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1、 第七章 恒定电流 授课人：王义昌 （徐水县第一中学） 1.电流形成的条件:(1)有 自由移动的电荷;(2)导体两端有电压. 2.电流：通过导体横截面的电荷量Q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值叫 电流,即I= Q t . 3.电流的微观表达式 I=nesv. 粗细均匀的导体两端加一定的电压后,设导体的横截面积为S,导体每单位体积 内的自由电荷数为n,每个自由电荷所带的电荷量为e,自由电荷沿导体定向移动 的速率为v. 4.单位:国际单位是安培,简称安,符号A,它是国际单位制中七个其本单位之一. 1 A=103mA=106A 5.电流的方向:电流是标量,与正电荷定向移动的方向相同,与负电荷定向移
2、动的 方向相反.在外电路中电流由高电势端流向低电势端,在电源内部由电源负极流 向 正极. 一、电流 nsLe t I= L = vt I=nesv 例1:有一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流为I, 设每单位体积的导线中有n个自由电子,电子的电荷量 为q,此时电子定向移动的速率为v,在t时间内,通过导 线横截面的自由电子数可表示为( ) A C 说明: 电流的分类: 直流(方向不随时间变化); 交流(方向随时间变化); 恒定电流(大小方向都不随时间变化). I= q t 中q是指时间t内通过导体某一横 截面而不是单位横截面的电荷量. 在电解液导电和气体导电中q应为通过该截面 的正、负电荷量的
3、绝对值之和. 例2.一段横截面积为0.5 cm2的导体材料中,每 秒钟有0.2 C正电荷和0.3 C负电荷相向运动,则 电流强度是( ) A.0.2 A B.0.3 A C.0.5 A D.104 A 答案:C 二部分电路欧姆定律 1.内容:通过导体的电流跟导体两端的电压成 正比,跟导体的电阻成 反比. 2.表达式: I=UR 3.适用范围(1)适用于金属导电和电解液导电 (对气体导电不适用). (2)适用于纯电阻电路(不含电动机、电解槽的电路) 4.导体的伏安特性曲线:以电流为纵轴、电压为横轴画出导体上的电流随电压的变化曲 线,如图甲、乙所示.(1)线性元件:伏安特性曲线为直线的电学元件(图
4、甲) (2)非线性元件:伏安特性曲线为曲线的电学元件(图乙) 注意:a.对于非线性元件,欧姆定律不适用. b.通常用IU图象(或U I图象)描述导体或半导体 的伏安特性. 曲线上的每一个点对应一组U、I值, (与坐标原点 连线的斜率的倒数)为该状态下的电阻值,UI为该状 态下的电功率. 3.某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示,已知OA为过 （5、1.0）点的倾斜直线倾角为=450则下列说法中正确的是 A.加5 V电压时,导体的电阻约是5 B.加11 V电压时,导体的电阻约是1.4 C.由图可知,加5 V电压时，导体电阻为R=tg=1 D.由图可知,随着电压的减小,导体的电阻不断减小 AD
5、 三、电阻、电阻率 1.电阻 (1)定义:导体两端的电压与通过导体中的电流的比值. (2)公式: 定义式:R=UI 决定式(电阻定律):导体的电阻跟导体的材料有 关,在温度不变的情况下,同材料的电阻R跟它得长度成正比, 跟它的 横截面积成反比. R= L S 国际单位:欧姆,符号 . (3)物理意义:导体的电阻反映了导体的导电性能,即导体对电 流的阻碍作用的大小,R越大,阻碍作用越强. 2.电阻率 (1)计算式:= (2)物理意义: 反映材料导电性能的物理量,. (3)导体、半导体材料电阻率的特点 电阻率与导体的长度l、横截面积S无关,是导体材料本身的电学 性质,由导体的材料决定,与电压电流无
6、关. 与温度的关系 金属:随温度的升高而 增大. 半导体:随温度的升高而 减小 超导体:当温度降低到绝对零度附近时,某些 材料的电阻率突然减小为零时称为超导体 4关于电阻率,下列说法中正确的是 ( ) A.电阻率是表征材料导电性能好坏的物理量,电阻率越大,其导电 性能越好 B.各种材料的电阻率大都与温度有关,金属的电阻率随温度升高 而减小 C.所谓超导体,是当其温度降低到接近绝对零度的某个临界温度 时,它的电阻率突然变为无穷大 D.某些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,通常都用它们制 作标准电阻 D 5 2009全国卷 材料的电阻率随温度变化的规律为 0(1t)，其中称为电阻温度系数，0是材
