恒定电流复习

.,第二章恒定电流,.,1、电源的作用：提供持续的电压2、形成电流的条件：（1）存在自由电荷（2）导体两端存在电压3、恒定电流:大小、方向都不随时间变化的电流。,2.1电源和电流,.,（2）电流有方向，但它是标量。规定：导体内正电荷定向移动的方向为电流方向。,（1）定义式:I=q/t,4.电流：,（3）金属导体中电流的计算式：I=nqSv,n为单位体积内的自由电荷的个数，S为导线的横截面积，v为自由电荷的定向移动速率。,.,例1某电解池中，若在2s内各有1.01019个二价正离子和2.01019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流强度是A0B0.8AC1.6AD.3.2A,解析：,由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2s内通过某截面的总电量应为：,q=1.6101921.010191.6101912.01019=6.4C,由电流强度的定义式,.,2.2电动势,定义式：,W：非静电力做的功q：电荷量,1、定义:非静电力把正电荷从负极移到正极所做的功跟它的电荷量的比值。,2、物理意义：反映电源非静电力做功本领的大小。（把其他形式的能转化为电能本领的大小）,定义式，不是决定式,一、电阻：,1、定义式：,(取决于导体本身,与U、I无关),2、决定式：,1=106,2.3欧姆定律,二、部分电路欧姆定律：,1、公式：,2、适用范围：金属、电解液适用，气体、半导体不适用。只适用于纯电阻电路，不适用于非纯电阻电路,.,由R=U/I，能否说：电阻与它两端的电压大小成正比，与电流强度大小成反比?,对给定的导体，它的电阻是一定的因此，不管导体两端有无电压，电压大小如何，电阻是一定的；不管导体内是否有电流流过，电流强弱如何，电阻是一定的所以不能说电阻与电压成正比，与电流强度大小成反比,三、导体的伏安特性曲线（I-U图象）,图线斜率表示电阻的倒数,斜率k=,1,2,R1Q,这时电功只能用W=UIt计算,电热只能用Q=I2Rt计算,两式不能通用.,.,例某一电动机，当电压U1=10V时带不动负载，因此不转动，这时电流为I1=2A。当电压为U2=36V时能带动负载正常运转，这时电流为I2=1A。求这时电动机的机械功率是多大？,解：电动机不转时可视为为纯电阻，由欧姆定律得，这个电阻可认为是不变的。电动机正常转动时，输入的电功率为P=U2I2=36W，内部消耗的热功率P=I2R=5W所以机械功率P=31W,.,【练习】如图所示，一提升重物用的直流电动机工作时的电路图，电动机内阻为0.6，R=10,直流电压U=160V,电压表的示数为110V,通过该电动机的电流是多少？输入电动机的电功率是多少？输出功率是多少？,1、电阻定律:,内容：同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比;导体电阻与构成它的材料有关.,表达式:,2、电阻率：反映材料导电性能好坏的物理量。单位:,欧米（）,2.6导体的电阻,电阻率与温度的关系,金属：,T,合金：,电阻几乎不随温度变化锰铜合金、镍铜合金,(标准电阻),(电阻温度计),超导体,.,a,b,h,R2,R1,电流方向,R1和R2是材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体,但R2的尺寸比R1小很多.通过两导体的电流方向如图所示.这两个导体的电阻有什么关系,h,R1=R2,这样在制造电路元件时,可以将其表面积做得很小,而不增大电阻,只要保证厚度足够即可,有利于电路元件的“微型化”,由此可知导体的电阻与表面积无关,只与导体的厚度有关,.,一、电动势,2、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.数值上等于电路中每通过1C电量电源所提供电能的数值.