10第十章 恒定电流

决胜高考·物理166第十章恒定电流考点43欧姆定律电阻定律半导体和超导体△考纲要求△欧姆定律、电阻定律属于Ⅱ类要求，半导体和超导体属于Ⅰ类要求.☆考点透视☆一、电流1.电流的形成⑴电流的形成：电荷的定向移动形成电流(注意它和热运动的区别).⑵形成电流的三种电荷分别是自由电子、正离子和负离子，其中金属导体导电中定向移动的电荷是自由电子，液体导电中定向移动的电荷有正离子和负离子，气体导电中定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子.⑶形成电流的条件：⑴存在自由电荷；⑵存在电势差(或说导体两端存在电势差).⑷电流的分类：方向不改变的电流叫直流电，方向和大小都不改变的电流叫恒定电流，方向改变的电流叫交变电流.2.电流强度：⑴定义：把单位时间内通过导体某截面的电荷量叫该导体上的电流强度.⑵国际单位：安培(A)⑶公式：tqI⑷金属导体中电流的微观表达式：I=neSv其中n为导体单位体积中的自由电子数，e为电子电荷量.s为导体截面积.v为电子定向移动的平均速率.注意它不是电流的传导速率，电流的传导速率是光速.而定向移动的速率数量级是10-5m／s.如果n为导体单位长度内的自由电子数，则I=nev，应用时注意n的含义.(5)电流的定义式中，如果是正、负离子同时定向移动，q应为正负离子的电荷量和.(6)I有大小、方向，但属于标量.二、电阻定律1.电阻导体对电流的阻碍作用就叫电阻，数值上：IUR2.电阻定律内容：导体的电阻与导体的长度成正比，与横截面积成反比，还与导体的材料有关系。公式：SlR，式中的ρ为材料的电阻率，由导体的材料和温度决定.纯金属的电阻率随温度的升高而增大，某些半导体材料的电阻率随温度的升高而迅速减小，某些合金的电阻率几乎不随温度的变化而变化.3.半导体导电性能介于导体和绝缘体之间，如锗、硅、砷化镓等。半导体的特性：光敏特性、热敏特性和掺杂特性，可以分别用于制光敏电阻、热敏电阻及晶体管等.4.超导体有些物体在温度降低到绝对零度附近时，电阻会突然减小到无法测量的程度，这种现象叫超导现象，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做转变温度TC.三、欧姆定律⑴内容：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比.⑵公式：RUI.公式中U、R和I三者的对应关系，即它们必须是同一段电路中的三个物理量，不能搞混.(3)用图像表示：在I-U图像中，是过原点的一条直线，直线的斜率RUIk1.在U-I图像中，也是过原点的一条直线，直线的斜率RIUk.⑷适用条件：适用于金属导电和电解液导电.对气体电离后导电和晶体二极管、晶体三极管导电不适用.四、串、并联电路的特点及其性质：1.串联电路的特点：①电流nIIII21②电压n21UUUU③电阻n21RRRR④电压分配2121RRUU,RRUUnn⑤功率分配2121RRPP,RRPPnn2.并联电路的特点：①电流n21IIII②电压nUUUU21③电阻n211111RRRR④电流分配1221RRII,11RRII⑤功率分配1221RRPP11RRPP●难点释疑●1.应用欧姆定律须注意对应性。选定研究对象电阻R后，I必须是通过这只电阻R的电流，U必须是这只电阻R两端的电压。该公式只能直接用于纯电阻电路，不能直接用于含有电动机、电解槽等用电器的电路。2.公式选取的灵活性。⑴计算电流，除了用RUI外，还经常用并联电路总电流和分电流的关系：I=I1+I2⑵计算电压，除了用U=IR外，还经常用串联电路总电压和分电压的关系：U=U1+U2◎命题趋势◎欧姆定律、焦耳定律往往与电磁感应现象相交叉渗透；电功率、焦耳热计算往往与现实生活联系较密切，是应用型、能第十章恒定电流167力型题目的重要内容之一，也是高考命题热点内容之一.历届高考命题形式一是以选择、填空方式考查知识；二是与静电、磁场和电磁感应结合的综合题，值得说明的是，近年来高考在对本章的考查中，似乎更热衷于电路的故障分析.