第3章 恒定电流山东省济南外国语学校鲁科版（2019）高中物理必修三课件 (共35张PPT)

(共35张PPT)
总复习课件
第3章
恒定电流
1.公式R=ρ与R=的比较
一、　电路的基本概念和规律
比较项目
意义
电阻的决定式
电阻的定义式
理解
说明导体的电阻由ρ、l、S决定,即R与l成正比,与S成反比
提供了一种测量电阻的方法(伏安法),不能认为R与U成正比,与I成反比
适用范围
粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液
任何纯电阻导体
2.公式I=、I=及I=neSv的比较
公式比较项　　　
I=neSv
含义
电流的决定式
电流的定义式
电流的微观表达式
决定因素
I与U、R有关
I与q、t无关
I与n、e、S、v有关
适用范围
纯电阻
任何导体
任何导体
3.串、并联电路的特点
电路特点　　　
串联电路
并联电路
电流
I=I1=I2=…=In
I=I1+I2+…+In
电压
U1=U2=…=Un
总电阻
R总=R1+R2+…+Rn
功率分配
P1R1=P2R2=…=PnRn
4.电功和电热、电功率和热功率的区别
?
意义
公式
联系
电功
电流在一段电路中所做的功
W=UIt
对纯电阻电路,电功等于电热,即W=Q=UIt=I2Rt;
对非纯电阻电路,电功大于电热,即W>Q
电热
电流通过导体产生的热量
Q=I2Rt
电功率
单位时间内电流所做的功　
P电=UI
对纯电阻电路,电功率等于热功率,即P电=P热=UI=I2R;
对非纯电阻电路,电功率大于热功率,即P电>P热
热功率
单位时间内导体产生的热量
P热=I2R
5.电流表内接法与电流表外接法的比较
接法比较内容　　　
内接法
外接法
电路
误差分析
误差来源
电流表分压作用
电压表分流作用
两种电路的选择
R越大,UR越接近UV,R测越接近R,该电路适合测大电阻,当R?RA时选用
R越小,IR越接近IA,R测越接近R,该电路适合测小电阻,当R?RV时选用
口诀
大内大
小外小
6.电表的改装
?
改装成电压表
改装成电流表
内部电路
改装原理
串联分压
并联分流
改装后的量程
U=Ig(R+Rg)
量程扩大的倍数
接入电阻的阻值
改装后的总内阻
RV=Rg+R=nRg
校对电路
改装成的电压表
改装成的电流表
备注
(1)改装后示数等于表头与分压电阻两端电压之和;
(2)改装后量程等于满偏时表头与分压电阻两端电压之和
(1)改装后示数等于通过表头与分流电阻的电流之和;
(2)改装后量程等于满偏时通过表头与分流电阻的电流之和
续表
?
改装成电压表
改装成电流表
备注
(3)同一表头改装成的多量程电压表,内阻之比等于量程之比;
(4)改装后表头满偏时电压不变
(3)同一表头改装成的多量程电流表,内阻之比等于量程的反比;
(4)改装后表头满偏时电流不变
改装后指针偏角大小取决于通过表头的电流大小
二、　实验:测定金属的电阻率
1.游标卡尺
(1)游标卡尺的构造
如图所示,游标卡尺的左测量爪固定在主尺上并与主尺垂直,右测量爪与左测量爪平行,固定在游标尺上,可以随同游标尺一起沿主尺移动.
(2)游标卡尺的测量原理
主尺上的最小分度与游标尺上的最小分度不一样长,有一个差值,差值不同,尺的精确度就不同.
常用游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的,主尺上的每一小等分刻度都是1
mm,而游标尺上的每一小等分刻度比1
mm要小一些.
(3)游标卡尺的读数方法
游标尺(mm)
精度(mm)
测量结果(游标尺上第n个格与主尺上的刻度线对齐时/mm)
刻度
格数
刻度
总长度
每小格与
1毫米差
10
9
0.1
0.1
主尺上读的毫米数+0.1n
20
19
0.05
0.05
主尺上读的毫米数+0.05n
50
49
0.02
0.02
主尺上读的毫米数+0.02n
2.螺旋测微器
(1)构造:如图所示是常用的螺旋测微器,它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上,旋钮D、微调旋钮D'和可动刻度E是与测微螺杆F连在一起的,通过精密螺纹套在B上.
