第八单元恒定电流

恒定电流1第八单元恒定电流过程及内容：基本概念和定律一、电流、电阻和电阻定律1．电流：电荷的定向移动形成电流．(1)形成电流的条件：内因是有自由移动的电荷，外因是导体两端有电势差．(2)电流强度：通过导体横截面的电量Q与通过这些电量所用的时间t的比值。(定义)I=Q/t①I=Q/t；假设导体单位体积内有n个电子，电子定向移动的速率为v，假若导体单位长度有N个电子，则I＝Nesv．②表示电流的强弱,是标量.但有方向,规定正电荷定向移动的方向为电流的方向．在外电路中正→负，内电路中负→正③单位是：安、毫安、微安1A=103mA=106μA④区分两种速率：电流传导速率（等于光速）和电荷定向移动速率（机械运动速率）。I=tq(定义)=tt)ne(sv=tq；I=nesv(微观)RUI；rREI；UPUtWI；BLFI2．电阻、电阻定律(1)电阻：加在导体两端的电压与通过导体的电流强度的比值。R=Iu(定义)(比值定义)；U-I图线的斜率导体的电阻是由导体本身的性质决定的,与U.I无关.(2)电阻定律：温度一定时导体的电阻R与它的长度L成正比,与它的横截面积S成反比。R=SL(决定)(3)电阻率：电阻率ρ是反映材料导电性能的物理量，由材料决定,但受温度的影响．①电阻率在数值上等于这种材料制成的长为1m,横截面积为1m2的柱形导体的电阻.②单位是:Ω·m.有些材料ρ随t↑而↑(金属)铂用来做温度计；有些材料ρ随t↑而↓(半导体)；有些材料ρ几乎不受温度影响(康铜、锰铜)。3．半导体与超导体特性：光敏特性、热敏特性和掺杂特性。可制作光敏电阻和热敏电阻。(1)半导体的导电特性介于导体与绝缘体之间,电阻率约为10－5Ω·m～106Ω·m(2)半导体的应用:①热敏电阻:能够将温度的变化转成电信号,测量这种电信号,就可以知道温度的变化.②光敏电阻:光敏电阻在需要对光照有灵敏反应的自动控制设备中起到自动开关的作用.③晶体二极管、晶体三极管、电容等电子元件可连成集成电路.④半导体可制成半导体激光器、半导体太阳能电池等.第1课恒定电流2（3）超导体①超导现象：某些物质在温度降到绝对零度附近时,电阻率突然降到几乎为零的现象.这种现象叫超导现象，处于这种状态下的导体叫超导体。③应用:超导电磁铁、超导电机等②转变温度(TC):材料由正常状态转变为超导状态的温度我国1989年TC=130K二、部分电路欧姆定律(1)内容：导体中的电流I跟导体两端的电压成正比，跟它的电阻R成反比。(2)公式：RUI(3)适用范围：适用于金属导电体、电解液导体，不适用于空气导体和某些半导体器件．(4)图象：导体的伏安特性曲线-------导体中的电流随随导体两端电压变化图线，叫导体的伏安特性曲线。常画成I～U或U～I图象,对于线性元件伏安特性曲线是直线,对于非线性元件,伏安特性曲线是非线性的.注意：①我们处理问题时，一般认为电阻为定值，不可由R=U/I认为电阻R随电压大而大，随电流大而小．②I、U、R必须是对应关系（对应于同一段电路）．即I是过电阻的电流，U是电阻两端的电压．三、电功、电功率1．电功：电流做功的实质：电场力移动电荷做功，(只有力才能做功)；电荷的电势能其它形式的能。电流做功的过程是电能其它形式的能的过程。单位：J；kwh电场力做的功W＝qu=UIt=I2Rt=U2t/R(只适于纯电阻电路)2．电功率：电流做功的快慢，即电流通过一段电路电能转化成其它形式能对电流做功的总功率,P=UI；单位：w；3．焦耳定律：电流通过一段只有电阻元件的电路时，在t时间内的热量Q=I2Rt．纯电阻电路中W＝UIt=U2t/R=I2Rt，P=UI=U2/R=I2R；非纯电阻电路W＝UIt，P=UI4．电功率与热功率之间的关系纯电阻电路中，电功率等于热功率，非纯电阻电路中，电功率只有一部分转化成热功率．纯电阻电路：电路中只有电阻元件，如电熨斗、电炉子等．非纯电阻电路：电机、电风扇、电解槽等，其特点是电能只有一部分转化成内能．规律方法(1)用电器正常工作的条件：①用电器两端的实际电压等于其额定电压.