1、高中物理组 选修 3-1 恒定电流知识点仁爱之心对学生 敬畏之心做教育 1恒定电流 一、知识网络电流：定义、微观式：I=q/t， I=nqSv电压：定义、计算式：U=W/q，U=IR。导体产生电流的条件：导体两端存在电压电阻：定义、计算式：R=U/I，R= l/s。金属导体电阻值随温度升高而增大半导体：热敏、光敏、掺杂效应超导：注意其转变温度电动势：由电源本身决定，与外电路无关，是描述电源内部非静电力做功将其它形式的能转化为电能的物理量实验恒定电流部分电路：I=U/R闭合电路：I=E/(R+r)，或 E=U 内 +U 外 =IR+Ir适用条件：用于金属和电解液导电规律电阻定律：R= l/s基本
2、概念欧姆定律：公式：W=qU=Iut纯电阻电路：电功等于电热非纯电阻电路：电功大于电热，电能还转化为其它形式的能电功：用电器总功率：P=UI，对纯电阻电路：P=UI=I 2R=U2/R 电源总功率：P 总 =EI电源输出功率：P 出 =UI电源损失功率：P 损 =I2r电源的效率： ，%10EUP对于纯电阻电路，效率为 100%电功率 ：伏安法测电阻：R=U/I，注意电阻的内、外接法对结果的影响描绘小灯泡的伏安特性测定金属的电阻率 ： =R s / l测定电源电动势和内阻电表的改装：多用电表测黑箱内电学元件高中物理组 选修 3-1 恒定电流知识点仁爱之心对学生 敬畏之心做教育 2恒定电流知识点
3、总结 一、部分电路欧姆定律 电功和电功率(一 )部分电路欧姆定律1电流(1)电流的形成：电荷的定向移动就形成电流。形成电流的条件是：要有能自由移动的电荷； 导体两端存在电压。(2)电流强度：通过导体横截面的电量 q 跟通过这些电量所用时间 t 的比值，叫电流强度。电流强度的定义式为： 电流强度的微观表达式为： n 为导体单位体积内的自由电荷数，q 是自由电荷电量，v 是自由电荷定向移动的速率，S 是导体的横截面积。(3)电流的方向：物理学中规定正电荷的定向移动方向为电流的方向，与负电荷定向移动方向相反。在外电路中电流由高电势端流向低电势端，在电源内部由电源的负极流向正极。2电阻定律(1)电阻：
4、导体对电流的阻碍作用就叫电阻，数值上： 。(2)电阻定律：公式： ，式中的 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；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。3部分电路欧姆定律内容：导体中的电
5、流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比。公式： 高中物理组 选修 3-1 恒定电流知识点仁爱之心对学生 敬畏之心做教育 3适用范围：金属、电解液导电，但不适用于气体导电。欧姆定律只适用于纯电阻电路，而不适用于非纯电阻电路。伏安特性：描述导体的电压随电流怎样变化。若 图线为过原点的直线，这样的元件叫线性元件；若 图线为曲线叫非线性元件。(二 )电功和电功率1电功(1)实质：电流做功实际上就是电场力对电荷做功，电流做功的过程就是电荷的电势能转化为其他形式能的过程。(2)计算公式： 适用于任何电路。只适用于纯电阻电路。2电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功叫电功率。(2)计算公式： 适用于任何
6、电路。只适用于纯电阻电路。3焦耳定律电流通过电阻时产生的热量与电流的平方成正比，与电阻大小成正比，与通电时间成正比，即(三 )电阻的串并联1电阻的串联电流强度： 电 压： 电 阻： 电压分配： ， 功率分配： ， 高中物理组 选修 3-1 恒定电流知识点仁爱之心对学生 敬畏之心做教育 42电阻的并联电流强度 电 压 电 阻 电流分配 ， 功率分配 ， 注意：无论电阻怎样连接，每一段电路的总耗电功率 P 是等于各个电阻耗电功率之和，即 P=P1+ P2+Pn二、闭合电路欧姆定律(一 )电动势电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，例如一节干电池的电动势 E=1.5V，物理意义是指：
7、电路闭合后，电流通过电源，每通过 lC 的电荷，干电池就把 1.5J 的化学能转化为电能。(二 )闭合电路的欧姆定律1闭合电路欧姆定律闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路中的电阻之和成反比： 。常用表达式还有：和 2路端电压 U 随外电阻 R 变化的讨论电源的电动势和内电阻是由电源本身决定的，不随外电路电阻的变化而改变，而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而改变的：(1)外电路的电阻增大时，I 减小，路端电压升高；(2)外电路断开时， R= 。路端电压 U=E；(3)外电路短路时， R=0，U=0， (短路电流)短路电流由电源电动势和内阻共同决定由于r 一般很小。短路电流往往很
