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1、高二物理 第一学期 新课预习 第七周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 1 8 第一学期 第七周第一学期 第七周 课程内容 第二章 恒定电流 第一节 电源和电流 第二节 电动势 第三节 欧姆定律 2014 2015 学年 高二物理 第一学期 新课预习 第七周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 3 8 1 准备知识要点 了解电源 电流 电压等概念 2 本阶段知识要点 理解电源的形成过程 掌握恒定电场和恒定电流的形成过程 掌握 电动势的概念及表达式 掌握欧姆定律及其适用范围 正确理解电阻概念 知道导体的伏 安特性曲线 3 后续知识要点 串 并联电路电流 电压 功率特点 4 拓展知识要点
2、 知道线形和非线性元件 一 电源和电流 1 电源 有 A B 两个导体 分别带正 负电荷 从上一章的内容可以知道 它们的 周围存在着电场 如果在它们之间连接一条导线 R 如下图所示 导线 R 中的自由电子便 会在静电力的作用下定向运动 B 失去电子 A 得到电子 周围电场迅速减弱 A B 之间 的电势差很快消失 两导体成为一个等势体 达到静电平衡 在这种情况下 导线 R 中的 电流只是瞬时的 倘若在 A B 之间连接一个装置 P 如下图所示 它能源源不断地把经过导线 R 流到 A 的电子取走 补充给 B 使 A B 始终保持一定数量的正 负电荷 这样 A B 周 围的空间 包括导线之中 始终存
3、在一定的电场 A B 之间便维持着一定的电势差 由 于这个电场 导线中的自由电子就能不断地在静电力作用下由 B 经过 R 向 A 定向移动 使 电路中保持持续的电流 如下图所示 能把电子从 A 搬运到 B 的装置 P 就是电源 power source 2 恒定电场 稳定分布的电荷所产生的稳定的电场 称为恒定电场 它的基本性质 与静电场相同 3 电荷定向移动形成电流 高二物理 第一学期 新课预习 第七周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 4 8 4 电流形成的条件 1 有可移动的自由电荷 导体中的自由电子 2 导体两端存在电压 在导体内建立电场 自由电荷在电场力作用下定向移动形 成电流
4、5 电流强度 1 电流强度是表示电流强弱的物理量 2 电流强度定义 通过导体横截面的电量 q 跟通过这些电量所用的时间 t 的比值 称为电流强度 单位 安培 A 1mA 10 3 A 1 A 10 6 A 3 方向不随时间改变的电流叫做直流电 方向和强弱都不随时间改变的电流叫做 恒定电流 4 规定正电荷移动的方向为电流方向 注意 电流强度虽有大小 方向 但电流 强度是标量 因此不遵从平行四边形法则 二 电源电动势 1 电源的概念 1 电源是把其他形式能转化为电能的装置 维持电路两端有电压 2 电源供电原理 在电源内部非静电力做功 把其他形式能转化为电能 在电源 外部电路 电场力做功 把电能转化
5、为其他形式能 2 电源电动势 1 电动势是描述电源把其他形式能转化为电能本领的物理量 是描述电源本身性质 的物理量 与外电路的情况无关 在电源内部非静电力移动单位电荷做功越多 则电动势越 大 2 电源电动势在数值上等于电源没接入电路时 两极间电压 当电源接入电路时有 E U 外 U 内 电动势用符号 E 表示 单位 伏特 V 三 关于对欧姆定律的理解 1 导体中的电流强度 I 跟导体两端电压 U 成正比 即 I U 跟导体电阻成反 比 注意 导体中电流强度 I 与这段导体两端电压成正比 与这段导体的电阻成反比 千 万不要乱代公式 2 电阻 电阻 叫做 碍作用的强弱 它反映了导体对电流阻 是一个
