第十一章 电路及其应用（培优复习课件）物理人教版必修第三册

该高中物理课件系统梳理了电路及其应用的核心知识，涵盖电源和电流、导体电阻、串并联电路、电阻测量及多用电表使用，通过思维导图和知识表格将电流定义式与微观表达式、电阻定律与伏安特性曲线等内容串联，构建完整知识网络。 其亮点在于注重科学思维与科学探究，如通过电流微观表达式推导培养科学推理能力，设计电阻测量实验（伏安法、半偏法）提升科学探究素养，典例剖析和课堂巩固题分层设计，从基础计算到综合实验，帮助学生巩固知识，也为教师提供精准复习教学支持。

第十一章 电路及其应用 物理必修第三册•人教版2019 人类通过对静电场的研究不仅获得了许多关于电现象的知识，而且形成了若干重要的电学概念和研究方法，成为电学理论的重要基础。但是，无论在自然界还是在生产和生活领域，更广泛存在着的是电荷流动所引起的效应。那么，电荷为什么会流动？电荷流动服从什么规律？产生哪些效应？这些效应对人类的生产、生活方式和社会进步又起着怎样的作用呢？ 电源和电流 01 导体的电阻 02 串联电路与并联电路 03 电阻的测量 04 多用电表的使用 05 第十一章电路及其应用 本章思维导图 第十一章电路及其应用 考点01 电源和电流 第十一章电路及其应用 知识一 电源与电流 1.电源：能把电子从电源 搬运到电源 的装置就是电源。其作用是使导体两端始终存在 。 2.恒定电流 (1)定义： 、 都不随时间变化的电流叫作恒定电流。 (2)电流强度：表示电流的强弱程度。 ①定义式： 。 ②单位：在国际单位制中，电流的单位是 ，简称 ，符号是A。常用的单位还有 、 。1 A＝103 mA＝106 μA。 ③方向：规定 定向移动的方向为电流的方向。 正极 负极 电势差 大小 方向 安培 安 毫安(mA) 微安(μA) 正电荷 知识二 电流的微观表达 定义式 决定式 微观表达式 导体棒的长度为L，它的横截面积为S，单位体积中自由电荷数n，自由电荷在导体中的运动速度v，每个自由电荷平均带电量q 电荷数目： 总电荷量： 所有电荷通过的时间： 根据电流的定义式： N= Q=Nq= 一、电流 【例1】有研究发现，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为1×10－8F的电容器，在2ms内细胞膜两侧的电势差从－70mV变为30mV，则该过程中跨膜电流的平均值为(　　) A．1.5×10－7 A B．2×10－7 A C．3.5×10－7 A D．5×10－7 A 答案　D 解析　根据Q＝CU可知ΔQ＝CΔU＝1×10－8×[30－(－70)]×10－3 C＝1×10－9 C，则该过程中跨膜电流的平均值为I＝ΔQ /t＝（1×10－9 ）/ （2×10－3 ）= 5×10－7 A，故选D。 一、电流 二、电流的微观解释 【例2】如图所示是一根粗细均匀的橡胶棒，其横截面积为S，由于与毛皮发生摩擦而均匀带负电，若已知该橡胶棒每米所带的电荷量为q，则当该棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，形成的等效电流为(　　) A．vq B．q/v C．qvS D．qv/s 答案　A 解析　I＝Q/t，其中Q＝qvt，所以I＝qv，故A正确。 二、电流的微观解释 考点02 导体的电阻 第十一章电路及其应用 知识一 电阻 1.定义：导体两端 与通过导体的 之比。 2.公式： 。 3.物理意义：反映了导体对电流的 作用。 4.单位：国际单位制单位为 ，常用单位有千欧(kΩ)，兆欧(MΩ)。 1 kΩ＝103 Ω，1 MΩ＝106 Ω。 电压 电流 阻碍 欧姆(Ω) 知识二 电阻定律与电阻率 电阻定律 (1)内容：同种材料的导体，其电阻R与它的 成正比，与它 的 反比；导体电阻还与构成它的 有关。 (2)公式： ，式中ρ叫作这种材料的电阻率。 (3)适用条件：温度一定，粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液。 表达式 适用范围 区别 定义式 纯电阻电路 提供了一种测量电阻的方法，并不能说明电阻R与U和I有关 决定式 粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解质溶液 电阻的决定因素 长度l 横截面积S 材料 知识二 电阻定律与电阻率 导体的电阻率 (1)概念：电阻率是反映 的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的 、 无关。 (2)单位：欧姆·米，符号为 Ω·m。 (3)影响电阻率的两个因素： 。 (4)超导现象：一些金属在温度特别低时电阻可以降到0的现象。 (5)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。 导体导电性能 形状 大小 材料和温度 　　 I－U图线(伏安特性曲线) U－I图线 坐标轴 U为横轴，I为纵轴 I为横轴，U为纵轴 斜率 图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体电阻的倒数 图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体的电阻 线性元件 图线的形状 R1>R2 R3>R4 非线性元件 图线的形状 电阻随U的增大而增大 电阻随I的增大而减小 知识三 导体的伏安特性曲线 一、电阻 【例3】有两根完全相同的金属裸导线,如果把其中的一根均匀拉长到原来的2倍,把另一根对折后绞合起来,然后给它们分别加上相同电压后,则在相同时间内通过它们的电荷量之比为(　　) A.1∶4 B.1∶8 C.1∶16 D.16∶1 答案 C 解析 对于第一根导线,均匀拉长到原来的2倍,则其横截面积变为原来的,由电阻定律可得其电阻变为原来的4倍;第二根导线对折后,长度变为原来的,横截面积变为原来的2倍,故其电阻变为原来的.给上述变化后的裸导线加上相同的电压,由欧姆定律得I1=,I2==,由I=可知,在相同时间内,电荷量之比q1∶q2=I1∶I2=1∶16,C正确. 一、电阻 二、电阻定律与电阻率 【例4】如图25-2所示,厚薄均匀的矩形金属薄片边长为ab=10 cm,bc=5 cm,当将C与D接入电压恒为U的电路时,电流为2 A,若将A与B接入电压恒为U的电路中,则电流为 (　　) A.0.5 A B.1 A C.2 A D.4 A 答案 A 解析 设金属薄片厚度为d',根据电阻定律R=ρ,有RCD=ρ,RAB=ρ,故==;根据欧姆定律,电压相同时,电流与电阻成反比,故两次电流之比为4∶1,所以第二次电流为0.5 A,选项A正确. 二、电阻定律与电阻率 三、导体的伏安特性线 【例5】如图所示是电阻R的I-U图像,图中α=45°,由此得出 (　　) A.欧姆定律适用于该元件 B.电阻R=0.5 Ω C.因I-U图像的斜率表示电阻的倒数,故R==1.0 Ω D.在R两端加上6.0 V的电压时,每秒通过电阻R横截面的电荷量是2.0 C 答案 A 解析 根据数学知识可知,通过电阻的电流与其两端电压成正比,欧姆定律适用,A正确;根据电阻的定义式R=可知,I-U图像斜率的倒数表示电阻R,则R= Ω=2 Ω,B错误;由于I-U图像中横、纵坐标的长度单位不同,故不能由R=求电阻,C错误;当U=6.0 V时,I==3.0 A,则每秒通过电阻R横截面的电荷量是q=It=3.0×1 C=3.0 C,D错误. 三、导体的伏安特性线 考点03 串联电路与并联电路　 第十一章电路及其应用 串并联电路常用的四个推论： （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． 知识一 串联电路与并联电路的基本规律 　 电路 名称 　 串联电路 并联电路 电流关系 各处电流相等，I1=I2=…=In 总电流等于各支路电流之和I=I1+I2+=…+In 电压关系 总电压等于各部分电压之和，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总＝R1＋R2＋…＋Rn 总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和，即 + 改装电压表 改装电流表 电路 R的作用 R的计算 电表的总电阻 分压 分流 知识二 电表的改装 一、串联电路与并联电路的基本规律 【例6】如图所示电路中,电源的内阻不计,R1=R3=10 Ω,R2=4 Ω,电流表、电压表均视为理想电表,开关S断开与闭合时,电路的总电阻分别为(　　) A.14 Ω、9 Ω B.9 Ω、14 Ω C.9 Ω、24 Ω D.14 Ω、24 Ω 答案 A 解析 开关S断开时,把理想电表从电路中去掉,简化的电路如图甲所示,很容易看出电阻的连接关系,电路的总电阻为R1+R2=14 Ω,开关S闭合时,把理想电表从电路中去掉,简化后的电路如图乙所示,R1与R3并联,之后再与R2串联,电路的总电阻为+R2=9 Ω,选项A正确. 一、串联电路与并联电路的基本规律 二、电表的改装 【例7】如图25-7所示,其中电流表A的量程为0~0.6 A,表盘均匀划分为30个小格,每一小格表示0.02 A,R1的阻值等于电流表内阻的,R2的阻值等于电流表内阻的2倍.若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值,则下列分析正确的是 (　　) A.