体中的自由电荷只有自由电子，而电解液中的自由电荷是正、负离子，正、负离子在电解液中所受电场力方向相反，运动方向相反，但形成的电流方向相同．运用I＝计算时，q应是同一时间内通过某一横截面的正、负两种离子的电荷量的绝对值之和． 知识点4：电流的微观表达式 1．电流微观表达式I＝nqvS的理解 (1)I＝是电流的定义式，I＝nqvS是电流的决定式，因此I与通过导体横截面的电荷量q及时间t无关，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量大小q、定向移动的速率v，还与导体的横截面积S有关． (2)v表示电荷定向移动的速率。自由电荷在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是自由电荷在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的。 2．三种速率的比较 (1)电子定向移动速率：也是公式I＝neSv中的v，大小约为10－4 m/s. (2)电流的传导速率：就是导体中建立电场的速率，等于光速，为3×108 m/s。闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。 (3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105 m/s。由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流。 考点2　导体的电阻 知识点1：电阻 1．电阻的概念 导体两端的电压与通过导体的电流大小之比． 2．定义式：R＝. 3．单位：欧姆(Ω)，常用的单位还有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)，且1 Ω＝10－3 kΩ＝10－6 MΩ. 4．物理意义：反映导体对电流阻碍作用的大小． 5．导体U－I图像的斜率反映电阻大小． 知识点2：影响导体电阻的因素 1．导体的电阻与导体的长度、横截面积、材料有关． 2．探究思路 为探究导体电阻是否与导体横截面积、长度和材料有关，我们采用控制变量法进行实验探究． 知识点3：导体的电阻率 1．电阻定律 (1)内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻还与构成它的材料有关． (2)公式：R＝ρ，式中ρ是比例系数，ρ叫作这种材料的电阻率． 2．电阻率 (1)概念：电阻率是反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关。 (2)单位是欧姆·米，符号为Ω·m. (3)电阻率往往随温度的变化而变化，金属的电阻率随温度的升高而增大． (4)应用：电阻温度计、标准电阻等． (5)超导现象：一些金属在温度特别低时电阻降为0的现象． (6)电阻率是一个反映导体材料导电性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关． 3．电阻率与温度的关系及应用 (1)金属的电阻率随温度的升高而增大，可用于制作电阻温度计． (2)大部分半导体的电阻率随温度的升高而减小，半导体的电阻率随温度的变化较大，可用于制作热敏电阻． (3)有些合金，电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻． (4)一些导体在温度特别低时电阻率可以降到零，这个现象叫作超导现象． 4. 导体电阻的决定式R＝ρ l是导体的长度，S是导体的横截面积，ρ是比例系数，与导体材料有关，叫作电阻率。 5．R＝与R＝ρ的区别与联系 两个公式 区别与联系 R＝ R＝ρ 区别 适用于纯电阻元件 适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液、等离子体 联系 R＝ρ是对R＝的进一步说明，即导体的电阻与U和I无关，而是取决于导体本身的材料、长度和横截面积 知识点4：导体的电阻与欧姆定律 1．导体的电阻 (1)电阻定义式：R＝； (2)意义：比值表示一段导体对电流的阻碍作用．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。 2．欧姆定律 (1)表达式I＝； (2)意义：表示通过导体的电流I与电压U成正比，与电阻R成反比； (3)适用条件：金属或电解质溶液导电(纯电阻电路)。 知识点5：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，用横坐标表示电压U，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过原点的直线、欧姆定律适用的元件，如金属导体、电解质溶液。 (2)非线性元件：伏安特性曲线是一条曲线、欧姆定律不适用的元件，如下图所示。 注意：如下图所示，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。 特别提示 I－U图像是曲线时，导体某状态的电阻RP＝，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，如图所示． 考点3　实验：导体电阻率的测量 实验1　长度的测量及测量工具的选用 一、游标卡尺的原理和读数 1．构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺．(如图1所示) 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.常见的游标尺上小等分刻度有10个、20个、50个的，其规格见下表： 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) 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(x＋K×精确度)mm. 二、螺旋测微 1．构造 如下图所示，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可动刻度E、旋钮D和微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的，并通过精密螺纹套在B上． 