高中物理《恒定电流》教案5 新人教版选修3-1

用心 爱心 专心1 恒定电流恒定电流 知识要点 知识要点 1 1 电动势的概念 电动势的概念 1 电动势是用来表明电源非静电力做功本领的物理量 电源的非静电力把正电荷从负极移到正极所做的功跟被移送电量的比 叫做电源电动 势 公式 W q 单位 伏特 2 电源的电动势的大小是由电源本身的因素决定的 无论内 外电路上的电阻 电 流如何变化 对于某一确定电源来讲 其电动势均为一个定值 3 注意电源电动势和电势差 电压 的区别 电源电动势是表明非静电力非静电力移送电荷做功把其它形式能转换为电能的本领的物理量 其大小为非静电力非静电力移送电荷所做的功与被移送电荷的电量之比 即 因此它是描述 W q 电源产生电能能力的物理量 电势差是表明电场力电场力移送电荷做功把电能转化为其它形式能的本领的物理量 其大小 为电场力电场力移送电荷所做的功与被移送的电荷电量之比 即 因此 它是说明消耗U W q 电能的物理量 电动势是专对电源而言 而电势差是专对闭合电路的各部分来说的 2 2 明确电功和电热的关系 明确电功和电热的关系 1 电功只表示电路中消耗电能的多少 并不告诉我们电能转化为别WIUt 的一种还是几种其它形式的能量 电热只表示电流通过电阻电阻时产生热量的多少 除纯电阻电路外 一般QIRt 2 用心 爱心 专心2 并不能直接告诉我们消耗了多少电能 2 任何用电器都是能量转换器 根据能量转化的不同情况 可以把用电器分为纯电 阻和非纯电阻两类 在纯电阻电路中 电流做功全部转化为内能 热 因此 电功等于电热 即 WQIUtIRt U R t 2 2 在非纯电阻电路中 电流做功除一部分转化为内能 热 以外 还要转化为其它形式 的能 如 在电动机里 电能热 机械能 在电解槽里 电能热 化学能 这样电功要大于电热 即 WQIUtIRt 或 2 3 3 对欧姆定律的理解和分析 对欧姆定律的理解和分析 1 部分电路欧姆定律 通过给定一段导体上的电流强度跟导体两端的电压成正比 跟它的电阻成反比 公式 I U R 使用欧姆定律应注意 欧姆定律对于金属导电和电解液导电都适用 但对于气体导电不适用 欧姆定律是一个实验规律 它揭示的是电流形成的外部原因和电流的关系 即在导 体两端存在有电压 决定了导体中的电流强度这个因果关系的规律性 因此在使用时 必 须注意 I U R 三个量都是同时对同一段电路而言的 决不能把这一段电路的电流 电压 和电阻跟其它电路中的电流 电压和电阻相混 伏安特性曲线 如图所示 它表示的意义是一个确定的导 体中的电流强度随电压而变化的函数关系 即对一个确定的导体 电阻 来说 电流强度 I 跟导体两端的电压 U 成正比 所以电流随电压而变化的图线为一条通过坐标原点的直线 直线 的斜率反映了导体的电阻的大小 等于导体电阻的倒数 斜率 越大 电阻越小 如图中直线 a 表示的导体的电阻大于直线 b 的 导体的电阻 2 闭合电路欧姆定律 闭合电路中的电流强度跟电源的电动势成正比 跟内 外电路中的电阻之和成反比 公式 1 I Rr 或 2 IRIrUU 外内 1 式是电流表达式 它表示闭合电路中电流的大小由哪些因素决定 2 式是电压表达式 它表示内 外电压是由电源提供的 内 外电压之和等于电源 电动势 用心 爱心 专心3 路端电压随外电阻变化而变化 外电路两端的电压叫做路端电压 当外电路接通时 路端电压等于电源电动势减去内 电压 即 UIr 外 通常认为电动势是不变的 根据公式可以 和内电阻rI Rr UIr 和 外 得出当外电路电阻 R 改变时 总电流强度 I 内电路电压 U内 和路端电压 U外 都 要随之改变 其变化情况如下表 外电阻改变情况 R 电流强度改变情况 I Rr 内电压改变情况 UIr 内 路端电压改变情况 UIr 外 R增大减小减小增大 R 断路 00 U外 R减小增大增大减小 R 0 短路 I r 短 U内 U外 0 路端电压跟通过电源的电流强度的关系可以用I U关系曲线 表示 如图所示 从图线上可以看出 随闭合电路中电流强度的 增大 路端电压成线性减小 I U关系曲线的延长线和纵轴的交点表示电流为零时的路端 电压 即等于电源电动势 曲线的延长线与横轴的交点表示路端 电压为零时的电流 即发生短路时的电流 I r 短 根据能量的转化和守恒定律 在闭合电路中应有PPP 总出内 即 IIUIr 2 当外电路电阻等于内电阻时 电源的输出功率最大 即 当时RrP r m 2 4 电源的效率为 IU I 100 4 4 电流表的改装和欧姆表 电流表的改装和欧姆表 对于电流表应知道以下三个主要参数 电流表线圈电阻 即表头内阻 Rg 电流表允许通过的最大电流值 即满偏电流 Ig 电流表指针满偏时 加在电流表两端上的电压UUIR gggg 即满偏电压 1 电流表改装成伏特表 根据串联电路分压原理 如图所示 将满偏电压为 的电流表串联一个大电阻Ru 这样扩大了量UIR ggg 程 改装成量程为U的伏特表 用心 爱心 专心4 电流表与电阻串联 URU Ug 根据分压原理 U R U R UU R g g R u g u Ru UU U g g R U U RnR g g gg 11 其中 为扩大倍数 U Ug 应当注意 电流表和串联的分压电阻所组成的整体才叫伏特表 因此伏特表刻度盘上所标出Ru 的伏特值 不表示加在电流表上的电压 而是直接表示加在伏特表上的电压 从公式中可以看出 要改装的伏特表量程越大 需串联的分压电RnR ug 1 阻值就应越大 2 电流表改装成安培表 根据并联电路分流原理 如图所示 将满偏电流为的Ig 电流表并联上一个小电阻R 这样扩大了量程 改装成量程 为I的安培表 电流表与电阻并联 III Rg 根据分流原理 IRIIR ggg R I II RI R I I R n R I I g g gg g gg g 将分子 分母同除以 得 其中 为扩大倍数 1 1 1 1 应当注意 电流表和并联的分流电阻R所组成的整体才叫安培表 因此安培表刻度盘上标出的 安培值 不表示通过电流表上的电流 而是直接表示通过安培表的电流 从公式中可以看出 要改装的安培表量程越大 需并联的分流电阻R n Rg 1 1 值就应越小 上述电流表改装成伏特表和电流表改装成安培表的原理 计算方法及推导出的公式 同样适用于扩大伏特表的量程和扩大安培表的量程 3 欧姆表 用心 爱心 专心5 欧姆表的构造 如图所示 是内阻为的微安表或毫安表 是调零电阻 电RI gg 满偏电流为R0 池的电动势为以上三者串联 外接黑表笔接电池正极 外接红表笔接电池 内阻为 r 负极 欧姆表原理 欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的 当红 黑表笔短接时 即 调节 使表指针指到满刻度 此时Rx 0R0Ig I RrR g g 0 欧姆表盘刻度应为零 当红 黑两表笔断开时 即 电路无电流 指针不偏转 Rx I 0 欧姆表盘刻度应为 当红 黑表笔间接入电阻时 如上图所示 此时通过表的电流为I 则Rx I RrR