6、定值 的值 同一导体 I U R 电阻的单位 欧姆 千欧 K 和兆欧 M 1K 103 1M 106 t q I R U I 公式 高二物理 第一学期 新课预习 第七周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 5 8 3 导体的伏安特性 1 1 2 2 1 2 2 1 1 R R tg tg tg k tg K ctg K R U I 斜率 表示 性曲线斜率的倒数 导体的电阻可用伏安特 图形中 在 4 对于金属导体 在温度没有显著变化时 电阻是不变的 它的伏安特性曲线是通 过坐标原点的直线 具有这种伏安特性的元件叫做线性元件 而气态导体和半导体元件的 电流与电压不成正比 它的伏安特性曲线是曲线
7、 如图所示 这种元件叫做非线性元 件 例题 1 关于导线中的电场 下列说法正确的是 A 导线内的电场线可以与导线相交 B 导线内的电场 E 是由电源电场 E0 和导线侧面堆积电荷形成的电场 E 叠加的结果 C 导线侧面堆积电荷分布是稳定的 故导线处于静电平衡状态 D 导线中的电场是静电场的一种 解析 导线中的电场是由电源电场 E0 和导线侧面感应电荷形成的电场 E 叠加的结果 叠 加后电场线保持和导线平行 使自由电子在静电力作用下沿导线发生定向移动 形成电 流 故选项 B 正确 虽然恒定电场与静电场的基本性质相同 但导线中的电场是一种稳恒 的电场 它处于动态平衡 但不是静电场 答案 B 高二物
8、理 第一学期 新课预习 第七周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 6 8 例题 2 在截面积为 0 5m2 的电解液中 1 若 5s 内沿相反方向通过此横截面积的正 负离子的电量均为 5 c 则电解液中的电流强度为 A 2 若 5 s 内达阳极的负离 子和达阴极的负正子的电量均 5c 则电流强度为 分析与解 负离子向相反方向定向移动形成的电流方向相同 所以 q 应为正 负离子带电量绝对 值之 2 对阳极进行讨论 根据电解液导电原理得知到达阳极的电荷只有负离子 则 小结 用 I q t 计算电流时 选定截面 弄清楚是一种电荷还是两种电荷定向移动形成的 电流 从而确定 q 的大小 是用 解题
9、的关键 例题 3 氢原子中 核外电子 质量为 m 电量为 e 绕核做匀速圆周运动 其半径为 r 可视为等效的环形电流 则环形电流的电流强度为多大 分析与解 由做匀速圆周运动规律可得 t q I 因正 并非单位面积的电量 通过截面的电量 跟据电流强度的定义式 1 t q I 2 5 5 2 A t q I 故 和 A t q I c q A t q I 1 5 2 5 2 2 2 5 1 5 5 所以 但正 负离子带电量 过 离子穿 即有正离子通过也有负 体截面讨论 或对阴极阳极中间的液 为圆运动的周期 T T q t q I 2 2 4 2 2 2 2 2 mr k r e T e I k m
10、r e r T K r T m r e k F r m F 故 为静电常量 向 向 高二物理 第一学期 新课预习 第七周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 7 8 例题 4 如图所示是两个电池外壳上的说明文字 某型号进口电池 某型号国产电池 RECHARGEABLE 1 2V 500mA h STANDARD CHARGE 15 h at 50 mA GNY 0 6 KR AA 1 2V 600mA h RECHARGEABLE STANDARD CHARGE 15 h at 60 mA 上述进口电池的电动势是 V 上述国产电池最多可放出 mA h 时的 电荷量 若该电池平均工作电流为
11、0 03A 则最多可使用 h 分析与解 由说明文字容易判断电池的电动势 E 1 2V 容量 600 mA h 0 6A h 由于 I 所以国产电池的使用时间为 t 答案 1 2 600 20 例题 5 如图 3 所示 图象对应两个导体 1 电阻 R1 R2 为 2 若电阻中的电流强度相等 不等于零 电压之比为 3 两导体的电压相等 不等于零 时 电流强度之比为 分析与解 2 由欧姆定律得 U1 I1R1 U2 I2R2 由于 I1 I2 所以 U1 U2 R1 R2 3 1 小结 分析 I U 图线或 U I 图象时 关键是明确图线斜率 k 的意义 k R1 还是 I mA t q h A h
