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2021-2022版高中物理 第二章 恒定电流 阶段提升课学案 新人教版选修3-1

2021-2022版高中物理 第二章 恒定电流 阶段提升课学案 新人教版选修3-1

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- 9 -

第二章 恒定电流
知识体系·思维导图

考点整合·素养提升

考　点　电功和电热、电功率和热功率(难度☆☆☆)
电功和电热、电功率和热功率的区别与联系:

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,W=Q=UIt=I2Rt
对非纯电阻电路,电功大于电热,
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,P电=P热=UI=I2R
对非纯电阻电路,电功率大于热功率,P电>P热
热功率
单位时间内导体产生的热量
P热=I2R
提醒:该表格中所有公式适用于所有的电路,包括纯电阻电路和非纯电阻电路。

1.有一台标有“220 V　50 W”的电风扇,其线圈电阻为0.4 Ω,在它正常工作时,下列求其每分钟产生的电热的四种解法中,正确的是(　　)
A.I== A,Q=UIt=3 000 J
B.Q=Pt=3 000 J
C.I== A,Q=I2Rt≈1.24 J
D.Q=t=×60 J=7.26×106 J
【解析】选C。电风扇是一种在消耗电能过程中既产生机械能,又产生内能的用电器,其功率P=IU,则I== A,而产生的热量只能根据Q=I2Rt进行计算。因此,选项C正确。
2.(多选)如图所示,一台电动机提着质量为m的物体,以速度v匀速上升。已知电动机线圈的电阻为R,电源电动势为E,通过电源的电流为I,当地重力加速度为g,忽略一切阻力及导线电阻,则(　　)

A.电源内阻r=-R
B.电源内阻r=--R
C.如果电动机转轴被卡住而停止转动,较短时间内电源消耗的功率将变大
D.如果电动机转轴被卡住而停止转动,较短时间内电源消耗的功率将变小
【解析】选B、C。含有电动机的电路不是纯电阻电路,欧姆定律不再适用,A错误;由能量守恒定律可得EI=I2r+mgv+I2R,解得r=--R,B正确;如果电动机转轴被卡住,则E=I′(R+r),电流增大,较短时间内,电源消耗的功率变大,较长时间的话,会出现烧坏电源和电动机的现象,C正确,D错误。

考点1　两类U-I图象(难度☆☆☆)
两类U-I图象的比较

电源U-I图象
电阻U-I图象
图形

图象表述的物理量变化关系
电源的路端电压随电路电流的变化关系
电阻中的电流随电阻两端电压的变化关系
图线与坐标轴交点
与纵轴交点表示电源电动势E,与横轴交点表示电源短路电流
过坐标轴原点,表示没有电压时电流为零
图线上每一点坐标的乘积UI
表示电源的输出功率
表示电阻消耗的功率
图线上每一点对应的U、I比值
表示外电阻的大小,不同点对应的外电阻大小不同
每一点对应的比值均等大,表示此电阻的大小
图线的斜率的大小
图线斜率的绝对值等于内电阻r的大小(注意坐标数值是否从零开始)
电阻的大小
提醒:两个图线出现在同一个图象中图线的交点代表把这个电阻直接加在电源外面的路端电压和电流。

1.在如图所示的U-I图象中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I图线,曲线Ⅲ为某一小灯泡L的U-I曲线,曲线Ⅲ与直线Ⅰ的交点为(1.5 A,0.75 V),该点的切线与横轴交点坐标为(1.0 A,0),用该电源直接与电阻R或小灯泡L连接成闭合电路,由图象可知(　　)

A.电源电动势为3 V,内阻为0.5 Ω
B.R为定值电阻,其阻值为0.5 Ω
C.L接入电源时的电阻为1.5 Ω
D.R接入电源时电源的输出功率大于L接入电源时电源的输出功率
【解析】选D。直线Ⅰ在纵轴上的截距为电动势,即E=3 V,斜率的绝对值为内阻,即r=1.5 Ω,选项A错误;直线Ⅱ的斜率一定,为定值电阻,其阻值R==1.5 Ω,选项B错误;曲线Ⅲ与直线Ⅰ的交点为(1.5 A,0.75 V),则阻值RL==0.5 Ω,选项C错误;电源的输出功率可以用“面积”表示,由“面积”可得R接入电源时电源的输出功率大于L接入电源时电源的输出功率,选项D正确。
2.(多选)如图所示,图线甲、乙分别为电源和某金属导体的U-I图线,电源的电动势和内阻分别用E、r表示,根据所学知识分析下列选项正确的是(　　)