7、料在t 0 时的电阻率在一定的温度范围内是与温度无关的 常数金属的电阻一般随温度的增加而增加，具有正温度 系数；而某些非金属如碳等则相反，具有负温度系数利 用具有正负温度系数的两种材料的互补特性，可制成阻值 在一定温度范围内不随温度变化的电阻已知：在0 时 ，铜的电阻率为1.7108 m，碳的电阻率为3.5105 m，附近，在0 时，铜的电阻温度系数为3.9103 1，碳的电阻温度系数为5.0104 1.将横截面积 相同的碳棒与铜棒串接成长1.0 m的导体，要求其电阻在0 附近不随温度变化，求所需碳棒的长度(忽略碳棒和铜 棒的尺寸随温度的变化) 四、电功、电热和电功率 1.电功 (1)电功:电
8、路中电场力移动电荷所做的功. (2)公式:W=qU=UIt. (3)电流做功的实质:电能转化为其他形式能的过程. 2.电热 (1)定义:电流流过一段导体时产生的热量. (2)计算式:Q=I2Rt (焦耳定律). (3)本质:电热是电流做功的过程中 电能转化为内能多少的量度. WQ 3.电功率、热功率 (1)电功率 定义:单位时间内电流所做的功,表示电 流做功的快慢. 公式:P= =UI (2)热功率:单位时间内的发热量 公式:P= = I2R 1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 纯电阻电路非纯电阻电路 实例白炽灯、电炉、电饭锅 、电热毯、电熨斗及转 子被卡住的电动机等 电动机、电解槽、日光 灯
9、等 电功与 电热 W=UIt Q=I2Rt= t W=Q Q=UIt Q=I2Rt WQ 电功率 与热功率 P电=UI P热=I2R= P电=P热 P电=UI P热=I2R P电P热 方法概述 说明:(1)在非纯电阻电路中, t既不能表示电功,也不能 表示电热,因为欧姆定律不再成立. (2)不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路,当电 动机不转动时,仍为纯电阻电路,欧姆定律仍适用,电能 全部转化为内能.只有在电动机转动时为非纯电阻电路 ,UIR,欧姆定律不再适用,大部分电能转化为机械能. 6 有一直流电动机,把它接入电压为0.2 V 的电路时,电动机不转,测得流过电动机的电 流是0.4 A;
10、若把电动机接入电压为2.0 V的 电路中,电动机正常工作,工作电流是1.0 A. 求电动机正常工作时的输出功率多大?如 果在电动机正常工作时,转子突然被卡住,电 动机的发热功率是多少? 【规范全解】接U=0.2 V电压,电动机不转,电流I=0.4 A,根据 欧姆定律,线圈电阻 R= =0.5 当接U=2.0 V电压时,电流I=1.0 A 故输入电功率P电=UI=2.01.0 W=2.0 W 热功率P热=I2R=120.5 W=0.5 W 故输出功率即机械功率: P机=P电-P热=(2.0-0.5)W=1.5 W 如果正常工作时,转子被卡住,则电能全部转化成内能,故其发热功率 P热= = W=8
11、 W. 【答案】1.5 W 8 W 7. （2007年高考海南物理）一白炽灯泡 的额定功率与额定电压分别为36W与36V 。若把此灯泡接到输出电压为18 V的电源 两端，则灯泡消耗的电功率 .等于36 B.小于36W，大于9 W C.等于9W D.小于36W B 8（2011全国理综卷）通常一次闪电过程历时约 0.2O.3s，它由若干个相继发生的闪击构成。 每个闪击持续时间仅4080s，电荷转移主要 发生在第一个闪击过程中。在某一次闪电前云地 之间的电势差约为1.0109V，云地间距离约为l km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约 为6 C，闪击持续时间约为60s。假定闪电前云 地间的电场
12、是均匀的。根据以上数据，下列判断 正确的是 A. 闪电电流的瞬时值可达到1105A B整个闪电过程的平均功率约为l1014W C闪电前云地间的电场强度约为l106V/m D. 整个闪电过程向外释放的能量约为6106J AC 9.（2012四川理综）四川省“十二五”水利发展 规划指出，若按现有供水能力测算，我省供水缺 口极大，蓄引提水是目前解决供水问题的重要手 段之一。某地要把河水抽高20m，进入蓄水池， 用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动 效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380V ，此时输入电动机的电功率为19kW，电动机的 内阻为0.4。已知水的密度为1103kg/m3，重 力加速度取10m/s。求 （1）电动机内阻消耗的热功率； （2）将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间（不 计进、出水口的水流速度） P热=1103W t=2104S
