第七章恒定电流1

第七章恒定电流知识网络：第1单元基本概念和定律一、.电流条件：1、导体两端有持续的电压2、有可以自由移动的电荷金属导体――自由电子电解液――正负离子气体――正负离子、自由电子方向：正电荷的定向移动的方向导体中电流由高电势流向低电势，电流在电源外部由正极流向负极二、电流强度——（I标量）——表示电流的强弱。通过导体某一截面的电量q跟通过这些电量所用时间的比值，叫电流强度，简称电流。1、定义式：tqI适用于任何电荷的定向移动形成的电流。单位：1C/s=1A1A＝mA1mA＝μA注意：在电解液导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，在用公式I＝q／t计算电流强度时应引起注意。2、电流的微观表达式已知：粒子电量q导体截面积s粒子定向移动的速率v粒子体密度（单位体积的粒子的个数）n推导：nqsvItsvtnqtqI对于金属导体有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），这个公式只适用于金属导体，千万不要到处套用。三、欧姆定律1、内容：导体中的电流强度跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比2、公式：RUI3、R电阻，1V/A＝1Ω1KΩ＝1000Ω1MΩ＝1000KΩ由决定4、适用范围：对金属导体和电解液适用，对气体的导电不适用5、电阻的伏安特性曲线：注意I-U曲线和U-I曲线的区别。还要注意：当考虑到电阻率随温度的变化时，电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。四.电阻定律——导体电阻R跟它的长度l成正比，跟横截面积S成反比。slR（1）ρ是反映材料导电性能的物理量，叫材料的（反映该材料的性质，不是每IOUOIU1212R1R2R1R2vABvt根具体的导线的性质）。单位是Ωm。（2）纯金属的电阻率，合金的电阻率。⑶材料的电阻率与温度有关系：①金属的电阻率随温度的升高而。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。②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）。③有些物质当温度接近0K时，电阻率突然减小到零——这种现象叫现象。能够发生这种现象的物体叫。注意：公式R＝IU是电阻的定义式，而R=ρSL是电阻的决定式R与U成正比或R与I成反比的说法是错误的，导体的电阻大小由长度、截面积及材料决定，一旦导体给定，即使它两端的电压U＝0，它的电阻仍然照旧存在。五.电功和电热电功就是做的功，因此是W=；由焦耳定律，电热Q=I2Rt。其微观解释是：电流通过金属导体时，自由电子在加速运动过程中频繁与正离子相碰，使离子的热运动加剧，而电子速率减小，可以认为自由电子只以某一速率定向移动，电能没有转化为电子的动能，只转化为内能。1、电功和电功率电功：电场力对运动电荷所做的功，也叫做所做的功UIpUItW适用于电路能量转化：把电能转化成其他形式的能2、电热和热功率（焦耳定律）电流通过导体时，释放的热量RIpRtIQ22适用于任何电路能量转化：电能转化为内能3、纯电阻电路（一来一去，电能全部转化成内能（电阻、灯泡、电炉、电烙铁））IRURtIUItQW24、非纯电阻电路（一来多去电能的一部分转化成热能（电动机、电解槽，电感，电容……）W＝I2Rt＋其他形式的能量5、对于电动机UI＝I2R＋机械P输入功率内耗功率输出功率总功率热功率机械功率消耗功率损失功率有用功率例：电动机，U＝220V，I＝50A，R＝0.4Ω求：①电功率p＝UI＝220×5＝11KW②热功率p＝I2R＝502×0.4＝1KW【例1】下图所列的4个图象中，最能正确地表示家庭常用的白炽电灯在不同电压下消耗的电功率P与电压平方U2之间的函数关系的是以下哪个图象AB.C.D.PU2oPU2oPU2oPU2o6、关于用电器的额定值问题额定电压是指用电器在正常工作的条件下应加的电压，在这个条件下它消耗的功率就是额定功率，流经它的电流就是它的额定电流。如果用电器在实际使用时，加在其上的实际电压不等于额定电压，它消耗的功率也不再是额定功率，在这种情况下，一般可以认为用电器的电阻与额定状态下的值是相同的，并据此来进行计算。【例2】某电动机，电压U1=10V时带不动负载，不转动，电流为I1=2A。当电压为U2=36V时能带动负载正常运转，电流为I2=1A。求这时电动机的机械功率是多大？【例3】某一直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的质量m=50kg，电源提供给电动机的电压为U=110V，不计各种摩擦，当电动机以v=0.9m/s的恒定速率向上提升重物时，电路中的电流强度I=5.0A，求电动机的线圈电阻大小（取g=10m/s2）.针对练习1.关于电阻率，下列说法中不正确的是A.电阻率是表征材料导电性能好坏的物理量，电阻率越大，其导电性能越好B.各种材料的电阻率都与温度有关，金属的电阻率随温度升高而增大C.所谓超导体，当其温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时，它的电阻率突然变为零D.某些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响，通常都用它们制作标准电阻2.如图所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab=10cm，bc=5cm，当将A与B接入电压为U的电路中时，电流强度为1A，若将C与D接入电压为U的电路中，则电流为A.4AB.2AC.21AD.41A3.如图所示，两段材料相同、长度相等、但横截面积不等的导体接在电路中，总电压为U，则.①通过两段导体的电流相等②两段导体内自由电子定向移动的平均速率不同③细导体两端的电压U1大于粗导体两端的电压U2④细导体内的电场强度大于粗导体内的电场强度A.①B.①②C.①②③D.①②③④4.一根粗细均匀的导线，两端加上电压U时，通过导线中的电流强度为I，导线中自由电子定向移动的平均速度为v，若导线均匀拉长，使其半径变为原来的21，再给它两端加上电压UA.通过导线的电流为4IB.通过导线的电流为16IC.