第二册(必修加选修)第十四章第4-7节超导及其应用;电功和电功率;闭合电路欧姆定律;电压表和电流表..doc

年 级 高二 学 科 物理 版 本 人教版 内容标题 第十四章 第四节——第七节 编稿老师 马慧 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 第十四章 稳恒电流 第四节 超导及其应用 第五节 电功和电功率 第六节 闭合电路欧姆定律 第七节 电压表和电流表 伏安法测电阻 知识要点： 1. 电功和电热 电功是电场力做功W=UIt；由焦耳定律电热Q=I2Rt。电流通过金属导体时，自由电子在加速运动过程中频繁与正离子相碰，使离子的热运动加剧，而电子速率减小，可以认为自由电子只以某一速率定向移动，而电能只转化为内能。 （1）对纯电阻而言，电功等于电热：W=Q=UIt=I 2R t= （2）对非纯电阻电路（如电动机和电解槽），由于电能除了转化为电热以外还同时转化为机械能或化学能等其它能，所以电功必然大于电热：，这时电功只能用W=UIt计算，电热只能用Q=I 2Rt计算，两式不能通用。 [例1] 某一电动机，当电压U1=10V时带不动负载，因此不转动，这时电流为I1=2A。当电压为U2=36V时能带动负载正常运转，这时电流为I2=1A。求这时电动机的机械功率是多大？ 解：电动机不转时可视为为纯电阻，由欧姆定律得，，这个电阻可认为是不变的。电动机正常转动时，输入的电功率为P电=U2I2=36W，内部消耗的热功率P热==5W，所以机械功率P=31W 由这道例题可知：电动机在启动时电流较大，容易被烧坏；正常运转时电流反而较小。 [例2] 来自质子源的质子（初速度为零），经一加速电压为800kV的直线加速器加速，形成电流强度为1mA的细柱形质子流。已知质子电荷e=1.60×10－19C。这束质子流每秒打到靶上的质子数为_______。假定分布在质子源到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=_______。 分析： 由于各处电流相同，设这段长度为l，其中的质子数为n个，则由 而 2. 闭合电路欧姆定律 （1）主要物理量 研究闭合电路，主要物理量有E、r、R、I、U，前两个是常量，后三个是变量。 闭合电路欧姆定律的表达形式有： ① E=U外+U内 ② （I、R间关系） ③ U=E－Ir（U、I间关系） ④ （U、R间关系） 从③式看出：当外电路断开时（I = 0），路端电压等于电动势。而这时用电压表去测量时，读数却应该略小于电动势（有微弱电流）。当外电路短路时（R = 0，因而U = 0）电流最大为Im=E/r（一般不允许出现这种情况，会把电源烧坏）。 （2）电源的功率和效率。 功率： ① 电源的功率（电源的总功率）PE=EI ②电源的输出功率P出=UI ③ 电源内部消耗的功率Pr=I 2r 电源的效率：（最后一个等号只适用于纯电阻电路） 电源的输出功率，可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示，而当内外电阻相等时，电源的输出功率最大为。 [例3] 已知如图，E =6V，r =4Ω，R1=2Ω，R2的阻值变化范围是0~10Ω。求：① 电源的最大输出功率；② R1上消耗的最大功率；③ R2上消耗的最大功率。 解：① R2=2Ω时，外电阻等于内电阻，电源输出功率最大为2.25W；② R1是定植电阻，电流越大功率越大，所以R2=0时R1上消耗的功率最大为2W；③ 把R1也看成电源的一部分，等效电源的内阻为6Ω，所以，当R2=6Ω时，R2上消耗的功率最大为1.5W。 （3）变化电路的讨论。 闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。讨论依据是： 闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串联电路的电压关系、并联电路的电流关系。以右图电路为例：设R1增大，总电阻一定增大；由，I一定减小；由U=E-Ir，U一定增大；因此U4、I4一定增大；由I3= I－I4，I3、U3一定减小；由U2=U－U3，U2、I2一定增大；由I1=I3 －I2，I1一定减小。总结规律如下： ① 总电路上R增大时总电流I减小，路端电压U增大；② 变化电阻本身和总电路变化规律相同；③ 和变化电阻有串联关系（通过变化电阻的电流也通过该电阻）的看电流（即总电流减小时，该电阻的电流、电压都减小）；④ 和变化电阻有并联关系的（通过变化电阻的电流不通过该电阻）看电压（即路端电压增大时，该电阻的电流、电压都增大）。 （4）闭合电路的U—I图象。 下图中a为电源的U—I图象；b为外电阻的U-I图象；两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压；该点和原点之间的矩形的面积表示输出功率；a的斜率的绝对值表示内阻大小； b的斜率