(2)测量原理:精密螺纹的螺距是0.5
mm,即每旋转一周,F前进或后退0.5
mm,把这一周分成50等份,每一等份对应固定刻度上的0.01
mm,即可动刻度每转过一等份,F前进或后退0.01
mm.因此,从可动刻度旋转了多少等份就知道长度变化了多少个0.01
mm.用它测量长度,可以精确到0.01
mm,还可以估读到0.001
mm(即毫米的千分位),因此螺旋测微器又称为千分尺.它是把前后方向的微小变化和圆周上的旋转变化对应起来,放大了这种变化.
(3)读数方法:先从固定刻度B上读出半毫米整数倍的部分,不足半毫米的部分由可动刻度读出,即看可动刻度上的第几条刻度线与固定刻度线的轴向线重合,从而读出可动刻度示数(注意估读).
即测量长度=固定刻度示数+可动刻度示数×精确度(注意单位为mm).如图所示,固定刻度示数为2.0
mm,不足半毫米的部分从可动刻度上读的示数为15.5×0.01
mm,最后的读数为2.0
mm+15.5×0.01
mm=2.155
mm.
3.测定金属的电阻率
(1)测定金属电阻率的实验原理
把金属丝接入如图所示的电路中,用“伏安法”测量其电阻R=;用毫米刻度尺测量金属丝的长度l;用螺旋测微器测量金属丝的直径d,计算出其横截面积S;根据电阻定律R=得,金属丝的电阻率ρ==.
(2)测定金属电阻率的注意事项
①为了减小金属丝横截面积带来的误差,测量直径时用螺旋测微器至少在金属丝的3个不同位置各测量一次,取平均值.
②测量金属丝的长度应该在接入电路后且拉直的状态下进行,为减小误差,应至少测量3次,取平均值.
③为了减小由于温度变化而带来的测量误差,实验中通电时间不宜过长、电流不宜过大.
④测量电路采用电流表外接法,调节滑动变阻器阻值时注意同时观察两个电表的示数,尽量使电表的指针偏转较大些,以减小读数误差.
⑤为了减小实验误差,测量金属丝的电阻时,一般电流I、电压U测量多次,求出对应的电阻后取电阻的平均值,不能对U、I取平均.实验中也可以利用U-I图线求电阻.
⑥闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑动触头处在接入电路的电阻最大的位置.
(3)测定金属电阻率的误差分析
①金属丝的横截面积是利用直径计算而得的,直径的测量是产生误差的主要来源之一.
②采用伏安法测量金属丝的电阻必然带来系统误差.
③金属丝长度的测量、电流表和电压表的读数等都会带来偶然误差.
④由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差.
4.电流表、电压表的使用
学生实验中用的直流电流表的量程通常为0~0.6
A、0~3
A,内阻一般在1
Ω以下(毫安表的内阻一般在几欧~几十欧).直流电压表的量程为0~3
V、0~15
V,两个量程的内阻分别约为3
kΩ和15
kΩ.
使用时应注意:
(1)机械零点的调整:在不通电时,指针应指在零刻度线的位置.若不指零,应该用螺丝刀调整.
(2)选择适当量程:估算电路中电流和电压,电表指针应偏转到满刻度的1/3以上.若无法估算电路中的电流和电压,则应先选用较大的量程,再逐步减小量程.
(3)正确接入电路:电流表应串联在电路中,电压表应并联在电路中,两种表都应使电流从正接线柱流入,负接线柱流出.
(4)正确读数:根据所选量程的精确度,正确读出有效数字和单位.电表读数时要注意两点:
①首先看量程,再根据表盘格数换算出分度值.如量程为0~0.6
A的电流表,表盘格数为30,分度值就是=0.02
A;量程为0~15
V的电压表,表盘格数为30,分度值就是=0.5
V.
②是否估读.在实验中,测量仪器的读数规则为:测量误差出现在哪一位,读数就应读到哪一位,在中学阶段一般可根据测量仪器的分度值来确定读数出现的位数.
