恒定電流復習與鞏固編稿：張金虎審稿：李勇康【學習目標】1．識別常見的電路元件，初步了解它們在電路中的作用。2．初步了解多用電表的原理學會使用多用電表。3.知道決定導線電阻的因素，知道電阻定律。4.知道電源的電動勢和內阻，理解閉合電路的歐姆定律。5.學習掌握測量電源的電動勢和內阻方法。6.知道焦耳定律，了解焦耳定律在生產、生活中的應用。7.初步了解門電路的基本作用。初步了解邏輯電路的基本原理以及在自動控制中的應用。8.初步了解集成電路的作用。【知識網絡】【要點梳理】一、電路涉及的物理概念閉合電路中的功率閉合電路中的功率邏輯關系：輸入端全為邏輯關系：輸入端全為“1”時，輸出端才為“1”符號：≥1ABY&ABY“與”門：“或”門：邏輯關系：輸入端只要有“1”，輸出端就是“1”符號：邏輯關系：輸入端為“1”輸出端一定為“0”輸入端為“0”輸出端一定為““非”門：符號：1AY邏輯電路二、電路的特點三、基本規律四、電路實驗描繪燈泡的伏安特性曲線測定金屬的電阻率測定電源的電動勢和內阻多用電表的使用五、需要注意的問題1．電流的計算2．對閉合電路中能量轉化所涉及的諸多概念的理解4．閉合電路歐姆定律與其它關系的區別必須引起注意5．電路的簡化是電路計算的關鍵環節除了電路整形，等勢點合并分離外，電表的理想化、電表的等效、電容電路的處理必須理解和掌握。6．對電路進行動態分析是電路知識的綜合運用必須熟練地掌握動態分析的順序，理解各電路量變化的原因。7．電源的輸出功率存在極值8．伏安法測電阻時電流表內外接法的判斷不可片面要在比較與、的關系后得出結論，不可只做與的比較后就決定電流表的接法。9．滑動變阻器的限流式和分壓式接法各有妙用弄清它們各自接法的特點和區別選擇使用。10．測定電源電動勢和內阻的多種方法主要儀器原理電路圖誤差分析電壓表電流表變阻器電動勢和內阻均偏小電壓表變阻箱電動勢和內阻均偏小電流表變阻箱電動勢無偏差，內阻偏大一只電壓表（粗測）電動勢偏小兩只電壓表無誤差11．用電流表和電壓表測定電源電動勢和內阻的誤差分析（2）系統誤差：來源于電壓表的分流作用。導致電流表示數比干路電流略小。由圖線可看出和的測量值都小于真實值。要點詮釋：eq\o\ac(○,1)外電路短路時，電流表的示數等于干路電流的真實值，所以圖乙中、兩圖線交于短路電流處。eq\o\ac(○,2)當路端電壓為時，由于電流表示數小于干路電流，所以、兩圖線出現了圖示的差異。（3）伏安法測、還可接成如圖所示實驗線路。要點詮釋：一般電源的內阻都較小，與電流表的內阻相差不大，而電壓表的內阻遠大于內阻，也遠大于測量電路中的外電阻，所以為減小誤差，我們采用如圖甲所示的電路，而不采用如圖丙所示的電路。12．伏安法測電阻的兩種接法的選擇為減小伏安法測電阻的系統誤差，應對電流表外接法和內接法作出選擇，其方法是：【典型例題】類型一、直流電路的功率計算直流電路有純電阻電路和非純電阻電路之分．【思路點撥】正確識別純電阻電路和非電阻電路，注意“使其不能轉動”時和“正常工作時”的根本區別。其輸入的電功率為：電動機的機械功率：【總結升華】（1）正確識別純電阻電路和非電阻電路，不要認為有電動機的電路一定是非純電阻電路，要從其工作狀態及能量轉化來分析判定．當電動機不轉動時，其消耗的電能完全轉化為內能．是純電阻電路．舉一反三【高清課堂：恒定電流復習與鞏固例１】【解析】當先斷開電鍵，移動觸片，使電壓表讀數為時，滑動變阻器的部分的阻值為；然后閉合，間的總阻值為。