高中物理电路.docx
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高中物理电路
【知识梳理】
§1部分电路
一、电流
1．定义：
电荷的定向移动形成电流．此处的“电荷”指自由电子、正离子和负离子．电荷有三种速率：
电子热运动速率、电荷定向运动速率和电流的传导速率．电路中由电源、导线等电路元件共同形成导线内的电场，电流的形成依靠电荷定向的运动．
2．电流的方向规定和正电荷定向移动的方向一致，和负电荷定向移动的方向相反．
3．电流的定义式：
I=q/t，（不能说正比于q，反比于t），其中q是时间t内通过导体某横截面的电量．对于电解液导电和气体导电，通过某一横截面的电量应为正、负离子电量的绝对值之和.在国际单位中电流的单位是安培（A），是国际单位制中七个基本单位之一，1A=103mA=106μΑ
4．电流的微观表达式：
I=nqsv（n为单位体积内自由电荷数，q为单个自由电荷电量，s为导线横截面积，v为自由电荷定向运动的速率，（约为10-5m/s），上式中n若为单位长度的自由电荷数，则I=nqv．
二、电阻
1．定义：
导体两端的电压和通过它的电流的比值．
2．定义式：
R=U/I
3．单位：
欧姆，国际符号Ω
4．对电阻的理解：
金属导体中的电流是自由电子的定向移动形成的，自由电子在定向移动中要跟金属离子频繁碰撞，这种碰撞阻碍了电子的定向移动，从而不断地把定向移动的动能传给离子，使离子的热运动加剧，使电能转化为内能，导体的温度升高，电阻就是表示这种阻碍作用的物理量．
5．注意：
对给定的导体，它的电阻是一定的，由其本身的性质决定．因此，不管导体两端有无电压，大小如何，电阻是一定的；不管导体内是否有电流流过，电流大小如何，电阻是一定的．
三、电阻定律
1．内容：
在一定温度下，导体的电阻跟导体本身的长度成正比，跟导体的横截面积成反比．
2．公式：
，ρ为材料的电阻率，单位为欧姆米（Ω﹒m），与材料种类和温度有关．
3．对电阻定律的理解：
（1）只适用于金属导体（但其它任何材料都有对应的电阻率）．
（2）因为ρ随温度而变化，故计算出的是某一特定温度下的电阻．
（3）该式是电阻大小的决定式，R=U/I是电阻的定义式．
4．金属的电阻率随温度升高而有所增加；半导体的电阻率随温度的升高或杂质浓度的增大而急剧减少；某些合金的电阻率几乎不受温度的影响．
5．超导体：
有些物体在温度降低到绝对零度附近时，电阻会突然减小到无法测量的程度，这种现象叫超导现象，发生超导现象的物体叫超导体，材料由正常状态转变为超导状态的温度叫做转变温度TC，各种材料的超导转变温度TC各不相同，一般都较低．
6．探究金属丝的电阻与其影响因素的定量关系
原理：
把金属丝接入电路中，用电压表测金属丝两端的电压，用电流表测金属丝中的电流，利用R=U/I得到金属丝的电阻R．用米尺量得金属丝的长度，用螺旋测微器测金属的直径，求得其面积S=
．
方案一：
控制变量法
方案二：
逻辑推理法
根据电阻的串并联知识进行逻辑推理导体电阻的关系，然后通过实验探究电阻与导体长度面积和材料的关系．
四、部分电路欧姆定律
1．内容：
通过某段电路的电流跟导体两端的电压成正北，跟导体本身的电阻成反比．
2．公式：
I=U/R
3．用图像表示：
I—U图像中，是过原点的一条直线，直线的斜率k=I/U=1/R；在U—I图像中，也是过原点的一条直线，直线的斜率k′=U/I=R．
4．适用条件：
适用于金属导电和电解液导电，不适用气体导电．其实质是只适用于电流的热效应．
五、串、并联电路的特点
1．串联电路
（1）电流关系：
．
（2）电压关系：
．
（3）电阻关系：
．
（4）功率关系：
U1/U2=R1/R2=P1/P2
即两个串联的电阻分电压、功率与各分电阻的值成正比
2．并联电路
（1）电流关系：
．
（2）电压关系：
．
（3）电阻关系：
．
（4）功率关系：
I1/I2=P1/P2=R2/R1
即两个并联的电阻分电流、功率与各分电阻的值成反比
3．分电阻和总电阻的关系
