讲义电学初步

第五章电流与电路第一节电荷1.电荷带电体：物体有了吸引轻小物体的性质，我们就说是物体带了电（荷）。这样的物体叫做带电体。轻小物体指碎纸屑、头发、通草球、灰尘、轻质球等。电荷：电荷的多少叫做电荷量，简称电荷，符号是Q。电荷的单位是库仑（C）。在各种带电微粒中，电子电荷量的大小是最小的。人们把最小电荷叫做元电荷，常用符号e表示。e＝1.6×10-19C。任何带电体所带电荷都是e的整数倍。正负电荷：自然界只有两种电荷——被丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷是正电荷（＋）；被毛皮摩擦过的橡胶棒上带的电荷叫做负电荷（－）。具有正电荷的实质是物质中的原子失去了电子；具有负电荷的实质是物质中的原子得到了多余的电子。电荷间的相互作用：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。两个物体相互吸引有两种情况——可能是它们带异种电荷而互相吸引，还可能是一个物体带电而吸引另一个不带电的轻小物体。使物体带电的方法摩擦起电定义：用摩擦的方法使物体带电。原因：不同物质原子核束缚电子的本领不同。实质：电荷从一个物体转移到另一个物体使正负电荷分开。能量转化：机械能-→电能接触带电：物体和带电体接触带了电。如带电体与验电器金属球接触使之带电。感应带电：由于带电体的作用，使带电体附近的物体带电。检验物体带电的方法使用验电器。验电器的构造：金属球、金属杆、金属箔。验电器的原理：同种电荷相互排斥。从验电器张角的大小，可以判断所带电荷的多少。但验电器不能检验带电体带的是正电荷还是负电荷。利用电荷间的相互作用。利用带电体能吸引轻小物体的性质。中和：放在一起的等量异种电荷完全抵消的现象。如果物体所带正、负电量不等，也会发生中和现象。这时，带电量多的物体先用部分电荷和带电量少的物体中和，剩余的电荷可使两物体带同种电荷。中和不是意味着等量正负电荷被消灭，实际上电荷总量保持不变，只是等量的正负电荷使物体整体显不出电性。2.摩擦起电原子的结构：原子是由位于中心的原子核和核外的电子组成的；原子核的质量比电子的大得多，几乎集中了原子的全部质量；原子核带正电，电子带负电，电子在原子核的吸引下，绕核高速运动。原子核带正电，电子带负电。电子绕核运动。但整个原子呈中性。摩擦起电：摩擦过的物体具有吸引轻小物体的现象，就是摩擦起电现象。摩擦的两个不同物体同时分别带上等量异种电荷。摩擦起电的原因：不同物质的原子核束缚电子的本领不同，两个物体互相摩擦时，哪个物体的原子核束缚电子的本领弱，它的一些电子就会转移到另一个物体上；失去电子的物体因缺少电子而带正电，得到电子的物体因为有了多余电子而带等量的负电。摩擦起电不是创造了电荷，只是电子从一个物体转移到另一个物体上。由同种物质组成的两物体摩擦不会起电。3.导体和绝缘体导体和绝缘体：善于导电的物体叫做导体；不善于导电的物体叫做绝缘体。常见的导体：金属、石墨、人体、大地、酸碱盐的水溶液等。常见的绝缘体：橡胶、玻璃、塑料、油、陶瓷等。半导体：导电能力在绝缘体和导体之间的物体，叫做半导体。常见的半导体：硅、锗。半导体的应用：集成电路（包括二极管、三极管）、热敏电阻、光敏电阻等。超导体：有些物质，当温度降到某一温度以下，电阻会突然变为零，这种现象叫做超导现象。能够发生超导现象的物体叫做超导体。超导体的实际应用：磁悬浮列车。超导体可以用作输电线或制造电子元件，并且无需考虑散热的问题。凡是利用电流的热效应来工作的电路中都不能使用超导体。导体容易导电的原因：里面有大量的自由电荷，它们可以脱离原子核的束缚，而在导体内部自由移动。“导电”与“带电”的区别：导电过程是自由电荷定向移动的过程，导电体是导体；带电过程是电子得失的过程，能带电的物体可以是导体，也可以是绝缘体。导体和绝缘体之间并没有绝对的界限，在一定条件下可相互转化。一定条件下，绝缘体也可变为导体。第二节电流和电路1.