3-1恒定电流教案讲义

恒定电流一、电流1.电流的形成（1）电流的形成条件：①回路中存在自由电荷a.金属中自由电荷是电子，金属原子核对核外电子的束缚能力较弱，电子很容易挣脱原子核的束缚成为自由电子，故金属导体中存在大量的自由电荷b.电解液中的自由点核实正负离子，②导体两端有电压电压使导体中形成电流的条件，电场对电荷有力的作用，当导体间存在电势差U，导体中的自由电荷就会受到电场力的作用而运动，形成电流只要存在电势差U，电场力就会做功根据W=Uq。（2）导体中形成持续电流的条件：导体两端有持续电压2.电流的速率和方向（1）电流的速度：①电流的速度是电场的传播速度，约为光速3×108m/s②与电流相关的其他速率：电子无规则热运动的速率：数量级约为105m/s；电子定向移动的速率：数量级约为10-5m/s（2）电流的方向：电流的方向规定为正电荷定向移动的方向①负电荷定向移动的方向与电流的方向相反，金属中的自由移动电荷是自由电子，故电流的方向与电子定向移动的方向相反②电流有方向，但电流是标量，运算遵循代数法则3.电流的大小和单位（1）定义：电荷定向移动时，在单位时间内通过导体任一横截面的电荷量称为电流（2）公式：tqI（3）理解公式：①q是时间t内通过某一横截面的电荷量，不是单位横截面的电荷量②电解液中正负离子运动方向相反，但是正负离子形成的电流方向是相同的，所以公式中的q应该是正负电荷总电荷量的绝对值相加③在运用公式计算时，各物理量单位都要用国际单位（4）单位：安培A常用单位：毫安mA微安µA换算关系1A=103mA=106µA（5）物理意义：表示电流强弱的物理量（6）①直流电：物理学上把方向不随时间改变的电流叫做直流电②恒定电流：方向和大小都不随时间改变的电流叫做恒定电流（7）电流的微观表达式①由I=Q/t.假设材料单位体积中所含粒子数目为n,粒子所带电荷为q,粒子的定向移动速率为v,材料的横截面积为s,则在t时间间隔内,粒子定向运动的距离为l=v×t,体积则为V=svt.在这个体积内的粒子数目则为Q=nVq=nsvtq,从而有I=Q/t=nqsv.②结论：从微观角度看，电流大小取决于导体中单位体积内的自由电荷数，每个自由电荷的电荷量，定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关。二、电阻1.探究实验，影响导线电阻的因素实验方法控制变量法实验原理1．螺旋测微器的读数测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出．测量值(毫米)＝固定刻度数(毫米)(注意半毫米刻线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(毫米)．2．游标卡尺读数若用x表示由主尺上读出的整毫米数，k表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(x＋k×精确度)mm.3．伏安法测电阻(1)电流表的内接法和外接法的比较内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测＝Ux＋UA电压表分流I测＝Ix＋IV电阻测量值R测＝U测I＝RA＋RxRx测量值大于真实值[来源:学科网]R测＝UI测＝_Rx测量值小于真实值[来源:学#科#网Z#X#X#K]适用条件RARxRVRx适用于测量大阻值电阻小阻值电阻(2)两种电路的选择①阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法，简单概括为“内大外小”．②临界值计算法②外接法内接法图1③实验试探法：按图1接好电路，让电压表的一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法．4．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法接法限流式接法分压式接法电路图特点①用电器和滑动变阻器的一部分串联，另一部分不起作用②调节电压的范围不能从零开始变化①用电器和滑动变阻器的一部分并联后和另一部分串联②电压可以从零调节到最大值适用条件滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且要求电压不从零开始变化滑动变阻器的最大阻值小于用电器的阻值；电压要求从零开始变化[来源:学&科&网]①相同材料、相同横截面积，电阻与长度成正比②相同材料、相同长度，电阻与横截面积成反比③相同长度横截面积，材料不同电阻不同实验结论导体的电阻R跟导体长度l成正比，跟导体的横截面积S成反比，还跟导体的材料有关注意事项1．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表并入两点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直．2．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法．3．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路)．连线时应避免接线交叉和正、负极接错，最后再把电压表并联在待测金属导线的两端．4．闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置．5．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流I的值不宜过大(电流表用0～0.6A量程)，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大．误差分析1．金属丝直径、长度的测量读数等人为因素带来误差．2．测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响，因为电流表外接，所以R测R真，由R＝ρlS，知ρ测ρ真．3．通电电流过大，时间过长，致使电阻丝发热，电阻率随之变化带来误差2.电阻定律（1）内容：导体的电阻R跟导体长度l成正比，跟导体的横截面积S成反比，还跟导体的材料有关（2）表达式：R＝ρlS，（3）理解：①电阻定律是经过大量实验得出的②公式中，ρ表示材料的电阻率，与温度和材料有关；l表示电流方向的导体长度；S表示垂直于电流方向导体的横截面积③应用实例—滑动变阻器a.原理：利用改变连入电路的电阻丝长度来改变电阻b.