高中物理恒定電流知識(shí)點(diǎn)與例題

1、恒定電流復(fù)習(xí)一、基本概念1. 電流電流的定義式：|=9，適用于任何電荷的定向移動(dòng)形成的電流。對(duì)于金屬導(dǎo)體有匸nqvS（n為單位體積內(nèi)的自由電子個(gè)數(shù)，St為導(dǎo)線(xiàn)的橫截面積，v為自由電子的定向移動(dòng)速率，約10-5m/s，遠(yuǎn)小于電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率105m/s，更小于電場(chǎng)的傳播速率3x108m/s），這個(gè)公式只適用于金屬導(dǎo)體，千萬(wàn)不要到處套用。2. 電阻定律導(dǎo)體的電阻R跟它的長(zhǎng)度I成正比，跟它的橫截面積S成反比。R=-LSP是反映材料導(dǎo)電性能的物理量，叫材料的電阻率（反映該材料的性質(zhì)，不是每根具體的導(dǎo)線(xiàn)的性質(zhì)）。單位是Qm。純金屬的電阻率小，合金的電阻率大。材料的電阻率與溫度有關(guān)系： 金屬的電阻率隨

2、溫度的升高而增大（可以理解為溫度升高時(shí)金屬原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，對(duì)自由電子的定向移動(dòng)的阻礙增大。）鉑較明顯，可用于做溫度計(jì)；錳銅、鎳銅的電阻率幾乎不隨溫度而變，可用于做標(biāo)準(zhǔn)電阻。 半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而減?。梢岳斫鉃榘雽?dǎo)體靠自由電子和空穴導(dǎo)電，溫度升高時(shí)半導(dǎo)體中的自由電子和空穴的數(shù)量增大，導(dǎo)電能力提高）。 有些物質(zhì)當(dāng)溫度接近0K時(shí)，電阻率突然減小到零一一這種現(xiàn)象叫遛導(dǎo)現(xiàn)象。能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物體叫超導(dǎo)體。材料由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度叫超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度Tc。我國(guó)科學(xué)家在1989年把Tc提高到130K?，F(xiàn)在科學(xué)家們正努力做到室溫超導(dǎo)。UO3. 歐姆定律1亠,Ri<R2U#I=U（適

3、用于金屬導(dǎo)體和電解液，不適用于氣體導(dǎo)電）。R電阻的伏安特性曲線(xiàn)：注意I-U曲線(xiàn)和U-I曲線(xiàn)的區(qū)別。還要注意：當(dāng)考慮到電阻率隨溫度的變化時(shí)，電阻的伏安特性曲線(xiàn)不再是過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)。例1.實(shí)驗(yàn)室用的小燈泡燈絲的I-U特性曲線(xiàn)可用以下哪個(gè)圖象來(lái)表示：是以下哪個(gè)圖象電功就是電場(chǎng)力做的功，因此是W=UIt;由焦耳定律，電熱Q=l2Rt。其微觀(guān)解釋是：電流通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)，自由電子在加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中頻繁與正離子相碰，使離子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，而電子速率減小，可以認(rèn)為自由電子只以某一速率定向移動(dòng)，電能沒(méi)有轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能，只轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。對(duì)純電阻而言，電功等于電熱：W=Q=Ult=：I2rt=u2tR對(duì)非純電阻.電路（如

4、電動(dòng)機(jī)和電解槽），由于電能除了轉(zhuǎn)化為電熱以外還同時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能等其它能，所以電功必然大于電熱：W>Q，這時(shí)電功只能用W=UIt計(jì)算，電熱只能用Q=I2Rt計(jì)算，兩式不能通用。例3.某一電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電壓U1=10V時(shí)帶不動(dòng)負(fù)載，因此不轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電流為l1=2A。當(dāng)電壓為U2=36V時(shí)能帶動(dòng)負(fù)載正常運(yùn)轉(zhuǎn),這時(shí)電流為I2=1A。求這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多大？例4.來(lái)自質(zhì)子源的質(zhì)子（初速度為零），經(jīng)一加速電壓為800kV的直線(xiàn)加速器加速，形成電流強(qiáng)度為1mA的細(xì)柱形質(zhì)子流。已知質(zhì)子電荷e=1.60x10-19c。這束質(zhì)子流每秒打到靶上的質(zhì)子數(shù)為。假定分布在質(zhì)子源到靶之間的加速電場(chǎng)是均勻的，

5、在質(zhì)子束中與質(zhì)子源相距L和4L的兩處，各取一段極短的相等長(zhǎng)度的質(zhì)子流，其中的質(zhì)子數(shù)分別為n1和匕，則m:n二、串并聯(lián)與混聯(lián)電路1.應(yīng)用歐姆定律須注意對(duì)應(yīng)性。選定研究對(duì)象電阻R后，I必須是通過(guò)這只電阻R的電流，U必須是這只電阻R兩端的電壓。該公式只能直接用于純電阻電路，不能直接用于含有電動(dòng)機(jī)、電解槽等用電器的電路。2.公式選取的靈活性。計(jì)算電流，除了用I外，還經(jīng)常用并聯(lián)電路總電流和分電流的關(guān)系:RU=IR外，還經(jīng)常用串聯(lián)電路總電壓和分電壓的關(guān)系：I=ll+l2計(jì)算電壓，除了用計(jì)算電功率，無(wú)論串聯(lián)、并聯(lián)還是混聯(lián)，總功率都等于各電阻功率之和：U2對(duì)純電阻，電功率的計(jì)算有多種方法：P=UI=I2r=一