類型二、直流電路中的極值問題極值問題在物理習題中經常出現，處理這類問題的常見方法是：先找出物理量間的函數關系，再利用數學知識求極值．在處理直流電路中的極值問題時，應先分析電路結構，并畫出等效電路，寫出含有變量的等效電阻或電流、電壓、功率的表達式。然后求極值．（2）當阻值多大時，它消耗的電功率最大？（3）當阻值多大時，電源的輸出功率最大？【答案】（1）（2）（3）【解析】由電路圖可知，與并聯后再與串聯，電流表是測量通過電阻的電流，根據串并聯電路的特點以及閉合電路歐姆定律可求出該題的答案．（1）設干路電流為，根據并聯電路的分流原理：外電路的總電阻由閉合電路歐姆定律得由①②③式求得（2）設阻值為時，它消耗的功率最大為，此時外電路總電阻為干路電流由④⑤⑥⑦式得：（3）設阻值為時，電源輸出功率最大為，【總結升華】本題涉及閉合電路歐姆定律和電功率的知識，考查了運用數學極值法處理物理問題的能力，這是處理物理極值問題的基本方法。類型三、含電容電路問題電容器是一個儲存電能的元件．在直流電路中，當電容器充、放電時，電路里有充、放電電流，一旦電路達到穩定狀態，電容器就相當于一個阻值無限大（只考慮電容器是理想的、不漏電的情況）的元件，在電容器處的電路可看做是斷路，簡化電路時可去掉它．簡化后若要求電容器所帶的電荷量時，可在相應的位置補上．分析和計算含有電容器的直流電路時，需注意以下幾點：（1）電路穩定后，由于電容器所在支路無電流通過，所以在此支路中的電阻無電壓降，因此電容器兩極間的電壓就等于該支路兩端的電壓．（2）當電容器和電阻并聯后接人電路時，電容器兩極間的電壓與其并聯電阻兩端的電壓相等．（3）電路中的電流、電壓變化時，將會引起電容器的充（放）電．如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電；如果電壓降低，電容器將通過與它并聯的電路放電．例3．（2016江西二模）在如圖所示的電路中，電表均為理想電表，閉合電鍵S，將滑動變阻器滑片P向左移動一段距離后，下列結論結論正確的是（）A．燈泡L變亮B．電壓表讀數變大C．電容器C上電荷量減少D．電流表讀數變小【答案】BD【解析】當滑動變阻器滑片P向左移動時，其接入電路的電阻增大，電路的總電阻R總增大，總電流I減小，燈泡的功率為P=I2RL，RL不變，則P減小，燈泡變暗，故A錯誤；電路中總電流減小，則電流表讀數變小，電壓表讀數為U=EIr，I減小，則U變大，故BD正確；變阻器兩端電壓增大，電容器與變阻器并聯，電容器上電壓也增大，則其電荷量增大，故C錯誤。故選：BD舉一反三【高清課堂：恒定電流復習與鞏固例４】（1）當閉合時間足夠長時，和所帶的電量各是多少？（2）然后把打開，打開后通過的電量是多少？【解析】（1）關鍵是計算電容器兩端的電壓。類型四、電路故障問題1．故障特點（1）斷路特點：電路中發生斷路，表現為電源電壓不為零而電流為零．若外電路中無用電器的任意兩點間電壓不為零，則這兩點間有斷點，而這兩點與電源連接部分無斷點．（2）短路特點：電路中發生短路，表現為有電流通過電路而電壓為零．2．故障的分析方法這類題目要從已知條件出發，進行嚴密地推理，找出故障的原因．具體分為兩種方法：（1）儀器檢測法：eq\o\ac(○,1)斷點故障的判斷：用電壓表與電源并聯，若有電壓，再逐段與電路并聯，若電壓表指針偏轉，則該段電路中有斷點．