高二物理总复习学案选修31恒定电流学生版_高二物理选修课课程集

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安丘市第一中学物理复习学案

撰稿人：刘全文

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物理选修3-1

高二物理

第二章恒定电流 第一单元 导体中的电场和电流、电动势

知识梳理

1.导体中的电场和电流

（1）电源：电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装臵。电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装臵。（在这一过程中，自由电子所受电场力的方向与运动方向相反，故需要电源提供一个非静电力的作用，使自由电子在非静电力的作用下克服电场力做功，从而将其他形式的能转化为电能）

（2）导线中的电场：当导线内的电场达到动态平衡状态时，导线内的电场线保持与导线平行，自由电子只存在定向移动。因为电荷的分布是稳定的，由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。（3）电流

○概念：电荷的定向移动形成电流。

○电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向。

○定义：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用的时间的比值。定义式：IQt

○单位：安培（A），1 A =103mA = 106µA ○电流强度是标量。○电流的种类

① 直流电：方向不随时间而改变的电流。直流电分为恒定电流和脉动直流电两类：其中大小和方向都不随时间而改变的电流叫恒定电流；方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。

② 交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流。2．电动势

（1）物理意义：表示电源把其它形式的能（非静电力做功）转化为电能的本领大小。电动势越大，电路中每通过1C电量时，电源将其它形式的能转化成电能的数值就越多。

（2）定义：在电源内部非静电力所做的功W与移送的电荷量q的比值，叫电源的电动势，用E表示。定义式为：E = W/q

注意：① 电动势的大小由电源中非静电力的特性（电源本身）决定，跟电源的体积、外电路无关。

②电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压。

③电动势在数值上等于非静电力把1C电量的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。

（3）电源（池）的几个重要参数

① 电动势：它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质，与电池的大小无关。② 内阻（r）:电源内部的电阻。

③ 容量：电池放电时能输出的总电荷量。其单位是：A〃h，mA〃h.注意：对同一种电池来说，体积越大，容量越大，内阻越小。

第二单元

部分电路欧姆定律，电路的连接，电功、电功率、电热，电阻定律

知识梳理

1．部分电路欧姆定律

（1）电阻（电阻是描述导体的性质）

① 定义：导体两端的电压和通过导体中的电流的比值，定义式 R =U/I ② 物理意义：表示导体对电流的阻碍作用。③ 单位：欧姆（Ω）1MΩ = 103kΩ = 106Ω（2）电压（又叫电势差）

电流通过电阻R时，电阻两端的电势差值，又叫电势降落，其大小U =IR。（3）欧姆定律:（反映一段导体电流、电压、电阻的关系）

导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻成反比。即I=U/R 欧姆定律的适应范围：金属导体、电解质溶液；不含电源的部分电路，即纯电阻电路。（4）导体的伏安特性曲线

① 伏安特性曲线：常用纵坐标表示电流I、横坐标

表示电压U，而画出的I—U图象。② 线性元件（伏安特性曲线通过坐标原点的直线）

和非线性元件（伏安特性曲线通过坐标原点的曲线）

③ 实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线

电路连接如图。变阻器采用限流接法，或分压接法。分压接法可以使电压U能从零开始调

整。（3）决定电阻的因素 2．电路的连接（1）串联电路

①电路中各处的电流强度相等。II1I2I3

②电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和UU1U2U3 ③串联电路的总电阻，等于各个电阻之和。RR1R2R3 ④电压分配：

U11UR1U2R2UR13R

3⑤功率分配：

P1PR1P22RPRR

⑥n个相同电池（E、r）串联：En = nE rn = nr安丘市第一中学物理复习学案

撰稿人：刘全文

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（2）并联电路

① 并联电路中各支路两端的电压相等。UU1U2U3 ② 电路中的总电流强度等于各支路电流强度之和。II1I2I3 ③ 并联电路总电阻的倒数，等于各个电阻的倒数之和。