2．原理 精密螺纹的螺距是0.5 mm，即旋钮D每转一周，测微螺杆F前进或后退0.5 mm，可动刻度分成50等份，因此每旋转一格，对应测微螺杆F前进或后退0.01 mm.0.01 mm即为螺旋测微器的精确度． 3．使用方法 当A与F并拢时，可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间的夹缝中，再顺时针旋转旋钮D，F快要接触被测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D′，直到听到“喀喀”声． 4．读数方法 L＝固定刻度示数＋可动刻度示数(估读一位)×分度值． 特别提示 (1)读数时要准确到0.01 mm，估读到0.001 mm，测量结果若用毫米做单位，则小数点后面必须保留三位． (2)读数时，要注意固定刻度上半毫米刻度线是否露出． 三、电压表、电流表的读数 1．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． 2．根据表盘总的刻度数确定精确度，即每一小格表示的值，同时确定读数有效数字所在的位数． 3．按照指针的实际位置进行读数． (1)0～3 V的电压表和0～3 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V和0.1 A，读到0.1的下一位，即读到小数点后面两位． (2)对于0～15 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0～0.6 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. 实验2　金属丝电阻率的测量 1．实验原理 (1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝)．电路原理图如下图所示． (2)用毫米刻度尺测出金属丝的有效长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，算出横截面积S(S＝)． (3)由电阻定律R＝ρ，得ρ＝＝＝，求出电阻率． 2．实验器材 螺旋测微器或游标卡尺、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、待测金属丝、电池、滑动变阻器． 3．实验步骤 (1)测直径：用螺旋测微器在待测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录． (2)连电路：按如上图所示的电路图连接实验电路． (3)测长度：用毫米刻度尺测量接入电路中的待测金属丝的有效长度，重复测量3次，并记录． (4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S.改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S. (5)拆除实验电路，整理好实验器材． 4．数据处理 电阻R的数值可用以下两种方法确定： (1)计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果． (2)图像法：可建立U－I坐标系，将测量的U、I值描点作出图像，利用图像的斜率来求出电阻值R. 5．注意事项 (1)因一般金属丝电阻较小，为了减小实验的系统误差，必须选择电流表外接法； (2)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. (3)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。 考点4　串联电路和并联电路 知识点1：串联电路和并联电路 1．串联电路：把几个导体或用电器依次首尾连接，接入电路的连接方式，如图甲所示． 2．并联电路：把几个导体或用电器的一端连在一起，另一端也连在一起，再将两端接入电路的连接方式，如图乙所示． 知识点2：串联电路、并联电路的特点 串联电路 并联电路 电流关系 各处电流相等，即I＝I1＝I2＝…＝In 总电流等于各支路电流之和，即I＝I1＋I2＋…＋In 电压关系 总电压等于各部分电压之和， 即U＝U1＋U2＋…＋Un 各支路两端电压相等， 即U＝U1＝U2＝…＝Un 电阻关系 总电阻等于各部分电阻之和， 即R＝R1＋R2＋…＋Rn 总电阻的倒数等于各支路电阻倒数之和， 即＝＋＋…＋ 知识点3： 对串、并联电路的理解 1．串联电路中的电压分配 串联电路中各电阻两端的电压跟它们的阻值成正比，即＝＝…＝＝＝I. 2．并联电路中的电流分配 并联电路中通过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. 3．串、并联电路总电阻的比较 串联电路的总电阻R总 并联电路的总电阻R总 不 同 点 n个相同电阻R串联，总电阻R总＝nR n个相同电阻R并联，总电阻R总＝ 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 知识点4：滑动变阻器的两种接法 限流式 分压式 电路图 滑动变阻器接入电路的特点 采用“一上一下”的接法 采用“两下一上”的接法 调压范围 ～E 0～E 适用情况 负载电阻的阻值Rx与滑动变阻器的总电阻R相差不多，或R稍大，且电压、电流变化不要求从零调起 (1)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调 (2)负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的最大电阻R 知识点5：小量程电流表G的三个参量 1．电流表的内阻：表头的电阻Rg叫作电流表的内阻． 2．满偏电流：指针偏到最大刻度时的电流Ig叫作满偏电流． 3．满偏电压：表头通过满偏电流时，加在它两端的电压Ug叫作满偏电压． 