學(xué)習(xí)《恒定電流》時(shí)應(yīng)注意的“三個(gè)問(wèn)題”

1、關(guān)于高中物理學(xué)習(xí)，由于慣性思維，或者是害怕心理，不少學(xué)生很容易導(dǎo)致知識(shí)重點(diǎn)把握不準(zhǔn)，知識(shí)難點(diǎn)理解不透，知識(shí)運(yùn)用難以靈活。為了更為有效地實(shí)施恒定電流的教學(xué)，根據(jù)初高中知識(shí)的銜接和教學(xué)大綱的重點(diǎn)要求，結(jié)合近些年高考的考查頻率和要求，我們尤其著重于以下三個(gè)方面： 1電功和電功率在不同直流電路上的計(jì)算問(wèn)題根據(jù)前一章知識(shí)容易得出公式：電功W=UIt和電功率P=UI,這兩個(gè)公式對(duì)任何電路的電功和電功率的計(jì)算均適用，但是，結(jié)合部分電路歐姆定律所推導(dǎo)出來(lái)的電功公式W=以及電功率公式P=均只能適用于遵守部分電路歐姆定律的純電阻電路了，這是因?yàn)樵诩冸娮璧碾娐飞想娏髯龉㈦娔苋哭D(zhuǎn)化為熱能；一旦電流流入非純電阻電路

2、，例如電動(dòng)機(jī)、電解槽等用電器的電路，電流做功時(shí)只有少量電能轉(zhuǎn)化為熱能，而將大部分電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等，這種電路顯然不遵守部分電路歐姆定律，并且有UIR，上述電功和電功率推導(dǎo)式就不再適用了。例1某電動(dòng)機(jī)的額定功率是 W,額定電流是5.0A，其內(nèi)部線圈的直流電阻是0.4不計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦?，F(xiàn)讓該電動(dòng)機(jī)接通電源后正常工作，通電2s,求：電動(dòng)機(jī)的輸入電壓是多少？電動(dòng)機(jī)線圈的直流電阻上電壓是多少？電動(dòng)機(jī)線圈的直流電阻上產(chǎn)生的熱量是多少？電流做的電功是多少？電流做功使電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能是多少？解析：，由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律可得評(píng)析：電動(dòng)機(jī)線圈的直流電阻上電壓和電動(dòng)機(jī)的輸入電壓不同，且。電流做的電功不能用

3、W=來(lái)計(jì)算，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)屬于非純電阻電路。2閉合電路歐姆定律在電路上的分析推理和計(jì)算問(wèn)題在學(xué)習(xí)閉合電路歐姆定律前，我們首先要弄清電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電路電壓、外電路電壓（也叫路端電壓）三者之間的關(guān)系，即為E= +，且該關(guān)系對(duì)于任何閉合電路都適用。如果某閉合電路的內(nèi)、外電路均為純電阻電路，則自然有 =Ir、 =IR，因此可得閉合電路歐姆定律，可見(jiàn)，閉合電路歐姆定律也只能適用于純電阻電路了。在本定律的常見(jiàn)考查中，一般以閉合電路的動(dòng)態(tài)定性分析或具體的定量計(jì)算形式呈現(xiàn)。EPL1L2L3Sr例2如圖所示，電路中電源的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r， 電鍵 S閉合后，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P從滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)位置向左滑動(dòng)時(shí)，

4、電路中的小燈泡L1、L2、L3的亮度變化情況是（ ）A. L1燈變亮，L2燈變暗，L3燈變亮B. L1燈變暗，L2燈變亮，L3燈變暗C. L1 、L2兩燈都燈變亮，L3燈變暗D. L1 、L2兩燈都燈變暗，L3燈變亮L1PL2L3ESr解析：本題首先應(yīng)分析電路結(jié)構(gòu)，不難發(fā)現(xiàn)，從L2燈流出的電流將經(jīng)過(guò)L1燈和滑動(dòng)變阻器兩條支路流回電源負(fù)極，所以L1燈和滑動(dòng)變阻器兩條支路并聯(lián)后與L2燈串聯(lián)再與L3燈并聯(lián)，具體的簡(jiǎn)化電路圖如下圖所示。依題意，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向左滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器的有效阻值變大，則整個(gè)電路的外電路的阻值R變大，根據(jù) 閉合電路歐姆定律可知干路電流變小，再由 = E- Ir容易得知路

