物理课件 单元十一 恒定电路

物理单元十一

恒定电路电流的形成

电荷定向移动形成电流。首先要有自由移动的电荷──自由电荷。其次导体两端必须有电势差。电源是能够完成这种工作的装置。电流的方向

把正电荷定向移动的方向规定为电流方向。在电场力作用下，正电荷总是从高电势向低电势运动。所以，导体中电流的方向总是从高电势流向低电势，因此，当导体中通过电流时，导体两端的电势差又称为电势降。

模块一电流电流的大小通过导体横截面的电荷量与通过这些电荷量所用时间的比值称为电流(electriccurrent)，用I表示。则有在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A，常用的单位还有毫安(mA)和微安(μA)，它们的关系为其强弱和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。模块一电流电阻反映导体对电流阻碍作用的物理量称为电阻(resistance)，用R表示。在国际单位制中电阻单位是欧姆，简称欧，符号是Ω。常用的还有：千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)。它们的换算关系是模块二电阻定律电阻定律由同一材料制成的粗细均匀的一段导体，在一定温度下，它的电阻R与它的长度L成正比，与它的横截面积S成反比。这称为电阻定律，可表示为式中的比例系数ρ称为电阻率(resistivity)。单位是欧姆米(Ω·m)。ρ的大小由导体的材料和温度决定。我们把ρ＜10-6Ω·m的物体称为导体(conductor)，如金属、酸、碱、盐类的水溶液；把ρ＞105Ω·m的物体称为绝缘体(电介质)，如陶瓷、蒸馏水、电离的气体等；把10-6Ω·m＜ρ＜105Ω·m的物体称为半导体(semiconductor)，如硅、锗等。模块二电阻定律我们在中学已学过的部分电路欧姆定律(Ohm’slaw)是：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，即对于超导现象和气体导电现象，欧姆定律就不适用，因为这种情况下电阻不是常量。

导体电阻不变时，电流与电压的正比关系可用图表示。这种图像称为伏安特性曲线，它是通过原点的一条直线，直线的斜率表示电阻的倒数。模块三部分电路欧姆定律例10-1一个电阻两端的电压是50mV时，测得电流为10mA，当其两端电压为10V时，流过这个电阻的电流是多大？

解R==0．05/0．01=5Ω

模块三部分电路欧姆定律电阻的串联

把若干个电阻一个接一个不分支地连接起来，使电流只有一条通路，这样的连接方式称为电阻的串联(series)，如图所示。

1.串联电路的性质

(1)串联电路中通过各电阻的电流相等，即2)串联电路中的总电压等于各电阻两端电压之和，即3)串联电路的总电阻等于各串联电阻之和，即模块四电阻的联接2.分压作用

电路的总电压分配给了各串联电阻，它们分到的电压分别是串联电路的这种作用称为分压作用。串联电路中各电阻上的电压与它的电阻成正比，电阻越大，分到的电压就越大。模块四电阻的联接例10-2一个量程为3V的电压表，电阻为3kΩ，要把量程扩大为50V，需要如何改装？

模块四电阻的联接

电阻的并联

几个电阻一端连接在一起,而另一端也连接在一起,使电路有两个连接点和多个通路,这样的连接称为电阻并联(parallel)。

1.并联电路的性质

(1)并联电路中各支路两端的电压都相等，即(2)并联电路中总电流等于各支路电流的和，即(3)并联电路中总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数和，即模块四电阻的联接2.分流作用

并联电路的总电流分配给了各支路电阻,它们得到的电流分别是并联电路的这种作用，称为分流作用。

并联电路中支路的电流与该支路的电阻成反比，电阻大的支路分得的电流小，电阻小的支路分得的电流大。模块四电阻的联接例10-3有一个量程为100mA，电阻为0.20Ω的毫安表头，如何改装能使量程扩大为500mA。

模块四电阻的联接

电阻的混联实际电路中，往往既有串联又有并联，这种电路称为混联电路。所谓节点是指三条以上支路的交点。用节点排列法简化电路的步骤如下：

(1)明确简化的两个端点，把端点与节点用字母标出来，对电势相同的节点标一个字母。

(2)设想两端分别接入电源的正、负极。

(3)按电势由高到低的顺序，把端点、节点依次排列在一条直线上。

(4)将各电阻对号入座。模块四电阻的联接例10- 4如图10-8a所示，电路中R1为6Ω，R2、R3、R4均为12Ω，求a,b两端之间的等效电阻Rab。若Uab为24V，求电路中各支路的电流及ac间的电压。

②各支路的电流I1、I2、I3、I4及Uac。模块四电阻的联接电桥模块四电阻的联接电功

能量的转换依靠做功来实现，因此，可用功来量度电能。在电路中，电场力的功通常称为电流的功，简称电功。在国际单位制中，电功的单位是焦耳，符号是J。

模块五电功

电功率电功率电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值，称为电功率(electricpower)，用P表示。

