高二物理選修恒定電流

1、第二章、恒定電流知識點(diǎn)一、導(dǎo)體中的電場和電流1. 導(dǎo)線中的電場 形成因素：是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。方向：導(dǎo)線與電源連通后，導(dǎo)線內(nèi)很快形成了沿導(dǎo)線方向的恒定電場。 性質(zhì)：導(dǎo)線中恒定電場的性質(zhì)與靜電場的性質(zhì)不同。 恒定電場：導(dǎo)線內(nèi)的電場是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管導(dǎo)線中的電荷在運(yùn)動(dòng)，但有的流走，另外的又來補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也不會隨時(shí)間變化。這種由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定電場稱為恒定電場。2. 電流 導(dǎo)體形成電流的條件：要有自由電荷導(dǎo)體兩端形成電壓。 電流定義：通過導(dǎo)體橫截面的電量跟這些電荷量所用時(shí)間的比值叫電流。公式：電流是標(biāo)

2、量但有方向，規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍ɑ蚺c負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反）。單位：A， 1A=103 mA=106A恒定電流：大小方向不隨時(shí)間的變化而變化的電流.我們生活中能使電器正常的電流就是恒定電流；電流微觀表達(dá)式:I=nqvs，n是單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，q是每個(gè)自由電荷電荷量，s是導(dǎo)體的橫截面積，v是自由電荷的定向移動(dòng)速率。（適用于金屬導(dǎo)體）說明：導(dǎo)體中三種速率（定向移動(dòng)速率非常小約10-5m/s，無規(guī)律的熱運(yùn)動(dòng)速率較大約105m/s，電場傳播速率非常大為光速例如電路合上電鍵遠(yuǎn)處的電燈同時(shí)亮）例1某電解池中，若在2 s內(nèi)各有1.0×1019個(gè)二價(jià)正離子和2.0×

3、;1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某截面，那么通過這個(gè)截面的電流是( ) AO B0.8 A C1.6 A D3.2 A解析：電荷的定向移動(dòng)形成電流，但“+”“一”電荷同時(shí)向相反方向定向移動(dòng)時(shí)，通過某截面的電量應(yīng)是兩者絕對值的和。故由題意可知，電流由正、負(fù)離子定向運(yùn)動(dòng)形成，則在2 s內(nèi)通過截面的總電量應(yīng)為： q=1.6×10-19×2×1.0×1019C+1.6×10-19×1×2.0×1019C=6.4C。 根據(jù)電流的定義式得：I=q/t=6.4/2=3.2A例2有一橫截面積為s的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流強(qiáng)度為I；設(shè)每單位

4、體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子，電子的電量為e，此電子的定向移動(dòng)速率為v，在t時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)可表示為（ ） Anvs t Bnv·t CIt /e D It /se 解析：因?yàn)镮=q/t，所以q=I·t自由電子數(shù)目為：N=q/e= It /e，則選項(xiàng)C正確。 又因?yàn)殡娏鲝?qiáng)度的微觀表達(dá)式為I=nev·s，所以自由電子數(shù)目為 N=q/e= It /e =nevst/e=nvs t 則選項(xiàng)A正確。例3關(guān)于電源的作用,下列說法正確的是 ( ) A.電源的作用是能為電流提供自由電子 B.電源的作用是使導(dǎo)體中形成電場 C.電源的作用是能夠保持導(dǎo)體兩端的電壓 D

5、.電源的作用是使自由電荷定向移動(dòng)起來 （BCD）例4下列敘述正確的是（ ） A導(dǎo)體中電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流 B電流的國際單位是安培 C因?yàn)殡娏鲝?qiáng)度有方向，所以電流強(qiáng)度是矢量 D導(dǎo)體中有電流通過時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)不為零 （BD）例5關(guān)于電流的方向，下列說法正確的是（ ）A在金屬導(dǎo)體中，電流的方向是自由電子定向移動(dòng)的方向 B在電解液中，電流的方向?yàn)樨?fù)離子定向移動(dòng)的方向 C無論在何種導(dǎo)體中，電流的方向都與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反 D在電解液中，由于是正負(fù)電荷定向移動(dòng)形成的電流，所以電流有兩個(gè)方向 （C）例題6關(guān)于電流的說法正確的是（ ） A根據(jù)I=q/t可知，I與q成正比 B如果在任何相等時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫

