《恒定电流复习》PPT课件.ppt

恒定电流复习,（一）部分电路欧姆定律,1、电流,（1）电流的形成：电荷的定向移动。导体中存在持续电流的条件：一是要有可自由移动的电荷；二是保持导体两端的电势差（如电源）,（2）电流强度：电流强度是表示电流强弱的物理量。定义：I=q/t,微观表达式：I=nqvS（n为单位体积内的自由电子个数，S为导线的横截面积，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/s），这个公式只适用于金属导体，千万不要到处套用。,（3）电流的方向：规定正电荷的移动方向为电流方向。在外（内）电路电流从电源的正（负）极流向负（正）极。,2.电阻定律,(1)电阻:导体对电流的阻碍作用,表达式为R=U/I,(2)电阻定律内容:导体的电阻R跟它的长度l成正比，跟它的横截面积S成反比。公式：R=,体积V不变时：,是比例常数，它与导体的材料有关，是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率。,A、金属的电阻率随温度的升高而增大（可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧，对自由电子的定向移动的阻碍增大。）铂较明显，可用于做温度计；锰铜、镍铜的电阻率几乎不随温度而变，可用于做标准电阻。B、半导体的电阻率随温度的升高而减小（可以理解为半导体靠自由电子和空穴导电，温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大，导电能力提高）。C、有些物质当温度接近0K时，电阻率突然减小到零这种现象叫超导现象。能够发生超导现象的物体叫超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度TC。我国科学家在1989年把TC提高到130K。现在科学家们正努力做到室温超导。,是反映材料导电性能的物理量，叫材料的电阻率（反映该材料的性质，不是每根具体的导线的性质）。单位是m。纯金属的电阻率小，合金的电阻率大。材料的电阻率与温度有关系：,电阻率,3、部分电路欧姆定律,（1）公式：,（2）适用范围：适用于金属导体和电解液，不适用于气体导电；只适用于纯电阻电路，不适用于非纯电阻电路。,（3）电阻的伏安特性曲线：注意I-U曲线和U-I曲线的区别。,U,I,I,U,1,2,1,2,o,o,R1R2R1Q，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。,（2）电功率和电热功率,电功率：P=W/t=UI（适用于求一切电路的电功率）,电热功率：P热=I2R（适用于求一切电路的电热功率）,电功率和电热功率的关系：,对纯电阻而言，电功率等于电热功率：P热=P=UI=I2R=,对非纯电阻电路（如电动机和电解槽）,PP热,（3）额定功率与实际功率,只要电流、电压和功率有一个量达到额定值，三者都达到额定值,若用电器正常工作隐含各量达到额定值,例2.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热=I2R=5W所以机械功率P=31W,5、串、并联电路的特点和性质,注意：无论电路如何联接，对一段电路来说，其总功率等于各部分功率之和。即：P=P1+P2+Pn,串并联电路电阻关系,1.串联电路:,2.并联电路:,RRn,Rn增大R增大,(2)n个相同的电阻R并联R总R/n,(3)RRn,(4)Rn增大R增大,(1)R1和R2并联后R=R1R2/(R1+R2),不管电路连接方式如何，只要有一个电阻增大，总电阻就增大,3、混联电路,例4.已知如图，R1=6，R2=3，R3=4，则接入电路后这三只电阻的实际功率之比为_,R1,R2,R3,解：本题解法很多，注意灵活、巧妙。经过观察发现三只电阻的电流关系最简单：电流之比是I1I2I3=123；还可以发现左面两只电阻并联后总阻值为2，因此电压之比是U1U2U3=112；在此基础上利用P=UI，得P1P2P3=126,例6.已知如图，两只灯泡L1、L2分别标有“110V，60W”和“110V，100W”，另外有一只滑动变阻器R，将它们连接后接入220V的电路中，要求两灯泡都正常发光，并使整个电路消耗的总功率最小，应使用下面哪个电路？