具体地说就是最小分度末位是“1”的仪器,读数时应估读到下一位.如最小分度是0.1
A的电流表,读出的数以A为单位,小数点后应有2位数(例如:0.36
A).
最小分度不是“1”的仪器,读数时就读到该位数.例如:最小分度是0.02
A的电流表,读出的数以A为单位,小数点后就是2位数(例如:0.48
A);最小分度是0.5
V的电压表,读出的数以V为单位,小数点后就是1位数(例如:7.5
V).
(5)注意内阻:电流表和电压表一方面作为仪器使用,同时又是被测电路中的一个电阻,实验中没有特别要求时,一般不考虑它们的内阻对电路的影响,但在有些测量中,不能忽视它们的内阻对被测电路的影响,如伏安法测电阻等.这时电流表应看成能读出本身电流IA的小电阻RA,若已知RA,则该电流表可当电压表使用,即UA=IARA;电压表也可看成能读出本身电压UV的大电阻RV,若已知RV,则该电压表也可当电流表使用,即IV=.
5.伏安法测电阻的要点
(1)测量电路的选择
伏安法测电阻有电流表内接和外接两种接法.在实际测量时首先要根据测量电阻的大小选择哪种接法.
①定量判断法:若已知待测电阻的阻值大约为Rx,电流表的内阻为RA,电压表的内阻为RV,则当>即Rx>时,应选用电流表内接法;当<即Rx<时,应选用电流表外接法.
②试触法:若不知Rx的大概值,或者RA、RV均不知道时,可借助试触法来确定是用内接法还是用外接法:改变电压表一个接线端的位置,分别让电流表内接和外接,如图所示.如果电流表的示数变化比电压表的明显,即>,则应采用内接法;如果电压表的示数变化比电流表的明显,即>,则应采用外接法.
(2)滑动变阻器的选择
①选用滑动变阻器时,先要确保电路中电流不超过变阻器允许通过的最大电流,若用“限流式”一般选总阻值适当大一点的,但不是越大越好.因阻值太大时,在实验中,可能只用到其阻值较小的一部分,滑动触头只能在很短的距离内移动,使用起来很不方便.一般是选总阻值与用电器的阻值比较接近的变阻器.
作限流用时,把滑动变阻器串联在被限电流的电路中,可以接同一端的两个接线柱A、C或B、D,也可以接对角线上的两接线柱A、D或B、C,开始时,应使变阻器接入电路的电阻最大起保护电路的作用.
②若用“分压式”,应选择总阻值适当小一些的滑动变阻器,这样可使分出的电压大致上随滑动触头移动的距离成正比例改变,调节起来比较方便.
作分压用时,滑动变阻器应接三个接线柱A、B、C或A、B、D,
如图所示,先把电阻丝与开关串联,接到电源两极上,再在电阻丝的一端与滑动触头之间接上用电器,为了保护用电器不致烧坏,应使滑动触头P滑至最左再闭合开关接通电路.
(4)实物连线方法:
先定原理图,后连实物线;由正连到负,先串后再并;电压表后接,连线不交叠;正负要分清,量程莫接错;对照原理图,检查要细致.
(3)电压表、电流表的选择
电压表量程的选择主要看电源或被测用电器的额定电压;电流表量程的选择通常看被测用电器的额定电流或依据电路中可能的最大电流.另外,为了保证测量精确度,指针偏角应越接近满刻度越好,一般也应不小于满偏的1/3.
例1.　来自质子源的质子(初速度为零),经一加速电压为
800
kV的直线加速器加速,形成电流为1
mA的细柱形质子
流.已知质子电荷量e=1.60×10-19C,这束质子流每秒打到靶
上的质子数为
　　　　个.假定分布在质子源和靶之间的
加速电场是均匀的,在质子束中与质子源相距L和4L的两处,
各取一段极短的相等长度的质子流,其中的质子数分别为n1
和n2,则n1:n2=　　　　.?
典例透析
解析　设每秒打到靶上的质子数为n,则每秒通过靶所在柱形截面的电荷量为ne,由电流的定义,得ne=I=10-3
A，故n==6.25×1015(个)
质子在加速电场中做匀加速直线运动,设在与质子源相距L和4L两处的速度分别为v1、v2,则有v1:v2=:=1:2,设在与质子源相距L和4L两处所取的相等长度为d,则质子先后经过两段所需的时间之比t1:t2=:=2:1
根据电流的定义,有=,故==2.
