高二物理《恒定電流》講義

高二物理恒定電流講義基本概念：電流，電壓，電阻，電動勢，電功，電功率規(guī)律公式：電阻定律，歐姆定律，焦耳定律實驗：伏安法測電阻，電表的改裝，描繪小燈泡的伏安特性，測定金屬的電阻率，測定電源電動勢和內阻知識點1.電流1.定義、微觀式：，電流的定義式，適用于任何電荷的定向移動形成的電流。(1)形成電流的條件：內因是有自由移動的電荷，外因是導體兩端有電勢差.(2)電流強度：通過導體橫截面的電量Q與通過這些電量所用的時間t的比值。①；假設導體單位體積內有n個電子，電子定向移動的速率為V,則；假若導體單位長度有N個電子，則I=.②表示電流的強弱，是標量.但有方向，規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向.③單位是：安、毫安、微安1103106nA對于金屬導體有(n為單位體積內的自由電子個數，S為導線的橫截面積，v為自由電子的定向移動速率，約10-5,遠小于電子熱運動的平均速率105,更小于電場的傳播速率3X108),這個公式只適用于金屬導體，千萬不要到處套用?！纠?】Q為總電荷量，n為單位體積的電荷量，S為導線的橫截面積，q為單位電荷量L是單位時間內流過的長度TOC\o"1-5"\h\z根據定義式 1可以變形出 2因為，且，將其代入2中，就可以得出練習：.對于金屬導體，還必須滿足下列哪一個條件才能產生恒定的電流？…… ( )A.有可以自由移動的電荷 B.導體兩端有電壓C.導體內存在電場 D.導體兩端加有恒定的電壓.關于電流，下列說法中正確的是 A．通過導線截面的電量越多，電流越大B.電子運動的速率越大，電流越大C.單位時間內通過導體截面的電量越多，導體中的電流越大D.因為電流有方向，所以電流是矢量知識點2.電阻、電阻定律TOC\o"1-5"\h\z.電阻 :加在導體兩端的電壓與通過導體的電流強度的比值 .,導體的電阻是由導體本身的性質決定的 ,與無關 ..電阻定律導體的電阻R跟它的長度l成正比，跟它的橫截面積S成反比：R=p⑴P是反映材料導電性能的物理量， 叫材料的電阻率（反映該材料的性質，不是每根具體的導線的性質）。單位是Qm0⑵純金屬的電阻率小，合金的電阻率大。⑶材料的電阻率與溫度有關系：①金屬的電阻率隨溫度的升高而增大（可以理解為溫度升高時金屬原子熱運動加劇，對自由電子的定向移動的阻礙增大。）。鉑較明顯，可用于做溫度計；錳銅、鎳銅的電阻率幾乎不隨溫度而變，可用于做標準電阻。②半導體的電阻率隨溫度的升高而減?。梢岳斫鉃榘雽w靠自由電子和空穴導電，溫度升高時半導體中的自由電子和空穴的數量增大，導電能力提高）。③有些物質當溫度接近 0K時，電阻率突然減小到零——這種現象叫超導現象。能夠發(fā)生超導現象的物體叫超導體。材料由正常狀態(tài)轉變?yōu)槌瑢顟B(tài)的溫度叫超導材料的轉變溫度。【例 2】一根均勻導線，現將它均勻拉長，使導線的直徑減小為原來的一半，此時它的阻值為64Q.則導線原來的電阻值為A.128QB.32QC.4QD.2Q白熾燈的燈絲隨溫度的升高導電性能變差，則白熾燈不通電時燈絲電阻 R1與正常發(fā)光時電阻 R2比較應是（ ）A.Ri>R2B.RKR2C．R12D．無法判斷一根均勻的電阻絲具電阻為 R,在溫度不變的情況下，下列情況中其電阻值仍為R的是A.長度不變，截面積增大一倍 B.長度和截面積都縮小一倍C.截面積不變，長度增大一倍 D.長度和截面半徑都增大一倍材料相同的甲、乙兩根電阻絲的質量相同，甲的直徑是乙的直徑的2倍，則甲的電阻是乙的電阻的知識點 3.電功和電熱.電功：電流在一段電路中所做的功 W=電流做功的過程是電能轉化為其它形式的能的過程 .其微觀解釋是：電流通過金屬導體時，自由電子在加速運動過程中頻繁與正離子相碰，使離子的熱運動加劇，而電子速率減小，可以認為自由電子只以某一速率定向移動，電能沒有轉化為電子的動能，只轉化為內能。2．電功率： 單位時間內電流所做的功。反映電流做功的快慢 ,即電流通過一段電路電能轉化成其它形式能對電流做功的總功率3．電熱和焦耳定律 :電流通過一段只有電阻元件的電路時，在 t時間內的熱量稱為電熱2．純電阻電路中W=22,22R非純電阻電路W=,4．電功率與熱功率之間的關系純電阻電路中，電功率等于熱功率，非純電阻電路中，電功率只有一部分轉化成熱功率．純電阻電路：電路中只有電阻元件，如電熨斗、電爐子等．非純電阻電路：電機、電風扇、電解槽等，其特點是電能只有一部分轉化成內能．⑴對純電阻而言，電功等于電熱。⑵對非純電阻電路（如電動機和電解槽），由于電能除了轉化為電熱以外還同時轉化為機械能或化學能等其它能，所以電功必然大于電熱：W>Q，這時電功只能用計算，電熱只能用2計算，兩式不能通用。【例3】某一電動機，當電壓 U1=10V時帶不動負載，因此不轉動，這時電流為I1=2A。當電壓為U2=36V時能帶動負載正常運轉，這時電流為 I2=1A。求這時電動機的機械功率是多大？（答案：31W由這道例題可知：電動機在啟動時電流較大，容易被燒壞；正常運轉時電流反而較小。）【例 4】一只標有“ 220V，60W”字樣的燈泡，在額定電壓下工作時，燈絲中通過的電流多大？如果線路電壓下降到200V時，它的功率多大？（假設燈絲電阻不隨溫度而變化）解析：燈泡上標有“220V,60W的字樣，表明燈泡的額定電壓（即正常一作的電壓）為220V只有在這個電壓下，它的功率才是額定功率 60w.如果實際的電壓不是220V,那么它的功率就不再是60W由題意可認為它相當于一個阻值不變的電阻．燈泡的工作電流60/220=0。27（A） 燈泡的電阻22202/60=807（Q）燈泡的實際功率 22002/807=50（W）點評：由公式2可知，當用電器電阻R不變時，P^U2,可用P121222來計算，這樣就不必算出燈絲的電阻．用電器實際功率的大小，是由加在用電器兩端的實際電壓的大小決定的．【例5】直流電動機線圈的電阻為R,當電動機工作時通過線圈的電流是 I,此時它兩端的電壓為U，則電動機的輸出功率為（）A.;B.+I2R C.—I2R; D.U2/R解析：該題不少學生選了D,其原因是同電源輸出功率混淆，認為輸出功率就是端電壓與電流乘積，而這里不是電源輸出而是電機輸出．答案：C點評：（l）處理該類題目首先應當注意這是非純電阻電路．（2）這里的輸入功率轉化成機械能的功率十轉化成內能的功率．.微型吸塵器的直流電動機內阻一定，當加上 0．3V的電壓時，通過的電流為0．3A，此時電動機不轉，當加在電動機兩端的電壓為2．0V時，電流為 0．8A，這時電動機正常工作，則吸塵器的效率為多少？知識點3.部分電路歐姆定律1、內容：導體中的電流 I跟導體兩端的電壓成正比，跟它的電阻 R成反比。