这类题通常都来自生活实际，是学生应具备的基本技能.尤其引人关注的是电路实验有成为必考题的趋势.※典型例析※【例1】如图A-10-43-1所示，在NaCI溶液中，正、负电荷定向移动，方向如右图所示，若测得2s内有1.0×1018个Na+和Cl—通过溶液内部的横截面M，试问：溶液中的电流方向如何?电流多大?【解析】NaCI溶液导电是靠自由移动的Na+和Cl—，它们在电场力作用下向相反方向运动.因为电流方向规定为正电荷定向移动的方向，故溶液中电流方向与Na+离子定向移动方向相同.即由A指向BNa+和Cl—都是一价离子，每个离子的电荷量为le=1.6×10-19C，NaCl溶液导电时，Na+由A向B定向移动，Cl—由B向A运动，负离子的运动可以等效地看做正离子沿相反方向的运动，可见，每秒钟通过M横截面的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和，则有AAtqqtqI16.02106.1100.1106.1100.11918191821＝方向由A指向B【例题2】有四盏灯，接入如图A-10-43-2所示的电路中，1L和2L都标有“220V、100W”字样，3L和4L都标有“220V、40W'’字样，把电路接通后，最暗的灯将是(设各电灯电阻不随温度而改变)A.1LB.2LC.3LD.4L【解析】解法一：每盏白炽灯均为纯电阻电路，由P=U2R得1L、2L、3L、4L的电阻分别为：484100220221RR121040220243RR.1L与4L串联，由RIP2可知1L功率较小，亮度较小，2L与3L并联，由RUP2得知，3L的耗电功率较小，亮度较小.设流过电灯1L的电流为I，流过2L和3L的电流分别为1I和2I.则由并联电路的分流原理可得：2548412102321RRII所以II722，则3L的耗电功率为2232234948401210)72(IIRIP而1L灯的耗电功率为：2121484IRIP所以P3Pl，即3L灯最暗.解法二：由额定电压和额定功率可知1R＝2R＜3R＝4R，又2R、3R的并联电阻并R＜2R＜3R，所以有4R＞1R＞并R，由串联电路的功率分配原理得：并RRRPPPP::)(::143214①而由并联电路的特点可得：2332321:1:RRRRPP②由以上两式可得4l23PPPP，即3L灯最暗.【例3】一根粗细均匀的导线，两端加上电压U时，通过导线的电流为I，导线中自由电子定向移动的平均速率为v，若将导线均匀拉长，使它的横截面半径变为原来的1/2，再给它两端加上电压U，则()A.通过导线的电流为I/4B.通过导线的电流为I/16C.导线中自由电子定向移动的速率为v/4D.导线中自由电子定向移动的速率为v/2。【解析】导线被拉长后，其横截面积变小，变为原来的1/4，其电阻增大为原来的16倍，加相同的电压U，电流会减为原来的1/16，B答案正确·又根据l=neSv，导线被拉长后，n、e不变，I变为1/16，S变为1/4.故V变为1/4，C答案正确.故选BC.【例4】AB两地间铺有通讯电缆，长为L，它是由两条并在一起彼此绝缘的均匀导线组成的，通常称为双线电缆，在一次事故中经检查断定是电缆上某处的绝缘保护层损坏，导致两导线之间漏电，相当于该处电缆的两导线之间接了一个电阻，检查人员经过下面的测量可以确定损坏处的位置：⑴令B端的双线断开，在A处测出双线两端间的电阻RA；⑵令A端的双线断开，在B处测出双线两端的电阻RB；⑶在A端的双线间加一已知电压UA，在B端用内阻很大的电压表测出两线间的电压UB.试由以上测量结果确定损坏处的位置，【解析】设双线电缆每单位长度的电阻为r，漏电处电阻为R，漏电处距A为x，题设测量过程可用如图A-10-43-3电路表示，则AA/间电阻RrxRA；BB/间电阻RxLrRB_)(.