当电键接通或断开，改变电路结构，或者移动滑动变阻器滑键，改变某一部分电阻时，总电阻的变化规律满足：
（1）当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，电路中总电阻一定增大（或减小）；
（2）若电键的通断使串联的用电器增多时，总电阻增大；若电键的通断使并联支路增多时，总电阻减小；
（3）如果R1+R2=恒量，则R1=R2时并联的电阻最大；且R1、R2差别越大总电阻越小．如图所示，由R1、R2和R组成双臂环路．当AR1P支路和AR2P支路总阻值相等时，RAB最大；当P滑到某端，使某一支路阻值最小时，RAB最小．
六、电功和电功率
1．电功：
实际是电场力做功，是电能转化成其它形式能（如热、磁、机械、光）的过程
适用于一切电路
适用于纯电阻电路
2．焦耳定律：
电流通过直流电阻为R的导体时，t时间内导体上产生的热量，即电热Q=I2Rt
3．电功和电热：
当电流通过一段纯电阻电路时，电能全部转化为内能，电功等于电热W=Q即UIt=I2Rt当电流通过一段非纯电阻电路（电动机、电解槽、蓄电池等）时，电能的一部分转化为内能，另一部分转化为其他形式的能，故电功W=UIt大于电热Q=I2Rt，
4．电功率：
P=W/t=UI适用于一切电路P=I2R=U2/R适用于电热
5．额定电压与实际电压、额定功率与实际功率
（1）额定电压指用电器正常工作时的电压，这时用电器消耗的功率为额定功率．但有时加在用电器上的电压不等于额定电压，用电器不能正常工作，这时加在用电器上的电压就称之为实际电压，用电器消耗的功率为实际功率．要注意，在一些问题中“额定”和“实际”往往不相等．
（2）用电器接入电路时的约定：
①纯电阻用电器接入电路中，若无特别说明，应认为其电阻不变；②用电器的实际功率超过额定功率时，可认为它将被烧毁；③没有注明额定的用电器接入电路时，认为其工作的物理量均小于其额定值，能安全使用．
（3）纯电阻电路中，几个电阻串联阻值大的功率大，并联时阻值小的功率大．
七、等效法处理混联电路
稍复杂混联电路的等效化简方法
1．电路化简原则
（1）无电流的支路化简时可去除；
（2）等电势的各点化简时可合并；
（3）理想导线可任意长短；
（4）理想电流表可认为短路，理想电压表可认为断路；
（5）电压稳定时电容器认为断路．
2．常用等效化简方法
（1）电流分支法：
a．先将各结点用字母标上；b．判定各支路元件的电流方向（或可能方向）；c．按电流流向，自左到右将各元件、结点、分支逐一画出；d．加工整理．
（2）等势点排列法：
a．将各结合点用字母标出；b．判定各结点电势的高低；c．将各结点电势高低自左到右排列，再将各结点之间支路画出；d．加工整理．
八、电路故障的分析方法
电路故障是指电路不能正常工作．故障的种类很多，但主要是因断路或短路所造成的故障，可用电压表或电流表进行检查．也可用假设法，已知电路发生某种故障可将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分发生故障，运用电流定律进行正向推理，再与题述现象进行比较，得出结论．
九、分压电路和限流电路
1．分压电路图1、限流电路图2
调节范围：
（1）分压电路：
电压
；电流
，均与RO无关．
（2）限流电路：
电压
；电流
，均与RO有关．
§2闭合电路
一、电动势
1．电动势是反映电源通过非静电力做功把其它形式的能转化为_电能__本领的物理量．大小由电源中非静电力的特性决定．
2．电动势在数值上等于在电源内部非静电力把_1C正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功；若用E表示电动势，用W表示非静电力移送电荷q做的功，则公式为_E=W/q_．
3．电动势大小等于开路时两极间的_电压_；等于内、外电路_电压_之和．
4．电源内部也是由导体组成的，因此也有电阻，叫电源的_内电阻__．