知识点6：电压表和电流表的改装 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 改装方法 将表头串联一个较大电阻 将表头并联一个较小电 电路结构 R的作用 分压 分流 扩大量程的计算 U＝Ig(R＋Rg) ；R＝－Rg IgRg＝(I－Ig)R；R＝Rg 电表的总内阻 RV＝Rg＋R RA＝ 知识点7：电流表的内接法和外接法 1．两种接法的比较 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＝＞＝R真 电压表示数：UV＝UR 电流表示数：IA＝IR＋IV＞IR，R测＝＜＝R真 误差来源 电流表的分压作用 电压表的分流作用 适用情况 测大电阻 测小电阻 记忆口诀 大内偏大（大电阻电流表内接，测量值偏大） 小外偏小（小电阻电流表外接，测量值偏小） 2.电流表内、外接的选择方法 (1)直接比较法：当Rx≫RA时，采用内接法，当Rx≪RV时，采用外接法，可记忆为“大内小外”． (2)公式计算法 当<即当Rx＞时，用电流表内接法， 当>即当Rx＜时，用电流表外接法， 当Rx＝时，两种接法效果相同． (3)试触法： 如下图所示，把电压表的可动接线端分别试接b、c两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流作用对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法． 考点5　实验：练习使用多用电表 一、认识多用电表 1．多用电表可以用来测量直流电流、直流电压、交变电流、交变电压以及电阻． 2．构造 (1)表的上半部分为表盘，标有电压、电流和电阻的刻度线，用于读取这些电学量的测量值． (2)表中央的指针定位螺丝用于使指针指到零刻度． (3)表下半部分中间的旋钮是选择开关，周围标有测量功能的区域及量程． 二、使用多用电表 1．测电压 (1)选择直流电压挡合适的量程，并将选择开关旋至相应位置． (2)将多用电表并联在待测电路两端，注意红表笔接触点的电势应比黑表笔接触点的电势高． (3)根据表盘上的直流电压刻度读出电压值，读数时注意最小刻度所表示的电压值． 2．测电流 (1)选择直流电流挡合适的量程，并将选择开关旋至相应位置． (2)将被测电路导线拆开一端，把多用电表串联在电路中． (3)读数时，要认清刻度盘上的最小刻度． 注意：电流应从红表笔流入多用电表． 3．测电阻 (1)将选择开关旋至欧姆挡，此时表内电源接通，红表笔连接表内电源的负极，黑表笔连接表内电源的正极．电流从欧姆表的黑表笔流出，经过被测电阻，从红表笔流入． (2)测量步骤： ①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． ②欧姆调零：将红、黑表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指向“0 Ω”． ③测量、读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，指针示数乘以倍率即为待测电阻阻值． ④实验完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。 4.使用多用电表的注意事项 1．使用前要机械调零． 2．电流都是从红表笔流入，从黑表笔流出． 3．电压、电流的读数要看清选择开关所选择的量程，搞清楚每一小格表示多少，及应读到的有效数字位数。 4．测电阻时注意： (1)测电阻必须把待测电阻隔离． (2)牢记两个调零过程，切记换挡需进行欧姆调零． (3)合理选择量程，使指针尽可能指在中间刻度附近． (4)读数时应乘以相应的倍率． (5)欧姆表的表盘刻度不均匀，一般不估读． 三、用多用电表测二极管的正反向电阻 1.认识二极管：如图4所示，它由半导体材料制成，左端为正极，右端为负极． 图4 特点：电流从正极流入时电阻很小，而从正极流出时电阻很大． 2．用多用电表测二极管的正反向电阻 (1)测二极管正向电阻：将多用电表的选择开关选至低倍率的欧姆挡，欧姆调零之后将黑表笔接触二极管的正极，红表笔接触二极管的负极． (2)测二极管反向电阻：将多用电表的选择开关选至高倍率的欧姆挡，欧姆调零之后将黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的正极。 四、多用电表检查电路故障 1．故障种类及特点 电路故障一般有两种情况，即短路和断路． (1)短路的特点：电路中有电流，但短路部分电压为零；被短路的用电器不工作，与之串联的用电器工作电流增大． (2)断路的特点：在电源正常的情况下，断路部分电流为零，但断路处有电压，若干路断路则断路处电压等于电源电压． 2．分析与检测方法 (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，说明两点间电路正常；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，说明该部分有断路。 五、伏安法测量电阻的阻值 1．测量电路 (1)电流表外接法，如下图. 由于电压表的分流，电流表测量的电流值偏大，测得的电阻值偏小，适用于测量小电阻． (2)电流表内接法，如下图. 由于电流表的分压，电压表测量的电压值偏大，测得的电阻值偏大，适用于测量大电阻． 2．分压式接法与限流式接法对比 对比项目 限流式接法 分压式接法 电路接线 电压调节范围 ，无法从零开始调节 0~E，从零开始的连续调节，调节范围远大于限流法 电流调节范围 电流调节范围为 电流调节范围为0~ ，调节范围更大 电路能耗 电路总电流更小，滑动变阻器额外损耗低，整体电路能耗更小 滑动变阻器干路始终存在工作电流，额外损耗大，整体电路能耗更高 操作复杂度 接线简单，无需提前调零，调节操作简便 接线复杂，实验前需要将待测元件两端电压调为0，操作步骤更多 适用场景 1. 待测电阻阻值较小，滑动变阻器最大阻值与待测电阻Rx相近（一般满足）； 2. 实验不要求电压从0开始调节； 3. 对电路能耗有要求的场合 1. 实验明确要求电压/电流从零开始连续调节（如测绘小灯泡伏安特性曲线实验）； 2. 滑动变阻器最大阻值远小于待测电阻（），限流法调节效果差； 3. 