2、適用于金屬導電體、電解液導體，不適用于空氣導體和某些半導體器件.3、導體的伏安特性曲線：研究部分電路歐姆定律時，常畫成I?U或U?I圖象，對于線性元件伏安特性曲線是直線，對于非線性元件，伏安特性曲線是非線性的.注意：①我們處理問題時，一般認為電阻為定值，不可由認為電阻 R隨電壓大而大，隨電流大而小.②I、U、R必須是對應關系.即I是過電阻的電流，U是電阻兩端的電壓..下列說法正確的是 （ ）A,根據工可知，流過導體的電流與加在它兩端的電壓成正R比，與導體的電阻成反比.根據K=苫可知，導體的電阻大小與加在導體兩端的電壓成正比，與通過導體的電流成反比C.歐姆定律適用于金屬導體導電，電解液導電，電離后氣體導電，或者是晶體二級管，晶體三極管導電D.歐姆定律只適用于純電阻電路8.甲、乙兩個定值電阻分別接入電路中，通過電阻的電流強度與電阻兩端電壓的關系如圖2所示，根據圖線可知（）A.甲的兩端電壓總比乙兩端電壓大B.甲電阻比乙的電阻小C.加相同電壓時，甲的電流強度比乙的小 圖 2D.只有甲兩端電壓大于乙兩端電壓時，才能使甲、乙中電流強度相等規(guī)律方法電功、電功率的計算⑴用電器正常工作的條件：①用電器兩端的實際電壓等于其額定電壓.②用電器中的實際電流等于其額定電流.③用電器的實際電功率等于其額定功率．由于以上三個條件中的任何一個得到滿足時，其余兩個條件必定滿足，因此它們是用電器正常工作的等效條件．靈活選用等效條件，往往能夠簡化解題過程．(2)用電器接入電路時：①純電阻用電器接入電路中，若無特別說明，應認為其電阻不變.②用電器實際功率超過其額定功率時 ,認為它將被燒毀 .【例 6】微型吸塵器的直流電動機內阻一定，當加上 0．3V的電壓時，通過的電流為0．3A，此時電動機不轉，當加在電動機兩端的電壓為 2．0V時，電流為0．8A，這時電動機正常工作，則吸塵器的效率為多少？解析：當加0.3V電壓時，電動機不轉，說明電動機無機械能輸出，它消耗的電能全部轉化為內能，此時電動機也可視為純電阻，則 11=1Q,當加2.0V電壓，電流為0．8A時，電動機正常工作，有機械能輸出，此時的電動機為非純電阻用電器，消耗的電能等于轉化機械能和內能之和。 轉化的熱功率由220.82X1=0.64W計算，總功率由Po=I212=0.8X2.0=1.6W計算。所以電動機的效率為“=(P－P0)60％。串、并、混聯電路.應用歐姆定律須注意對應性。選定研究對象電阻 R后，I必須是通過這只電阻 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機、電解槽等用電器的電路。