eq\o\ac(○,2)短路故障的判斷：用電壓表與電源并聯，若有電壓，再逐段與電路并聯，若電壓表示數為零，則該電路被短路；若電壓表示數不為零，則該電路沒有被短路或不完全被短路．（2）假設法：已知電路發生某種故障，尋求故障發生在何處時，可將整個電路劃分為若干部分，然后假設某部分電路發生故障，運用歐姆定律進行正向推理，推理結果若與題述物理現象不符合，則故障不是發生在這部分電路．若推理結果與題述物理現象符合，則故障可能發生在這部分電路．用此方法，直到找出發生故障的全部可能為止．例4．（2015吉安縣校級模擬）某同學按如圖電路進行實驗，電壓表內阻看作無限大，電流表內阻看作零。實驗中由于電路發生故障，發現兩電壓表示數相同了（但不為零），若這種情況的發生是由用電器引起的，則可能的故障原因是（）A．短路B．短路C．斷開D．斷開【答案】BD【解析】根據四個選項逐一代入檢查，分析哪種情況中兩電壓表測量哪部分電壓，示數是否相同，再進行選擇．A：若短路時，由于電流表內阻看作零，兩電壓表都被短路，示數都為零，與題不符，故A錯．B：短路時，兩電壓表都測的電壓，示數相同，而且都不為零，故選項B正確．C：斷開時，由于電壓表內阻看作無限大，電壓表測的電壓，電壓表測和串聯的電壓，電壓表的示數大于電壓表的示數，故選項C錯誤．D：斷開時，電路的總電阻增大，總電流減小，中電流為零，兩電壓表都測的電壓．示數相同，而且都不為零，故選項D正確．【總結升華】電路故障的出現有多種可能，可采用四個選項逐一代入檢查，據此進行推理，看結論是否與題設條件相符，這是物理學中重要的思維方法．舉一反三【高清課堂：恒定電流復習與鞏固例3】【變式】兩地間鋪有通訊電纜，長為，它是由兩條并在一起彼此絕緣的均勻導線組成的，通常稱為雙線電纜，在一次事故中經檢查斷定是電纜上某處的絕緣保護層損壞，導致兩導線之間漏電，相當于該處電纜的兩導線間接了一個電阻，檢查人員經過下面的測量可以確定損壞的位置：（1）令端的雙線斷開，在處測出兩端間的電阻；（2）令端的雙線斷開，在處測出雙線兩端間的電阻（3）在端的雙線間加一已知電壓，在端用內阻很大的電壓表測出兩線間的電壓。試由以上測量結果確定損壞處離的距離。【解析】設單位長度電纜電阻為，故障處的電阻為，則根據題意，又因為類型五、關于電路中電流表、電壓表的處理技巧1．電表可看做理想電表時的處理技巧理想電流表的內阻可看作為零，理想電壓表的內阻可看做無窮大，如果有理想電表接入電路，可先把該電表除去，凡電壓表處除去即可（看做斷路），凡電流表處用導線替代（看做短路）；在進行電路結構分析或畫好等效電路后，再按電表所測的對象把電表接入電路．電路中的滑動變阻器，一般可以把它當作兩個可變電阻來處理．2．電表不能看做理想電表時的處理技巧在這種場合下，要考慮到電表內電阻對原電路的影響，可把電流表和電壓表分別看作能顯示出電流值或電壓值的電阻．【思路點撥】電路中電表較多，不易看清各元件間的串、并聯關系，先將各電表除去（理想電流表內阻可看做零，理想電壓表內阻可看做無窮大）。分別畫出兩種狀態下的電路圖，再根據閉合電路歐姆定律（注意串并聯關系）進行計算。【解析】本題電路中電表較多，不易看清各元件間的串、并聯關系，可先將各電表除去，按前述處理技巧可將原電路畫成圖甲所示的形式，其中是的段電阻，是的段電阻，再將原電表按所測對象一一接入電路，如圖乙所示．