需要足够大的电压电流调节范围的实验 调节均匀度 当滑动变阻器最大阻值远大于待测电阻时，调节不均匀，小阻值段电压变化剧烈 滑动变阻器最大阻值越小，调节越均匀，电压变化线性度更好 系统误差 主要来自电流表内外接，无额外分压误差 滑动变阻器内阻会带来一定分压误差，系统误差略大于限流法 六、替代法测电阻的阻值 实验方法：利用“替代法”测量电阻的电路图如图所示．图中R1为滑动变阻器，R2为电阻箱，Rx为待测电阻，A为电流表，利用该电路，经过如下步骤可以测得待测电阻Rx的阻值． (1)闭合S1和S3，断开S2，调节R1的阻值，使电流表读数等于某个数值I0； (2)闭合S1和S2，断开S3，保持R1不变，调节R2，使电流表读数等于I0，然后读出R2的值，则待测电阻Rx＝R2. 七、半偏法测电压表、电流表的内阻 1.半偏法测电流表内阻 如图所示，闭合S1，断开S2，调节滑动变阻器R1，使电流表读数达到满偏值I0；保持R1不变，闭合S2，调节电阻箱R2，使电流表的读数为，然后读出R2的值，则有RA＝R2. 2.半偏法测电压表内阻 如图所示，闭合开关S，将电阻箱R2的阻值调为零，调节滑动变阻器R1，使电压表达到满偏值U0；保持R1不变，调节R2，使电压表的示数为，记下此时电阻箱的示数R2，则有RV＝R2. 考点6　电路中的能量转化 知识点1：电功和电功率 1．电功 (1)电功是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程． (2)电功的计算公式：W＝UIt. 单位：焦耳，符号为J. 常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106 J. 2．电功率 (1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比． (2)公式：P＝＝UI. (3)单位：瓦特，符号为W. (4)意义：表示电流做功的快慢． 知识点2：焦耳定律 1．焦耳定律 (1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比． (2)表达式：Q＝I2Rt. 2．热功率 (1)定义：单位时间内的发热量称为热功率． (2)表达式：P热＝I2R. (3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量． 知识点3：电路中的能量转化 从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能，即P电＝P机＋P损，其中P电＝UI，P损＝I2R. 1．纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能． (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路．在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能．例如电动机P总＝P出＋P热． 2．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 纯电阻电路 非纯电阻电路 举例 白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅 电动机、电解槽 能量转化情况 电功和电热的关系 W＝Q，即IUt＝I2Rt W＝Q＋E其他，UIt＝I2Rt＋E其他 电功率和 热功率的关系 P＝P热，即IU＝I2R P＝P热＋P其他，即IU＝I2R＋P其他 欧姆定律是否成立 U＝IR，I＝成立 U＞IR，I＜不成立 说明 W＝UIt、P电＝UI适用于任何电路计算电功和电功率 Q＝I2Rt、P热＝I2R适用于任意电路计算电热和热功率 只有纯电阻电路满足W＝Q，P电＝P热；非纯电阻电路W>Q，P电>P热 知识点4：电功和电热 1．电功和电功率 W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路． 2．电热和热功率 Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率． 3．串、并联电路的功率分配关系 (1)串联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成正比，即＝＝…＝＝I2. (2)并联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成反比，即P1R1＝P2R2＝…＝PnRn＝U2. (3)无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和． 4．额定功率和实际功率 (1)用电器正常工作时所消耗的功率叫作额定功率．当用电器两端电压达到额定电压U额时，电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率P额．且P额＝U额I额． (2)用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率，为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率． 考点7　闭合电路的欧姆定律 知识点1：电动势 1．非静电力的作用：把正电荷从负极搬运到正极，同时在该过程中非静电力做功，使电荷的电势能增加． 2．电源 (1)定义：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)能量转化：在电源内部，非静电力做正功，其他形式的能转化为电势能，在电源外部，静电力做正功，电势能转化为其他形式的能． 3．电动势 (1)电动势：在电源内部，非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W与被移送电荷量q的比值． (2)定义式：E＝.