答案　
6.25×1015
2:1
方法提炼
分析求解本题的关键是建立微观物理模型.经加速器加速的质子流在距质子源L和4L的两处,可以各取一段极短的相等长度d,可认为在长为d的区间内的质子流速度均相同,分别为v1和v2,然后再根据相关规律得出结果.
例2.　一台小型电动机在3
V电压下工作,用此电动机提升重力为4
N的物体时,通过电动机的电流是0.2
A.在30
s内可将该物体匀速提升3
m.若不计除电动机线圈生热之外的能量损失,求:
(1)电动机的输入功率;
(2)在开始提升物体后的30
s内,电动机线圈所产生的热量;
(3)电动机线圈的电阻.
解析
(1)电动机的输入功率P入=UI=3×0.2
W=0.6
W
(2)电动机提升物体的机械功率P机=Fv=mg·=0.4
W
由能量守恒定律得P入=P机+P热
故P热=P入-P机=(0.6-0.4)
W=0.2
W
特别提醒
1.在非纯电阻电路中,欧姆定律不再适用,不能用欧姆定律求电流,应用P=UI求电流.
2.在非纯电阻电路中,电功大于电热,即W>Q,这时电功只能用W=UIt计算,电热只能用Q=I2Rt计算,两式不能通用.
3.由能量守恒定律得W=Q+E,E为其他形式的能.对电动机来说,输入的功率P入=UI,发热的功率P热=I2r,输出的功率即机械功率P机=P入-P热=UI-I2r.
所以电动机线圈产生的热量Q=P热t=0.2×30
J=6
J
(3)根据焦耳定律Q=I2Rt可得线圈电阻
R==
Ω=5
Ω.
答案
(1)0.6
W　(2)6
J　(3)5
Ω
(1)当S1和S2均断开时，改装成的是________表，最大量程是________。
(2)当S1和S2均闭合时，改装成的是________表，最大量程是________。
例3.如图所示的电路中，小量程电流表的内阻Rg＝100
Ω，
满偏电流Ig＝1
mA，R1＝900
Ω，R2＝
Ω。
解析：(1)由题中电路图可知，当S1和S2均断开时，G与R1串联，改装所成的表是电压表，量程为U＝Ig(Rg＋R1)＝0.001×(100＋900)
V＝1
V。
(2)由题中电路图可知，当S1和S2均闭合时，G与R2并联，改装所成的表是电流表，量程为：
答案：(1)电压　1
V　(2)电流　1
A
例4.如图所示的电路中，R1＝8
Ω，R2＝4
Ω，R3＝6
Ω，R4＝3
Ω。
(1)求电路中的总电阻。
(2)当加在电路两端的电压U＝42
V时，通过每个电阻的电流是多少？
解析：(1)R3、R4并联后电阻为R34，则
R1、R2和R34串联，总电阻R＝R1＋R2＋R34＝14
Ω。
(2)根据欧姆定律
由于R1、R2串联在干路上，故通过R1、R2的电流都是3
A。
设通过R3、R4的电流分别为I3、I4，根据并联电路的特点有I3＋I4＝3
A，
解得I3＝1
A，I4＝2
A。
答案：(1)14
Ω　(2)通过R1、R2、R3、R4的电流分别为3
A、3A、1
A、2
A
例5.在电学实验中，常常需要测量电学元件的电阻值，如：小灯泡、金属丝、电流表内阻、电压表内阻、待测电阻等。利用伏安法测量某电阻的阻值，有如下实验器材：
①待测电阻，阻值约为100
Ω
②电流表(量程0～0.3
A，内阻约0.125
Ω)
③电压表(量程0～15
V，内阻约5
kΩ)
④电源15
V
⑤滑动变阻器(阻值0～10
Ω，允许最大电流2
A)
⑥开关一个，导线若干条
请根据器材的规格和实验要求尽量减小误差，用铅笔画出实验电路图，再连接线路图。
[解析]　因滑动变阻器最大电阻只有10
Ω，采用限流接法时不能起到有效的保护作用，故应采用分压接法。待测电阻约为100
Ω，
，故应采用电流表内接法，故原理图如图所示。
根据原理图画出对应的实物图如图所示