当AA/间加电压AU时，在BB/间用内阻很大的电压表测出的电压BU等于R两端电压(电缆上近似看作无电流无电势降落)，根据欧姆定律得RURrxUBA，联立解得LURURUURxBAABBAA2)(【例5】有一种电阻叫做“压敏电阻”，它是以氧化锌为主要材料，掺入少量的氧化铋、氧化锑、氧化钴等经烧结制成，其伏安特性图线如图A-10-43-4所示，它经常被用于家用电器的保护电路.图A-10-43-5是某影碟机(VCD)的电源电路的一部分，CT表示电源插头，S是电源开关，BX是保险丝，B是变压器，R是压敏电阻，试通过伏安特性图线说明压敏电阻对变压器的保护作用.图A-10-43-1图A-10-43-3图A-10-43-4图A-10-43-2决胜高考·物理168【解析】从图线上看，无论加正向电压还是反向电压，当电压低于250V时，电阻上流过的电流几乎是零。即电阻可看作无限大，压敏电阻R对电路无任何影响.当电源电压突然升高，高于250V时(250V以上的电压会威胁变压器的安全)，流过该电阻的电流会迅速增大，电阻几乎是零，使得a、c两点短路，这时保险丝立即熔断，电源被切断，保护了变压器的安全，正是压敏电阻这一独特的性质，使它在用电器的保护电路里获得了广泛的应用.【例6】如图A-10-43-6所示的两种电路中，电源相同，各电阻器阻值相等，各电流表的内阻相等且不可忽略不计，电流表A1、A2、A3和A4读出的电流值分别为I1、I2、I3、I4。下列关系式中正确的是A.I1＝I3B.I1I4C.I2＝2I1D.I2I3＋I4【解析】设各表内阻均为r，在电路中总电阻R左＝rrRRrR2)(，右电路中总电阻值R右＝2rR，又R左-R右＝0)2(2)3(rRrRr，即R左R右，由欧姆定律可知，左面电路中的总电流I左小于右边电路中的总电流I右，于是有I2I3+I4在，而I3＝I4。∴I1I3＝I4，且I22I1，综合上述得B、D正确。◇考点巩固◇1.下列电子元器件，由半导体材料制成的是()A.电容器B.镇流器C.晶体管D.滑动变阻器2.超导材料电阻降为零的温度称为临界温度，1987年我国科学家制成了临界温度为90K的高温超导材料.⑴上述临界温度对应的摄氏温度为()A.100℃B.-100℃C.-183℃D.183℃⑵利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电，现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4Ω，它提供给电用器的电功率为40kW，电压为800V，如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为()A.1kWB.1.6×103kWC.1.6kWD.10kW3.北京正负电子对撞机的储存环是长240m的近似圆形轨道，当环中的电流强度为10mA时，若电子的速率为十分之一光速，则在整个环中运行的电子数目为（）A.5x1011B.5×1019C.10×10-3D.10×1034.一段粗细均匀的镍铬丝，横截面的直径是d，电阻为R，把它拉长成直径为d/10的均匀细丝后，它的电阻变成()A.10000RB.100RC.100RD.10000R5.把两根同种材料的电阻丝分别连在两个电路中，甲电阻丝长L，直径为d，乙电阻丝长2L，直径为2d，要使它们消耗的电功率相等，加在两电阻丝上的电压比乙甲UU应是()A.1：1B.2：1C.22：D.12：6.如图10-43-7(甲)所示的I-U图象所对应的两个导体：⑴电阻之比Rl：R2=；⑵当两导体中的电流相等(不为零)时，电压之比Ul：U2=⑶当两个导体两端的电压相等(不为零)时，电流强度之比I1：I2=；⑷画出这两个导体的U-I图象如图A-10-43-7乙，图象的斜率与相等.7.如图A-10-43-8所示，电解池内在2s内共有l×1019个一价正离子和5×1018个二价负离子通过横截面MN，则这个电路中电流表A的示数为.8.在许多精密的仪器中，如果需要较精确地调节某一电阻两端的电压，常常采用如图A-10-43-9所示的电路.通过两只滑动变阻器R1和R2对一