电流电流的形成：电荷在导体中定向移动形成电流。自由电荷在金属导体中是自由电子，在酸、碱、盐水溶液中是正、负离子。电流的方向：把正电荷移动的方向规定为电流的方向。在电源外部，电流的方向是从电源的正极流向负极。在金属导体中，电流的方向跟自由电子的移动方向相反。电源：能够提供持续电流的装置，叫做电源。干电池、蓄电池供电时，化学能转化为电能；发电机发电时，机械能转化为电能。持续电流形成的条件：①必须有电源；②电路必须闭合（通路）。只有两个条件都满足时，才能有持续电流。电流的三种效应①电流的热效应：如白炽灯，电饭锅等。②电流的磁效应：如电铃、电磁继电器等。③电流的化学效应：如电解、电镀等。注：电流看不见、摸不着，我们可以通过各种电流的效应来判断它的存在,这里体现了转换法的科学思想。物理学中，对于一些看不见、摸不着的物质或物理问题我们往往要抛开事物本身，通过观察和研究它们在自然界中表现出来的外显特性、现象或产生的效应等，去认识事物的方法，在物理学上称作这种方法叫转换法。2.电路和电路图电路：由电源、用电器、开关、导线等元件组成的电流的路径，叫做电路。电路元件的作用：电源——能够提供电流的装置，或把其他形式的能转化为电能的装置（干电池将化学能转化为电能）。用电器——消耗电能，将电能转化为其他形式能的装置。开关——控制电路的通断。导线——传导电流，输送电能。电路的三种状态：通路——处处连通的电路叫通路，此时电路中有电流通过，电路是闭合的。断路（开路）——某处断开的电路叫断路，此时电路不闭合，电路中无电流。短路——不经过用电器而直接用导线把电源正、负极连在一起，电路中会有很大的电流，可能把电源烧坏。用电器两端直接用导线连接起来的情况也属于短路。电路图：用符号表示电路连接的图，叫做电路图。常用电路元件的符号：符号意义符号意义＋交叉不相连的导线电铃交叉相连接的导线○M电动机(负极)(正极)电池○A电流表电池组○V电压表开关电阻○×小灯泡滑动变阻器3.电路和电路图由电路图连接实物：首先按电路图摆好元件位置。其中开关S应是断开的。若有滑动变阻器，应将其滑片P调到变阻器的阻值最大端。若为串联电路，可从电源正极出发，逐个顺次连接各个元件，然后回到电源负极。若为并联电路，可先选一支路与开关、电源和干路上的其他元件按串联方法连成回路，再把与该支路并联的各支路依次并联在该支路上；也可先把并联部分按首首相接、尾尾相接的接法接好，再从分叉点和会合点与开关、电源连成回路。若为混联电路，可参照串、并联的方法连接。按连接顺序检查，确定无误后，可试触开关，看看有无异常，如有问题可断开开关检查。实物图的连接中，要注意每个元件的位置和它与电路图中符号位置的对应关系。由实物图画电路图：参照实物图画出电路图时，要用规定的符号表示相应的元件，要分清元件间的连接关系，要画成规则的方框图（导线要画直，拐弯处要画成直角）。第三节串联和并联1.串联电路：两个用电器首尾相连，然后接到电路中，就说这两个用电器是串联的。2.并联电路：两个用电器的两端分别连在一起，然后接到电路中，就说这两个用电器是并联的。3.串联电路与并联电路的特点：串联电路并联电路连接特点逐个顺次连接（首尾相连）并列连接在两点之间（首相接，尾相连）电流路径电流从电源正极出发，只有一条路径流回电源负极，整个电路是一个回路（无分支）干路电流在节点处分别流经各支路，再在另一节点处汇合流回电源负极，每个支路各自跟干路形成回路，有几条支路就有几个回路（有分支）开关作用开关控制整个电路开关位置对它的控制作用没有影响干路开关控制整个电路支路开关只控制它所在的那条支路用电器间是否互相干扰各用电器互相干扰，若其中一个断开，其他用电器无法工作。各用电器不互相干扰，若其中一个断开，其他用电器照常工作实例装饰用的彩色小灯泡；开关和用电器家庭电路；路灯4.识别串联电路、并联电路的方法：让电流从电源正极出发经过各用电器回到电源负极，途中不分流就是串联，否则就是并联。