5．电动势与电势差两个概念表面上很相似，但从做功和能量转化的角度讲它们是正好相反，电动势表征电源中非静电力做功的本领，即其它形式的能向电能转化的本领；而电势差是电路中静电力做功的本领的量度，即电能向其它能转化的情况．我们应注意二者的区别和联系．
二、闭合电路欧姆定律
1．内容：
闭合电路中电流强度跟电源电动势成正比，跟内外电路中的电阻之和成反比．
公式：
．适用条件：
纯电阻电路．
2．路端电压跟负载的关系
（1）U=E－Ir
（2）U—I关系图线如图所示
当电路断路即I=0时，纵坐标的截距为电动势E；当外电路电压为U=O时，横坐标的截距I=E/r为短路电流；图线的斜率的绝对值为电源的内电阻．
三、闭合电路的功率
1．电源的总功率：
P总=EI=UI＋I2r
2．电源的输出功率：
P出=UI
电源的最大输出功率与外电路电阻的关系
图线如所示
当R=r时也即I=E/2r时，电源的输出功率最大，Pmax=
．当R＞r和R＜r时，电源有可能输出相同的功率．但效率不同．
3．电源的效率：
η=
×100%=
×100%=
×100%（后式只适用于纯电阻电路）．
四、电路的动态分析
电路的变化分析就是根据闭合电路或部分电路的欧姆定律及串、并联电路的性质，分析电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电流、电压和功率的变化情况．
基本思路是“部分→整体→部分”，即首先从阻值变化的部分入手，由串、并联规律判知R总的变化情况，再根据闭合电路欧姆定律判知I总和U端的变化情况，最后再根据部分电路欧姆定律和串、并联的特点判知各部分电流、电压和功率的变化情况．具体过程是：
§3简单的逻辑电路
1．如果有一个事件的几个条件都满足后该事件才能发生，我们把这种关系叫做“与”逻辑关系，具有“与”逻辑关系的电路称为与门电路．简称“与”门．
2．若几个条件中只要有一个条件得到满足某事件就会发生，这种关系叫做“或”逻辑关系，具有“或”逻辑关系的电路称为或门电路．简称“或”门．
3．输出状态和输人状态呈相反的逻辑关系，叫做“非”关系，具有“非”逻辑关系的电路被称为非门电路．简称“非”门．
4．一个与门电路和一个非门电路组合在一起，做成一个复合门电路，称为“与非”门．
5．一个或门电路和一个非门电路组合在一起，做成一个“或非”门．
6．集成电路：
以半导体材料为基片，将组成电路的各种元件（如：
电阻、电容、二极管等）和连线集成在同一基片上，成为具有一定功能的微电路系统，这就是集成电路．
【例题解析】
问题1：
会对电路进行简化。
对一个复杂的电路，画出等效电路图，是一项基本功，也是电路分析和计算的基础。
在复杂电路中，当导体间串、并联的组合关系不很规则时，要进行电路的简化，简化电路方法较多，这里介绍两种常用的方法：
（1）分支法；
（2）等势法。
（1）分支法：
以图1（甲）为例：
第一支线：
以A经电阻R1到B（原则上以最简便直观的支路为第一支线）。
第二支线：
以A经由电阻R2到C到B。
第三支线：
以A经电阻R3到D再经R1到B。
以上三支线并联，且C、D间接有S，简化图如图1（乙）所示。
（2）等势法：
以图2为例。
设电势A高B低，由A点开始，与A点等势的点没有，由此向下到C点，E点与C点等势，再向下到D点，F、B点与D点等势，其关系依次由图3所示。
（3）注意：
对于复杂电路的简化可交替用分支法和等势法；
理想的电流表可视作短路；
理想的电压表和电容器可视作断路；
两等势点间的电阻可省去或视作短路。
问题2：
会分析动态电路的有关问题
电路中局部的变化会引起整个电路电流、电压、电功率的变化，“牵一发而动全身”是电路问题的一个特点。
处理这类问题常规思维过程是：
首先对电路进行分析，然后从阻值变化的部分入手，由串、并联规律判断电路总电阻变化情况（若只有有效工作的一个电阻阻值变化，则不管它处于哪一支路，电路总电阻一定跟随该电阻变化规律而变），再由全电路欧姆定律判断电路总电流、路端电压变化情况，最后再根据电路特点和电路中电压、电流分配原则判断各部分电流、电压、电功率的变化情况。
为了快速而准确求解这类问题，要熟记滑线变阻器常见三种接法的特点：
第一种：