6、RU=U1+U2P=Pl+P2RiIIR2.R3以上1=1什|2、U=U1+U2和P=P1+P2既可用于純電阻電路，也可用于非純電阻電路。既可以用于恒定電流，也可以用于交變電流。例5.已知如圖，R1=6Q,R2=3Q,R3=4Q,則接入電路后這三只電阻的實(shí)際功率之比為。例6.已知如圖，兩只燈泡L1>L2分別標(biāo)有“110V,60W”和“110V,100W”，另外有一只滑動(dòng)變阻器R,將它們連接后接入220V的電路中，要求兩燈泡都正常發(fā)光，并使整個(gè)電路消耗的總功率最小，應(yīng)使用下面哪個(gè)電路？A.L1L2B.CL1L2D.RL2例7.實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)某種金屬氧化物制成的均勻棒中的電流k=0.02A/

7、V3?，F(xiàn)將該棒與一個(gè)可變電阻器R串聯(lián)在一起后，L2計(jì)，電動(dòng)勢(shì)為6.0V的電源上。求：當(dāng)串聯(lián)的可變電阻器阻值流為0.16A?當(dāng)串聯(lián)的可變電阻器阻值R多大時(shí)，棒上消耗的電功率是電阻耗電功率的1/5?I跟電壓U之間遵循I=kU3的規(guī)律，其中U表示棒兩端的電勢(shì)差,接在一個(gè)內(nèi)阻可以忽略不R多大時(shí)，電路中的電R上消例8.左圖甲為分壓器接法電路圖，電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻不計(jì)，變阻器總電阻為閉合電鍵S后，負(fù)載電阻R兩端的電壓U隨變阻器本身a、b兩點(diǎn)間的阻值Rx變化的圖線(xiàn)應(yīng)最接近于右圖中的哪條實(shí)線(xiàn)A.B.C.D.ra/bS|3.對(duì)復(fù)雜電路分析，一般情況下用等勢(shì)點(diǎn)法比較方便簡(jiǎn)潔。凡用導(dǎo)線(xiàn)直接連接的各點(diǎn)的電勢(shì)必相等（

8、包括用不計(jì)電阻的電流表連接的點(diǎn)）在外電路，沿著電流方向電勢(shì)降低。凡接在同樣兩個(gè)等勢(shì)點(diǎn)上的電器為并聯(lián)關(guān)系。不加聲明的情況下，不考慮電表對(duì)電路的影響。4.電路中有關(guān)電容器的計(jì)算。電容器跟與它并聯(lián)的用電器的電壓相等。在計(jì)算岀電容器的帶電量后，必須同時(shí)判定兩板的極性，并標(biāo)在圖上。在充放電時(shí)，電容器兩根引線(xiàn)上的電流方向總是相同的，所以要根據(jù)正極板電荷變化情況來(lái)判斷電流方向。如果變化前后極板帶電的電性相同，那么通過(guò)每根引線(xiàn)的電荷量等于始末狀態(tài)電容器電荷量的差；如果變化前后極板帶-111J-II-11d-電的電性改變，那么通過(guò)每根引線(xiàn)的電荷量等于始末狀態(tài)電容器電荷量之和。例9.已知如圖，電源內(nèi)阻不計(jì)。為使電

9、容器的帶電量增大，可采取以下那些方法：A.增大R1B.增大R2C.增大R3D.減小R1例10.已知如圖，Ri=30Q,R2=15Q,Ra=20Q,AB間電壓U=6V,A端為正C=2為使電容器帶電量達(dá)到Q=2X10-6C,應(yīng)將R4的阻值調(diào)節(jié)到多大？三、閉合電路歐姆定律1.主要物理量。研究閉合電路，主要物理量有E、r、R、I、U,閉合電路歐姆定律的表達(dá)形式有：E量，后三個(gè)是變量。E=U外+U內(nèi)I=R（I、R間關(guān)系）F,CCIE1rrR/-LR1Ip1U=E-lr（U、I間關(guān)系）E（U、R間關(guān)系）探針（I=0）,路端電壓等于電動(dòng)勢(shì)。而這時(shí)用電壓表去測(cè)量時(shí)，讀數(shù)卻應(yīng)該略小于電動(dòng)勢(shì)（有微弱電流）。從式看

