高中物理恒定电路基础知识与基本方法

高中物理恒定电路基础知识与基本方法
〔一〕电流的构成、电流强度
1．电流的构成：电荷定向移动构成电流(留意它和热运动的区别)。

2．构成电流条件：(1)存在自在电荷；(2)存在电势差(导体两端存在电热差)。

3．电流强度：I=q/t(假设是正、负离子同时定向移动构成电流，q应是两种电荷量和) 4．留意：I有大小，有方向，但属于标量(运算法那么不契合平行四边形定那么)，电传达导速率就是电场传导速率不等于电荷定向移动的速率(电场传导速率等于光速)。

〔二〕局部电路欧姆定律。

1．公式I=U/R,U=IR,R=U/I.
2．含义：R一定时，I∝U,I一定时，U∝R；U一定时，I∝l/R。

(留意：R与U、I有关) 3．适用范围：纯电阻用电器(例如：适用于金属、液体导电，不适用于气体导电)。

4．图象表示：在R一定的状况下，I正比于U，所以I—U图线、U—I图线是过原点的直线，且R=U/I，所以在I—U图线中，R=cotθ=1/k斜率，斜率越大，R越小；在U—I图线中，R=tanθ=k斜率，斜率越大，R越大。

留意：(1)运用公式I=U/R时，各量的对应关系，公式中的I、U、R是表示同一局部电路的电流强度、电压和电阻，切不可将不同局部的电流强度、电压和电阻代入公式，(2)I、U、R各物理量的单位均取国际单位，I(A)、U(A)、R(Ω)；(3)当R一定时，I∝U；I一定时，U∝R；U一定时，I∝1/R，但R与I、U有关。

(三)电阻定律
1．公式：R=ρL/S(留意：对某一导体，L变化时S也变化，L·S=V恒定)
2．电阻率：ρ=RS/L，与物体的长度L、横截面积S有关，和物体的资料、温度有关。

①金属资料的电阻率随温度的降低而增大，
②半导体资料的电阻率随温度添加而减小
③纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大，橡胶的电阻率最大。

④当温度降低到相对零度左近时，某些资料的电阻率突然减小到零，这种现象叫超导现象。

⑤氧化物超导体叫做高温超导体。

3、电阻阻值的计算 ①运用公式S
L R ρ= ②关于确定的导体，其长度与横截面积的关系满足：L ×S=V(恒量)
〔四〕闭合电路欧姆定律
高考要求：电源的电动势和内电阻．闭合电路的欧姆定律．路端电压〔Ⅱ〕
考点一：直流电路的静态剖析
剖析方法：1、剖析的顺序：外电路局部电路变化→R 总变化→由总
总R E I =判别I 总的变化→由U=E-I 总r 判别U 的变化→由局部电路欧姆定律剖析固定电阻的电流、电压的变化欧→用串、并联规律剖析变化电阻的电流、电压电功。

2、几个有用的结论
①外电路中任何一个电阻增大〔或增加〕时外电路的总电阻一定增大〔或增加〕
②假定开关的通断使串联的用电器增多时，总电阻增大；假定开关的通断使并联的支路增多时，总电阻增加。

③静态电路的变化普通遵照〝串反并同〞的规律；当某一电阻阻值增大时，与该电阻串联的用电器的电压〔或电流〕减小，与该电阻并联的用电器的电压〔或电流〕增大。

考点二：电路的缺点剖析与检测
剖析方法：电路出现缺点有两个缘由：①短路②断路〔包括接线断路或接触不良，电器损坏等状况〕。

判别电路缺点常用扫除法：在明白电路结构的基础上，从剖析比拟缺点前后电路
结构的变化，电流、电压的变化入手，确定缺点后，并对电路元件逐一剖析，扫除不能够状况，寻觅缺点所在。

仪表检测法：普通检测缺点用电压表
〔1〕断点缺点的判别：用电压表与电源并联，假定有电压，再逐段与电路并联，当电压表指针不偏转时，那么该段电路中有断点。

〔2〕短路缺点的判别：用电压表与电源并联，假定有电压，再逐段与电路并联；当电压表示数为零时，该电路被短路，当电压表示数不为零时，那么该电路不被短路或不完全被短路。