[答案]　见解析
[课
堂
训
练]
1．[多选]如图所示，甲、乙两个电路都是由一个灵敏电流计G和一个变阻
器R组成，它们中一个是测电压的电压表，另一个是测电流的电流表，那么
以下结论中正确的是(　　)
A．甲表是电流表，R增大时量程增大
B．甲表是电流表，R增大时量程减小
C．乙表是电压表，R增大时量程减小
D．乙表是电压表，R增大时量程增大
解析：选BD　电压表电阻分压，串联；电流表电阻分流，并联；所以甲表为电流表，乙表为电压表，并联电路电阻大时分流少，所以R增大时量程减小，A错误，B正确；串联电路电阻大时分压多，所以R增大时量程增大，C错误，D正确。
2.如图所示，R2＝R4，理想电压表V1的示数为70
V，理想电压表V2的示数为50
V，则A、B间的电压为(　　)
解析：选B　理想电压表所在支路不通，则题图所示电路是四个电阻串联，电压表V1测量的是R1和R2两端的电压之和，电压表V2测量的是R2和R3两端的电压之和。因为R2＝R4，所以电压表V2相当于测的是R3和R4两端的电压之和，即A、B间的电压为电压表V1的示数与电压表V2的示数之和，则A、B间的电压为50
V＋70
V＝120
V，选项B正确。
A．140
V　　
B．120
V
C．100
V
D．无法计算
解析：设电炉的电阻为R，由P＝
得
R＝
＝24.2
Ω
当电压为U′＝200
V时，电炉的实际功率为
在220
V的电压下，该电炉一个月消耗的电能为
W＝Pt＝2×2×30
kW·h＝120
kW·h。
答案：24.2
Ω，1
653
W,120度
3.一只规格为“220
V　2
000
W”的电炉，它正常工作时的电阻是多少？若电网电压为200
V，则电炉工作时的实际功率是多少？在220
V电压下，如果平均每天使用电炉2
h，求此电炉一个月(按30天计算)要消耗多少度电？
解析：当电压U1＝10
V时电动机不转动，这时电流为I1＝2
A，根据欧姆定律，有：
＝5
Ω，当电压为U2＝36
V时能带动负载正常运转，这时电流为：I2＝1
A，这时电动机的机械功率是：P＝U2I2－I22R＝36×1
W－12×5
W＝31
W。
答案：31
4．某一电动机，当电压U1＝10
V时带不动负载，因此不转动，这时电流为I1＝2
A。当电压为U2＝36
V时能带动负载正常运转，这时电流为I2＝1
A。则这时电动机的机械功率是________W。
5.小张同学打算测量某种由合金材料制成的金属丝的电阻率ρ.待测金属丝的
横截面为圆形．实验器材有：毫米刻度尺、螺旋测微器、电压表(内阻约
几千欧)、电流表(内阻约几欧)、滑动变阻器、电源、电键、待测金属丝
及导线若干．
(1)用毫米刻度尺测量其长度，用螺旋测微器测量其直径，结果分别如图1
和图2所示．由图可知其长度L＝________cm，直径为D＝________mm；
(2)该同学计划要用图象法求出电阻的阻值，要求电压从0开始变化．请将图3所示实物电路图中所缺部分补全；
(3)图4是实验中测得的6组电流I、电压U的值描的点，由图求出的电阻值R＝________Ω(保留3位有效数字)；
(4)请写出待测金属丝的电阻率ρ的表达式________(用测得的物理量的符号表示)．
【解析】：(1)金属丝长度测量值为59.40
cm；螺旋测微器的读数为43.4×0.01
mm
＝0.434
mm，即金属丝直径测量值为0.434
mm.
(2)要求电压从0开始变化，故滑动变阻器采用分压式接法．金属丝电阻较
小，安培表用外接．
(4)由电阻定律可知，
解两式得：
(3)描点连线（画直线）求斜率可得R＝5.80
Ω.
答案：(1)59.40　0.434(0.433～0.435均对)
(2)图见解析　(3)5.80　(4)ρ＝
谢谢大家！