5、端電壓變大，所以L3燈變亮，而流過(guò)L2燈的電流I2 =I干-I3 ,所以L2燈變暗，又由于L1燈兩端的電壓等于L3燈兩端電壓減去L2燈兩端的電壓，故L1燈變暗。選A?！熬植?整體 局部”，評(píng)析：本題旨在考查直流電路動(dòng)態(tài)變化的分析推理能力，基本思路是 一般是由于電路中某一局部位置由于某元件的短路或斷路故障、滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)、電鍵的閉合或斷開均會(huì)導(dǎo)致局部支路阻值發(fā)生變化，從而根據(jù)閉合電路歐姆定律確認(rèn)干路電流I干以及路端電壓的變化情況，進(jìn)而根據(jù)部分電路歐姆定律和串并聯(lián)電路的性質(zhì)分析出各個(gè)局部變化情況。ErR2PR1SAV例3如圖所示，電燈L標(biāo)有“4V,1W”字樣，滑動(dòng)變阻器R2的總電阻為50，當(dāng)滑片

6、P滑至某位置時(shí)，燈L恰好正常發(fā)光，此時(shí)電流表示數(shù)為0.45A；由于外電路發(fā)生故障，電燈L突然熄滅，此時(shí)電流表示數(shù)變?yōu)?.5A，電壓表示數(shù)為10V；已知導(dǎo)線完好，電路中各處接觸良好。試問(wèn)：發(fā)生的故障是短路還是斷路？發(fā)生在何處？ 發(fā)生故障前，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為多大？此電路中的電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻為多大？解析：根據(jù)題意，電路發(fā)生故障后，電流表示數(shù)I增大，說(shuō)明路端電壓 =IR1增大，由 = E- I干r和可知外電路的總阻值增大了，所以一定在外電路上某處發(fā)生斷路，由于電流表有示數(shù)，R1不可能斷路，電壓表也有示數(shù)，則滑動(dòng)變阻器R2也不可能斷路，因此，只可能是燈L發(fā)生斷路。燈L發(fā)生斷路后，因無(wú)電流通

7、過(guò)R2，外電路只有R1了，故電壓表示數(shù)為10V即為路端電壓。U1 =10V,則可得出R1 =，燈L未發(fā)生斷路時(shí)恰好正常發(fā)光，則UL=4V,IL= ,而此時(shí)的路端電壓 =· R1=9V,故可求得滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值R2 =根據(jù)閉合電路歐姆定律E=U外+I干r可得方程式如下故障發(fā)生前有E=9+（0.25+0.45）r故障發(fā)生后有E=10+0.5r聯(lián)立求解可得E=12.5V, r=5評(píng)析：本題通過(guò)電路由于發(fā)生故障而引起的直流電路故障檢查和動(dòng)態(tài)分析，旨在考查利用閉合電路歐姆定律進(jìn)行定性分析、推理和定量計(jì)算電路問(wèn)題的能力。關(guān)鍵是能夠及時(shí)判斷出故障，還要明確故障前后的電路結(jié)構(gòu)，解決此類問(wèn)題才

8、能勝券在握。3電流表和電壓表在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中作為實(shí)際儀表的分析和應(yīng)用問(wèn)題初中學(xué)習(xí)階段，我們均將電流表和電壓表視為理想的儀表，認(rèn)為電流表是內(nèi)阻為零的、電壓表內(nèi)阻是無(wú)窮大的。在高中物理中，有時(shí)將電流表和電壓表視為理想的儀表，有時(shí)又將電流表和電壓表作為實(shí)際儀表要考慮和分析儀表的內(nèi)阻，這就要問(wèn)題的要求或條件而定，也就是具體問(wèn)題具體分析了。但是，在高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，務(wù)必要將電流表和電壓表作為實(shí)際儀表認(rèn)真考慮和分析儀表的內(nèi)阻，才能設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)方案，才能進(jìn)一步正確分析實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差。這也是多年來(lái)高考實(shí)驗(yàn)題命題傾向最大、命題頻率最高的知識(shí)領(lǐng)域。在將靈敏電流表（即G表）改裝成實(shí)驗(yàn)用的電流表（即A表）和電壓表（