A.E=50 V
B.r= Ω
C.当该导体直接与该电源相连时,该导体的电阻为20 Ω
D.当该导体直接与该电源相连时,电路消耗的总功率为80 W
【解析】选A、C。由图象的物理意义可知电源的电动势E=50 V,内阻r== Ω=5 Ω,故A正确,B错误;该导体与该电源相连时,电阻的电压电流分别为U=40 V,I=2 A,则R==20 Ω,此时,电路消耗的总功率P总=EI=100 W,故C正确,D错误。
考点2　动态电路分析(难度☆☆☆☆)
1.程序法:
基本思路是“部分整体部分”,即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,再由欧姆定律判知I总和U总的变化情况,其一般步骤为:
(1)定电路的外电阻R外总如何变化;
(2)根据闭合电路欧姆定律I总=确定电路的总电流如何变化(利用电动势不变);
(3)由U内=I总r,确定电源内电压如何变化(利用r不变);
(4)由U外=E-U内确定电源的外电压(路端电压)如何变化;
(5)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端电压如何变化;
(6)由部分电路和整体的串、并联规律确定支路两端电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。
2.“串反并同”法:“串反并同”是指在电源内阻不可忽略的条件下,电路中与变化电阻串联(包括间接串联)的用电器,其电压、电流、功率(或电压表的示数、电流表的示数、灯泡发光的亮度等)的变化均与电阻变化规律相反;而与变化电阻并联(包括间接并联)的用电器,其电压、电流、功率的变化均与电阻变化规律相同,运用此法进行电路动态分析简捷、方便,可起到事半功倍的作用。
3.特殊值法:对于某些电路问题,可以采取代入特殊值法判定,从而得出结论。
4.极端法:即因滑动变阻器滑片引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论,此时要注意是否出现极值情况,即变化是否单调变化。

1.(多选)在如图所示电路中,闭合开关S,理想电流表和理想电压表的示数分别用I和U表示,当滑动变阻器的滑动触头P向左滑动时,两表的示数都发生变化。电源的电动势和内电阻始终不变,则下列说法正确的是(　　)

A.I变大,U变小
B.变大
C.R1的功率一定变大
D.电源的总功率一定减小
【解析】选B、D。根据电路图可知,R1、R2、电流表A串联后接在电源两端,电压表V并联在R2两端。当滑动触头P向左滑动时,R2连入电路的阻值变大,由闭合电路欧姆定律可判断,I变小,U变大,则变大,选项A错误,B正确;由=I2R1,知R1的功率变小,选项C错误;电源的总功率P总=,因R总变大,则P总是变小的,选项D正确。
2.(多选)如图所示的电路,L1、L2、L3是3只小电灯,R是滑动变阻器,开始时,它的滑片P位于中点位置。当S闭合时,3只小电灯都发光。现使滑动变阻器的滑片P向右移动时,则小电灯L1、L2、L3的变化情况(　　)

A.L1变亮　　　　　　　B.L2变亮
C.L3变暗　 D.L1、L2、L3均变亮
【解析】选B、C。当滑动变阻器的滑片向右移动时,变阻器的有效电阻变大,导致外电路的总电阻增大,由闭合电路的欧姆定律I总=知,总电流I总减小,路端电压U路=E-I总r将增大,因此,通过L1灯的电流IL1变小,L1灯变暗;U路=UL1+UL2,得L2灯两端的电压变大,L2灯变亮。而IL1=IL2+IL3,通过L1灯的电流IL1变小,通过L2灯的电流IL2变大,则通过L3灯的电流IL3变小,L3灯变暗。由以上分析可知,选项B、C正确。