,L1L2L1L2L1L2L1,RRRL2,ABCD,答案：B,二、闭合电路欧姆定律,（一）电源电动势,1、电源是把其他形式的能转化为电能的装置,2、电动势E是描述电源将其他形式的能转化成电能的本领的物理量，是反映非静电力做功的特性。电动势在数值上等于电路中通过1库仑电量时电源所提供的电能。,注意：E是由电源本身所决定的，跟外电路的情况无关。E=U内+U外E=U（开路）,（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,表达形式：,例1、如图，1=14,2=9,当开关处于位置1时,电流表读数I1=0.2A；当开关处于位置2时,电流表读数I2=0.3A,求电源的电动势E和内电阻r。,E=3Vr=1,2、路端电压U与I、R的关系,（1）由U=E-IrI=0，开路，U=E；U=0时，I=E/r最大，短路,U,I,E,I短,0,（2）由=E/（1+r/R)R=0时，U=0，当R=无穷大时，U=E,U,R,0,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，内阻越大，图线倾斜得越厉害,在纵轴上的截距表示电源的电动势E,电源的外特性曲线路端电压U随电流I变化的图象,例2、有两节电池，它们的电动势分别为E1和E2，内阻分别为r1和r2，将它们分别连成闭合电路，其外电路的电流I和路端电压U的关系如图所示，可以判定（）A.图像交点所示状态，两电路的外电阻相等B.E1E2，r1r2C.图像交点所示状态，两电路的电阻相等D.E1E2，r1r2,AB,3、电源的功率和效率,功率：电源的功率（电源的总功率）PE=EI电源的输出功率P出=UI=I2R电源内部消耗的功率Pr=I2r,电源的效率：（最后一个等号只适用于纯电阻）,电源的输出功率，可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示，而当内外电阻相等时，即R=r时，电源的输出功率最大，为:,P出,R,r,0,Pm,由可知，最大输出功率与外电路无关，只由电源本身性质决定（由E、r决定）,（3）输出功最大时，效率不是最大。当R=r时，输出功率最大，但效率只有50%,如图所示,图线a是某一蓄电池组的伏安特性曲线,图线b是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线.若已知该蓄电池组的内阻为2.0,则这只定值电阻的阻值为_.现有4只这种规格的定值电阻,可任意选取其中的若干只进行组合,作为该蓄电池组的外电路,则所组成的这些外电路中,输出功率最大时是_W,6,50,已知如图，E=6V，r=4，R1=2，R2的变化范围是010。求：电源的最大输出功率；R1上消耗的最大功率；R2上消耗的最大功率。,把R1也看成电源的一部分,等效电源的内阻为6,所以,当R2=6时,R2上消耗的功率最大为1.5W,R2=2时,外电阻等于内电阻,电源输出功率最大为2.25W,R1是定值电阻,电流越大功率越大,所以R2=0时R1上消耗的功率最大为2W,三、闭合电路欧姆定律应用:,闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。讨论思路:,(1)判断动态源及动态源总电阻的变化,判断全电路总电阻的变化情况(2)判断闭合电路干路电流的变化情况(3)依据U=E-Ir,判断外电路电压(路端电压)的变化情况(4)依据分压、分流原理判断动态部分的物理量的变化,1、电路的动态分析问题：,例5、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,2、电路故障分析,1、断路（1）特点：电流为零，断点的同侧无电势差，若只有一个断点，断点的两端有电势差（2）影响：电路中的总电阻增大，干路上的电流减小，与其并联的用电器两端的电压增大2、短路（1）特点：被短路的用电器两端无电压，用电器无电流流过（2）影响：电路中总电阻减小，干路电流增大，被短路用电器不工作，与其串联的用电器两端电压增大,电路故障判断,1、如果被测量部分电路两点的电压为零,这部分电路短路,这部分以外电路某处有断路,2、如果被测量部分电路两点的电压等于整个电路的总电压,这部分电路某处有断路,这部分以外电路被短路,例题8、将滑动变阻器接成分压电路，由于电路有一处出现故障，致使输出电压Up不能随滑动键P的位置而改变不论P如