9、即B表）時(shí)，不僅要考慮G表的內(nèi)阻，而且高中教材要求我們會(huì)用半偏法的實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出G表的內(nèi)阻Rg ,至于 G表的滿偏電流Ig可以直接從刻度盤讀出來(lái)，然后才可利用串或并聯(lián)電路的分壓或分流原理將G表改裝成所需的電流表或電壓表。RGR/S1S2關(guān)于半偏法的實(shí)驗(yàn)電路如右圖所示，基本要求就是滑動(dòng) 變阻器R接入電路的阻值要比電阻箱R/量程范圍大得多。測(cè)量開始前滑動(dòng)變阻器R的阻值打到最大值，然后只閉合電鍵S1 ，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的滑片，直至G表達(dá)到滿偏，再閉合電鍵S2 ，調(diào)節(jié)電阻箱R/的阻值直至G表達(dá)到半偏。此時(shí)，流V過(guò)電阻箱R/的電流和流過(guò)G表的電流基本認(rèn)為相等，即，因此側(cè)得的G表的內(nèi)阻RgR/ 。例如，現(xiàn)在

10、想將G表改裝為所需的電壓表 ,只需串聯(lián)一個(gè)合適的分壓電阻，并將改成電壓表 量程下的刻度盤即可。利用電流表和電壓表進(jìn)行伏安法測(cè)電阻時(shí)，就需要研究待測(cè)電阻與電流表和電壓表內(nèi)阻的差異程度，才能選擇電流表內(nèi)接方式或者是外接方式更合理。目項(xiàng)析分式方接連電流表內(nèi)接方式電流表外接方式電路連接圖RxAVRxAV系統(tǒng)誤差特點(diǎn)測(cè)量值Rx=測(cè)量值Rx=系統(tǒng)誤差原因由于電流表A的分壓導(dǎo)致測(cè)得的U值偏大，因而測(cè)量值Rx總是偏大由于電壓表V的分流導(dǎo)致測(cè)得的I值偏大，因而測(cè)量值Rx總是偏小適合測(cè)量對(duì)象大阻值的電阻（更接近于RV）小阻值的電阻（更接近于RA）當(dāng)然，利用電流表和電壓表進(jìn)行伏安法測(cè)電阻時(shí),除如何選擇更合理電流表連

11、接方式之外，還常常要考慮電流表和電壓表量程的選擇等等，這也要求我們依據(jù)待測(cè)電阻Rx具體分析確定。利用電流表和電壓表測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)時(shí)，認(rèn)真分析后會(huì)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)電路圖要運(yùn)用更科學(xué)合理的連接方式。連接方式分析項(xiàng)目電流表內(nèi)接方式電流表外接方式電路連接圖rERAVSrERAVS測(cè)量式U=E測(cè)-Ir測(cè)U=E測(cè)-Ir測(cè)修正式U+IRA=E真-Ir真U= E真-（I+）r真修正式變形式U =E真-I（r真+RA）U=（） E真-I（）r真對(duì)比結(jié)果E測(cè)= E真r測(cè)=（r真+RA）E測(cè)=（）E真r測(cè)=（）r真結(jié)果說(shuō)明此方式導(dǎo)致r測(cè)系統(tǒng)誤差太大此方式E測(cè)和r測(cè)系統(tǒng)誤差很小綜上研究分析可知，利用電流表和電壓表測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)的電路圖必須采用電流表外接方式。例如，2005年高考全國(guó)卷I中22題（2）測(cè)量電源B的電動(dòng)勢(shì)E及內(nèi)阻r（E約為4