恒定电流.doc

恒定电流1、导体中的电场和电流1、电流的形成：电荷定向移动形成电流2、形成电流的条件：（1）存在自由电荷（2）存在电势差3、恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场4、恒定电流：自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。大小、方向都不随时间变化的电流称恒定电流。5、方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向导体中电流方向：从电势高处流向电势低处电源：内部从电势低处流向电势高处6、标量6、大小：表示单位时间内通过导体横截面的电量 国际单位制中，电流的单位是安（A） 定义式：（1）I=q/t （如果正负离子同时定向移动，q应是两种电荷的电量之和）7、电流的微观本质：n是单位体积的自由电荷数；（2）I=nqsv s为导体横截面积v是自由电荷定向移动速度；v为自由电子的定向移动速率，约10 -5m/s，远小于电子热运动的平均速率105m/s，更小于电场的传播速率3108m/s3、有一横截面为S的铜导线，流经其中的电流为I设每单位体积的导线有n个自由电子，电子电量为e，此时电子的定向移动速度为v在t时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为 （AC）(A)nvSt (B)nvt (C)It/e (D)It/Se2、电动势一、电源1、电源：通过非静电力把其他形式的能转化为电势能的装置2、在电源内部利用非静电力把电子从正极搬到负极 。二、电动势E1、电动势是反映电源把其它形式的能转化为电能的本领大小.2、数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极送到正极所做的功。E=W/q3、单位:伏特.4、电动势由电源中的非静电力的特性决定，与电源体积无关，与外电路无关。5、内阻和电动势同为电源的重要参数。大小型号不同的干电池的电动势是否相同?3、欧姆定律一、欧姆定律（部分电路）1、内容：导体中的电流跟导体两端电压成正比，跟导体的电阻成反比。I=U/R2、适用条件：金属导电或电解质溶液导电. 不适用气体和半导体导电.二、图象1、导体的U-I图线：过原点的直线2、导体的伏安特性曲线I-U线性元件：伏安特性曲线是过原点的直线非线性元件：电流与电压不成正比 （如气态导体，半导体元件）实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线 三、电阻的作用和定义式1、反映了导体对电流的阻碍作用2、定义式：R=U/I（能否说：电阻与它U成正比，与I成反比?）3、电阻的单位：欧姆，符号 常用：千欧，兆欧四电阻率的物理意义及单位1、电阻率反映了材料的导电性能的好坏。电阻率大的材料导电性能差，电阻率小的材料导电性能好2、电阻率的单位是欧姆米，符号是m3、纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大。4、电阻率与温度的关系 （1）金属的电阻率随着温度的升高而增大应用：电阻温度计（铂）（2）某些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响应用：标准电阻（锰铜合金、镍铜合金）（3）有些半导体材料的电阻率随着温度的升高而减小一白炽灯泡铭牌显示“220V，100W”字样，由计算得出灯泡灯丝电阻R=484W，用万用电表测出的电阻值与之相同吗？ 不同 4、串联电路和并联电路一.串、并联电路的特点1.电流关系：串联I0=I1=I2=I3 并联I0=I1+I2+I32.电压关系：串联U03=U01+U12+U23 并联U=U1=U2=U33.电阻关系：串联R=R1+R2+R3+Rn 并联 越串越大，越并越小n个相同电阻R并联的结果为2个不同电阻R1和R2的并联结果为4.串联起到分压的作用，并联起到分流的作用二.电压表和电流表1.G表改装为大量程电压表处理办法：串联一个大电阻用于分压(分压电阻)串联电阻的取值：若已知需要把量程扩大为原来的n倍，则2.G表改装为大量程电流表处理办法：并联一个小电阻用于分流（分流电阻）并联电阻的取值：若已知需要把量程扩大为原来的n倍，则1.三个并联的电阻之比为R1R2R3=125，则通过它们的电流之比I1I2I3为 （ D）A、125； B、521； C2510； D10522如图所示，每个电阻额定功率均为18 W，要使电路正常工作，则输入电路的最大功率不得超过 （ C ）A 、54 W ； B、36 W； C27 W； D18 W3如图所示，A、B两灯分别标有“110 V、100W”和“110V、40 W”，按不同方法接入 220 V电路能使两灯正常发光，且电路中消耗功率最小的是 （ B ）5、焦耳定律一、电流做功的意义1、电流做功实质上是：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。2、电流做功的多少电能转化为其它形式的能的数量.二、电功和电功率的计算1、电功定义式：WUIt 电功的单位是焦，符号是J （对于纯电阻电路，电功还可以表达成W=I2Rt=U2t/R）2、电功率：表示电流做功快慢的物理量3、电功率：PUI 电功率的单位是瓦，符号是W 三、焦耳定律（实验定律）QI2Rt1、纯电阻电路：WQ UIR电流做功把电能全部转化为热能2、非纯电阻电路：含有电动机、电解槽的电路，欧姆定律不再适用W Q （W Q） UIR （UIR）WQE P入P热P机UIt I2RtE UII2RP机电流做功把电能的一部分转化为热能， 另一部分转化为机械能或化学能等一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3V，电流为0.3A；松开转轴，在线圈两端加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作求:该电动机正常工作时，输入的电功率是多少?电动机的机械功率是多少? 解析：电动机不转动时，可视为纯电阻电路：r=U/I=3/0.3=1,电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为p入=I1U1=0.82=1.6W，电动机的机械功率P机=P入I12r=1.60.821=0.96W 6、电阻定律一、 实验： 伏安法测电阻1伏安法测电阻的原理 根据欧姆定律I=U/R，得R=U/I2电流表的内接和外接（1）如图甲，是电流表的内接法误差原因：电流表的分压测出的电阻值比真实的大（2）如图乙，是电流表的外接法误差原因：电压表的分流测出的电阻值比真实的小如图所示，同一未知电阻RX用甲、乙两种电路测量，图甲中两表的读数分别为3V、4mA；图乙中两表的读数分别为4V、39mA，可知RX的真实值最接近 （ D ）A比1000略小； B比1000略大C比 750略小； D比750略大滑动变阻器的两种接法 两种接法的比较（1）分压接法的优势：电压变化宽 0UE（2）限流接法的优势：线路连接简便两种接法均能满足要求，选限接法（3）选择分压的情况：实验要求电压从0开始变化、画图线若负载RX较大，R变较小，限流接法对电路起不了明显的调节作用。若采用限流时，电路中的最小电流大于用电器的额定电流或电表的量程。电压控制范围：分压接法电压控制范围：0UE 实验：欧姆表测电阻：1.红黑表笔不接触时，表笔间电阻为无限大，电流表示数为零2.红黑表笔短接时，表笔间电阻为零，调节R0使指针满偏， 3.红黑表笔间接Rx时：Rx与I对应，但不成正比，故欧姆表刻度不均匀。4.中值：I中Ig/2所以R中值R内RgrR0欧姆表使用注意：1.实验前检查左边的电流0点，若有偏差则需机械调零：两表笔分开，用螺丝刀调“指针定位螺丝”，使指针指到最左边电流的0点。2. 测电阻每次换档位都需欧姆调零：表笔短接后，调“欧姆调零旋钮”，使指针指到最右边电阻的0点。3.测电阻时：待测电阻要与别的元件断开，切不要用手接触表笔 4.为减小误差，指针应指标盘中央附近部分。若指针偏转过大，则R示数偏小，换小倍率档位5.电阻值读数为：示数倍率6. 电流的流向：相对电表依然是正（红）进负出7.实验结束后:将表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。8.长期不用，应将多用电表中的电池取出 二、电阻定律的内容、表达式及物理意义（1）电阻定律：在温度不变时，导线的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比（2）电阻定律表达式：R=L/S （3）导体的电阻是由它本身的因素决定的，与所在的电路无关电阻率与电阻的比较电阻电阻率由导体材料（电阻率）导体长度横截面积决定由材料决定反映导体导电性能R大的导体对电流的阻碍作用大反映材料的导电性能大的材料导电性能差R=L/s：电阻率小的导体电阻不一定小即电阻率小的导体对电流的阻碍作用不一定小10一段粗细均匀的金属丝，横截面的直径是d，电阻是R，把它拉制成直径是d/10的均匀细丝后，它的电阻变成 （ B ）A、R/10000；B10000R；CR/100；D100R7、闭合电路欧姆定律一、闭合电路欧姆定律、表述：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比适用于纯电阻电路二、电压与电动势三、路端电压跟电流、负载的关系、路端电压:路端电压随着电流的减小而增大路端电压随着外电阻的增大而增大 、两个特例：（1）外电路断路时电源电动势等于开路时电源两极间的电压（2）外电路短路时短路电流很大，会损坏电源，不允许电源短路几个表达式的比较EU外U内EIRIrU外EIr因消耗其他形式的能而产生电势升高E，通过外电路R和内电路r而降落，也体现了能量转化与守恒的物理意义电路中的电流与什么因素有关研究路端电压和什么因素有关根据分压原理，分析路端电压和外电阻的关系纯与非纯均可适用于外电路是纯电阻适用于外电路是纯电阻纯与非纯均可适用于外电路是纯电阻四、电源的外特性曲线路端电压U 随电流I变化的图象 （1）图象的函数表达： （2）图象的物理意义在纵轴上的截距表示电源的电动势E. 在横轴上的截距表示电源的短路电流图象斜率的绝对值表示电源的内阻r 内阻越大，图线倾斜得越厉害*某个外电阻接入时的内外电压。某个外电阻接入时电源的输出功率P=UI。例题分析如图所示为某一电源的外特性曲线，由图可知，该电源的电动势为 2 V内阻为0.4 ，外电路短路时通过电源的电流强度为5 A 为电源的内阻，短路电流I= （A）实验：测电源电动势和内阻电路选择及误差分析 实验时采用甲图所示电路误差较小甲图误差原因：电压表的分流 乙图误差原因：电流表的分压实验：测电源电动势和内阻若只有安培表和两定值电阻R1、R2E=I(R+r)若只有伏特表和两定值电阻R1、R2 E=U+Ur/R五、电源的功率和效率 得（一）、功率的计算1电源提供的功率（电源功率） 2电源的输出功率（外电路得到的功率） 3电源内阻上的热功率 4、供电效率R越大，效率越大（二）电源的输出功率的最大值 （纯电阻）1、R取多大时，电源输出功率有最大值？ 短路时R=0；P=0断路时R=；P0某一P（Pm），有两个电阻对应R1R2=r2当Rr时，电源的输出功率最大，为2、I为多大时，电源输出功率有最大值？ 当IE/2r时，电源的输出功率最大，为此时效率为50例1:已知如图，E =6V，r =4，R1=2，R2的变化范围是010。求： R1上消耗的最大功率； 电源的最大输出功率； R2上消耗的最大功率。 解析：当R20时，2W；（求定值电阻的最大功率：总电阻最小，电流最大，定值电阻的功率最大）当R2=2时， 2.25W；（求电源的最大输出功率：R=r，不能达到就取接近值）当R26时， 1.5W（求可变电阻的最大功率：等效电源法）六、电路动态变化如：设滑片向左移 R1增1、总电阻一定增大，总电流减小，路端电压增大2、顺序：4、3、2、1 七、含有电容器的直流电路电容器充放电结束