何滑动，Up始终等于0V，故障原因不可能是A导线EF段有断开处B导线AB段有断开处C滑动键P与电阻R接触不通D导线BC段有断开处,不论P如何滑动，Up始终等于输入电压U0，则故障原因可能是A电源与导线端F接触不良B滑动键P与电阻R接触不通CBC段导线有断开处D滑动变阻器R的电阻丝有断开处,例8、如图所示的电路中，闭合电键k后，灯a和b都正常发光，后来由于某种故障使灯b突然变亮，电压表读数增加，由此推断这故障可能是（）Aa灯灯丝烧断B电阻R2断C电阻R2短路D电容被击穿短路,B,3、含电容器电路的分析,处理含电容器电路的一般规律：1、电容器在直流电路中是断路的，分析电路结构时可从电路中删去2、电容器两极间的电压等于与它并联的电路两端的电压。3、与电容器串联支路中的电阻无电流，与电容器串联支路中的电阻两端无电压，充当导线的作用.4、当电路发生变化时，电容器两极板间的电压发生变化，其所带电量也将发生相应的变化，即电容器会发生充、放电现象。,例、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,如图所示，,电池内阻忽略。,（1）闭合开关S，求稳定后通过R1的电流；（2）求断开S后流过R1的总电量。,解析:,开关闭合,R1、R2串联，电容器并联在R2两端。,开关断开，稳定后电路中无电流。,电容器通过R1直接与电源连接，两板间电势差等于电源的输出电压。,S断开后，Uc=E=10V,电容器充电，增加的电量由R1流过。,已知如图,电源内阻不计.为使电容器的带电量增大,可采取以下那些方法()A.增大R1B.增大R2C.增大R3D.减小R1,BD,如图所示,电容器C1=6F,C2=3F,电阻R1=6,R2=3,当电键K断开时,A、B两点间的电压UAB=?当K闭合时,电容器C1的电量改变了多少(设电压U=18V)?,C1带电量减少了3.6105C,UAB=18V,10、电容器C1、C2和可变电阻器R1、R2以及电源E连接成如图所示的电路.当R1的滑动触头在图示位置时,C1、C2的电量相等.要使C1的电量大于C2的电量,应A、增大R2B、减小R2C、将R1的滑动触头向A端移动D、将R1的滑动触头向B端移动,D,例7如图所示的电路中，已知电容C1=C2，电阻R1R2，电源内阻可忽略不计，当开关S接通时，以下说法中正确的有（）A、C1的电量增多，C2的电量减少B、C1的电量减少，C2的电量增多C、C1、C2的电量都增多D、C1、C2的电量都减少,D,2.三个主要参数,内阻:电流计内阻Rg,量程：满偏电流Ig,满偏电压Ug,3.电路图符号：,八、电表改装（表头）,1、作用：,测量微小电流和电压,3.电表的改装,若量程扩大n倍,即n=,根据分压原理，需串联的电阻值,故量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大,电压表：,在表头串联一个阻值较大的电阻,电压表：,在表头串联一个阻值较大的电阻,例1:有一个电流表G，内阻Rg=10，满偏电流Ig=3mA。要把它改装为量程为03V的电压表，要串联多大的电阻？改装后的电压表内阻多大？,R=990Rv=1000,电流表：,在表头上并联一个阻值较小的电阻,例2.有一个电流表G，内阻Rg=25，满偏电流Ig=3mA。要把把它改装为量程为00.6A的电流表，要并联多大的电阻？改装后的电流表内阻多大？,R=0.126RA=0.125,如图所示,四个相同的电流表分别改装成两个安培表和两个伏特表.安培表A1的量程大于A2的量程,伏特表V1的量程大于V2的量程,把它们按图接入电路,则安培表A1的读数安培表A2的读数;安培表A1的偏转角安培表A2的偏转角;伏特表V1的读数伏特表V2的读数;伏特表V1的偏转角伏特表V2的偏转角;（填“大于”，“小于”或“等于”）,大于,大于,等于,等于,如图,电源的电动势E=1.5V,内阻r=0.5,电流表满偏电流Ig=10mA,电流表电阻7.5,A、B为接线柱.(3)如果把任意电阻R接在A、B间,电流表读数I与R的值有什么关系?,电阻R,九、欧姆表,1.电路结构:,2.表头刻度盘:,问题1：相对于其他电表欧姆表的表头有什么特点？,1、零刻度在右边，左边为无限大,2、刻度不均匀，左边密、右边稀疏,九、欧姆表的使用,使用步骤：,1、多用表旋到欧姆挡，选择合适的量程（指针在刻度中间的含义）2、欧姆档调零（表笔短接调零）3、测量。