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.04 A B.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.02 A C.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.06 A D.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.01 A 答案 C 解析 当接线柱1、2接入电路时,电流表A与R1并联,根据串、并联电路规律可知,当电流表指针满偏时,R1分流为1.2 A,故满偏电流为1.2 A+0.6 A=1.8 A,故每一小格表示0.06 A,故A、B错误;当接线柱1、3接入电路时,电流表A与R1并联后与R2串联, R2对电流表A的满偏电流没有影响,因此电流表的满偏电流仍为1.8 A,故每一小格表示0.06 A,故C正确,D错误. 二、电表的改装 考点04 电阻的测量　 第十一章电路及其应用 知识一 测量工具的使用与读数 测量值(mm)＝固定刻度数(mm)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm) 测量值= 主尺整毫米数 + N× 0.1mm(精度) 知识二 电流表的接法   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 口诀 大内偏大 小外偏小 知识三 滑动变阻器的接法   限流式接法 分压式接法 电路图(图中R为负载电阻，R0为滑动变阻器) 滑动变阻器与测量电阻串联 滑动变阻器的一部分与测量电阻并联之后，再与滑动变阻器的另一部分电阻串联 滑动变阻器接入电路的特点 采用“一上一下”的接法 采用“一上两下”的接法 优点 电路连接简单，耗能低 R的电压调节范围大 知识四 电阻的测量方法 伏伏法测电阻 安安法测电阻 半偏法测电阻 半偏法测电阻 替代法测电阻 电桥法测电阻 伏安法测电阻 一、测量工具的读数 【例8】图甲为一游标卡尺的结构示意图,当测量一钢笔帽的内径时,应该用游标卡尺的　　(选填“A”“B”或“C”)进行测量;若示数如图乙所示,则该钢笔帽的内径为　 mm.  答案 A 11.25mm 解析 测量一钢笔帽的内径时,应该用游标卡尺的内测量爪A进行测量.钢笔帽的内径为11 mm+5×0.05 mm=11.25 mm. 一、测量工具的读数 【例9】某同学用如图甲所示的螺旋测微器测小球的直径时,他应先转动　 到F靠近小球,再转动 　到F夹住小球,直至听到棘轮发出声音为止,拨动　 　使F固定后读数(以上均填仪器部件字母符号).正确操作后,螺旋测微器的示数如图乙所示,则小球的直径是 　mm.  一、测量工具的读数 答案 D H G 6.700mm 解析 用螺旋测微器测小球直径时,先转动旋钮D使测微螺杆F靠近被测小球,再转动微调旋钮H使测微螺杆F夹住小球,直到棘轮发出“喀喀”声为止,拨动锁紧装置G使F固定后读数,读数为6.5 mm+20.0×0.01 mm=6.700 mm. 一、测量工具的读数 二、电流表的接法 【例10】在用伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx的阻值约为200 Ω,电压表V的内阻约为2 kΩ,电流表A的内阻约为10 Ω,测量电路中电流表的连接方式如图甲或乙所示,结果由公式Rx=计算得出,式中U与I分别为电压表和电流表的示数.若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为和,则 　(选填“”或“”)更接近待测电阻的真实值,且测量值　　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值,测量值　　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值.  答案 大于 小于 [解析] ==10,==20,由于<,故应该采用电流表内接法,即图甲接法.由“大内偏大,小外偏小”的结论可知,电流表内接时测量值大于真实值,外接时测量值小于真实值. 