.公式選取的靈活性。12無論串聯、并聯還是混聯，總功率都等于各電阻功率之和:12對純電阻，電功率的計算有多種方法。功率分配：例.已知如圖，R1=6Q,R2=3Q,R3=4◎，則接入電路后這三只電阻的實際功率之比為。（P1：P2：P3=1：2：6）例.已知如圖，兩只燈泡 L1、L2分別標有“110V,60W”和“110V,100W”，另外有路消耗的總功率最小，應使用下面哪個電路？（只滑動變阻器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，并使整個電路消耗的總功率最小，應使用下面哪個電路？（L1 L2Lt^lRr例.左圖甲為分壓器接法電路圖，電源電動勢為E,內阻不計，變阻器總電阻為 r。閉合電鍵S后，負載電阻rR兩端的電壓U隨變阻器本身a、b兩點間的阻值變化的圖線應最接近于右圖中的哪條實線？（C）A.① B.② C.③ D.④.對復雜電路分析，一般情況下用等勢點法比較方便簡潔。.電路中有關電容器的計算。⑴電容器跟與它并聯的用電器的電壓相等。⑵在計算出電容器的帶電量后，必須同時判定兩板的極性，并標在圖上。⑶在充放電時，電容器兩根引線上的電流方向總是相同的，所以要根據正極板電荷變化情況來判斷電流方向。⑷如果變化前后極板帶電的電性相同，那么通過每根引線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電的電性改變，那么通過每根引線的電荷量等于始末狀態(tài)電容器電荷量之和。例.已知如圖，電源內阻不計。為使電容器的帶電量增大，可采取以下那些方法：（ ）A.增大R1 B.增大R2 C.增大R3 D.減小R1解：由于穩(wěn)定后電容器相當于斷路，因此R3上無電流，電容器相當于和R2并聯。只有增大R2或減小R1才能增大電容器C兩端的電壓，從而增大其帶電量。改變R3不能改變電容器的帶電量。因此選。閉合電路歐姆定律主要物理量。研究閉合電路，主要物理量有E（電動勢）、r（電源內阻）、R、I、U,前兩個是常量，后三個是變量。閉合電路歐姆定律的表達形式有：外內EI Rr（I、R間關系）（U、I間關系）U_R-ERr （U、R間關系）從3.式看出：當外電路斷開時（I=0）,路端電壓等于電動勢。而這時用電壓表去測量時，讀數卻應該略小于電動勢（有微弱電流）。當外電路短路時（R=0,因而U=0）電流最大為（一般不允許出現這種情況，會把電源燒壞）。.電源的功率和效率。⑴功率：①電源的功率（電源的總功率）②電源的輸出功率③電源內部消耗的功率PUR⑵電源的效率:電路）PeERr（最后一個等號只適用于純電阻⑵電源的效率:電路）_2_ _ _2 _2ER 4Rr E EP 2 2TTTT 電源的輸出功率 RrRr4r4r,可見電源輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖所示。而當內外電阻相等時，電源的輸E2Pm出功率最大，為 4r。.變化電路的討論。閉合電路中只要有一只電阻的阻值發(fā)生變化， 就會影響整個電路，使總電路和每一部分的電流、電壓都發(fā)生變化。討論依據是：閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串聯電路的電壓關系、并聯電路的電流關系。以右圖電路為例：I —E—設R1增大，總電阻一定增大；由Rr,I一定減??；由，U一定增大；因此U4、I4一定增大；由I3=4,I3、U3一定減小；由U23,U2、I2一定增大；由I132,I1一定減小。總結規(guī)律如下:

總電路上R增大時總電流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；和變化電阻有串聯關系（通過變化電阻的電流也通過該電阻）的看電流（即總電流減小時，該電阻的電流、電壓都減?。缓妥兓娮栌胁⒙撽P系的（通過變化電阻的電流不通過該電阻）看電壓（即路端電壓增大時，該電阻的電流、電壓都增大）。電路任何電阻增大，電路總電阻增大例.如圖，電源的內阻不可忽略.已知定值電阻 R1=10Q,R2=8Q.當電鍵S接位置1時,電流表的示數為0.20A.那么當電鍵S接位置2時，電流表的示數可能是下列的哪些值？ （）A.0.28A B.0.25AC.0.22A D.0.19A解：電鍵接2后，電路的總電阻減小，總電流一定增大，所以不可能是0.19A.電源的路端電壓一定減小，原來路端電壓為2V,所以電鍵接2后路端電壓低于2V,因此電流一定小于0.25A.所以只能選Co例.如圖所示，電源電動勢為E,內電阻為r.當滑動變阻器的觸片P從右端滑到左端時,U1和AU2,發(fā)現電壓表VI、V2示數變化的絕對值分別為U1和AU2,A.小燈泡L1、L3變暗，L2變亮B.小燈泡L3變暗，L1、L2變亮C.AU1<AU2D.AU1>AU2解：滑動變阻器的觸片P從右端滑到左端，總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小。與解：滑動變阻器的觸片電阻蟬聯串聯的燈泡L1、L2電流增大，變亮，與電阻并聯的燈泡 L3電壓降低，變暗。U1減小，U2增大，而路端電壓U1+U2減小，所以U1的變化量大于U2的變化量，選。四、伏安法測電阻伏安法測電阻有a、b兩種接法，a叫（電流計）外接法，b叫（電流表）內接法。外接法的系統誤差是由電壓表的分流引起的，測量值總小于真實值，小電阻應采用外接法；內接法的系統誤差是由電流表的分壓引起的，測量值總大于真實值，大電阻應采用內接法。如果被測電阻阻值為，伏特表和安培表的內阻分別為、，若 Rx寸'RVRA,則采用外接法。若RxVRvRa,則采用內接法。如果無法估計被測電阻的阻值大小， 可以利用試觸法：如圖將電壓表的左端接a點，而將右端第一次接b點，第二次接c點，觀察電流表和電壓表示數的變化。 若電流表示數變化大，說明被測電阻是大電阻，應該用內接法測量； 若電壓表讀數變化大，說明被測電阻是小電阻，應該用外接法測量。（這里所說的變化大，是指相對變化，即△和△）。

五、滑動變阻器的兩種接法滑動變阻器在實驗電路中常用的接法有兩種，分別用下面 a、b兩圖表示：a叫限流接法，b叫分壓接法。采用分壓接法時，被測電阻上的電壓調節(jié)范圍較大。 當實驗中要求被測電阻上的電壓從零開始逐漸增大，或要求電壓調節(jié)范圍盡量大時，應該用分壓接法。便于調節(jié)，采用分壓接法時，應該選用總阻值較小的滑動變阻器； 采用限流接法時，應該選用總阻值和被測電阻接近的滑動變阻器。綜合能力提升測試一.選擇題。（本題共10小題，每小題4分，共4分。每小題中提供的四個選項中至少有一項是滿足題設要求的，請選出符合題設要求的答案。全部選正確的，得4分，選不全的得2分，有選錯的不得分。）1、電流通過生命機體或多或少都能傳導，其電流的傳導主要是靠（ ）A、自由電子導電 B、離子導電C、電解質的水溶液導電 D、質子導電2、沿閉合電路移動的單位電荷繞行一周，其所需能量決定于 （ ）A、電流 B、外電路的電阻C、內外電路的電阻 D、電源電動勢3、在家庭用電線路總電壓不變的條件下， 初入夜時電燈比深夜時要暗，是因為初入夜時（）A.線路中總電阻變大，電流變小 B.總電流一定，支路增多，分去了電流C.干路電流過大，線路損失電壓增大 D.總電阻變小，每支路電流增大4、一盞電燈直接接在電壓恒定的電源上，其功率為 100瓦，若將這盞燈先接于一段很長的導線后再接在同一電源上， 此時導線上損失的電功率是9瓦，那么此燈的實際功率將：（）A、等于91瓦；B、小于91瓦；C、大于91瓦；D、無法確定。5、如圖所示，2個截面不同、長度相等的均勻銅棒接在電路，兩端電壓為 U,則（ ）UA.通過兩棒的電流相等UB.兩棒的自由電子定向移動的平均速率相同C.兩棒內的電場強度不同，細棒內場強 E1大于粗棒內場強E2