1R1R1R=R1R2/（R1+R2）

1R12R

对两个电阻并联有：3④电流分配：II11:I2:3LLR:1

1R:12R3⑤功率分配：P1:P2:P31R:1:11R2R

3⑥n个相同电池（E、r）并联：En = E rn =r/n 讨论问题：

①几个相同的电阻并联，总电阻为一个电阻的几分之一；

②若不同的电阻并联，总电阻小于其中最小的电阻；

③若某一支路的电阻增大，则总电阻也随之增大；

④若并联的支路增多时，总电阻将减小；

⑤当一个大电阻与一个小电阻并联时，总电阻接近小电阻。

（3）电压表和电流表

①表头：表头就是一个电阻，同样遵从欧姆定律，与其他电阻的不同仅在于通

过表头的电流是可以从刻度盘上读出来的。

②描述表头的三个特征量：电表的内阻Rg、满偏电流Ig、满偏电压Ug，它们之间的关系是Ug=IgRg，因而若已知电表的内阻Rg，则根据欧姆定律可把相应各点的电流值改写成电压值，即电流表也是电压表，本质上并无差别，只是刻度盘的刻度不同而已。因此，电表若串联使用即为电流表，并联使用即为电压表。

③电表改装和扩程：要抓住问题的症结所在，即表头内线圈容许通过的最大电流(Ig)或允许加的最大电压(Ug)是有限制的。

要测量较大的电压(或电流)怎么办?----利用电阻（串联、并联）来分压(或分流)。分压(或分流)电阻的阻值如何确定?---请推导出有关的公式。3．电功、电功率、电热（1）电功

概念：电场力对电荷所做的功，常说成电流的功，简称电功。公式：W =UIt 单位：在国际单位制中是焦耳J，实用单位是度KWh，1KWh=3.6×106J（2）电功率

定义：电流所做的功跟完成这些功所需时间的比值叫功率。

公式：P =UI 单位：瓦（W）

1KW=103W

（3）电热（焦耳定律）

定义：电流通过导体时所产生的热量。

公式：Q =I2Rt（焦耳定律）

单位：焦耳（J）4.电阻定律

（1）电阻定律:同种材料的导体，其电阻R与导体的长度L成正比，与它的横截面积S成反比；导体的电阻与构成它的材料有关。写成公式 RLs

（2）——材料的电阻率（描述导体材料的性质），跟材料和温度有关；各种材料的电阻率

一般随温度的变化而变化；对金属，温度升高，增大。

（3）电阻测量（探究）

变阻器采用分压接法，以便能获得多组实验数据，以使R的测量更准确；电流表采用外接法或内接法（根据实际情况而定，应考虑电流表和电压表的内阻，即电流表的分压作用和电压表的分流作用），以减少实验的系统误差。

第三单元

闭合电路的欧姆定律

知识梳理

1． 闭合电路欧姆定律的三种表达式：E = IR + Ir，E = U内+ U外，以及I = E/（R+r）注意：①前两个表达式与第三式还是有区别的。前两式主要表达的是因消耗其他形式能量而

产生的电势升高E通过外电路R和内电路r而降落。

②第三式主要回答了电路中的电流与哪些因素有关。另外，第一式和第三式只适用于

外电路是纯电阻的条件下，而第二式却不需要这样的条件。

③闭合电路欧姆定律中的R是外电路的总电阻（负载）。2.路端电压

（1）定义：电源两极间的电压。又叫外电压或输出电压

（2）求法：① UIR（限于外电路为纯电阻）

② UEIr 3．路端电压与负载变化的关系

根据I=E/（R+r）, U内=Ir，E=U内+U外,当E、r一定时：

RIU内U

外电路电阻剧R｛R,I0,U内0,U外E(断路)

RIU内U

R0，IE/r,U内E,U外0(短路)

4．多用电表安丘市第一中学物理复习学案

撰稿人：刘全文

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（1）欧姆表

①基本构造：由电流表、调零电阻、电池、红黑表笔组成。（内电路请自己画出）

②原理：利用闭合电路欧姆定律即可找到I与R的关系，变形即可得R与I的关系。

注意：欧姆表实际上是由电流表改装而成。首先，电流表和电压表测量的是电压和电流，故改装时不需要提供新的电源，而欧姆表是用电流表来测量电阻，故必须提供一个电源。其次，由闭合电路欧姆定律，在电路中的电流的大小与电阻又是一一对应关系，且R增大时，电流减小，故电流表的电流从满偏至零对应于电阻从零到无穷大，只要抓住该对应关系，即可将电流表改装成欧姆表。（3）多用电表

①内部结构：都是在电流表的基础上增加电路而实现新的功能。因此电流表是公共部分，要实现不同的功能只需让电流表与不同的附加电路相连即可，利用一个选择开关即可实现。②多用电表的外形图，由两部分构成，上半部分为表盘，下半部分是选择开关，即功能开关。