在电路中使用方法：在电路中按照“一上一下”接法连接滑动变阻器，要是滑动变阻器起分压作用，将下边两个接线柱全部接入电路，另外在选择上边一个接入电路，当滑片移动时，负载将与不同长度的电阻丝并联，从而得到不同的电压④在计算导体拉伸或压缩变形时电阻变化时，总体积不变⑤对于公式R＝ρlS，适用于与粗细均匀的金属导体或横截面积相同且浓度均匀的电解液（4）电阻率①物理意义：反映材料导电性能的物理量，电阻率越小，材料导电性能越强。②单位：欧姆·米符号Ω·m③决定因素：由导体的材料和温度决定的，金属材料电阻率随温度升高而增大④理解：a.金属的电阻率一般随温度的升高而增大，可用于制作电阻温度计b.绝缘体和半导体的电阻率随温度升高而减小，一些半导体的电阻率随温度变化非常明显，可用于制作热敏电阻c.一些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响三、焦耳定律1.电能（1）电功①定义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压Ｕ、电路中的电流Ｉ和通电时间ｔ三者的乘积②公式：W=UIt③单位：国际单位焦耳J④实质：导体中恒定电场对自由电荷的静电力做功⑤意义：电流做功电能转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，即电功就是电能转化为其他形式的能的量度（2）电功率①定义：单位时间能电流所做的功②公式：UItUIttWP③单位：瓦，符号：Ｗ④意义：表示电流做功快慢的物理量（3）对电功和电功率的理解①电功：a.表示电流做功，是电能转化为其他能量的量度b.对于电功公式的推导：由W=Uq和tqI，在恒定电场中，自由电荷做功，将q用电流的定义式替换，得到W=UIt②电功和电功率a.电功和电功率都是对一段电路而言的，不论这段电路中结构如何，有何用电器，只需知道这段电路的电压U和电流I就可求出这段电路的电功率，再知道用电时间t的话，就可以计算电功b.用电器铭牌上的额定电压、额定功率，是指用电器正常工作时的电压和在这个电压下的电功率c.用电器正常工作是指在额定电压下工作，用电器在不同电压下工作一般可认为是电阻不变d.电功和电功率定义式为W=UIt和P=UI，适用于所有电路，而经过联立欧姆定律变形的公式W=I2Rt和P=I2R只可用于纯电阻电路3.焦耳定律（1）内容：电流通过导体的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比（2）公式：Q=I2Rt（3）单位：J1J=1A2·Ω·s（4）适用范围：求任何电路中的电热（5）理解：①当电路中的电流做功全部转化为内能的（全部用来发热）时候，W=Q②焦耳定律可以用来计算任何电路中任何用电器的产生的电热（电能转化为内能）的多少（6）纯电阻电路和非纯电阻电路①纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件，只能将电能转化为内能除电阻元件外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器是否遵循欧姆定律服从欧姆定律RUI不服从欧姆定律UIR，或RUI能量转化电能通过电能做功全部转化为内能电流做功除转化为内能外还要转化为其它形式的能量元件举例电阻，电炉丝，电暖气，电熨斗电动机，电解槽，电视冰箱洗衣机②a.纯电阻电路：W=Q=UIt=I2Rt=tRU2P=UI=I2R=RU2b.非纯电阻电路：W=UIt，Q=I2RtWQP=UIP热=I2RPP热四、串联电路并联电路1.串并联电路电流、电压、电阻关系（1）串联电路并联电路电流各处电流相等；I=I1=I2=…=In总电流等于各支路电流之和电压总电压等于各部分电压之和各支路两端电压相等电阻总电阻等于各部分电阻之和总电阻倒数等于各支路电阻倒数之和（2）关于电阻的几个常用推论①串联电路总电阻大于其中任一电路的电阻②并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻，且小于其中最小的电阻③n个相同的电阻R并联，其总电阻nRR总④多个电阻无论是串联还是并联，其中任一电阻增大（或减小），总电阻也增大（或减小），⑤当一个大电阻和一个小电阻并联时，总电阻阻值接近于小电阻（3）关于电压和电流的分配关系①串联电路中各电阻两端的电压跟它的阻值成正比②并联电路中通过各支路电阻的电流（4）关于功率与电阻的关系①串联电路中各电阻消耗的功率跟他们的阻值成正比②并联电路中各电阻消耗的功率跟他们的阻值成反比2.混联电路（1）定义：在实际电路中，常常是串联中有并联，并联中有串联，这种电路称为混联电路3.电流表和电压表（1）表头①小量程的电流表②表头的三个参数：满偏电流Ig；满偏电压Ug；内阻Rg；根据欧姆定律，三者的关系为：RgUgIg③改装电压表改装电流表改装小量程的表头G改装成电压表V小量程的表头G改装成电流表表头改电表R的作用分压分流扩大量程的计算RgIURgggIRIU=gggRKRUU11（gUUK）11KRIIRRIIIRgggggg(gIIK)电表的总内阻Rv=Rg+RgRRRRRgA注意：①测电压时，电压表由于并联在电路中，使整个电路的电阻减小，内阻越大，测量时对电路的影响越小②测电流时，电流表由于串联在电路中，是整个电路的电阻增大，内阻越小，测量时对电路的影响越小五、含电容器电路的分析与计算方法（1）特点：在直流电路中，当电容器充、放电时，电路中有充、放电电流，一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的电阻（电容器为理想不漏点的情况下），在电容器处电路可视为断路，简化电路时可以去掉它（2）分析时注意①电路稳定后，由于电容器所在的支路没有电流通过，所以再次支路上的两断没有电压，因此电容器两极板间的电压就相当于该支路的电压②当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等③电路的电流电压变化时，将会引起电容器的充放电，如果电容器两端的电压升高，电容器将充电，如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电（3）方法①判断电路中电容器是否处于稳定状态②进行计算时将电容器的充放电情况判断出来③充电时电容器两端电压升高；放电时是电容器通过与它连接的电路放电④再次稳定后根据相关公式计算闭合电路的分析计算1.电动势（1）定义：电源提供的电能与通过电源的电量之比（2）公式：qWE，数值上等于电源能够为单位电量C的电荷提