单位是:伏特.,2.7闭合电路的欧姆定律,1、电源是把其他形式的能转化为电能的装置,外电路,内电路,内电路,二、闭合电路的欧姆定律,.,闭合电路的欧姆定律,1、内容:,闭合电路中的总电流与电源的电动势成正比,与内、外电路的总电阻成反比.,2、表达式：I/(Rr）,IRrU外U内,讨论：,a、若R0时外电路短路Im/rU路0,b、若R时外电路断路I0U路,外电阻,内电阻,E,U外,U内,.,下列说法正确的是A电源把其他形式的能转化为电能，用电器把电能转化为其他形式的能B电源把电能转化为其他形式的能，用电器把其他形式的能转化为电能C电源是电流流出来的装置，用电器是电流流进去的器材D电源是电流流过去的器材，用电器是电流流出来的装置电源电动势的大小反映的是A电源把电能转化成其他形式能的本领的大小B电源把其他形式能转化成电能的本领的大小C，电源在单位时间内传送电荷量的多少D电流做功的快慢,（A）,（B）,.,（二）闭合电路欧姆定律,E=U外+U内（内外电路电压的关系）,（I、R间关系）,U=E-Ir（U、I间关系）,（U、R间关系）,1、闭合电路欧姆定律内容:闭合电路中的电流强度跟电源的电动势成正比，跟整个电路的总电阻成反比。,表达形式：,r,.,二、路端电压与电流的关系：,得：U外=E-Ir,U-I图象：,=-rI+E,由E=U外+U内,r,E,0,纵截距：E,横截距：I短,斜率绝对值：r,(图线的陡峭程度),由U=E-IrI=0，开路，U=E；U=0时，I=E/r最大，短路,.,路端电压和短路电流,1路端电压,电源两端的电压叫路端电压路端电压U随外电路电流强度I变化的关系，可以用公式表示为：U=EIr，式中的E、r是常量，因此U与I成线性关系，路端电压随着电流的增大而减小,2路端电压与外电阻的关系,由于电路中的电流随着外电阻的增大而减小，而路端电压随着电流的减小而增大，所以，路端电压随着外电阻的增大而增大,3短路电流,当外电阻为零时，电路中的电流为短路电流I=E/r，这样电流很大，会烧坏电源,.,关于电源的功率问题闭合电路中的能量转化,电源提供电能,外电路消耗的能量,内电路消耗的电能,r,即：P总=P外+P内,.,三、电源的输出功率与效率,1、推导：由E=U外+U内,r,得：EI=U外I+U内I,即：P总=P外+P内,电源提供的电功率EI,电源的输出功率U外I,电源内部的发热功率I2r,P出=P总-P内,.,2、电源最大输出功率（纯电阻电路）,0,R,P,若PR1=PR2，则r2=R1R2,最大输出功率与外电路无关，只由电源本身性质决定,.,3、电源的效率：,电源的效率随外电阻的增大而增大,输出功率最大时，效率不是最大.当R=r时，输出功率最大，但效率只有50%,.,电源的外特性曲线和导体的伏安特性曲线,电源的外特性曲线（a）和导体的伏安特性曲线（b）,(1)联系：他们都是电压和电流的关系图线,(2)区别：他们存在的前提不同，遵循的物理规律不同，反映的物理意义不同,(a)电源的外特性曲线是在电源的电动势和内阻r一定的条件下，通过改变外电路的电阻R使路端电压U随电流I变化的图线，遵循闭合电路欧姆定律,U=EIr.图线与纵轴的截距表示电动势E斜率的绝对值表示内阻r(b)导体的伏安特性曲线是在给定导体(电阻R)的条件下，通过改变加在导体两端的电压而得到的电流I随电压U变化的图线，遵循(部分电路)欧姆定律I=U/R，图线斜率的倒数值表示导体的电阻R,.,如图所示电路,当滑动变阻器的滑片P向上移动时,判断电路中的电压表、电流表的示数如何变化?,V1示数增大V2示数增大A示数减小,题型一、电路的动态变化分析：,（二）典型例题,.,A、R1短路B、R2短路C、R3短路D、R1断路,A,题型二、电路故障分析,如图所示的电路中,开关S闭合后,由于电阻发生短路或者断路故障,电压表和电流表的读数都增大,则肯定出现了下列那种故障(),.,3、直流电路的动态变化分析：,（程序法）,1.