单位：伏特(V)． (3)物理意义：反映电源非静电力做功本领大小的物理量． (4)决定因素：由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路无关． (5)电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，则电动势越大． (6)公式E＝是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质决定的，不同种类的电源电动势大小不同． (7)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． 4．静电力和非静电力 (1)静电力是带电体之间通过电场相互作用的力，非静电力是指除静电力外能对电荷移动起作用的力. (2)非静电力的来源 ①在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能． ②在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能． 5．静电力与非静电力做功的比较 (1)非静电力只存在于电源内部，因此非静电力只在电源内部对电荷做功．通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能． (2)静电力存在于整个闭合电路上，所以在电路中任何部位静电力都要做功，静电力做功将电能转化为其他形式的能． 知识点2：闭合电路欧姆定律及其能量分析 1．闭合电路中的能量转化 (1)时间t内电源输出的电能(等于非静电力做功的大小)为W＝Eq＝EIt. (2)时间t内外电路产生的内能为Q外＝I2Rt.内电路产生的内能为Q内＝I2rt. (3)根据能量守恒定律，在纯电阻电路中应有W＝Q外＋Q内，即EIt＝I2Rt＋I2rt. 2．闭合电路的欧姆定律 (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)表达式：I＝. (3)另一种表达形式：E＝U外＋U内．即：电源的电动势等于内、外电路电势降落之和． 知识点3：路端电压与负载的关系 1．路端电压的表达式：U＝E－Ir. 2．路端电压随外电阻的变化规律 (1)当外电阻R增大时，由I＝可知电流I减小，路端电压U＝E－Ir增大． (2)当外电阻R减小时，由I＝可知电流I增大，路端电压U＝E－Ir减小． (3)两种特殊情况：当外电路断开时，电流I变为0，U＝E.即断路时的路端电压等于电源电动势．当电源短路时，外电阻R＝0，此时I＝. 3．路端电压与负载的关系：U＝E－U内＝E－r，随着外电阻增大，路端电压增大；当外电路开路时(外电阻无穷大)，路端电压U＝E；这也提供了一种粗测电动势的方法，即用电压表直接测电源电动势． 4.路端电压与电流的关系：U＝E－Ir. 5．电源的U－I图像：如下图所示是一条倾斜的直线，图像中U轴截距E表示电源电动势，I轴截距I0等于短路电流(纵、横坐标都从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻． 知识点4：闭合电路的欧姆定律 1.内、外电路中的电势变化 如图所示，外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高． 2．闭合电路欧姆定律的几种表达形式 (1)I＝、E＝IR＋Ir只适用于外电路为纯电阻的闭合电路． (2)U外＝E－Ir，E＝U外＋U内适用于任意的闭合电路． 考点8　实验：电池电动势和内阻的测量 一、测定电池电动势和内阻的实验方案设计 1．伏安法：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E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表，电路图如图所示． 2.伏阻法：由E＝U＋r知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图所示． 3.安阻法：由E＝IR＋Ir可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图所示． 二、实验操作与数据分析 1．实验步骤(以伏安法为例) (1)电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～3 V量程，按实验原理图连接好电路． (2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路中的阻值最大． (3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)．用同样的方法测量几组I、U值． (4)断开开关，整理好器材． (5)处理数据，用公式法或图像法求出电池的电动势和内阻． 2．数据分析 (1)公式法 依次记录的多组数据(一般6组)如表所示： 实验序号 1 2 3 4 5 6 I/A I1 I2 I3 I4 I5 I6 U/V U1 U2 U3 U4 U5 U6 分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值作为测量结果． E＝，r＝. (2)图像法 ①根据多次测出的U、I值，作U－I图像； ②将图线两侧延长，纵轴截距的数值就是电池电动势E； ③横轴截距(路端电压U＝0)的数值就是短路电流； ④图线斜率的绝对值等于电池的内阻r，即r＝＝，如下图所示． 三、注意事项与误差分析 1．为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表． 2．实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化． 3.当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始． 如下图所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r＝||求出． 4．误差分析 (1)偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作U－I图像时描点不准确． (2)系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些．