12、 A I q 20 03 0 6 0 1 1 所以 图象中 因为在 t U ctg k R U I 3 2 10 15 10 10 2 10 5 10 10 3 3 2 3 3 1 R R 3 1 3 1 2 2 1 2 1 2 2 2 1 1 1 R R I I U U R U I R U I 所以 由欧姆定律得 1 R k 高二物理 第一学期 新课预习 第七周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 8 8 例题 6 有一条横截面积 S 1mm 2 的铜导线 通过的电流 I 1A 已知铜的密度 8 9 10 3 kg m 3 铜的摩尔质量 M 6 4 10 2 kg mol 阿伏加德罗常数
13、 NA 6 02 10 23 mol 1 电子的电量 e 1 6 10 19 C 在这个问题中可以认为导线中每个铜原子贡献一个自由电 子 求铜导线中自由电子定向移动的速率 解 设自由电子在导线内定向移动的速率是 v 取一段导线 所图所示 自由电子从它的左端定向移动到右端所用的时间记为 t 则这段导线的长度为 vt 体积为 vtS 质量为 vtS 这段导线中的原子数为 由于导线中每个铜原子贡献一个自由电子 所以这段导线中的自由电子数目与铜原子 的数目相等 也等于 n 因为时间 t 内这些电子全部通过右端横截面 因此通过截面的电荷量是 q ne 把这个式子代入 I 得 I 从中解出 v 代入数值后
14、 v 7 5 10 5m s 按照这个例题得出的速率 自由电子通过一条 1m 长的导线需要 3 个多小时 这与我 们平时开关电灯时的事实似乎不符 实际上 闭合开关的瞬间 电路中的各个位置迅速建 立了恒定电场 在恒定电场的作用下 电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动 整 个电路也就几乎同时形成了电流 A N M vtS n e N M vtS A t q M e vSN A e SN IM A 高二物理 第一学期 巩固练习 第七周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 3 6 1 关于电源的作用 下列说法正确的是 A 电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷 B 电源的作用是能直接释放电能
15、C 电源的作用就是保持导体两端的电压 使电路中有持续的电流 D 电源的作用就是使自由电荷运动起来 2 对于通有恒定电流的导体 下列说法正确的是 A 导体内部的电场强度处处为零 B 导体是个等势体 C 导体两端有恒定的电压 D 通过导体某一横截面的电荷量在任何相等的时间内均相等 3 如图所示 当开关闭合时 电路中的能量转化情况是 在干电池的内部 非静电力移 动电荷做功 将 能转化为 能 正电荷由电源的正极经外电路 内电路 再回到电源的正极绕行一圈 静电力做功 能转化为 能 4 某电解池中 如果在 1 秒种内共有 5 0 10 18 个二价正离子和 1 0 10 19 个一价负离子 通过横截面积为
16、 S 0 2m 2 电解液 那么通过这个截面的电流强度是 A 0A B 0 8A C 1 6A D 3 2A 5 如图所示为两电阻 R1 R2 的伏安特性曲线 由此可判断两电阻的大小之比 R1 R2 等于 1 3 3 1 1 3 3 1 D C B A 6 某学生做三种导电元件的导电性质实验 他根据所测量的数据分别绘制了三种元件的 I U 图象 如图所示 则下述判断哪些正确 A 只有乙图象是正确的 B 甲 丙图象是曲线肯定是偶然误差太大 C 甲 丙不遵从欧姆定律 肯定是不可能的 D 甲 乙 丙三个图象都可能正确 并不一定有较大误差 高二物理 第一学期 巩固练习 第七周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 4 6 7 手电筒的两节干电池 已经用过较长时间 灯泡只发出很微弱的光 把它们取出来 用电压表测电压 电压表示数很接近 3V 再把它们作为一个台式电子钟的电源 电子钟能 正常工作 下列说法 这两节干电池的电动势减少了很多 这两节干电池的内阻增大了很多 这台电子钟的额定电压一定比手电筒的小灯泡的额定电压小 这台电子钟的正常工作电流一定比小灯泡正常工作电流小 其中正确的是 A B C