D.細棒的電壓U1大于粗棒的電壓U26、如圖，當滑動變阻器的滑片P向上端移動時，則電表示數的變化情況是（ ）V1減小，V2增大，A增大V1增大，V2減小，A增大V1增大，V2增大，A減小V1減小，V2減小，A減小7、如圖所示的電路圖是一個應用“非”門構成一個簡易火警報警電路，當熱敏電阻的溫度升高時，其阻值將變小，則圖中框，Y框中應是（ ）A.X為熱敏電阻，Y為可變電阻為熱敏電阻，Y為開關C.X為可變電阻，Y為熱敏電阻Y為熱敏電阻8、某同學用電流表外接法測電阻時，誤將兩電表互換位置，的結果為（ ）A.電阻燒壞 B.電流表燒壞C.電壓表示數幾乎為零 D.電流表示數幾乎為零9、三只阻值相等的電阻連接成圖 5所示的電路，由于某種原因，其中有一只電阻的阻值發(fā)生了變化，導致〉則可能的原因是（ ）A.R1變小B.R2變小C.R3變大D.R3變?。〣.測電池的電動勢和內阻

）B.測電池的電動勢和內阻

D.測定電阻材料的電阻率A.測定定值電阻的阻值C.測定電阻在某一電壓下的電功率題號12345678910答案二、填空題。（本大題共6小題，共30分。在每題的空格中填上正確的答案，不要求寫出演算過程。） I l-q—0—T11、（4分）如圖用伏安法測電阻時，如果不知道待測電阻的大概 ,值時，為了選擇正確的電路以減少誤差，可將電壓表一個接頭分 別在a、b兩點接觸一下，如果安培表讀數沒有顯著變化，則PD應接在 處，如果伏特表讀數沒有顯著變化，則P應接TOC\o"1-5"\h\z在 處。12、（3分）某人用多用電表按正確步驟測量一電阻的阻值，當選擇歐姆擋“X1”擋測量時，指針指示位置如下圖所示，則其電阻值是 。如果要用這只多用電表測量一個約 200歐的電阻，為了使測量比較精確，選擇開關應選的歐姆擋是 。改變擋位調整倍率后，要特別注意重新。13、（4分）用伏安法測電池的電動勢和內電阻，由于電路存在問題，當電鍵S閉合后，移動變阻器的滑片P時，出現下列異常現象.（ ）A.電流表示數可變，電壓表示數始終為零 B.電流表示數為零，電壓表示數不變C.電流表燒壞D.電流表示數不變，電壓表示數可變

以上四種情況對應的電路如圖中的(A)__,(B)_,(C)_,(D).以上四種情況對應的電路如圖中的(A)__,(B)_,(C)_,(D).14、（5分）圖a中電源電動勢為E,內阻可忽略不計；電流表具有一定的內阻，電壓表的內阻不是無限大，S為單刀雙擲開關，R為待測電阻。當S向電壓表一側閉合時，電壓表讀數為U1,電流表讀數為I1;當S向R一側閉合時，電流表讀數為12。⑴根據已知條件與測量數據，可以得出待測電阻 R= 。⑵根據圖a所給出的電路，在圖b的各器件實物圖之間畫出連接的導線。圖b圖b15、（8分）如圖所示，甲為某一熱敏電阻 （電阻值隨溫度的改變而改變， 且對溫度很敏感）的伏安特征曲線。（2分）為了通過測量得到圖甲所示關系的完整曲線，在圖乙、丙兩個電路中應選擇的是圖 ；簡要說明理由： （電源電動勢為9V,內阻不計，滑動變阻器的阻值為 0?100Q）。（4分）在圖丁所示電路中，電源電壓恒為9V,電流表讀數為70,定值電阻R1=250Qo由熱敏電阻的伏安特征曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為 V;電阻R2的阻值為 Q。（2分）舉出一個可以應用熱敏電阻的例子： 。丙旗用

丙旗用16、（6分）將量程為100^A,內阻為500◎的電流表改裝成量程為10的電流表，并用一個標準電流表與改裝后