③使用方法：

将选择开关旋转到电压档（V）---------测电压 将选择开关旋转到电流档（mA）-------测电流 将选择开关旋转到欧姆档（）--------测电阻 欧姆表的使用方法：

○根据被测电阻的大致值，将选择开关旋转到相应的倍率上； 【注意】欧姆表测电阻时，指针越接近半偏位臵，测量结果越准确。○调零：将红、黑表笔短接，调节调零旋钮使指针0处。

○测量：将被测电阻跨接在红、黑表笔间。

○读数：测量值 = 表盘指针示数×倍率 【注意】不要用手接触电阻的两引线；若发现指针偏角太大或太小应换用倍率较小或较大的档；且每次换档必需重新调零。

○整理：测量完毕，将选择开关旋转到OFF档或交流最大电压档，拨出表笔，若长期不用应取出电池。

5.测定电池的电动势和内电阻

实验原理：用电流表和电压表测出电流和路端电压，再用闭合电路欧姆定律求出电池的电动势和内电阻。

测定电池的电动势和内电阻

通过这个实验，应掌握用图象处理数据，从而测定电池的电动势和内电阻的方法。

注意事项：

①在实验时，应注意以下几点：

为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些(或与电池串联一个几欧的电阻充当内阻)，这是因为路端电压U=E/（1+r/R），当r《R时，U≈E，从而造成U没有变化，不方便读数，也不方便作图；

实验中不要将I调得过大，每次读完立即切断电源，且最好使，值由大到小顺序变化，使实验过程中E和r的值较稳定；

要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些。

②在画U-I图线时，要尽量使多数点落在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不考虑。这样，就可减小偶然误差，提高测量精度。干电池内阻较小时U的变化较小，可以通过将I轴向U轴的正方向平移的方法来使图线更完整，图线斜率的绝对值仍是电池的内阻。

③造成实验误差的主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些。作图不准确也会造成偶然误差。

误差分析：

用电流表和电压表测电源的电动势和内电阻时，电流表外接和内接两种情况下电动势的测量值与真实值、电源内阻的测量值与真实值间的关系如何?

若采用如图甲电路时，根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir，两次测量的方程为：

E测=U1+I1r测

E测=U2+I2r测

解

得

：

E测I2U1I1U2I

rU1U2测2I1I2I

甲

1若考虑电流表和电压表的内阻，对图所示电路应用闭合电路欧姆定律有： EU1I1rI1RA

EU2I2rI2RA

式中，E和r为电动势和内阻的真实值。解得：EI2U1I1U2I , rU1U22I

1IRA

比较得：E测E,r测r

2I1若采用图乙所示的电路（A与变阻器串联）。同样考虑电流表和电压表的内阻，应用闭合电路欧姆定律有：

EU1I1U1/RVr，EU2I2U2/RVr

乙

解得：EI2U1I1U2U1U2(I2Ir(I

1)(U1U2)/R，V2I1)(U1U2)/RV比较得：EE测,rr测。

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撰稿人：刘全文

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二.重、难点突破

1.电解液导电时，用公式Iq/t求电流强度时应注意：Iq1q2t。

由于正负离子向相反方向定向移动，形成的电流方向是一致的，所以III。例如：在1s内通过电解槽某一横截面向右迁移的正离子所带电量为0.5C，向左迁移的负离子所带的电量也为0.5C，那么，电解槽中电流强度的大小应为Iq1q2t

0.50.5.50.511A，而不是I010。

2.公式RULI是电阻的定义式，而Rs是电阻的决定式，R与U成正比或R与I成反比的说法都是错误的，导体的电阻大小由长度、截面积及材料决定，一旦导体给定，即使它两端的电压U0，它的电阻仍然存在。

3.注意电功和电热的区别（注意运用能量观点）

（1）纯电阻用电器：电流通过用电器以发热为目的。如：电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁、白炽灯等。

（2）非纯电阻用电器：电流通过用电器是以转化为热能以外的形式的能为目的，发热不是目的，而是不可避免的热能损失。如：电解槽、电动机、日光灯等。

在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即WUItI2RtU2Rt，同理PUII2RU2R。在非纯电阻电路中，电路消耗的电能UIt分为两部分，一部分转化为热能，另一部分转化为其它形式的能（如电流通过电动机时，电能转化为机械能）。这里WUIt不再等于QI2Rt，应该是WE其它Q，电功就只能用WUIt计算，电热就只能用QI2Rt计算。