二、电流表的接法 三、滑动变阻器的接法 【例10】现要测定一段粗细均匀、电阻约为50 Ω的合金丝的电阻率,若已测得其长度,要尽量精确地测量其电阻值R,器材有: 电池组(电动势为3.0 V,内阻约为1 Ω); 电流表(量程0~100 mA,内阻约为0.5 Ω); 电压表(量程0~3 V,内阻约为3 kΩ); 滑动变阻器R1(0~10 Ω,允许最大电流为2.0 A); 滑动变阻器R2(0~500 Ω,允许最大电流为0.5 A); 开关一个、导线若干. (1)以上器材中,所用的滑动变阻器应选　　(选填“R1”或“R2”);  (2)如图所示是测量合金丝电阻的电路,闭合开关之前,滑动变阻器的滑片应移到　　(选填“最左端”或“最右端”);  答案 R1 最右端 解析 (1)由于要尽量精确地测量合金丝的电阻值,需多测几组数据,滑动变阻器应采用分压接法,故滑动变阻器应选择最大阻值较小的R1. (2)由题图可知,滑动变阻器采用分压接法,为保护电路,闭合开关前滑片应置于最右端. 三、滑动变阻器的接法 【例11】现测定金属丝的电阻率. (1)用螺旋测微器测量其直径如图甲所示,由图可知其直径为D=　　mm;用20分度的游标卡尺测量其长度如图乙,由图可知其长度为L=　　mm.  四、电阻的测量 【例11】(2)利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量该段金属丝的电阻,这段金属丝的电阻Rx约为100 Ω,将图丙的实验电路图补充完整,并标明器材代号　　.  电源E(电动势为10 V,内阻约为10 Ω) 电流表A1(量程0~250 mA,内阻R1为5 Ω) 电流表A2(量程0~300 mA,内阻约为5 Ω) 滑动变阻器R(最大阻值为10 Ω,额定电流为2 A) 开关S及导线若干 (3)测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝的电阻率表达式为ρ= 　(用题中字母表示).  四、电阻的测量 [解析] (1)螺旋测微器的读数为:固定刻度的读数+可动刻度的读数×分度值,则有2.5 mm+37.0×0.01 mm=2.870 mm(2.868~2.872 mm). 游标卡尺的读数为:6 cm+5×0.05 mm=60.25 mm. (2)电路图如下 因为金属丝的电阻Rx约为100 Ω,大于滑动变阻器R的最大阻值,若用限流式控制电路,则测量范围较小,误差较大,所以采用分压式控制电路,电流表A1内阻已知,可以充当电压表来测金属丝两端的电压. (3)电阻的决定式为Rx=ρ,又根据欧姆定律有Rx=,金属丝横截面积S=πD2,由上几式解得ρ=. 四、电阻的测量 考点05 多用电表的使用　 第十一章电路及其应用 知识一 多用电表的使用 1、机械调零； 2、选挡：把选择开关旋转到欧姆挡上，并根据估测电阻的大小，选择好选择开关的倍率； 3、欧姆调零：把两表笔短接，调整欧姆挡的调零旋钮，使指针指在电阻刻度的“0”位置上（电阻挡的“0”位在刻度的右端）； 4、测量（读数）：把两只表笔分别与待测电阻的两端相接，进行测量(注意：待测电阻要和别的元件或电源断开），读取表盘指针所指“电阻挡”刻度线的示数，指针所指示数乘以选择开关所指的倍率，其值就是被测电阻的阻值。 5、实验完毕，应将两表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于交流电压的最高档或”OFF“挡,如果欧姆挡长期不用，应取出表内的电池。 知识一 多用电表的使用 注意事项 (1)使用前要进行机械调零。 (2)电流都是从红表笔流入，从黑表笔流出。 (3)测电阻时应注意 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选择适当倍率的欧姆挡，使指针落在刻度盘的中间区域。 ④读数时应乘相应的倍率。 ⑤欧姆表的表盘刻度不均匀，一般不估读。 一、多用电表的使用 【例12】在“用多用电表测量电学中的物理量”的实验中: (1)测量电阻时,将选择开关旋转到欧姆挡倍率“×100”的位置;将红、黑表笔短接,旋转欧姆调零旋钮,使指针对准电阻刻度的　　(选填“0刻线”或“∞刻线”).  (2)将两表笔与待测电阻相接,发现指针偏转角度很小.为了得到比较准确的测量结果,请从下列选项中挑出合理的步骤:　　.  A.将选择开关旋转到欧姆挡倍率“×1k”的位置 B.将选择开关旋转到欧姆挡倍率“×10”的位置 C.换挡后直接测量读数 D.换挡后先进行欧姆调零再测量读数 (3)若选用“×1”倍率时电表的读数如图S13-2所示,则所测电阻的阻值为　　Ω.  答案 0刻线 AD 16.0 解析 (1)每次换挡后要重新进行欧姆调零,旋转欧姆调零旋钮,使指针对准电阻刻度的零刻线. (2)指针偏转角度过小,说明电阻阻值大,要选大倍率,并重新进行欧姆调零,然后测量,故A、D正确,B、C错误. (3)电阻阻值是16.0×1 Ω=16.0 Ω. 一、多用电表的使用 　课堂巩固与总结 第十一章电路及其应用 课堂巩固 1.下列说法中正确的是 (　　) A.由R=可知,电阻与电压、电流都有关 B.由R=ρ可知,电阻只与导体的长度和横截面积有关 C.