部分1（滑变的阻值变化）-整体（总电阻、总电流、路端电压）-部分2（结合电路的连接方式）2.部分2中：从不变到变化的部分分析,解析：1.R5变小-R总变小、I总变大、U端变小-部分22.总体看是串联电路R1R3阻值不变，分压增大-R2R4与R5并联，分压减小-流过R2R4的电流减小，流过R5的电流增大,.,如图所示，是一个电容器、电池和电阻组成的电路，在将平行板电容器两极板距离增大的过程中A.电阻R中没有电流B.电容器的电容变小C.电阻R中有从a流向b的电流D.电阻R中有从b流向a的电流,BD,题型三、含有电容器的电路的计算,.,实验一、电表的改装,电流表改装成电压表,串联一个分压电阻R,故量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大,（三）典型实验,.,电流表改装成电流表,并联一个分流电阻R,根据分流原理,需要并联的电阻值,故量程扩大的倍数越高,并联的电阻值越小,.,电学实验,.,电路实验分类：,电路实验,伏安法,测电阻（电阻率）,小灯泡伏安特性曲线,测电源电动势和内阻,半值法,测功率,多用表的使用,测电阻,检测黑匣子,判断电路,电表的改装,测表头内阻,量程计算,改装表的校对,.,实验仪器：电流表、电压表、灵敏电流计定值电阻、滑动变阻器、电源、电建、小灯泡、电阻箱、多用表等,一、电学实验器材的选择,.,测量值不超过电表的量程；测量值应使表针有较大的偏转范围，一般在1/2量程以上。,电表的量程选择,.,关于滑动变阻器的结构及使用方法,固定端接头,固定端接头,可动端接头,滑片P,0E,IE,(I1+I2)E,b,a,.,滑动变阻器“限流接法和分压接法”取决于题目要求和所给器材,b、如果滑动变阻器的全阻值比用电器电阻小许多时用分压式接法。小带大用分压。,a、如果题目要求“尽量大的调节范围时”，或者要求用电器的“电压（或电流）从零开始”时，只能用分压式接法。,c、当变阻器阻值较小，限流接法又不能把电流(电压)限制在安全范围内时，只能用分压式接法。,d、用分压式接法，消耗的功率大得多。所以，在两种电路都可以用的情况下，要优先选用限流式接法。,e、负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法。,.,、选择器材的原则:安全、适用、准确、方便,安全：是指器材在实验中不致损坏，如流过电流表的电流不能超过量程，加在电压表上的电压不能超过量程，通过电阻类元件的电流不能超过其额定电流等，适用：是指选择的器材能使实验按要求进行，如变阻器的选择能使电路中电流、电压的调节范围符合要求。准确：是指使测量的相对误差小。方便：指器材的选择使实验操作、调节容易。,电学实验器材的选择,.,实物图连线的基本要求（1）正确连线。包括各元件的连接关系（串、并联)正确；电表的量程、正负极连接正确滑动变阻器的滑动触头的初始位置正确等。（2）每根导线都要连接到接线柱上，接滑动变阻器的滑动端的导线不要接在“腿上”。导线不能有“丁”字型连接和交叉。（3）连线布局简洁，尽量避免交叉线的出现。,电路实物图的连接,难点:分压电路,单刀双掷,双刀双掷,.,电阻的测量,用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I，利用部分电路欧姆定律可以算出电阻的阻值R,伏安法,.,伏安法测电阻的两种电路,电流表接在电压表两接线柱外侧，通常叫“外接法”,电流表接在电压表两接线柱内侧，通常叫“内接法”,因为电压表、电流表分别有分流、分压作用,因此两种方法测量电阻都有误差,.,伏安法测电阻的误差分析,电流表外接法,电压表示数,电流表示数,测量值偏小，适于测量小阻值电阻（小外偏小）.,说明：误差来源于电压表的分流，分流越小，误差越小所以该电路适合测量小电阻，即,.,伏安法测电阻电路选择,、直接比较法：当xA时，采用内接法,、比值法,结论：大电阻用内接法，小电阻用外接