4.额定功率与实际功率

额定电压是指用电器在正常工作的条件下应加的电压，在这个条件下它消耗的功率就是额定功率，流经它的电流就是它的额定电流。

如果用电器在实际使用时，加在其上的实际电压不等于额定电压，它消耗的功率也不再是额定功率，在这种情况下，一般可认为用电器的电阻不变（等于额定状态下的电阻值），并据此来进行计算。

5.电源的输出功率随外电阻R变化的规律

2P2R2出IR(Rr)2R(Rr)24Rr(Rr)2 R4r（1）当Rr时，P有最大值：P2m4r

（2）当Rr时，P随R的增大而增大。

（3）当Rr时，P随R的增大而减小。

P与外电阻R的上述关系可用如图1的图像直观像表示。由图像还可知，对应于电源的非最大输出功率P可以有两个不同的外电阻R1和R2，例如：如图2所示的电路，已知3V，r1，电源的输出功率为2W，求得R的阻2值有两个值：R112，R22。（由PR(Rr)2）代入数据有：

29R(R1)2，解之得出R112，R22。

6.电源的效率

2按定义有W有IR1W2总I(Rr)RRr，可见，当R增大时，效率提高。值得

1rR指出的是，电源有最大输出功率时（Rr时），电源的效率仅为50%，效率并不高，而效率较高时，输出功率可能较小。

7.闭合电路中的几个概念及能量关系：

（1）电源的总功率P总IIUIUP出P内

2（2）电源内部发热功率PI2rU内IUr

（3）电源的输出功率（外电路消耗的总功率）PIUII2出rP总P内 【典型例题分析】

例

1、(2012〃江门高三检测)在已接电源的闭合电路中，关于电源的电动势、内电压、外电压的关系应是()．

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撰稿人：刘全文

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A．如果外电压增大，则内电压增大，电源电动势也会随之增大 B．如果外电压减小，内电阻不变，内电压也就不变，电源电动势也随内电压减小

C．如果外电压不变，则内电压减小时，电源电动势也随内电压减小 D．如果外电压增大，则内电压减小，电源电动势始终为二者之和，保持恒定

例

2、如图所示，直线A为电源的路端电压U与电流I的关系图线，直线B是电阻R的两端电压U与电流I的关系图像，用该电源与电阻R组成闭合电路，电源的输出功率和电源的效率分别为多少？

例

3、在如图所示的电路中，当滑动变阻器R3的滑动触头P向下滑动时()．

A．电压表示数变大，电流表示数变小 B．电压表示数变小，电流表示数变大

C．电压表示数变大，电流表示数变大 D．电压表示数变小，电流表示数变小

例

4、如图所示的电路中，电源电动势E＝3 V，内电阻r＝1 Ω，定值电阻R1＝3 Ω，R2＝2 Ω，电容器的电容C＝100 μF，则下列说法正确的是()．

A．闭合开关S，电路稳定后电容器两端的电压为1.5 V B．闭合开关S，电路稳定后电容器所带电荷量为3.0×10－4 C C．闭合开关S，电路稳定后电容器极板a所带电荷量为3×10－4 C D．先闭合开关S，电路稳定后断开开关S，通过电阻R1的电荷量为3.0×10－4 C 例

5、如图所示的电路中，灯泡A和灯泡B原来都是正常发光的．现在突然灯泡A比原来变暗了些，灯泡B比原来变亮了些，则电路中出现的故障可能是（）A．R3断路

B．R1短路

C．R2断路

D．R1、R2同时短路

例

6、在如图所示的电路中，电池的电动势E =5V，内电阻r10，固定电阻R90，R0是可变电阻，在R0由零增加到400的过程中，求：

（1）可变电阻R0上消耗热功率最大的条件和最大热功率；（2）电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和。

课堂检测

1、如图所示，电源的电动势和内阻分别为E、r，在滑动变阻器的滑片P由a向b移动的过程中，下列各物理量变化情况为()．

A．电流表的读数一直减小 B．R0的功率先减小后增大 C．电源输出功率先增大后减小 D．电压表的读数先减小后增大

2、在如图所示的电路中，R1、R2、R3均为可变电阻．当开关S闭合后，两平行金属板M、N中有一带电油滴正好处于静止状态．为使带电油滴向上加速运动，可采取的措施是()．