如图4所示的限流式接法.RAB随pb间的电阻增大而增大。
第二种：
如图5所示分压电路.电路总电阻RAB等于AP段并联电阻RaP与PB段电阻RbP的串联。
当P由a滑至b时，虽然Rap与Rpb变化相反，但电路的总电阻RAB持续减小；若P点反向移动，则RAB持续增大。
证明如下：
所以当Rap增大时，RAB减小；当Rap减小时，RAB增大。
滑动头P在a点时，RAB取最大值R2；滑动头P在b点时，RAB取最小值
。
第三种：
如图6所示并联式电路。
由于两并联支路的电阻之和为定值，则两支路的并联电阻随两支路阻值之差的增大而减小；随两支路阻值之差的减小而增大，且支路阻值相差最小时有最大值，相差最大时有最小值。
证明如下：
令两支路的阻值被分为Ra、Rb,且Ra+Rb=R0,其中R0为定值。
则
可见，R//的确随Ra与Rb之差的增大而减小，随差的减小而增大，且当相差最小时，R//有最大值，相差最大时，R//有最小值。
此外，若两支路阻值相差可小至零，则R//有最大值R0/4.
【例1】如图6所示，R1=4Ω，R2=5Ω，R3=7Ω，求P由a至b移动过程中，总电阻RAB如何变化？
【例2】如图7所示，电灯A标有“10V，10W”，电灯B标有“8V，20W”，滑动变阻器的总电阻为6Ω，当滑动触头由a端向b端滑动的过程中（不考电灯电阻的变化）
（1）安培表示数一直减小，伏特表示数一直增大；
（2）安培表示数一直增大，伏特表示数一直减小；
（3）安培表示数先增大后减小，伏特表示数先减小后增大；
（4）安培表示数先减小后增大，伏特表示数先增大后减小。
【例3】如图8所示，由于某一电阻断路，致使电压表和电流表的示数均比该电阻未断时要大，则这个断路的电阻可能是（）
A.R1B.R2C.R3D.R4
问题3：
会求解三种功率的有关问题。
【例4】如图9所示，电路中电池的电动势E=5V，内电阻r=10Ω，固定电阻R=90Ω，R0是可变电阻，在R0从零增加到400Ω的过程中，求：
（1）可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最大热功率
（2）电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和
【课堂训练】
1．（湖南省十所示范性高中2OO6联考）在一次研究性学习活动中，研究小组对一幢居民楼的供电设施进行了观察和测量．整幢居民楼供电线路可简化为图7-1所示的模型，暂停供电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R，恢复供电后，测得A、B间电压为U，进线电流为I．则计算该幢居民楼的总功率可以用的公式是：
A．P=I2RB．
C．
D．以上公式都能用
2.（2006年青岛）如图7-2所示是一火警报警电路的示意图．其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻随温度升高而减小．值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器.当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I和报警器两端电压U的变化情况是
A.I变大，U变小
B.I变小，U变大
C.I变小，U变小
D.I变大，U变大
3．（湖南省岳阳理科综合）如图7-3所示为分压器接法电路图，电源电动势为E，内电阻不计，变阻器最大阻值R0=100Ω．闭合电键S后，当负载电阻分别为
=500Ω和
=50Ω时，负载电阻两端的电压U随变阻器本身a、b两点间的阻值Rx变化的图线应大致分别接近于右下图中的曲线：
（）
A．图线1和图线2
B．图线1和图线3
C．图线2和图线4
D．图线3和图线4