法,大内偏大、小外偏小,.,、实验试探法：试触法,若伏特表示数有明显变化，即宜外接,若安培表示数有明显变化，即宜内接,安培表分压作用明显，R为小电阻，安培表外接法,伏特表分流作用明显，R为大电阻，安培表内接法,.,描绘小灯泡的伏安特性曲线,.,实验目的:,描出小灯泡灯丝的伏安特性曲线,实验原理:,把小灯泡接入电路中利用电流表和电压表,分别测出一系列小灯泡两端的电压及其对应的电流,用描点法在IU坐标系中描出小灯泡灯丝的伏安特性曲线.,实验器材:,“4V0.7A”或“3.8V0.3A”的小灯泡,46V的学生电源,电流表,电压表,相应的滑动变阻器,开关,导线若干,坐标纸,铅笔.,.,实验电路图:,1.要求小灯泡两端的电压从零开始逐渐升高,故应用分压电路.,2.小灯泡灯丝电阻较小,故应选用电流表外接法来避免电流表内阻过大分压作用.,3.实验电路图:,4.实物电路,步骤：1).连好控制回路;,2).连好测量电路;,3).把测量回路一上一下连到变阻器上。,.,实验步骤:,1.按电路图把实物器材正确连成电路,2.滑动变阻器的滑片P先置于最小值处(最左端).电路经可检查无误后,闭合开关.3.缓慢移动滑片P,使电流表读数为某一值(如0.1A)时,记下这时电流表和电压表的读数.4.继续移动滑片P,使电流表的读数增大为另一值时,再记下此时电流表和电压表的读数.,.,5.重复上一步,在电压表04V或03.8V范围内读取并记录12组左右不同的电压值U和电流值I.,6.测量完毕,应立即将开关断开.,7.建立UI坐标系,将所得的几组U.I值在坐标系上描出所对应的点.,8.用平滑的曲线将各点连接起来,就得到了小灯泡灯丝电阻的伏安特性曲线.,9.拆除电路、整理仪器,.,注意事项:,1.电路中电流表要外接,因为灯丝的电阻很小.,2.滑动变阻器要用分压式接法,因为电压要从零连续变化.,4.滑片移动时,不能使电流表或电压表超过小灯泡的额定值.,5.连线时要用平滑的曲线,不能连成折线.,3.开关闭合前，调节滑片位置，使灯泡两端电压为零,6.坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜,.,误差分析：,1由于电压表、电流表不是理想电表，表内阻对电路的影响会带来误差,2测量时读数带来误差,3在坐标纸上描点、作图带来误差,.,作图:,.,返回,.,测定电源的电动势和内阻,.,实验目的,(1)掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法.,(2)学会用U-I图线处理数据的方法.,.,实验原理,闭合电路欧姆定律,E=U+Ir,通过改变多次滑动变阻器的阻值（外电阻），测出相应的外电压（伏特表读数）、电流（安培表读数），利用解方程的办法或图象法求得电动势和内阻。,内阻太小怎么办？,.,实验数据处理,1.计算法,从而计算出：,.,实验数据处理,2.图像法,根据,E=U+Ir,U=E-Ir,I,U,A,B,电动势E,短路电流,纵坐标可以不从0开始,电源的伏安特性曲线,斜率k绝对值=r,.,误差分析,1、本实验中，存在的系统误差是由于电压表的分流引起。,测量值,真实值,2、由U-I图线可知，该实验的测量结果将导致电源的电动势E和内阻r都偏小。,.,实验初步变形,为什么实验不使用右图的电路测量？,想一想,假设是理想电表，两个电路图是一样的,对于内阻比较大的电源，使用右图,.,误差分析,1、本实验中，存在的系统误差是由于电流表的分压引起。,测量值,真实值,2、由U-I图线可知，该实验的测量结果将导致电源的内阻r偏大，但电动势E测=E真,.,测定金属的电阻率,实验：,.,1.实验目的:,练习使用螺旋测微器和游标卡尺，并会进行读数学会用伏安法测电阻阻值测定金属的电阻率,.,2.实验原理:,.,电路原理如图,.,3.实验器材,螺旋测微器，毫米刻度尺，学生电源，电流表，电压表，滑动变阻器，开关，被测金属导线，导线若干,.,4.