考点三：会解含容电路
含容电路效果是高考中的一个热点效果，在高考试题中屡次出现。

同窗们要留意温习。

1、求电路动摇后电容器所带的电量
求解这类效果关键要知道：电路动摇后，电容器是断路的，同它串联的电阻均可视为短路，电容器两端的电压等于同它并联电路两端的电压。

剖析含容电路方法：通常先摘除电容器，画出等效电路，再安上电容器，此时电容器可等效为电压表，找出电压表的读数及变化，再由Q=CU停止求解。

2、求经过某定值电阻的总电量
考点四：黑盒效果
罕见的电学黑盒效果可以分为两种：
(1)纯电阻黑盒．其解答思绪是
①将电阻为零的两接线柱短接．
②依据题给测试结果，剖析计算各接线柱之间的电阻分配，并画出电阻数目最多的两接线柱之间的局部电路．
③画出电路的剩余局部．
(2)闭合电路黑盒．其解答思绪是：
①将电势差为零的两接线柱短接．
②在电势差最大的两接线柱间画电源．
① 依据题给测试结果，剖析计算各接线柱之间是电源还是电阻然后画出电路图． 考点五：电源的功率效果
电源的输入功率为：
()()r R r R E r R R E R I P 出4/22
222
+-=+==当R=r 时，P 出有最大值即r E P m 42= 〔六〕电学实验温习专题
一．实验电路和电学仪器的选择
设计型实验多出如今电路实验题。

以普通电路实验为例，普通需求思索以下几个方面的内容：
1．电路的选择
〔１〕安培表内、外接电路的选择。

①待测电阻的阻值：
由于伏特表的分流作用和电流表的分压作用，形成表的示数与经过负载的电压或电流真实值之间发生误差，为减小此系统误差，当待测电阻阻值R x <<R V ，伏特表分流很小时，选择安培表外接电路；
当待测电阻阻值R x >>R A ，安培表分压很小时，选择安培表内接电路。

当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时，可依据：R A R V >R x 2
时，采用电流表外接法；当R A R V <R x 2时，采用电流表内接法来确定。

〔口决：〞 大内小外〞，即内接法适宜测大电阻结果偏大，外接法适宜测小电阻测量结果偏小〕
②待测电阻的阻值未知：试触法选择测量电路．
试触法即为依次采用电流表的内外接法，经过计算并比拟电流以及电压的相对误差来确定，最后要接相对误差小的那个点．
〔2〕滑动变阻器限流电路与分压电路的选择：
① 当负载电压要求从零末尾调理，采用分压电路。

②当滑动变阻器阻值小于负载电阻时，普通采用分压电路；当滑动变阻器阻值大于负载电阻时，普通采用制流电路。

③当电源电动势较大、滑动变阻器阻值较小，不能满足限流要求时，采用分压电路。

〔3〕滑动变阻器的运用
①限流式接法. 如图4所示
特点：R AB 随pb 间的电阻增大而增大。

②分压式接法：如图5所示分压电路.电路总电阻R AB 等于AP 段并联电阻R aP 与PB 段电阻R bP 的串联。

当P 由a 滑至b 时，虽然R ap 与R pb 变化相反，但电路的总电阻R AB 继续减小；假定P 点反向移动，那么R AB 继续增大。

证明如下：
ap ap ap ap ap
AB R R R R R R R R R R R 11)(212211+-=-++=
所以当R ap 增大时，R AB 减小；当R ap 减小时，R AB 增大。

滑动头P 在a 点时，R AB 取最大值R 2；滑动头P 在b 点时，R AB 取最小值2
121R R R R +。

③动变阻器接法选择：
分压接法对负载的电压、电流调理范围较大，但电路耗能多；限流接法对负载的电压、电流调理范围较小，但电路耗能少且电路衔接复杂。

故优先思索限流接法为主。

但在以下状况下必需用分压法
①要使某局部电路的电压或电流从零末尾延续调理时—从零调理
②实验所提供的电压表、电流表量程或电阻元件允许最大电压或电流较小，采用限流接法时，无论怎样调理，电路中实践电流都会超越电表量程或电阻元件允许的最大电流〔压〕
—器件平安
③所用滑动变阻器的阻值远小于待测电阻阻值时。

—便于调理
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，那么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R a 、R b ,且R a +R b =R 0,其中R 0为定值。