即在国际单位制中，电功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是Ｗ。

用电器上都标有正常工作时的最大电压和最大功率数值，这些数值分别称为用电器的额定电压和额定功率。在生产和生活中，还采用千瓦小时(kW·h)作为计算用电器消耗电能的单位，俗称１度电，即功率为1千瓦的用电器正常工作１小时所消耗的电能。模块五电功

电功率

焦耳定律电流通过导体所产生的热量，跟电流的二次方，导体的电阻和通电时间成正比，这就是我们中学学过的焦耳定律(Joule’slaw)。如果电流的单位用安培，电阻的单位用欧姆，时间的单位用秒，热量的单位用焦耳，焦耳定律可用下式表达，即

于由白炽灯、电炉等纯电阻元件组成的电路来说，由于这时电路两端的电压U＝ＩR，因此，，可见，电流所做的功跟产生的热量是相等的。这时电能全部转化成热能，即Ｗ＝Ｑ，电流做功的公式可写成模块五电功

电功率例10-5已知直流电动机的内阻为1.0Ω,在110V电压下工作,通过的电流为5.0A,求:(１)电动机消耗的功率P0；(２)电动机消耗的热功率PQ；(３)电动机工作1小时消耗的电能W0，电能转换成的机械能W及消耗的热能WQ。

模块五电功

电功率电源把其他形式的能转化为电能的装置称为电源，它起着维持电路两端有一定电压的作用.电源外部的电路称为外电路，电源内部的电路称为内电路。当有电流通过时，电源内部对电流也有阻碍作用，称为电源的内电阻。

电源的种类很多，不同类型的电源，形成非静电力的原因不同，在化学电池(如干电池、蓄电池)中非静电力来源于化学力，在普通发动机中的非静电力来自于电磁感应的作用。

模块六电源

电动势电动势内部移到正极时，非静电力所做的功W和移动的电荷量q的比值称为电源的电动势(electromotiveforce)，用ε表示，则：电动势在数值上等于把单位正电荷由负极经电源内部移到正极时,非静电力所做的功。W、q的单位分别是焦耳、库仑，ε的单位是伏特。

电动势是标量，但它和电流一样规定有方向。规定由电源负极经电源内部到电源正极方向为电动势的方向，电源电动势方向与电源内部的电流方向是一致的。模块六电源

电动势全电路欧姆定律包含电源在内的闭合电路称为全电路(closedcircuit)。全电路由内电路和外电路组成，如图所示。外电路上的总电阻称为外电阻，用R表示；内电路的电阻称为内电阻，用r表示。上式表明:闭合电路中的电流,跟电源的电动势成正比,跟全电路的电阻成反比，这一规律称为全电路欧姆定律。模块七全电路欧姆定律例10-6如图10-14所示，电阻R1=14.0Ω，电阻R2=9.0Ω，当单刀双掷开关S拨到位置1时，电流表读数为0.20A；当开关S拔到位置2时，电流表的读数为0.30A，求电源电动势和内阻。

模块七全电路欧姆定律路端电压

外电路两端的电压通常称为路端电压，用U表示。用电器(又称负载)是接在外电路中的，所以，路端电压也就是电源提供给负载上的电压，即U=IR，根据全电路欧姆定律可得式中，Ir是电源内部的电压降。

负载电阻变化关系的实验下面讨论两种特殊情况:

(1)当外电路断开，即开路时，R→∞，I=0，则U=ε，所以，开路时的路端电压等于电源的电动势。(2)当R=0，即外电路短路时，I=εr,U=0，由于一般电源内阻都很小，因此，短路时电流很大，可能将电源烧毁，因此，要尽量使电路不要出现短路状态，电路中的熔丝就是起这种作用的。

模块七全电路欧姆定律

电源向负载输出的功率式中，Iε是电源的总功率，IU是电源向负载输出的功率，I2r是内电路上消耗的功率，式(10-17)表明：电源总功率减去电源自身消耗的功率余下的就是电源的输出功率。模块七全电路欧姆定律例10-7已知电源的电动势是1.5V，内阻是0.2Ω，外电路的电阻为2.8Ω，求：(1)电路中的电流和路端电压各是多少？(2)电源的输出功率是多少？

模块七全电路欧姆定律串联电池组把第一个电池的负极和第二个电池的正极相连接，再把第二个电池的负极和第三个电池的正极相连接，像这样依次连接起来，就组成了串联电池组，第一个电池的正极和最后一个电池的负极，分别是串联电池组的正极和负极，如图所示。

电池组供电，但用电器的额定电流要小于单个电池允许通过的最大电