实验步骤,（1）用螺旋测微器测金属导线直径，计算其横截面积S；（2）确定电表量程，连接电路；（3）用毫米刻度尺测出连入电路中的金属导线的长度；（4）将滑动变阻器阻值调至最大后闭合开关；（限流式时）,.,（5）改变滑片位置，读出几组相应的U、I值并计算金属导线的电阻；（6）代入测量数据计算金属导线的电阻率；（7）断开开关，拆除电路，整理器材。,.,5数据处理测量数据填入下表中：,.,(1)金属丝的长度L_cm_m.(2)金属丝的横截面积S_mm2_m2.(3)金属丝的电阻R_.,.,(4)金属丝材料的电阻率_m.,.,6.注意事项,（1）本实验中被测金属电阻阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法；（2）为减小误差，测量直径时，应在金属导线三个不同位置各测一次，求其平均值；,.,（3）测量导线长度时，应测量拉直的连入电路的有效长度，且测三次，取平均值；（4）开关闭合前滑动变阻器滑片应置于阻值最大位置；（限流式时）（5）测电阻时，电流不宜过大，通电时间不宜过长。以免金属丝温度升高，导致电阻率在实验过程中变大,.,1金属丝的横截面积是利用直径计算得到的，直径的测量是产生误差的主要原因之一.2采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小.3金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来测量误差.4金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成偶然误差.,五、误差分析,.,螺旋测微器的原理和使用：,螺旋测微器是依据螺旋放大的原理制成的，即螺杆在螺母中旋转一周，螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离.因此，沿轴线方向移动的微小距离，就能用圆周上的读数表示出来.,.,螺旋测微器上精密螺纹的螺距是0.5mm，可动刻度有50个等分刻度，可动刻度旋转一周，测微螺杆可前进或后退0.5mm，因此旋转每个小分度，相当于测微螺杆前进或后退0.5mm/50=0.01mm.可见，可动刻度每一小分度表示0.01mm，所以螺旋测微器可精确到0.01mm.由于还能再估读一位，可读到毫米的千分位，故又名千分尺.,.,图1,.,1.螺旋测微器的读数：,实际测量时，分度线不一定正好与读数基线对齐，这时还必须往下估读0.001mm.,7.038,.,可见，用螺旋测微器测量物体的长度时,以“mm”为单位，小数点后必有三位.读数时，先从固定刻度上读出大于半毫米的大数部分，再从可动刻度上读出小于半毫米的小数部分，二者之和就是被测物体的总长度.,（读数分为0.5mm以上的大数与0.5mm以下的小数而不分为整数和小数）,.,1.使用螺旋测微器时的注意事项,（1）测量时，在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用旋钮，而改用微调旋钮，避免产生过大的压力，既可使测量结果精确，又能保护螺旋测微器.（2）在读数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻度线是否已经露出.,四、注意事项,.,（3）读数时，千分位有一位估读数字，不能随便扔掉，即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐，千分位上也应读取为“0”.（4）当小砧和测微螺杆并拢时，可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合，将出现零误差，应加以修正，即在最后测长度的读数上去掉零误差的数值.,.,多用电表的原理与使用,.,.,.,欧姆表测电阻的原理:,I=,根据闭合电路欧姆定律，