A．增大R1的阻值

B．减小R2的阻值 C．减小R3的阻值

D．增大M、N间距

3、用标有“6 V,3 W”的灯泡L1、“6 V,6 W”的灯泡L2与理想电压表和理想电流表连接成如图左所示的实验电路，其中电源电动势E＝9 V．右图是通过两个灯泡的电流随两端电压变化的曲线．当其中一个灯泡正常发光时()．

A．电流表的示数为1 A

B．电压表的示数约为6 V

C．电路输出功率为4 W

D．电源内阻为1 Ω

4、如图所示的U—I图像中，直线Ⅰ为某电源的路端电压U与电流I的关系，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图像可知（）

A．R的阻值为1.5 Ω

B．电源电动势为3 V，内阻为0.5 Ω C．电源的输出功率为3.0 W D．电源内部消耗功率为1.5 W5、有一待测电阻R，其阻值在1000～1100 Ω之间，实验室准备用来测量该电阻值的实验器材有：

电压表V(量程0～15 V，内电阻约20 kΩ)电流表A1(量程0～10 mA，内电阻约20 Ω)

电流表A2(量程0～300 mA，内电阻约40 Ω)滑动变阻器R1(最大阻值为2 0Ω，额定电流为1 A)滑动变阻器R2(最大阻值为300 Ω，额定电流为0.1 A)直流电源E(电动势为9 V、内电阻约为0.5 Ω)

开关及导线若干

实验要求电表读数从零开始变化，并能多测几组电流、电压值，以便画出电流－电压的关系图线，为了实验能正常进行，减少测量误差，还要求滑动变阻器便于调节，则安丘市第一中学物理复习学案

撰稿人：刘全文

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(1)电流表应选用

(填实验器材的代号)．

(2)滑动变阻器应选用

(填实验器材的代号)．

(3)甲、乙、丙、丁四个电路图中符合要求的电路图是

图．

6、某同学测量阻值约为25 kΩ的电阻Rx，现备有下列器材： A．电流表(量程100 μA，内阻约为 2 kΩ)； B．电流表(量程500 μA，内阻约为300 Ω)； C．电压表(量程15 V，内阻约为100 kΩ)； D．电压表(量程50 V，内阻约为500 kΩ)； E．直流电源(20 V，允许最大电流1 A)； F．滑动变阻器(最大阻值1 kΩ，额定功率1 W)； G．电键和导线若干．

电流表应选，电压表应选

.(填字母代号)该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题：

①

；②

．

7、某同学在探究规格为“6 V,3 W”的小电珠伏安特性曲线实验中：

(1)在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至 挡进行测量．(填选项前的字母)A．直流电压10 V

B．直流电流5 mA C．欧姆×100

D．欧姆×1(2)该同学采用图甲所示的电路进行测量．图中R为滑动变阻器(阻值范围0～20 Ω，额定电流1.0 A)，L为待测小电珠，V 为电压表(量程6 V，内阻20 kΩ)，A为电流表(量程0.6 A，内阻1 Ω)，E为电源(电动势V，内阻不计)，S为开关．

Ⅰ.在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应臵于最

端；(填“左”或“右”)

Ⅱ.在实验过程中，已知各元器件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是

点至

点的导线没有连接好；(图甲中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图甲中的数字，如“____点至____点”的导线)

Ⅲ.该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而

．(填“不变”、“增大”或“减小”)

8、为测量一电源的电动势及内阻

(1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为9 V的电压

表

A．V1量程为1 V、内阻大约为1 kΩ的电压表 B．V2量程为2 V、内阻大约为2 kΩ的电压表 C．V3量程为3 V、内阻为3 kΩ的电压

选择电压表____串联____ kΩ的电阻可以改转成量程为9V的电压表．

(2)利用一个电阻箱、一只开关、若开关导线和改装好的电压表(此表用符号

V1、V2 或与 V3 一个电阻串联来表

示，且可视为理想电压表)，在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理图．

(3)根据以上实验原理电路图进行实验读出电压表示数为1.50 V时、电阻箱值为15.0 Ω；电压表示数为2.00 V时、电阻箱的阻值为40.0 Ω，则电源的电动势E＝ ____ V、内阻r＝____Ω.9、某同学用多用电表粗略测量一定值电阻的阻值，先把选择开关旋到“×10”挡位，测量

时指针偏转如图

(a)所示．请你简述接下来的测量过程：

①

；

②；

③

；

④ 测量结束后，将选择开关旋到“OFF”挡．