将用电器接线柱编号，电流流入端为“首”电流流出端为“尾”，观察各用电器，若“首→尾→首→尾”连接为串联；若“首、首”，“尾、尾”相连，为并联。（类似于物理课上所介绍的方法）识别不规范的电路过程中，不论导线多长，只要其间没有电源、用电器等，导线两端点均可看成同一个点，从而找出各用电器两端的公共点。对实际看不到连接的电路，如路灯、家庭电路，可根据他们的某些特征判断连接情况。第四节电流的强弱1.电流：电流是表示电流强弱的物理量，用符号I表示。电流的单位为安培（安，A）。2.电流的定义式：tQI其中I表示电流，单位为安培（A）；Q表示电荷，单位为库伦（C）；t表示通电的时间，单位为秒（s）。1A＝103mA＝106μA3.电流表：测量电流的仪表叫电流表。符号为○A，其内阻很小，可看做零，电流表相当于导线。4.电流表的示数：量程使用接线柱*表盘上刻度位置大格代表值小格代表值0～0.6A“-”和“0.6”下一行0.2A0.02A0～3A“-”和“3”上一行1A0.1A在下一行读出的示数是指针指向相同位置时，在上一行读出的示数的5倍。*部分电流表的三个接线柱分别是“+”、“0.6”和“3”。这时“0.6”和“3”是负接线柱，电流要从“+”流入，再从“0.6”或“3”流出。5.正确使用电流表的规则：电流表必须和被测的用电器串联。如果电流表与用电器并联，不但测不出流经此用电器的电流，如果电路中没有别的用电器还会因为电流表直接连到电源的两极上使电流过大而烧坏电流表。电流必须从“＋”接线柱流进去，从“－”接线柱流出来。否则电流表的指针会反向偏转。被测电流不能超过电流表量程。任何情况下都不能使电流表直接连到电源的两极。6.无法估测待测电流的大小时，可先用大量程试触，若指针偏转超过最大值则应断开开关检查；如果指针偏转幅度太小，会影响读数的准确性，应选用小量程档。7.使用电表前，如果指针不指零，可调整中央调零螺旋使指针调零。8.常见的电流（估计数字）：计算器中电源的电流100μA半导体收音机电源的电流50mA手电筒中的电流200mA房间灯泡中的电流0.2A家用电冰箱的电流1A家用空调器的电流5A雷电电流几万安至几十万安第五节探究串、并联电路的电流规律【实验器材】两只相同规格的小灯泡和一只不同规格的小灯泡、一个开关、两节干电池、导线若干、三个电流表【电路图】【设计实验】分别按照上面两个电路图连接电路，先将规格相同的小灯泡接入电路，读出电流表示数并记录；然后将规格不同的小灯泡接入电路，再次读出电流表示数并记录。【实验表格】实验次数A点的电流IA/AB点的电流IB/AC点的电流IC/A12【实验结论】串联电路中各点的电流相等，并联电路的总电流等于各支路电流之和。【提示】使用不同规格的灯泡是为了避免偶然性。课本中的实验是在A、B、C三点分别接电流表。同时接电流表的好处是便于操作。第六章电压电阻第一节电压1.电压：电压是使电路中自由电荷定向移动形成电流的原因。电压的符号是U，单位为伏特（伏，V）。要在一段电路中产生电流，它的两端就要有电压。电源的作用是给用电器两端提供电压。1kV＝103V＝106mV说电压时，要说“xxx两端的电压”；说电流时，要说通过“xxx的电流”。2.电压表：测量电路两端电压的仪表叫电压表，符号为○V，其内阻很大，接入电路上相当于开路。3.电压表的示数：量程使用接线柱*表盘上刻度位置大格代表值小格代表值0～3V“-”和“3”下一行1V0.1V0～15V“-”和“15”上一行5V0.5V在下一行读出的示数是指针指向相同位置时，在上一行读出的示数的5倍。*部分电流表的三个接线柱是“+”、“3”和“15”。这时“3”和“15”是负接线柱，电流要从“+”流入，再从“3”和“15”流出。4.正确使用电压表的规则：电压表必须和被测的用电器并联。如果与被测用电器串联，会因为电压表内阻很大，此段电路开路而无法测此用电器两段的电压。如果被测用电器在支路上，这时电压表测的是其他支路两端的电压；如果被测用电器在干路上，则整个电路便成开路了，这时电压表测的是电源电压。电流必须从