那么
2
200//4)(R R R R R R R R R R R R b a b a b a b a --==+= 特点：R //确实随R a 与R b 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，假定两支路阻值相差可小至零，那么R //有最大值R 0/4.
2．电路实验器材和量程的选择，应思索以下几点
〔1〕电路任务的平安性，即不会出现电表和其它实验器材因过载破坏现象。

〔2〕能否满足实验要求〔经常要思索便于屡次测量求平均值〕。

〔3〕选择器材的普通思绪是：首先确定实验条件，然后按电源—电压表—电流表—变阻器顺序依次选择。

①电源的选择：在不超越待测器材所允许的最大电压值的状况下，选择电动势较大的电源〔以取得更多的测量数据〕。

在相反电动势状况下，通常选择内电阻较小的电源〔以取得较动摇的路端电压〕。

②电表的选择：在不超越电表量程的条件下，选择量程较小的电表〔以便测量时示数能在满刻度的2/3左右，至少要超越１／２〕。

③滑动变阻器的造择
在实验独一性器材的选择时，对滑动变阻器应思索三个方面。

首先应留意平安要素，即滑动变阻器在电路里不能超越其额外电流值。

然后思索能否有足够的电压调理范围。

分压接法总能保证明现这一点。

限流接法就不一定。

当然有时并不需求有太大的电压调理范围，就可以采用限流接法。

最后，应思索实验控制即电压的调理能否方便。

我们先析分压接法。

在分压接法中应选滑动变阻器的阻值小于待测电阻时，才会使电压调理比拟方便。

二、电压表和电流表的改装
〔一〕电流表改装成电压表的原理
①原理：应用串联电阻的分压作用
②分压电阻的计算：设电流表满偏电流为Ｉｇ，内阻为Ｒｇ，满偏电压为Ｕｇ，应用串联电阻的分压作用，可将电流表串一电阻Ｒ串使电流表改装成电压表．设电压表量程为Ｕ，那么 ，R U U R U I 串g g g
g -==分压电阻Ｒ串＝R U U R ＵU U g g g g ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=-1 〔二〕电流表扩展量程
①原理：应用并联电阻的分流作用
②分流电阻的计算：将电流的量程扩展到Ｉ，要并联的电阻为Ｒ并，由并联电路电压相等有，g g g 并I I R Ｉ＝R -
〔三〕用半偏法测电流表的内阻
二、电阻的测量－－电阻测量的方法归类
在高中电学实验中，触及最多的效果就是电阻的测量，电阻的测量方法也比拟多，最常用的有：
〔一〕归结
1、欧姆表测量。

最直接测电阻的仪表。

但是普通用欧姆表测量只能停止粗测，为下一步的测量提供一个参考依据。

用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。

2、替代法。

替代法的测量思绪是等效的思想，可以是应用电流等效、也可以是应用电压等效。

替代法测量电阻精度高，不需求计算，方法复杂，但必需有可调的规范电阻〔普通给定的仪器中要有电阻箱〕。

3、伏安法。

伏安法的测量依据是欧姆定律〔包括局部电路欧姆定律和全电路欧姆定律〕，需求的基本测量仪器是电压表和电流表，当只要一个电表时，可以用规范电阻〔电阻箱或给一个定值电阻〕替代；当电表的内阻时，依据欧姆定律R
U I
电压表同时可以当电流表运用，异样电流表也可以当电压表用。

4、比例法。

假设有可以作为规范的电阻的电表，可以采用比例法测电表的电阻，关于普通未知电阻，有电阻箱和电表即可。

用比例法测电表内阻时，两个电流表普通是并联〔据并联分流原理〕，两个电压表普通是串联〔据串联分压原理〕。

所谓〝比例法〞是：要测量某一物体的某一物理量，可以把它与准确数值的规范物体停止比拟。

例如，运用天平称量物体的质量，就是把被测物体与砝码停止比拟，砝码就是质量数准确的规范物体。

天平的结构是等臂杠杆，因此当天平平衡时，被测物体的质量与规范物体的质量是相等的，这就省去了进一步的计算。

有很多状况下，被测物体与规范物体的同一物理量间的关系并不是相等，而是在满足一定条件下成某种比例的关系，这种方法又称为〝比例法〞。

5、半值法〔半偏法〕。

〔三〕测电源的电动势和内电阻
〔１〕测电源电动势和内阻误差剖析方法
笔者在教学进程中发现，关于〝测电源电动势和内阻〞这个实验有些先生对究竟选择电流表内接〔图A 〕还是电流表外接〔图B 〕搞不清。