4．（2004高考科研测试题）大气中存在可自由运动的带电粒子，其密度随离地面距离的增大而增大，可以把离地面50km以下的大气看做是具有一定程度漏电的均匀绝缘体（即电阻率较大的物质）,离地面50km以上的大气则可看作是带电粒子密度非常高的良导体．地球本身带负电，其周围空间存在电场，离地面50km处与地面之间的电势差为4×105V，由于电场的作用，地球处于放电状态，但大气中频繁发生闪电又对地球充电，从而保证了地球周围电场恒定不变．统计表明，大气中每秒钟平均60次闪电，每次闪电带给地球的电荷量平均为30C．试估算大气的电阻率和地球漏电的功率．（已知地球的半径r=6400km）
5．如图7--4所示，两只相同的白炽灯泡D1和D2串联后接在电压恒定的电路中．若D1的灯丝断了，经过搭丝后（搭丝后灯泡的电阻减小）仍然与D2串联，重新接人原来的电路．假设在此过程中，灯丝电阻随温度变化的因素可忽略不计，且每只灯泡两端的电压均未超过其额定电压，则此时每只灯泡所消耗的功率与原来各自的功率相比，有（）
A．D1的功率变大B．D1的功率变小
C．D2的功率变大D．D2的功率变小
6．如图7－5甲所示是电热灭蚊器的示意图，其电热部分的主要元件是PTC，该元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如图7－5乙所示，由于这种特征，因此，PTC是具有发热、温控双重功能．对此以下判断中正确的是（）
图7-5
A．通电后，其电功率先增大后减小
B．通电后，其电功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在
或
不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在
～
的某一值不变
【课后练习】
1．如图所示，四个相同灯泡在电路中，比较它们的亮度，正确的说法是：
（）
A.L4最亮
B.L3最暗
C.L1和L2同样亮
D.L3和L4同样亮
2．把两个相同的电灯分别接成图中a、b两种电路，调节变阻器，使电灯都正常发光，若两电路消耗的总功率分别为Pa，Pb。
两个变阻器R1、R2消耗的电功率分别为P1、P2，则：
（）
A.
Pa=2Pb
B.Pa=Pb
C.P1=2P2
D.P1>2P2
3．如图所示，电源电动势恒定，要想使灯泡变暗，可以（）
A.增大R1B减小R1
C增大R2D减小R2
4．电动势为ε，内阻为r的电池与固定电阻R0，可变电阻R串联，如图所示，设R0＝r，Rab＝2r，当变阻器的滑动片自a端向b端滑动时，下列物理量中随之减小的是（）
A．电池的输出功率
B．变阻器消耗的功率
C．固定电阻R0上的消耗功率
D．电池内电阻上的消耗功率
5．如图所示电路中，O点接地，当原来断开的K闭合时，A、B两点的电势UA、UB的变化情况是：
A.都升高B.都降低
C.UA升高，UB降低D.UA降低，UB升高
6．如图所示，灯L1发光，L2、L3均不发光，A1有读数，A2没有读数，则电路中唯一的故障可能是：
（）
A.L1断路B.L3断路C.L2短路D.L3短路
第7题图
7．如图所示，直线A、B分别为电源a、b的路端电压与电流的关系图像，设两个电源的内阻分别为ra和rb，若将一定值电阻R0分别接到a、b两电源上，通过R0的电流分别为Ia和Ib，则：
A.ra>rbB.raIbD.Ia8．如图，电池组的内阻可以忽略不计，电压表和可变电阻器R串联接成电路，如果可变电阻器R的值减为原来的1/3，电压表的示数由U0增大到2U0，则下列说法正确的是：
（）
A.流过可变电阻器R的电流增大到原来的2倍
B.可变电阻器R消耗的功率增大到原来的4倍
C.可变电阻器R两端的电压减小到原来的2/3
D.若可变电阻器R的阻值减小到零，那么电压表的示数变为4U0
9．定值电阻R0和滑线变阻器连线如图所示，电源电动势为E，电源内阻为r，当触头P由a端向b端移动过程中，以下正确的说法是：
A.电流表的示数先减小后增大B.电流表的示数先增大后减少
C.电压表的示数先增大后减少D.电压表的示数一直增大
1．AC2.AD3.AD4.ACD5.A6.C7.AC8.ACD9.AC
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