6、截面積的電量相等，則導(dǎo)體中的電流是恒定電流 C電流強(qiáng)度是一個(gè)標(biāo)量，其方向是沒有意義的 D電流強(qiáng)度的單位“安培”是國際單位制中的基本單位 （BD）二、電動(dòng)勢 1. 物理意義：反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能本領(lǐng)的大小的物理量，它由電源本身的性質(zhì)決定。 （比如一節(jié)干電池電壓是1.5V，不管接什么樣的電路他的電壓都是1.5V，干電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，電能在導(dǎo)線中形成電場！）2. 大?。ㄔ跀?shù)值上等于）在電源內(nèi)部把1C的正電荷在從負(fù)極送到正極非靜電力所做的功。電源沒有接入電路時(shí)兩極間的電壓。在閉合電路中內(nèi)外電勢降落之和。3. 電動(dòng)勢的符號是E，國際單位是伏特；是一個(gè)標(biāo)量，但有方向（？），電動(dòng)勢的方

7、向在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極。4電源內(nèi)阻：電源內(nèi)部也是由導(dǎo)體組成的，所以也有電阻，這個(gè)電阻叫電源內(nèi)阻。對同一種電池來說，體積越大，電池的容量越大，其內(nèi)阻越小。電池的內(nèi)阻在使用過程中變化很大。例1：有一電流表零刻度在表盤中央，已知電流從正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出時(shí)，電流表指針向右偏，現(xiàn)將該電流表接入如圖1221所示電路，合上開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表指針向左偏，試判斷電源的正、負(fù)極。例2：關(guān)于電源的電動(dòng)勢，下面說法正確的是（ ） A電動(dòng)勢是表征電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量 B電動(dòng)勢在數(shù)值上等于電路中通過1C電量時(shí)電源提供的能量 C電源的電動(dòng)勢跟電源的體積有關(guān)，跟外電路有關(guān) D電動(dòng)勢有方向，因此

8、電動(dòng)勢是矢量 （AB）例3沿閉合電路移動(dòng)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(nèi)外電路的電阻 D電源電動(dòng)勢 （D）三、電阻、電阻率 1. 電阻定律：同種材料的導(dǎo)體，其電阻與它的長度成正比與它的橫截面積成反比，導(dǎo)體的電阻還與構(gòu)成它的材料及溫度有關(guān)，電阻的定義式： （注意與表達(dá)式公式R=U/ I區(qū)別，后者是用來計(jì)算，前者是用來決定電阻的大小的）。如果以上信息確定，那么電阻的大小是不變的。2. 電阻率：上式中的比例系數(shù)（單位是m） ，它與導(dǎo)體的材料溫度有關(guān)，是表征材料導(dǎo)電性質(zhì)的一個(gè)重要的物理量。 常溫下（25-26C°）材料電阻率( m) (1)銀 1.65

9、× 10-8 (2)銅 1.75 × 10-8 (3)金 2.40×10-8 (4)鋁 2.83 × 10-8 (5鎢 5.48 × 10-8 (6)鐵 9.78 × 10-8有些金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而變大可以做電阻溫度計(jì)用，半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而減小，有些合金的電阻率不受溫度影響。3.電阻的測量：（1）伏安法測電阻的兩種電路形式（如圖所示）（a）電流表內(nèi)接法由于電流表的分壓作用，電阻的測量值比真實(shí)值偏大，適合測量大電阻（b）電流表外接法由于電壓表流的分流作用，電阻的測量值比真實(shí)值偏小適合測量小電阻經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：四、伏安特性