自由电子定向移动的平均速率为4vD.自由电子定向移动的平均速率为6v5.如图所示，当滑动变阻器的滑键从最左端向右滑过2R/3时，电压表的读数由U0增大到2U0，若电源内阻不计，则下列说法中正确的A.通过变阻器R的电流增大为原来的2倍B.变阻器两端的电压减小为原来的32倍C.若R的阻值减小到零，则电压表的示数为4U0D.以上说法都正确8.如图，电源可提供U=6V的恒定电压，R0为定值电阻，某同学实验时误将一电流表（内阻忽略）并联于Rx两端，其示数为2A，当将电流表换成电压表（内阻无限大）后，示数为3V，则Rx的阻值为____Ω.第2单元串并联电路电表的改装一、串并联1、串联I1＝I2R＝R1+R2U＝U1+U22、并联I1+I2＝IU1＝U221111RRR（1）2121RRRRR(2)总电阻小于任何一个电阻（3）某一个电阻变大，总电阻变大（4）某一支路断路，总电阻变大（5）某一支路短路，总电阻为零3、分压器（1）分清负载和空载时的输出电压UCD（2）CD间接入电阻的大小和多少对输出电压的影响（3）p在中点时的输出电压UCD4、电源的串联和并联【例1】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？B【例3】图为分压器接法电路图，电源电动势为E，内阻不计，变阻器总电阻为r。闭合电键S后，负载电阻R两端的电压U随变阻器本身a、b两点间的阻值Rx变化的图线应最接近于右图中的哪条实线A.①B.②C.③D.④三、电路中有关电容器的计算。（1）电容器跟与它并联的用电器的电压相等。（2）在计算出电容器的带电量后，必须同时判定两板的极性，并标在图上。（3）在充放电时，电容器两根引线上的电流方向总是相同的，所以要根据正极板电荷变化情况来判断电流方向。（4）如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差；如果变化前后极板带电的电性改变，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。【例4】已知如图，电源内阻不计。为使电容器的带电量L1L2L1L2L1L2L1RRRL2RrRabSRxUorE①②④③R1R3R2ECABBCCCCDAB增大，可采取以下那些方法：A.增大R1B.增大R2C.增大R3D.减小R1四、电表的改装（1）电流表改装成电压表方法：串联一个分压电阻R，如图所示，若量程扩大n倍，即n＝gUU，则根据分压原理，需串联的电阻值gggRRnRUUR)1(，故量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大。（2）电流表改装成电流表方法：并联一个分流电阻R，如图所示，若量程扩大n倍，即n＝gII，则根据并联电路的分流原理，需要并联的电阻值1nRRIIRggRg，故量程扩大的倍数越高，并联电阻值越小。五、伏安法——电阻的测量电阻的测量有多种方法，主要有伏安法、欧姆表法，除此以外，还有半偏法测电阻、电桥法测电阻、等效法测电阻等等.下面主要介绍伏安法测电阻的电路选择1．伏安法测电阻的两种电路形式（如图所示）2．实验电路（电流表内外接法）的选择（1）若AxRR＞xVRR，一般选电流表的内接法。（2）若AxRR＜xVRR，一般选电流表外接法。六、滑动变阻器的使用1、滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点如图两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R0）对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图（a）电路称为限流接法，图（b）电路称为分压接法.其中，在限流电路中，通RL的电流IL=0RREL，当R0＞RL时IL主要取决于R0的变化，当R0＜RL时，IL主要取决于RL，特别是当R0RL时，无论怎样改变R0的大小，也不会使IL有较大变化.在分压电路中，不论R0的大小如何，调节滑动触头P的位置，都可以使IL有明显的变化.2、滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法（1）下列三种情况必须选用分压式接法①要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法.②当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压接法③若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过RL的额定值时，只能采用分压接法.（2）下列情况可选用限流式接法①测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且RL与R0接近或RL略小于R0，采用限流式接法.②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法.③没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法.【例9】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5Ω，额定功率为1W）；电流表A1（量程0~0.6A，内阻0.2Ω）；电流表A2（量程0~3A，内阻0.05Ω）；电压表V1（量程0~3V，内阻3kΩ）；电压表V2（量程0~15V，内阻15kΩ）；滑动变阻器R0（0~50Ω），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.【例10】某电流表的内阻在0.1Ω～0.2Ω之间，现要测量其内阻，可选用的器材如下：A．待测电流表A1（量程0.6A）；B．电压表V1（量程3V，内阻约2kΩ）C．电压表V2（量程15V，内阻约10kΩ）；D．滑动变阻器R1（最大电阻10Ω）E．定值电阻R2（阻值5Ω）F．电源E（电动势4V）G．电键S及导线若干（1）电压表应选用_____________；（2）画出实验电路图；（3）如测得电压表读数V，电流表读数I，则电流表A1内阻表达式为：RA=____。七、针对训练1．电阻R1与R2并联在电路中，通过R1与R2的电流之比为1∶2，则当R1与R2串联后接入电