由題可知所以由閉合電路歐姆定律得：【總結升華】理想電流表內阻可看做零，理想電壓表內阻可看做無窮大．舉一反三【高清課堂：恒定電流復習與鞏固例8】【變式】在如圖所示的電路中，滑動變阻器的滑片從端向端滑動過程中，安培表的讀數（）（安培表內阻不計，電源內阻小于滑動變阻器總阻值）A．從小變到大 B．從大變到小C．先變小再變大 D．先變大再變小【答案】C類型六、測量電路的電路設計、儀器選擇和實物圖連接在有關恒定電流的實驗中，常常要求測電阻的阻值、測導體的電阻率、描繪小燈泡的伏安特性曲線，測用電器的電功率、電源的電動勢和內阻等．這些待測量的值的測定，往往都要測待測元件的電壓和電流，所以對待測元件的電壓和電流的測量也就成了最基本的測量．1．電路設計要完成一個測量實驗，必須進行電路設計，而電路往往分測量電路和供電電路兩部分．（1）測量電路測量電路有兩種方法：電流表內接法和外接法．確定內接法還是外接法，有三種判定方法：如圖所示，將單刀雙擲開關分別接觸點和點，若看到電流表讀數變化較大，說明電壓表分流影響較大，應該選用電流表內接法；若看到電壓表讀數變化較大，說明電流表分壓影響較大，應該選用電流表外接法．對于學生實驗，測定金屬電阻率電路，由于電阻絲電阻較小，所以實驗室采用電流表外接法；而測電池的電動勢和內阻，通常只采用電流表內接法．（2）供電電路供電電路一般由電源和滑動變阻器按一定的連接方式組成，滑動變阻器在供電電路中有兩種接線方式：限流式和分壓式（如圖）．限流式可省一個耗電支路，分壓式電壓調節范圍大，應根據需要選用．變阻器的分壓與限流接法是高考的熱點，雖然兩種電路均可調節負載電阻電壓和電流的大小，但在不同條件下，調節效果大不一樣．選用時應注意以下幾點：eq\o\ac(○,1)負載電阻的阻值遠大于變阻器的總電阻，須用分壓式接法．eq\o\ac(○,2)要求負載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續可調，須用分壓式接法．eq\o\ac(○,3)負載電阻的阻值Rx小于變阻器總電阻R或相差不多，且電壓電流變化不要求從零調起時，可采用限流式接法．eq\o\ac(○,4)兩種接法均可使用的情況下，應優先采用限流式接法，因為限流接法總功率較小．eq\o\ac(○,5)特殊問題中還要根據電壓表和電流表量程以及電阻允許通過的最大電流值來反復推敲，以更能減小誤差的連接方式為好．注意：兩種接法的比較：電路負載RL上電壓調節范圍負載RL上電流調節范圍閉合開關前觸頭所處位置相同條件下消耗總功率限流接法端分壓接法端比較分壓電路調節范圍大分壓電路調節范圍大都為了保護負載電路限流電路能耗小2．實驗儀器選用（1）儀器的選擇一般遵從以下三個原則：eq\o\ac(○,1)安全的原則，如通過電源和電阻的電流不能超過其允許的最大電流；eq\o\ac(○,3)便于操作的原則，如選用滑動變阻器時應考慮對外供電電壓的變化范圍既能滿足實驗要求，又便于調節，滑動變阻調節時應用大部分電阻線，否則不便于操作．（2）選擇儀器的一般步驟：eq\o\ac(○,1)根據實驗要求設計合理的實驗電路；eq\o\ac(○,2)根據電路選擇滑動變阻器：eq\o\ac(○,3)選定電源、電壓表和電流表以及所用的量程．3．實物圖的連接連接實物圖的基本方法：