10、曲線： 1. 定義：導(dǎo)體的電流隨電壓變化的關(guān)系曲線叫做伏安特性曲線。如圖所示2. 意義：斜率的倒數(shù)表示電阻。 3. 對于金屬、電解液在不考慮溫度的影響時(shí)其伏安特性曲線是過原點(diǎn)的傾斜的直線，這樣的導(dǎo)體叫線性導(dǎo)體，否則為非線性導(dǎo)體。五、歐姆定律 1. 內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流I跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，跟它的電阻R成反比。 2. 公式：R=U/ I電阻：表征導(dǎo)體對電流阻礙作用的物理量。符號常用R表示，電阻的單位：歐姆，簡稱歐，符號是，11V/A，常用單位還有千歐（k）和兆歐（M），1M=103k=106。3. 適用條件：適用與金屬導(dǎo)電和電解液導(dǎo)電，對氣體導(dǎo)體和半導(dǎo)體元件并不適用。 4. 導(dǎo)體的伏安特性曲

11、線：用橫坐標(biāo)表示測的導(dǎo)體兩端的電壓為U，縱坐標(biāo)表示導(dǎo)體流過的電流I，畫出的I-U關(guān)系圖線。如圖1231所示。圖線斜率的物理意義：斜率的倒數(shù)表示電阻，即tan=I/U=1/R線性元件：伏安特性曲線是直線的電學(xué)元件，適用于歐姆定律。非線性元件：伏安特性曲線不是直線的電學(xué)元件，不適用于歐姆定律。例1.電路中有一段導(dǎo)體，給它加上3V的電壓時(shí)，通過它的電流為2mA，可知這段導(dǎo)體的電阻為_；如果給它加上2V的電壓，則通過它的電流為_ mA；如果在它兩端不加電壓，它的電阻為_。例2：關(guān)于電流和電阻，下列說法中正確的是（ ） A電流的方向與導(dǎo)體中電荷的定向移動(dòng)方向相同 B金屬導(dǎo)體溫度升高時(shí)，由于自由電子的熱運(yùn)

12、動(dòng)加劇，所以電流增大 C由R=U/I可知，I一定時(shí)，導(dǎo)體的電阻R與U成正比，U與I成反比 D對給定的電阻，比值U/I是一個(gè)定值，反映導(dǎo)體本身的一種性質(zhì) D例3.兩電阻R1、R2 的I-U圖線如圖1233所示，由圖可知兩電阻的大小之比R1：R2_。當(dāng)通過兩個(gè)電阻的電流相等時(shí)，兩個(gè)電阻兩端的電壓之比U1:U2_。當(dāng)加在兩個(gè)電阻上的電壓相等時(shí)，通過它們的電流之比I1:I2_。例4.兩電阻R1、R2 的U-I圖線如圖1234所示，由圖可知兩電阻的大小之比R1：R2_。當(dāng)通過兩個(gè)電阻的電流相等時(shí)，兩個(gè)電阻兩端的電壓之比U1:U2_。當(dāng)加在兩個(gè)電阻上的電壓相等時(shí)，通過它們的電流之比I1:I2_。對比例題三

13、和例題四的區(qū)別？例4小燈泡的伏安特性曲線如圖1236中的AB段（曲線）所示，由圖可知，燈絲的電阻因溫度的影響改變了_.六、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路1串聯(lián)電路的基本特點(diǎn)：（1）電路中各處的電流相等，即I1=I2=In；（2）電路兩端的總電壓等于各部分電路兩端電壓之和，即U=U1+U2+Un 串聯(lián)電路的重要性質(zhì)：（1）總電阻：R=R1+R2+Rn；（2）電壓分配：U1/R1=U2/R2=Un/Rn。2并聯(lián)電路的基本特點(diǎn)：（1）電路中各支路兩端的電壓相等，即U1=U2=Un。（2）電路的總電流等于各支路電流之和，即I=I1+I2+In。 并聯(lián)電路的重要性質(zhì)：（1）總電阻:；推論：并聯(lián)總電阻小于任一支路電阻