U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U－I坐标系中表示出来，如图6所示，可见E测＜E真，r测＜r真． 特别提示：仪器选择时需要掌握的原则 1．安全性原则，即一定要保证仪器的安全，对电表来讲不超量程，对滑动变阻器来讲不能超其额定电流． 2．精确性原则，即要保证测量时读数精确，对电表来讲在不超量程的前提下，尽量选用小量程的，对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近． 3．方便性原则，此原则主要针对滑动变阻器来讲，在滑动变阻器控制电路时，电路的电压、电流的变化范围要尽可能大，以便获取多组测量值． 四、伏阻法测电动势和内阻 1．电路图： 2．实验原理：E＝U＋r 3．数据处理 (1)计算法：由解方程组可求得E和r. (2)图像法：由E＝U＋r得：＝＋·，故－图像的斜率k＝，纵轴截距为，如下图所示. 五、安阻法测电动势和内阻 1．电路图：如图所示． 2．实验原理：E＝IR＋Ir. 3．数据处理 (1)计算法：由，解方程组求得E，r. (2)图像法：由E＝I(R＋r)得：＝R＋，可作－R图像(如图甲) －R图像的斜率k＝，纵轴截距为 又R＝E·－r，可作R－图像．(如图乙) R－图像的斜率k＝E，纵轴截距为－r. 考点9　能源与可持续发展 知识点1：能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．这个规律叫作能量守恒定律． 知识点2：能量转移或转化的方向性 1．能量转移或转化的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的． 2．能量耗散 (1)能量耗散的概念：燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用．电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些散失的能量收集起来重新利用． (2)能量品质降低：能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源． (3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性． 知识点3：能源的分类与应用 1．地球上的绝大部分能源来源于太阳的辐射能 2．能源的分类 (1)可再生能源：自然界可以源源不断地提供，或在自然界中可以再生，如：水能、风能、潮汐能． (2)不可再生能源：自然界无法在短时间内再生，如：煤炭、石油、天然气． (3)我国在能源的开发利用方面，有以下几种发电方式：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电． 知识点4：能源与社会发展 1．人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期． 2．人类社会可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡．人类要树立新的能源安全观，转变能源的供需模式：既要提倡节能，又要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源． 3．能源的重要性：能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运动的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱． 4．能源和环境污染 (1)温室效应：石油、煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由于二氧化碳对长波的辐射有强烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一样，只准太阳光的热辐射进来，不让室内长波热辐射出去，使地球气温上升，这种效应叫温室效应． 温室效应造成的影响：温室效应使两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化；温室效应使全球降水量变化，影响气候和植被变化，影响人体健康． (2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水，形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤． (3)光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物．这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾，这些物质有毒，能引起人的多种疾病． 另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染物． 知识点5：能量的转化与守恒 1．自然界中不同形式的能量可以相互转化，一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加，能量的总量保持不变． 2．能量守恒定律的适用范围 能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律． 3．能量守恒定律的表达式 (1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和． (2)ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量． 4．应用步骤 (1)明确研究对象及研究过程； (2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化； (3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少； (4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)． 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $