电流至电功 文档.doc

第二章 恒定电流 一 形成电流的条件电流产生的条件：（1） 导体内有大量自由电荷（金属导体自由电子；电解质溶液正负离子；导电气体正负离子和电子）（2） 导体两端存在电势差（电压）导体中存在持续电流的条件：是保持导体两端的电势差。电源的作用就是保持电路两端的电势差，使电路中有持续的电流。二. 电流强度定义：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用时间的比值叫做电流强度。简称电流。数学表达式：I=q/t电流的单位是安培，简称安，符号是A。如果在1秒内通过导体横截面的电量为1库，导体中的电流强度就是1安培。电流的单位还有毫安（mA），微安（A）1 mA=10-3A1A=10-6A二 电流的方向电流可以由正电荷的定向移动形成，也可以是负电荷的定向移动形成，也可以是由正负电荷同时定向移动形成。习惯上规定：正电荷定向移动的方向为电流的方向。说明：（1）。金属导体中电流的方向与自由电子定向移动方向相反。 （2）电流有方向但电流强度不是矢量。 （3）方向不随时间而改变的电流叫直流；方向和强度都不随时间改变的电流叫做恒定电流。通常所说的直流常常指的是恒定电流。例1 一根铜导线，横截面积为1.0mm2,载有1.0安电流,已知铜导线内自由电子的密度n=8.51028个/m3,每个电子电量为1.610-19C,试求:铜导线中自由电子定向移动的速度为多大?第二节 欧姆定律德国物理学家欧姆最先用实验研究了电流跟电压，电阻的关系，得出了如下的结论：导体的电流强度跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比欧姆定律。说明（1）欧姆定律的数学表达式：I=U/R。（2）R的单位：（3）欧姆定律适用于金属导体和通常壮态下的电解质溶液，对气态导体和其它一些导电原件（电子管，热敏电阻）不适用。对电路而言，它只对一段不含电源的导体成立。第三节 电阻定律导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比这就是电阻定律。R=L/S（1）是个与材料本身有关的物理量,它直接反映了材料导电性的好坏,我们把它叫做材料的电阻率.RS/L（2）电阻率的单位为:欧姆米, 各种材料的电阻率在数值上等于用该材料制成的长度为1米,横截面积为1平方米的导体的电阻. 但电阻率并不由R S和L决定. 电阻率与材料种类和温度有关.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这就是电阻定律。例题：一个标有“220V，60W”的白炽灯泡，加上的电压U是由0逐渐增大到220V，在此过程中，电压U和电流I的关系可用图线表示，在下图中的四个图线中，肯定不符合实际的是（ ACD ）第四节. 电功和电功率1 电功电流在一段电路上所做的功，跟这段电路两端的电压，电路中的电流强度和通电时间成正比。W=UIt（1）2电功率为了描述电流做功的快慢，引入了一个物理量电功率（P）。定 义：电流所做的功跟完成这些功所用的时间的比值叫做电功率。数学表达式： P=W/t（4）式 P=UI （5）式用电器上一般标有电功率和电压它们分别是用电器的额定功率和额定电压。 每个用电器正常工作时所需要的电压叫做额定电压，在这个电压下消耗的功率称为额定功率.第五节 焦耳定律电流通过导体时，导体总是要发热的，这是电流的热效应。(一)焦耳定律：英国物理学家焦耳（18181889）经过长期的实验研究后指出：电流通过导体产生的热量，跟电流的二次方，导体的电阻和通电时间成正比焦耳定律。Q=I2Rt（1）式(二)电功和电热的关系: 1.纯电阻电路.如图所示,电阻R,电路两端电压U,通过的电流强度I.电功即电流所做的功: W=UIt.电热即电流通过电阻所产生的热量: Q=I2Rt由部分电路欧姆定律: U=IR W=UIt=I2Rt=Q表明: 在纯电阻电路中,电功等于电热.也就是说电流做功将电能全部转化为电路的内能(热能).2.非纯电阻电路.在包含有电动机,电解槽等非纯电阻电路中,电功仍等于UIt,电热仍等于I2Rt.但电功不再等于电热而是大于电热了. UItI2Rt第六节 串联电路串联电路的基本特点： 电路中各处的电流相等；I1=I2=I3=In 电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和；U=U1+U2+U3+Un串联电路的总电阻：R=R1+R2+R3+Rn故：串联电路的总电阻等于各段电路中电阻之和 串联电路的电压分配：I=U/RU/R=U1/R1=U2/R2=U3/R3=Un/Rn故：串联电路中各电阻两端的电压跟它的阻值成正比。 串联电路的功率分配：P=I2RP1/R1=P2/R2=P3/R3=Pn/Rn故：串联电路中各电阻消耗的功率跟它们的阻值成正比。例：把阻值不同的灯泡串联接入照明电路中，会看到阻值大的灯泡亮，表明它消耗的功率大；阻值小的灯泡暗，表明它消耗的功率小。第七节. 并联电路并联电路的基本特点： 电路中各支路两端电压相等； U1=U2=U3=Un=U 电路中的总电流等于各支路的电流之和。I=I1+I2+I3+In并联电路的总电阻：（即用一个电阻代替并联电路中的几个电阻，而效果相同）并联电路总电阻的倒数，等于各个导体的电阻的倒数之和 如果n个阻值都是r的电阻并联，它的总电阻R=r/n并联电路的电流分配：并联电路中通过各个电阻的电流跟它的阻值成反比。 并联电路的功率分配：P1R1=P2R2=P3R3=PnRn=U2并联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成反比。 把几个阻值不同的灯泡并联在照明电路里会发现电阻小的灯亮，表明它消耗的功率大；电阻大的灯泡暗，表明它消耗的功率小。电路中消耗的总功率等于各个电阻消耗的功率之和第八节 分压和分流在电压表和电流表中的应用常用的电压表和电流表都是由小量程的电流计改装而成的。1.电流计：电流表的主要部件:是一块永久磁铁和一个能在永久磁铁的磁场中转动的线圈. 电流表的工作原理:当线圈中有电流通过时,线圈在磁场力的作用下带动指针一起偏转.线圈是由很细的导线绕成的,它的电阻Rg就是电流表的电阻,一般为几百到几千欧,这个线圈允许通过的最大电流Ig叫做电流表的满偏电流,一般只有几十微安到几毫安.2. 电压表电流表两端电压IgRg很小，不能直接作为电压表。给电流表串联一个分压电阻,分担一部分电压, 就可以用来测量较大的电压了. 加了分压电阻并在刻度板上标出电压值,就把电流表改装成了电压表.例如: 有一个电流表电阻Rg=1000欧,满偏电流Ig=100A.要把它改装成量程为3V的电压表,应该串联多大的电阻呢?(R=29K).二.分流作用和电流表(安培表):因为Ig一般较小,不能直接电流表测量较大的电流.为了使电流表能够测量几个安培甚至更大的电流,可能给它并联一个分流电阻,分掉一部分电流,这样在测量大电流时,通过电流表的电流也不致超过满偏电流Ig. 例如: 电阻Rg是1000欧,满偏电流Ig是100A的电流表,要改装成量程为1A的电流表,应该并联一个多大的分流电阻?( 0.1欧 )电表的内阻：改装后的安培表的内阻很小，解题时往往忽略不计；改装后的电压表的内阻很大，解题时常常把它视为断路（）第九节 电动势一.电源电动势：电源电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压.用符号表示,单位是伏特.二.内电压和外电压：在闭合电路里，电源电动势等于内外电压之和，正是由于有内电压，电源两极间的电压（路端电压）才小于电源的电动势三电动势的物理意义：=U+U1 q=qU+qU1可以把q(U+U1)理解为移送电量为q的电荷时,在内外电路上所消耗的电能,这个能量只能由电源提供,则 q为电源提供的能量.故在数值上等于电路中通过1库仑电量时电源所提供的能量.表征了电源把其它形式的能转化为电能的本领.第十节闭合电路欧姆定律1.闭合电路里的电流强度，跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比.这就是闭合电路的欧姆定律.注意：式中的I是闭合电路中的总电流强度,如果外电路还有其它并联支路,则I是整个电路的干路电流强度,式中的R是整个外电路的总电阻,R+r就是整个闭合电路的总电阻.2.研究路端电压随外电阻的变化规律： 外电路断开时，R- U=即路端电压等于电源电动势。这正是表明可以用伏特表直接测量电源电动势的道理。外电路短路时，R=0 U=0 I=/r由于r一般很小，所以短路电流很大.电流太大不但会烧坏电源,还可能引起火灾,要注意避免发生.闭合电路欧姆定律习题例1：如图所法,当滑线变阻器的滑动触点向上端移动时()例2 伏特表V的读数增大,安培表A的读数减小例3 伏特表V和安培表A的读数都增大例4 伏特表V和安培表A的读数都减小例5 伏特表V的读数减小,安培表A的读数增大思考：如图所示电路中，电源电动势和内电阻为定值，固定电阻的阻值小于变阻器两端之间的总阻值，。当变阻器的滑片从向移动过程中，两电压表和的示数变化是（ A.V1变大,V2变大B.V1变大,V2变小C.V1先变大后变小,V2先变大后变小D.V1先变大后变小,V2总增大例2:如图所法,A灯与B灯电阻相同,当滑动变阻器滑动片向下滑动时,两灯的变化是( )A.A灯变亮,B灯变亮B.A灯变暗,B灯变亮C.A灯变暗,B灯变暗D.A灯变亮,B灯变暗思考:如图所示,当滑动变阻器的滑动片P向左端滑动时()A. 安培表的示数减小,伏特表的示数增大B. 安培表的示数增大,伏特表的示数减小C. 安培表和伏特表示数都减小D. 安培表和伏特表示数都增大如图所示,R1=14欧,R2=9欧,只闭合电键S1时,电流表的读数为0.2A;只闭合电键S2时,电流表的读数为0.3A.当S1和S2同时闭合时,电流表的读数为多少?思考:电源电动势=6V,内电阻r=0.5欧,当它和一只外电阻连接时电源输出功率为10W,试求闭合电路中的电流强度.例4：如图所示，电源电动势为，内电阻为r，外电路总电阻为R，当K闭合后，电源的总功率为多少？电源的输出功率为多少？外电路消耗的功率为多少？电源内部消耗的功率为多少？电源的供电效率为多少？思考：如图所示的电路中，电源电动势为，内电阻