有些先生虽然硬生记住了，但关于为何做此选择，也即这两种电路终究会给实验带来怎样的误差一无所知或一知半解。

如今笔者就该实验误差效果从三个角度剖析如下。

①公式法
假设电表是理想的，那么电源电动势和内阻可如下推
得：
取两组实验数据I 1、I 2、U 1、U 2 ，
那么有 E=U 1+I 1r
E=U 2+I 2r
整理得 E=121221I I I U I U -- (1) r=1221I I U U -- (2)
〔a 〕假定采用图A ，由于电压表的分流作用，实践状况如下：
E=U 1+(I 1+V
R U 1) r E=U 2+(I 2+
V R U 2) r 整理得 E=V
R U U I I I U I U 12121221-+-- (3) r=V R U U I I U U 12
1221-+-- (4)
比拟〔1〕、〔3〕和〔2〕、〔4〕可得，应用图A 测得的电源电动势和内电阻都偏小。

〔b 〕假定采用图B ，由于电流表的分压作用，实践状况如下：
E=U 1+I 1(R A +r)
E=U 2+I 2(R A +r)
整理得 E=121221I I I U I U -- (5) r=1221I I U U ---R A (6)
比拟〔1〕、〔5〕和〔2〕、〔6〕可得，应用图B 测得的电源电动势没有误差，是准确的，而测得的内电阻偏大。

②图象法
测电源电动势和内阻数据处置的另一种方法是图象法。

以I 为横坐标，U
为纵坐标，测出几组U 、I 值，画出U-I 图像如下：
假定电表是理想电表，依据闭合电路欧姆定律U=E-Ir ，可知在U 〔I 〕函
数中，截距即为电源电动势值，斜率的相对值即为电源内阻r 。

〔a 〕假定采用图A ，那么有E=U+(I+V
R U ) r 整理得 U=r R R V V +E-I r
R r R V V + =V R r
+11
E-I r
R r R V V + 此时U-I 函数中，截距为V R r
+11
E ，比真实值E 偏小。

斜率的相对值r
R r R V V +为Rv 和r 并联后阻值，比真实值r 偏小。

〔b 〕假定采用图B ，有
E=U+I(R A +r) 整理得 U=E-I(R A +r)
此时U(I)函数中截距仍为E 是准确值，斜率的相对值R A ＋r 为R A 、r 串联后阻值，比真实值r 偏大。

③等效法
该实验实践数据处置时都是把电表当成理想电表来处置，而我们知道非理
想电压表可等效为一个理想电压表并联上电压表电阻Rv ，非理想电流表可等效
为一个理想电流表串联上电流表电阻R A ，据此对图A 、图B 电路等效成图甲和
图乙，进而再把图甲中R V 与原电源E 组分解一个等效电源E ’，而把图乙中R A
与原电源E 组分解一个等效电源E 〞。

此时直接由电压表、电流表测得U 、I
而得的电源电动势和内电阻即为等效电源的电动势和内阻。

图甲中测量计算出的等效电动势E ’=V V R r
R E +比真实值E 偏小，等效内电阻r ’＝ V
V R r rR +比真实值r 偏小。

同理图乙中测量计算出的等效电动势E 〞＝E 是准确值，测得的等效内电阻r 〞＝r+R A 比真实值偏大。

经过以上三种方法的剖析可得相反结论：由于电压表的分流作用，图A 电路测
得的电源电动势和内电阻都偏小，而且由于电压表内阻Rv 普通很大，测得的E 、r 偏向较小；由于电流表的分压作用，图 B 电路测得的电动势是准确的，而内电阻偏大，而电流表内阻普通较小，与电源内阻较接近，故图B 中测得内阻与真实值偏向
较大。

所以，当实验要测电源电动势和内阻时，应取图A ，误差小，而且测量值都偏小；假定只需测电动势时应取图B ，测量值是准确的。

结论：安培表内接—电动势、内电阻测量值均偏小；安培表外接—电动势测量值准确，内电阻偏大。