14、；任一支路電阻增大，總電阻增大；反之，減小。（2）電流分配：I1R1=I2R2=InRn=U。3含有電容器的直流電路的分析方法：電路穩(wěn)定時(shí)，電容器是斷路的，其兩端電壓等于所并聯(lián)的電路兩端的電壓；（可以看作是沒有電流，有電壓，即為一個(gè)電壓表?。╇娐返碾娏鳌㈦妷鹤兓瘯r(shí)，將會引起電容器的充（放）電；如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電；如果電壓降低，電容器將通過與它并接的電路放電。（電容器通直流阻交流）4電流表改裝成電壓表：電壓表是由小量程的電流表串聯(lián)一定的分壓電阻所組成。為了計(jì)算分壓電阻，需要測定電流表的兩個(gè)基本參數(shù)，即_額定電流_和_內(nèi)阻_。 如何使電壓表量程增大：用串聯(lián)一個(gè)電阻分壓的原理來改裝

15、小電壓表，擴(kuò)大量程。串聯(lián)的電阻大小根據(jù)所分擔(dān)的電壓來計(jì)算即R串=（U-IgRg）/Ig。電流表改裝電壓表：電壓表兩端串聯(lián)一個(gè)大電阻5.電流表改裝成電流表并聯(lián)一個(gè)分流電阻R電流表改裝電流表：并聯(lián)一個(gè)小電阻。思考：電流表不能夠并聯(lián)嗎？為什么這里的電表G是G，而不是A，為什么這里可以并聯(lián)？例1如圖1242所示，A、B兩端電壓不變，將變阻器R2的滑動(dòng)端P向左移動(dòng)，B、C間的等效電阻將_，電阻R1上的電壓將_，燈泡L會_。例2：如圖1245所示，M、N兩點(diǎn)間電壓為18V，R1=6，R2=3，C1=6F，C2=3F；當(dāng)電鍵K斷開時(shí)，A、B兩點(diǎn)間的電壓UAB為_伏，當(dāng)K閉合時(shí)，電容器C1的電量為_庫。例3把

16、“1.5V，0.3A”的電珠接到6V電源上，為使正常發(fā)光，需串聯(lián)一個(gè)_的電阻例4：一個(gè)分壓電阻為R1串聯(lián)到電壓表上，使電壓表的量程擴(kuò)大為原來的n倍，另一個(gè)分壓電阻R2串聯(lián)到同一電壓表上，量程擴(kuò)大到原來的m倍，如果把這兩個(gè)電阻并聯(lián)之后再串聯(lián)到電壓表上，此時(shí)電壓表的量程擴(kuò)大了幾倍？解析:設(shè)原電壓表的內(nèi)阻為RV，原來的量程為U，滿偏電流為I，則有： U=IRV 串聯(lián)上分壓電阻R1時(shí)，有：I（R1+RV）=nU 串聯(lián)上分壓電阻R2時(shí)，有：I（R2+RV）=mU R1、R2并聯(lián)后再串聯(lián)到電壓表上時(shí)，有：IR1R2/(R1+R2)+RV=kU 把I=U/RV代入得：R1=（n-1）RV，R2=（m-1）R

17、V，R1R2/(R1+R2)=(k-1)RV 由以上方程可解得：k=(mn-1)/(m+n-2)七、電功和電功率、焦耳定律 1. 電功 ：在電路中，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)而形成電流，在此過程中電場力對自由電荷做功，在一段電路中電場力所做的功，用W=Uq=UIt來計(jì)算。 2. 電功率：單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功，P=W/t=UI 3. 焦耳定律：電流流過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，有Q=I2Rt來計(jì)算八、閉合電路的歐姆定律1. 主要物理量。 研究閉合電路，主要物理量有E、r、R、I、U，前兩個(gè)是常量，后三個(gè)是變量。閉合電路歐姆定律的表達(dá)形式有：從（3）式看出：當(dāng)外電路斷開時(shí)（I = 0），

18、路端電壓等于電動(dòng)勢。而這時(shí)用電壓表去測量時(shí)，讀數(shù)卻應(yīng)該略小于電動(dòng)勢（有微弱電流）。當(dāng)外電路短路時(shí)（R = 0，因而U = 0）電流最大為Im=E/r（一般不允許出現(xiàn)這種情況，會把電源燒壞）。2. 電源的功率和效率。 電源的輸出功率可見電源輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖所示，而當(dāng)內(nèi)外電阻相等時(shí)，電源的輸出功率最大為: 3. 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(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-

