更新时间:作者:小小条
高中物理电学分为静电场、稳恒磁场、基本电路、电磁感应这四大部分。本次答题仅限于电路这部分。这部分内容独立性比较强。
我们先来给电路下一个很绕口的定义:
电路就是用导线把电源和用电器连起来的、执行特定功能的装置。

电路=电源+用电器。
有同学马上反驳:不对吧老师,还有开关、导线、仪表、滑动变阻器呢?
老师说:抓主要矛盾。
这个思想很重要,站在这个高度看电路,那么电路就只有内外两大部分,内电路就是电源,外电路就是用电器。无论外电路多么复杂,你都可以把它想象成一个大黑盒子,它的两端和电源的两端连在一起。做电路题,第一重要的是就是这个内外分开看!
接下来就是想办法搞清楚外电路的结构,外电路可以分为工作电路(RCL串并联组成)、测量电路(电流表、电压表、欧姆表)、控制电路(滑动变阻器)。对于工作电路,你得搞清楚一大堆元件是先串后并,还是串了又串,这部分我们也有套路有方法,熟悉了之后你会发现这个任务不难!对于测量电路,你得弄清楚每个仪表测量的都是哪部分的动态参数。对于控制电路,你得识别出滑动变阻器的接法和它的控制特点。
最后的任务,就是计算节点的电势和支路的电流。当你已经计算出每条支路的电流时,恭喜你,电路分析就大功告成了。
下面表格中列出了电路问题中所有的物理量,必须背会、用熟。电学部分物理量多、公式多,为了帮助大家学*,我把这10个物理量分成三大类来梳理。第一类是电源的特性参数,只有两个(E和r);第二类是用电器的静态参数(RCL,常见的电路都是由这三种元件串联、并联在一起形成的);第三类是电路的动态参数(q,I,U,P)。
有同学又要问了,什么是静态参数和动态参数呢?我们打个比方,比如一条河,它的河床、走向都是确定的,无论是在丰水期还是枯水期,这些特性都是不变的,这就叫静态参数。而其中的水流量可能随着季节不同发生变化,那么水流量就是动态参数。一个电路,当它没有接通的时候,只有静态参数;当它接通后,就既有动态参数也有静态参数了。
重要概念辨析
(1)纯电阻元件——非纯电阻元件
解读:这组概念是针对元件的能量转化方式来说的。所谓纯电阻元件,是把电能全部转化为内能的元件。非纯电阻元件,则是把电能主要转化为机械能(例如电动机)、化学能(例如电解池)的元件,注意,非纯电阻元件不可避免地要产生一部分内能,这就引出了非纯电阻元件的效率问题。非纯电阻元件的效率
此外,一定要注意,白炽灯属于纯电阻元件。有的同学看概念很仔细,可能会有这样的疑问,白炽灯把电能转化成了光能,那它怎么能是纯电阻元件呢?其实,白炽灯的发光原理是热致辐射发光,首先是将电能全部转化为内能,待钨丝温度上升到一定的程度,才开始发光。其能量转换关系是
所以,白炽灯是纯电阻元件。另外,要注意常见的发光器材中,荧光灯、发光二极管(LED)就不是纯电阻电路,它们的发光原理和白炽灯不同。
注意,欧姆定律只能用于纯电阻元件!
总结(看懂上面的解释,背会下面的结论):
把电能全部转化为内能的元件叫做纯电阻元件,例如白炽灯。欧姆定律可用!
把电能主要转化为机械能的元件,例如电动机;把电能主要转化为化学能的元件,例如电解池;……都是非纯电阻元件。欧姆定律不可用!
(2)线性元件——非线性元件
注意:欧姆定律可用不可用,要看元件是否为纯电阻元件。只要是纯电阻元件,欧姆定律就可用。与元件是否为线性元件毫无关系。换句话说,非线性元件照样可以用欧姆定律,只要它是纯电阻元件就可以。
(3) 电源的伏安特性曲线——元件的伏安特性曲线
任何电源都可以画成一条斜向下的直线
(4)短路——断路
短路和断路其实可以当成特殊的电阻来对待。
短路就是阻值等于0
断路就是阻值等于无穷大。
(5)串联——并联
这其实是我们最早接触的一组概念,从初中电学开始我们就知道串联和并联是元件的基本连接方式了。高中阶段我们需要强化以下概念:
第一,串并联的相关规律是至高无上的,比欧姆定律这种需要满足一定条件(纯电阻电路)才成立的规律强大得多,在任何电路中,串并联的规律都是适用的。第二,你要稍微扩展了解一下,串、并联以及串并构成的混联,并不是构成电路的唯一方式,还有三角连接和星形连接。
串联的基本规律是:等流,分压。等流,就是说串联的各个元件,通过它们的电流都是相等的。分压,就是串联的各个元件,它们各自两端的电压之和,等于总电压。总电压在各个元件上分配,具体谁分得多少,取决于其阻值。分得的电压与其阻值成正比。电阻越大,分得的电压越大。 短路电阻为0,分得的电压为0;断路电阻为无穷大;分得的电压为总电压。
并联的基本规律是:等压,分流。等压,就是说并联的各个元件,加在它们两端的电压都是相等的。分流,就是说并联的各个元件,通过它们的电流之和,等于总电流。总电流在各个元件上分配,具体谁分得多少,取决于其阻值。分得的电流与其阻值成反比。电阻越小,分得的电流越大。短路电阻为0,分得的电流为总电流;断路电阻为无穷大,分得的电流为0。
在分析电路动态变化时常提到的“串反并同法”。举个栗子吧
(6)内电路——外电路
这组概念对于理解电路来说是至关重要的。
首先我们来讲内外电路的电压、电流关系。
你要搞清这件事:单一电源电路中,电源和用电器之间,只能通过串联方式连接,而不能并联(不信你画一个试试)。所以,通过电源的电流和通过外电路的电流相等(依据就是串联的基本规律:等流)。而且,内电路和外电路构成了分压关系,由此引出了输出电压这个概念。举一个例子,假设某个电源的电动势是5V,当它接在电路中时,外电路的电压(也叫外电压、路端电压、电源的输出电压)并不一定就是5V,而是在[0,5V]范围内变化,究竟取何值,取决于外电路的电阻和电源内阻的比例关系。
外电路阻值为无穷大,即断路状态时,外电路分得的电压最大,等于电源电动势5V。
外电路阻值为0,即短路状态时,外电路分得的电压最小,等于0。
现在我们来讲内外电路的能量关系。
对于外电路是纯电阻电路,即外电路是由纯电阻元件连接形成的情况,整个电路的能量转换关系如下图所示:
(7)输出功率——输入功率
(8)电功率——热功率
这两对概念放在一起讲。特别强调大家注意一点,遇到这种问题一定要做个语法分析,看清主语是谁。我们从电源这个能量的源头讲起。电源的作用就是把其他形式的能量转化成电能,然后输出给外电路,所谓电源的输出功率,就是外电路的输入功率。
。
(9)滑动变阻器的分压式接法——限流式接法
外电路可以分为控制电路和工作电路。控制电路的存在,使得电源和用电器之间将不再是直接连接,而是通过控制电路间接联系。控制电路就是个中介!
电源——控制电路——用电器
滑动变阻器是常用的控制元件。它的阻值可以通过滑动触头来调整,范围从0欧到它的最大阻值。滑动变阻器有两种接法:分压式接法和限流式接法。滑动变阻器的选择和滑动变阻器的接法,是高考的重点。请移步到另一个回答中查看(剥茧:高考物理电学实验对各种不同规格的仪器选择的原理?)
总结(看懂上面的解释,背会下面的结论):
滑动变阻器一般都选择阻值小的,因为阻值越小的滑动变阻器操作越方便(准确的说法是:滑动变阻器阻值越小,越容易调节电路的参数)!
分压式接法可以提供的电压范围是包括0在内的,而限流式接法不行。
(10)测量安培表内接法——安培表外接法
外电路还可以再独立出一个模块,叫做测量电路。测量电路对于电路执行功能来说虽然不是必要的,但是它常常用于参数的监测和实验,也是电路的重要组成部分之一。
外电路中的测量电路常用三表——电压表、电流表、欧姆表,当然也可以三合一,用万用表。值得关注的是电表的非理想性造成的误差,对这个误差的特点进行考察,也是高考的重点。同样移步到上面那个回答中查看。剥茧:高考物理电学实验对各种不同规格的仪器选择的原理?
总结(看懂上面的解释,背会下面的结论):
(1)理想电流表的内阻应该是0,但实际电流表总有电阻,电流表的内阻越小,系统误差越小;
(2)理想电压表内阻应该是无穷大,但实际电压表阻值总是有限的,电压表的内阻越大,系统误差越小。
(3)【大内偏大,小外偏小】
大电阻应该用安培表内接法测量,测量结果偏大;
小电阻应该用安培表外接法测量,测量结果偏小。
一选择题:
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