8、大，极易烧坏电源或线路而引起火灾。高中物理组 选修 3-1 恒定电流知识点仁爱之心对学生 敬畏之心做教育 5路端电压随外电阻变化的图线如图所示。3电源的输出功率随外电阻变化的讨论(1)电源的工作功率： ，这个功率就是整个电路的耗电功率，通常叫做电源的供电功率。(2)内耗功率： 。(3)输出功率： ，式中 U 为路端电压。特别地，当外电路为纯电阻电路时， 由 得， ，故 R=r（内、外电阻相等）时 最大，且最大值为 ，图线如图所示。可见，当 Rr 时，R 增大，输出功率增大。当 Rr 时，R 增大，输出功率减小。三、电阻的测量(一 )伏安法测电阻1原理，其中 U 为被测电阻两端电压，I 为流经被
9、测电阻的电流。2两种测量电路内接法和外接法(1)内接法电路形式：如图所示。高中物理组 选修 3-1 恒定电流知识点仁爱之心对学生 敬畏之心做教育 6误差： 适用条件：当 RR A，即内接法适用于测量大电阻。(2)外接法电路形式：如图所示。测量误差： ，即 R 测 R x适用条件：RR v 即外接法适用于测小电阻。3怎样选择测量电路(1)当被测电阻 Rx 的大约阻值以及伏特表和电流表内阻 RVRA 已知时；若 ，用内接法。 若 ，用外接法(2)当 Rx 的大约阻值未知时采用试测法，将电流表、电压表及被测电阻 Rx 按下图方式连接成电路；接线时，将电压表左端固定在 a 处，而电压表的右端接线柱先后
10、与 b 和 c 相接，与 b 相接时，两表示数为(U 1，I 1)，当与 c 接触时，两表示数变为( U2，I 2)；若 即电压表示数变化大宜采用安培表外接法。若 即电流表示数变化较显著时，宜采用安培表内接法。4滑动变阻器的两种接法限流式和分压式(1)限流式：如图所示，即将变阻器串联在电路中。在触头 P 从变阻器左端移动到右端过程中，电阻 Rx 上的电压变化范围为： （忽略电源内阻）高中物理组 选修 3-1 恒定电流知识点仁爱之心对学生 敬畏之心做教育 7(2)分压式：如图所示，当触头 P 从变阻器左端移动到右端过程中，电阻 Rx 上的电压变化范围是0E(忽略电源内阻 )。若要求待测电阻的电压
11、从 0 开始变化时，变阻器一定采用分压式。(二 )用欧姆表测电阻1欧姆表的构造欧姆表构造如图所示，其内部包括电流表表头 G、电池 E 和调零电阻 R2原理当红、黑两表笔短接时如图 (甲)所示，调节 R，使电流表指针达到满偏电流(即调零)，此时指针所指表盘上满刻度处对应两表笔间电阻为 0，这时有： 当红、黑表笔断开，如图 (乙)所示，此时，指针不偏转，指在表盘最左端，红、黑表笔间的电阻相当于无穷大，R= 。当两表笔间接入待测电阻 R，时，如图 (丙)所示，电流表的电流为： 高中物理组 选修 3-1 恒定电流知识点仁爱之心对学生 敬畏之心做教育 8当 Rx 改变，I x 随之改变，即每一个 Rx
12、都有一个对应的 Ix，将电流表表盘上 Ix 处标出对应 Rx 的 Rx值，就制成欧姆表表盘，只要两表笔接触待测电阻两端，即可在表盘上直接读出它的阻值。由于 Ix 不随 Rx 均匀变化，故欧姆表表盘刻度不均匀。3合理地选择挡位由于欧姆表表盘中央部分的刻度较均匀，读数较准，故选用欧姆表挡位时，应使指针尽量靠近中央刻度。4欧姆表使用时须注意(1)使用前先机械调零，使指针指在电流表的零刻度。(2)要使被测电阻与其他元件和电源断开，不能用手接触表笔的金属杆。(3)合理选择量程，使指针尽量指在刻度的中央位置附近。(4)换用欧姆挡的另一量程时，一定要重新调零。(5)读数时，应将表针示数乘以选择开关所指的倍数
13、。(6)测量完毕，拔出表笔，开关置于交流电压最高挡或 OFF 挡。若长期不用，须取出电池。说明：对于电源，有三种意义的电功率：（1）总电功率 P 总 =P 出 +P 内 =EI。（2）输出功率 P 出 =UI（3）电源内阻发热损耗的电功率 P 内 =I2r 电源的效率则是 = 100%= 100%= 100%电源的输出功率最大时是否是效率最高呢？下面我们来讨论这个问题当电源电动势 E 和内电阻 r 一定时，电源的输出功率（外电路的总功率）P 出 =I2R随负裁电阻 R 的变化是非单调的变化。将 I= 代入上式可得 P 出 =I2R= R= = ，由上式可得，当 R=r 时，P 出 最大，且 P 出 m= = 。P 出 随负载电阻及变化的曲线，如图所示，由图可见，对于同一输出功率（P 出 m 除外），有两个可能的外电阻值。高中物理组 选修 3-1 恒定电流知识点仁爱之心对学生 敬畏之心做教育 9当电源有最大输出功率时，电源的效率 = 100%=50%而当 R 时（外电路断路）， 1，当 R 0 时（外电路短路）， 0所以并非电源有最大输出功率时，效率就高。