各种材料的电阻率都与温度有关,金属的电阻率随温度的升高而减小 D.所谓超导现象,就是当温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时,导体的电阻率突然变为零的现象 课堂巩固 答案 D 解析 R=是电阻的定义式,电阻与电压和电流都无关,故A错误;R=ρ是电阻的决定式,即电阻与ρ、l、S都有关,故B错误;电阻率一般与温度有关,金属的电阻率随温度的升高而增大,故C错误;当温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时,导体的电阻率突然变为零的现象叫超导现象,故D正确. 课堂巩固 2.一个内阻可以忽略的电源给装满绝缘圆管的水银供电,通过水银的电流为0.1 A.若把全部水银倒在一个内径大一倍的绝缘圆管内(恰好能装满圆管),则通过水银的电流将是 (　　) A.0.4 A B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A 课堂巩固 答案 解析 大圆管内径大一倍,即横截面积为原来的4倍,由于水银体积不变,故水银柱长度变为原来的,则电阻变为原来的,因所加电压不变,由欧姆定律知,电流变为原来的16倍,C正确. 课堂巩固 3.白炽灯接在220 V的电源上能正常发光.现将其接在一电压可调的电源上,使电压从零逐渐增大到220 V.在电压从零逐渐增大的过程中(　　) A.灯丝的电阻不变 B.电流将逐渐减小 C.每增加1 V电压而引起的电流变化量是逐渐增大的 D.每增加1 V电压而引起的电流变化量是逐渐减小的 课堂巩固 答案 D 解析 金属材料的电阻率会随温度升高而增大,通电后,随着电压的增大,电流也增大,温度升高,灯丝的电阻增大,其U-I图线上各点与坐标原点连线的斜率也逐渐增大,所以每增加1 V电压而引起的电流变化量是逐渐减小的,故选项A、B、C错误,D正确. 课堂巩固 4.电阻R1、R2的I-U图像如图K25-2所示,则下列说法正确的是 (　　) A.R1∶R2=3∶1 B.将R1与R2串联后接于电源上,则它们的电压比U1∶U2=1∶3 C.将R1与R2并联后接于电源上,则它们的电流比I1∶I2=1∶3 D.将R1与R2并联后接于电源上,则它们的功率比P1∶P2=1∶3 课堂巩固 答案 B 解析 由图像可知,当I=1 A时,U1=1 V,U2=3 V,所以R1==1 Ω,R2==3 Ω,则R1∶R2=1∶3,A错误;R1与R2串联时,U1∶U2=R1∶R2=1∶3,B正确;R1与R2并联时,I1∶I2=R2∶R1=3∶1,P1∶P2=R2∶R1=3∶1,C、D错误. 课堂巩固 5.某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ),除了Rx,开关S、导线外,还有下列器材供选用: A.电压表(量程0~1 V,内阻约为10 kΩ); B.电压表(量程0~10 V,内阻约为100 kΩ); C.电流表(量程0~1 mA,内阻约为30 Ω); D.电流表(量程0~0.6 A,内阻约为0.05 Ω); E.电源(电动势1.5 V,额定电流0.5 A,内阻不计); F.电源(电动势12 V,额定电流2 A,内阻不计); G.滑动变阻器R0(阻值范围0~10 Ω,额定电流2 A). 课堂巩固 5. (1)为使测量尽量准确,电压表选用　　,电流表选用　　,电源选用　　.(均填器材前的选项字母)  (2)为使实验误差尽量小,滑动变阻器应采用　　(选填“分压”或“限流”)接法,电流表应采用　　(选填“内接法”或“外接法”).  (3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看,待测电阻测量值会　　(选填“大于”“小于”或“等于”)其真实值.  课堂巩固 解析 (1)因待测电阻阻值较大,为了准确测量,应提供较大的电压,故选电动势为12 V的电源F;电压表选择0~10 V的量程,即电压表选择B;最大电流约为I== A=1 mA,故电流表选择C. (2)滑动变阻器总阻值较小,为使实验误差尽量小,应采用分压接法.因待测电阻较大,为了准确测量,电流表应采用内接法. (3)因本实验采用电流表内接法,由于电流表分压影响,电压表测量值将大于真实值,由欧姆定律可知,电阻测量值将大于真实值. 课堂小结 1.重点：电流定义式及微观表达式、电阻定律内容、公式应用，电阻率的概念、欧姆定律公式应用，导体伏安特性曲线分析、串并联电路基本规律，电表改装原理及计算。 2.难点：电流微观表达式的推导及物理意义理解、电阻率与电阻的区别、伏安特性曲线的物理意义，非纯电阻电路辨析、电表改装的误差理解。 谢谢观看 $