10、出：當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)當(dāng)外電路短路時(shí)（R=0，因而U=0）電流最大為Im=E/r（般不允許出現(xiàn)這種情況，會(huì)把電源燒壞）2.電源的功率和效率。功率：電源的功率（電源的總功率）Pr=I2rR（最后一個(gè)等號(hào)只適用于純電阻電路）電源內(nèi)部消耗的功率電源的效率：電源的輸出功率PUP=EE2RPe=EI電源的輸出功率P出=UIc4RrP2RrRr蘭，可見(jiàn)電源輸出功率隨外電阻變化的4r-4r圖線(xiàn)如圖所示，而當(dāng)內(nèi)外電阻相等時(shí)，電源的輸出功率最大，為。4r010Q。求：電源的最大輸出功率;例11.已知如圖，E=6V，r=4Q，R1=2Q，R2的變化范圍是上消耗的最大功率；R2上消耗的最大功率。3.變化電路的討論。閉合

11、電路中只要有一只電阻的阻值發(fā)生變化，就會(huì)影響整個(gè)電路，使總電路和每一部分的電流、電壓都發(fā)生變化。討論依據(jù)是：閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串聯(lián)電路的電壓關(guān)系、并聯(lián)電路的電流關(guān)系。以右圖電路為例：設(shè)R1增大，總電阻一定增大；由|，I一定減??；由U=E-Ir，U一定增大；因此U4、b定增大；由I3=I-I4，R+rI3、U3一定減??；由U?=U-U3,U2'I2一定增大；由11=I3-I2，I1一定減小?？偨Y(jié)規(guī)律如下：總電路上R增大時(shí)總電流I減小，路端電壓U增大；變化電阻本身和總電路變化規(guī)律相同；和變化電阻有串聯(lián)關(guān)系（通過(guò)變化電阻的電流也通過(guò)該電阻）的看電流（即總電流減小時(shí)，該電阻的

12、電流、電壓都減?。?；和變化電阻有并聯(lián)關(guān)系的（通過(guò)變化電阻的電流不通過(guò)該電阻）看電壓（即路端電壓增大時(shí)，該電阻的電流、電壓都增大）。例12.如圖，電源的內(nèi)阻不可忽略已知定值電阻R1=10Q,R2=8Q.當(dāng)電鍵S接位置1時(shí)，電流表的示數(shù)為0.20A那么當(dāng)電鍵S接位置2時(shí)，電流表的示數(shù)可能是下列的哪些值例13.如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)為表VV2示數(shù)變化的絕對(duì)值分別為A.小燈泡Li、L3變暗，L2變亮A.0.28AB.0.25AC.0.22AD.0.19AE,內(nèi)電阻為r當(dāng)滑動(dòng)變阻器的觸片P從右端滑到左端時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓U1和厶U2,下列說(shuō)法中正確的是B.小燈泡L3變暗，Li、L2變亮C."<U

13、2D.Ui>4U24.閉合電路的U-I圖象。右圖中a為電源的U-I圖象;b為外電阻的U-I圖象；兩者的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻接入電路時(shí)電路的總電流和路端電壓；該點(diǎn)和原點(diǎn)之間的矩形的面積表示輸岀功率；a的斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻大??；的斜率的絕對(duì)值表示外電阻的大小；當(dāng)兩個(gè)斜率相等時(shí)（即內(nèi)、外電阻相等時(shí)圖中矩形面積最大，即輸岀功率最大（可以看岀當(dāng)時(shí)路端電壓是電動(dòng)勢(shì)的一半，電流是最大電流的一半）。例14.如圖所示，圖線(xiàn)a是某一蓄電池組的伏安特性曲線(xiàn)，圖線(xiàn)b是一只某種型號(hào)的定值電阻的伏安特性曲線(xiàn).若已知該蓄電池組的內(nèi)阻為2.0Q，則這只定值電阻的阻值為Q?，F(xiàn)有4只這種規(guī)格的定值電阻,可任意選取其中的若干

14、只進(jìn)行組合，作為該蓄電池組的外電路，則所組成的這些外電路中，輸出功率最大時(shí)是W。IoU（)5.滑動(dòng)變阻器的兩種特殊接法。在電路圖中，滑動(dòng)變阻器有兩種接法要特別引起重視：右圖電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從a端滑向b端的過(guò)程中，到達(dá)中點(diǎn)位置時(shí)外電阻最大，總電流最小。所以電流表A的示數(shù)先減小后增大；可以證明：A1的示數(shù)一直減小，而A2的示數(shù)一直增大。右圖電路中，設(shè)路端電壓U不變。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從a端滑向b端的過(guò)程中，總電阻逐漸減??；總電流I逐漸增大；Rx兩端的電壓逐漸增大，電流Ix也逐漸增大（這是實(shí)驗(yàn)中常用的分壓電路的原理）；滑動(dòng)變阻器r左半部的電流I/先減小后增大。例15.如圖所示，電路中ab是一段長(zhǎng)10cm,電阻為100Q的均勻電阻絲。兩只定值電阻的阻值分別為R1=80Q和R2=20Q。當(dāng)滑動(dòng)觸頭P從a端緩慢向b端移動(dòng)的全過(guò)程中燈泡始終發(fā)光。則當(dāng)移動(dòng)距離為cm時(shí)燈泡最亮，移動(dòng)距離為cm時(shí)燈泡最暗。2E-O