19、Ir，U一定增大；因此U4、I4一定增大；由I3= I-I4，I3、U3一定減小；由U2=U-U3，U2、I2一定增大；由I1=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（通過變化電阻的電流也通過該電阻）的看電流（即總電流減小時(shí)，該電阻的電流、電壓都減?。?和變化電阻有并聯(lián)關(guān)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(shí)，該電阻的電流、電壓都增大）。4. 閉合電路的U-I圖象。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，

20、當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從a端滑向b端的過程中，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。 (1) (2)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端的過程中，總電阻逐漸減小；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 先減小后增大例題：一個(gè)T型電路如圖所示，電路中的電R1=110 R2=120,R3=40、另有一測試電源，電動(dòng)勢為100V，內(nèi)阻忽略不計(jì)。則 A.當(dāng)cd端短路時(shí)，ab之間的等效電阻是40W B.當(dāng)

21、ab端短路時(shí)，cd之間的等效電阻是40W C. 當(dāng)ab兩端接通測試電源時(shí)， cd兩端的電壓為80 V D. 當(dāng)cd兩端接通測試電源時(shí)， ab兩端的電壓為80 V【答案】AC例題：電路的動(dòng)態(tài)變化問題 如圖電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向上端a滑動(dòng)過程中，兩表的示數(shù)情況為（ ） A.電壓表示數(shù)增大，電流表示數(shù)減少 B.電壓表示數(shù)減少，電流表示數(shù)增大 C.兩電表示數(shù)都增大 D.兩電表示數(shù)都減少 【答案】A4. 電功和電功率 如圖8所示，電阻R和電動(dòng)機(jī)M串連接到電路中，且電阻R和電動(dòng)機(jī)M線圈的電阻相等，接通電鍵后，電動(dòng)機(jī)正常工作，設(shè)電阻R和電動(dòng)機(jī)M兩端的電壓分別為U1和U2。經(jīng)過時(shí)間t，電流通過電阻R所

22、做的功為1W，產(chǎn)生的熱量為1Q；而電流通過電動(dòng)機(jī)M所做的功為2W，產(chǎn)生的熱量為2Q。則有（ ）【答案】AD九、測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻。2. 實(shí)驗(yàn)原理 如圖1所示，改變R的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組I、U值，利用閉合電路的歐姆定律求出幾組E、r值，最后分別算出它們的平均值。此外，還可以用作圖法來處理數(shù)據(jù)。即在坐標(biāo)紙上以I為橫坐標(biāo)，U為縱坐標(biāo),用測出的幾組I、U值畫出U-I圖象(如圖2)所得直線跟縱軸的交點(diǎn)即為電動(dòng)勢E值,圖線斜率的絕對值即為內(nèi)電阻r的值。3. 實(shí)驗(yàn)器材 待測電池，電壓表( 0-3V ),電流表（0-0.6A），滑動(dòng)變阻器（10），電

23、鍵，導(dǎo)線。 4. 實(shí)驗(yàn)步驟 電流表用0.6A量程，電壓表用3V量程，按電路圖連接好電路。 把變阻器的滑動(dòng)片移到一端使阻值最大。 閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)（I1、U1），用同樣方法測量幾組I、U的值。 打開電鍵，整理好器材。 處理數(shù)據(jù)，用公式法和作圖法兩種方法求出電動(dòng)勢和內(nèi)電阻的值。5. 注意事項(xiàng) 為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已使用過一段時(shí)間的1號干電池。 干電池在大電流放電時(shí)，電動(dòng)勢E會明顯下降，內(nèi)阻r會明顯增大，故長時(shí)間放電不宜超過0.3A，短時(shí)間放電不宜超過0.5A。因此，實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過大，讀電表要快，每次讀完立即斷電。 要測出不少于6組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解時(shí)，要將測出的I、U數(shù)據(jù)中，第1和第4為一組，第2和第5為一組，第3和第6為一組，分別解出E、r值再平均。 畫U-I圖線時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去不予考慮。這樣，就可使偶然誤差得到部分的抵消，從而提高精確度。 干電池內(nèi)阻較小時(shí)路端電壓U的變化也較小，即不會比電動(dòng)勢小很多，這時(shí)，在畫U-I圖線時(shí)，