（电流从黑表笔流出，红表笔流进）4、读数。（需记得乘上倍率）5、旋在OFF档或高压交流档,电学实验中仪表的选择,、电学实验的原则：安全、可行、方便,1、安全：实验时，必须保证实验电路各个电学器件的安全（包括电流表、电压表、被测用电器、电源等）、可行：所选择的仪器能使实验正常进行。、方便：所选择的仪器在调节时比较容易控制被测量的物理量的变化，即是要被测量的物理量的变化比较平缓。,二、选择内容：、滑动变阻器的选择（一）量程的选择：在满足实验要求的条件下，要选用阻值比较小的变阻器，因为阻值越小，电阻的变化越平缓，不致使测量电路中的电流或电压变化非常突然，调节方便。（二）在电路中连接方式的选择：滑动变阻器在电路中的连接方式包括分压和限流。,、限流连接方式1）一般情况或没有特别说明的情况下，由于限流电路能耗较小，结构连接简单，应优先考虑限流连接方式2）R变10RX或R变RX或R变RX，要选用限流连接方式3）闭合开关S前P在b端,电压可调范围:,（）分压连接方式1)R变10RX或R变10RX2)要求测量电路的电压从零开始或要求测多组数据。3)实验所提供的电压表、电流表的量程或电阻元件允许最大电流较小，采用限流接法时，无论怎样调节，电路中的实际电流均超过所允许的最大电流，在这种情况下，必须采用分压接法。4)闭合开关S前P在a端。,电压可调范围:,、电压表和电流表的选择。(一）量程的选择：1）如果题目中给出被测用电器的额定功率（即隐含给出被测用电器的额定电压和额定电流），这种情况要从保护被测用电器的角度出发，用电流表或电压表的示数来控制用电器中的电流或其两端的电压。2）如果题目中没有给出被测用电器的额定功率，则要从保护电流表和电压表的角度出发，要求测量的电流或电压的最大值不能超过电流表或电压表的量程。3）在电流表和电压表的量程大于测量值的前提条件下，量程越接近测量值越好！,内接法,外接法,R测,结论：测量结果偏小,用来测较小的电阻好。,（二）电流表内接和外接的选择,外接法,内接法,大电阻应该用内接法，测量结果偏大（大内大）小电阻应该用外接法，测量结果偏小（小外小）,大电阻-一百多欧（或以上）小电阻-几欧（或以下）,大内高手,用外接法,用内接法,设电压表连接在P、M两点时，电路中两表读数分别为IM、UM而电压表连接在P、N两点时，电路中的两表读数分别为IN、UN，I=|IN-IM|，U=|UN-UM|1）I/IMU/UM，说明接P、M点时的电压表分流大于接P、N点时的电流表分压所产生的误差，应采用内接法即P、N接法。2）I/IMU/UM，说明接P、M点时的电压表分流小于接P、N点时的电流表分压所产生的误差，应采用外接法即P、M接法。,如果X、RA、RV的大小事先未知，可用试触法确定电流表的内外接法，如图：,用外接法,用内接法,三、选择顺序：先选电压表、电流表、滑动变阻器的量程，后选连接方式。,A直流10V挡B直流0.5A挡C直流2.5V挡D欧姆挡,在如图所示电路的三根导线中,有一根是断的,电源、电阻器R1、R2及另外两根导线都是好的,为了查出断导线,某学生想先将万用表的红表笔连接在电源的正极a,再将黑表笔分别连电阻器R1的b端和R2的c端,并观察万用表指针的示数,在下列选档中,符合操作规程的是(),A,【例3】如图所示电路中，电压表和电流表的读数分别为10V和0.1A，已知电流表的内阻RA为0.2。那么待测电阻的测量值比真实值，真实值为。,.用伏安法测电阻时,若不知RX的大概值,为了选择正确的电路以减小误差,可以用图示的方法判断,().A.若电流表的示数有显著变化,S应接aB.若电流表的示数有显著变化,S应接bC.若电压表的示数有显著变化,S应接aD.若电压表的示数有显著变化,S应接b,伏安法测小灯泡电阻,限流式外接法：,分压式内接法：,限流和分压的主要区别：电压调节范围不一样。,误差来源：,外接：电压表的分流,内接：电流表的分压,用伏安法测量某一电阻Rx阻值,现有实验器材如下：待测电阻Rx(阻值约5,额定功率为1W);电流表A1(量程00.6A,内阻0.2);电流表A2(量程03A,内阻0.05);电压表V1(量程03V,内阻3k);电压表V2(量程015V,内阻15k);滑动变阻器R0(0100),蓄电池(电动势为6V)、开关、导线.为了较准确测量Rx阻值,电压表、电流表应选_,并画出实验电路图.,A1,V1,A、R1短路B、R2短路C、R3短路D、R1断路,A,电路故障分析题