②用电器中的实际电流等于其额定电流③用电器的实际电功率等于其额定功率．由于以上三个条件中的任何一个得到满足时，其余两个条件必定满足，因此它们是用电器正常工作的等效条件．IOUOIU1212R1R2R1R2恒定电流3(2)用电器接入电路时：①纯电阻用电器接入电路中，若无特别说明，应认为其电阻不变．②用电器实际功率超过其额定功率时,认为它将被烧毁.散串、并联及混联电路一、串联电路①电路中各处电流相同．I=I1=I2=I3=……②串联电路两端的电压等于各电阻两端电压之和.U=U1+U2+U3……③串联电路的总电阻等于各个导体的电阻之和，即R=R1＋R2＋…＋Rn④串联电路中各个电阻两端的电压跟它的阻值成正比(串联电阻具有分压作用——制电压表)，即1212nnUUUIRRR⑤串联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成正比，即21212nnPPPIRRR注意:⑴允许通过的最大电流=各串联电阻额定电流的最上值；允许加的最大电压=允许通过的最大电流×R总⑵电路的总功率=各电阻消耗的功率之和.二、并联电路①并联电路中各支路两端的电压相同．U=U1=U2=U3……②并联电路总电路的电流等于各支路的电流之和I=I1＋I2＋I3=……③并联电路总电阻的倒数等于各个导体的电阻的倒数之和。nRRRR1...11121n个相同的电阻R并联R总=；总电阻比任一支路电阻小两个支路时R总=特别注意：在并联电路中增加支路条数，总电阻变小三个支路时R总=增加任一支路电阻，总电阻增大④并联电路中通过各个电阻的电流跟它的阻值成反比(并联电阻具有分流作用——改装电流表)，即I1R1＝I2R2=…＝InRn=U．支路电阻越小，通过的电流越大。⑤并联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成反比，即P1R1=P2R2=…=PnRn=U2．注意:⑴几条支路并联，允许加的最大电压=和支路额定电压的最小值；总最小的额定电压允许的最大电流R总⑵电路的总功率=各电阻消耗的功率之和第2课恒定电流4闭合电路的欧姆定律一、电源1．电源：是将其它形式的能转化成电能的装置．2．电动势：单位：V。非静电力搬运电荷所做的功跟搬运电荷电量的比值，E=W/q。表示电源把其它形式的能电能本领的大小，等于电路中通过1C电量时电源所提供的电能的数值在数值上=电源没有接入电路时两极板间的电压，内外电路上电势降落之和E＝U外＋U内．3．电动势是标量．要注意电动势不是电压；电动势与电势差的区别(见表格)电动势电势差物理意义反映电源内部非静电力做功把其它形式的能量转化为电能的情况反映电路中电场力做功把电能转化为其它形式能的情况定义式E=W/qW为电源的非静电力把正电荷从电源内由负极移到正极所做的功U=W/qW为电场力把正电荷从电源外部由正极移到负极所做的功量度式E=IR+Ir=U外+U内U=IR测量动用欧姆定律间接测量用伏特表测量决定因素与电源的性质有关与电源、电路中的用电器有关特殊情况当电源断开时路端电压值=电源的电动势二、闭合电路的欧姆定律(对于给定电源：一般认为E，r不变，但电池用久后，E略变小，r明显增大。)(1)内、外电路①内电路：电源两极(不含两极)以内，如电池内的溶液、发电机的线圈等．内电路的电阻叫做内电阻r．内电路分得的电压称为内电压，②外电路：电源两极间包括用电器和导线等,外电路的电阻叫做外电阻R,外电路分得的电压称为外电压(在电闭合电路中两源两极的电压是外电压)(2)闭合电路的欧姆定律适用条件：纯电阻电路①内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，与内、外电路的电阻之和成反比，即I=E/（R+r）第3课恒定电流5研究闭合电路，主要物理量有E、r、R、I、U，前两个是常量，后三个是变量。②表达形式：)()()(关系关系关系内外RUErRRURIrREIIUIrEUUUE③讨论：1、外电路断开时(I=0),路端电压等于电源的电动势(即U=E);而这时用电压表测量时,其读数略小于电动势(有微弱电流)2、外电路短路时(R=0,U=0)电流最大为(一般不允许这种情况,会把电源烧坏)(3)路端电压跟负载的关系①路端电压：外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压．U＝E－Ir,路端电压随着电路中电流的增大而减小；路端电压随外电阻变化的情况：R↓→I↑→U↓，反之亦然。②电源的外特性曲线——路端电压Ｕ随电流Ｉ变化的图象：(U一I关系图线)图象的函数表达：U＝E－Ir当外电路断路时(即R→∞,I＝0)，纵轴上的截距表示电源的电动势Ｅ(Ｅ＝Ｕ端)；当外电路短路时(R＝0,U＝0)，横坐标的截距表示电源的短路电流I短=E/r；图线的斜率的绝对值为电源的内电阻．某点纵坐标和横坐标值的乘积为电源的输出功率，在图中的那块矩形的“面积”表示电源的输出功率，该直线上任意一点与原点连线的斜率表示该状态时外电阻的大小；当Ｕ＝E/2(即R=r)时，Ｐ出最大。η＝50％注意：坐标原点是否都从零开始：若纵坐标上的取值不从零开始取，则该截距不表示短路电流。(4).闭合电路的输出功率①电源的总功率：P总=IE=IU外十IU内=IU＋I2r，(闭合电路中内、外电路的电流相等，所以由Ｅ＝Ｕ外＋Ｕ内)②电源的输出功率与电路中电流的关系:Ｐ=Ｕ×Ｉ；当Ｉ↑时Ｕ↓，当Ｉ↓时Ｕ↑，表明ＵＩ有极值存大。rErEIrrErErEIIrrEIIrrIIEP4)2(4])2(22[)(2222222当2EIr时,电源的输出功率最大，24mEPr恒定电流6③电源的输出功率与外电路电阻的关系:(等效于如图所示的电路)rRrRERrrRRERrRERIIUrIIEPPP44)()(2222222内总出当R＝r时(I=E/2r),电源有最大输出功率：rEP42max结论：当外电路的电阻等于电源的内阻时，电源的输出功率最大。要使电路中某电阻R的功率最大；条件R=电路中其余部分的总电阻例：电阻R的功率最大条件是：R=R0+r输出功率随外电阻Ｒ变化的图线(如图所示)；由图象可知，1.对应于电源的非最大输出功率P可以有两个不同的外电阻Rl和R2，不难证明12rRR．2.当Rr时，若R增大，则P出增大；III.当Rr时，若R增大，则P出减小．IV.在电源外特性曲线上某点纵坐标和横坐标值的乘积为电源的输出功率，在图中的那块矩形的面积表示电源的输出功率，当Ｕ＝2E时，Ｐ最大。应注意:对于内外电路上的固定电阻，其消耗的功率仅取决于电路中的电流大小④电源内阻上的热功率：Ｐ内＝Ｕ内Ｉ＝I2ｒ。⑤电源的供电效率rRRrRIRIEUIEIUPP)(22总出当电源的输出功率达最大时，η＝50％。(5)电源的外特性曲线和导体的伏安特性曲线⑴联系：它们都是电压和电流的关系图线；⑵区别：它们存在的前提不同，遵循的物理规律不同，反映的物理意义不同；①电源的外特性曲线：在电源的电动势用内阻ｒ一定的条件下，通过改变外电路的电阻Ｒ使路端电压Ｕ随电流Ｉ变化的图线，遵循闭合电路欧姆定律。U＝E－Ir，图线与纵轴的截距表示电动势Ｅ，斜率的绝对值表示内阻ｒ。②导体的伏安特性曲线：在给定导体(电阻Ｒ)的条件下，通过改变加在导体两端的电压而得到的电流Ｉ随电压Ｕ变化的图线；遵循(部分电路)欧姆定律。Ｉ＝RU；图线斜率的倒数值表示导体的电阻Ｒ。UoIEU0M（I0,U0）βαbaNI0Im恒定电流71R2R1S2SG右图中a为电源的U-I图象；b为外电阻的U-I图象；两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压；该点和原点之间的矩形的面积表示输出功率；a的斜率的绝对值表示内阻大小；b的斜率的绝对值表示外电阻的大小；当两个斜率相等时（即内、外电阻相等时图中矩形面积最大，即输出功率最大（可以看出当时路端电压是电动势的一半，电流是最大电流的一半）。导体的伏安特性曲线-------导体中的电流随随导体两端电压变化图线，