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1、1,第1讲 描述电路的基本概念,第十章,恒 定 电 流,2,3,4,5,一、电流 1.电流 电荷定向移动形成电流. 2.形成电流的条件 (1)物体内要有大量的自由电荷； (2)导体两端要有持续的电压.,6,自由电荷：能够自由移动的电荷叫做自由电荷.金属导体中的自由电荷是自由电子；电解液中是正、负离子；电离的气体中是正、负离子和自由电子. 3.电流方向 规定：正电荷定向移动的方向为电流方向.在电源外部电路中电流方向由电源正极流向电源负极，是电场力做功.在电源内部电流方向由电源负极流向电源正极，是非静电力做功.,7,4.电流的分类 (1)交流电：电流的大小和方向随时间作周期性变化的电流. (2)直
2、流电：电流方向不随时间变化的电流. (3)恒定电流：电流的大小和方向都不随时间变化的电流.产生恒定电流的条件是：导体两端电压保持恒定.,8,5.电流强度(I) (1)物理意义：是描述电流强弱的物理量. (2)定义：通过导体某横截面积的电量Q跟通过这些电量所用时间t的比值叫电流强度，简称电流.,9,(3)公式IQ/t. 注意：电流虽然有方向，但是标量，不遵守矢量运算法则； 公式中Q应是指通过导体某横截面的电量.若正、负电荷做相向运动是两种电荷之和，若正、负电荷做同向运动是两种电荷之差. (4)单位：安培(A).是国际单位制中的7个基本单位之一. 1安(A)103毫安(mA)106微安(A).,1
3、0,(5)电流强度的微观计算式.如图10-1-1所示，设金属导体的横截面积为S，导体中单位体积内自由电子数目为n，自由电子定向移动的平均速率为v，那么在时间t内通过导体某一 横截面积的自由电子数目 为nSvt，每个电子的电量 是e，则在时间t内通过横 截面的电量为QenSvt.根 据公式 IQ/tneSv.,图10-1-1,11,注意：此式是金属导体中电子流动时的电流决定式； 公式中的v是电子定向移动的平均速率(约为105m/s)，不是电子做热运动的速度(约为105m/s)，也不是电流的传播速率(为光速c3108m/s).,12,铜的原子量为m，密度为，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截
4、面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子定向移动的平均速率为 ( ) A.光速c B.I/neS C.I/nemS D.mI/neS,D,13,假设电子的定向移动的平均速率为v，那么在t秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vtS中的自由电子数，而体积为vtS的铜的质量为vtS，摩尔数为vtS/m，自由电子数为vtnS/m，所以电量qvtneS/m，因电流Iq/tnveS/m，于是得vIm/neS.,14,二、电阻和电阻定律 1.电阻：表示导体对电流阻碍作用的物理量. 2.电阻定律：在温度不变时，导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比. 表达式：RL/S 说明：该式为导体电阻大
5、小的决定式，表明导体的电阻由导体本身因素(电阻率，长度L，横截面积S)决定，与其他因素无关.由此可更加明确电阻的定义式RU/I中R与U、I无关这一点.使我们对比值定义物理量有了更好更深刻的理解.,15,3.电阻率 (1)物理意义：反映材料导电性能的物理量. (2)计算：由RL/S得RS/L，可见，只要知道导体的电阻R，横截面积S，长度L，即可求出制作该电阻所用材料的电阻率.但是对某一材料而言，电阻率由材料本身而定. 由RS/L可见，电阻率在数值上等于用该材料制成的长为1m，横截面积为1m2的导体的电阻大小.,16,(3)单位：国际单位欧姆米，中文符号是欧米，国际符号是m. (4)各种不同材料的
6、电阻率：纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大，橡胶的电阻率最大.各种材料的电阻率都随温度而变化.金属的电阻率随温度的升高而增大，利用它可制作电阻温度计；有些合金(如锰铜和康铜)的电阻率几乎不受温度变化的影响，利用它可制作标准电阻.,17,有一段粗细均匀的导体，电阻是4，把它对折起来作为一条导线用，电阻是多大?如果把它均匀拉长到原来的两倍，电阻又是多大?由RL/S知，当不变时，电阻R随L、S而变化.设导线电阻率为，原长为L，原横截面积为S，则,18,当导线对折后，其长 横截面积S=2S,所以，导线电阻当导线拉长后，其长L=2L，横截面积 所以，导线电阻,19,4.半导体 (1)概念：导电性能介于
7、导体和绝缘体之间的物质.如锗、硅、砷化镓等，其电阻率约为105m106m. (2)半导体的特性 半导体的导电性能可由外界条件控制，如改变温度、光照、掺入杂质等，都可以使其导电性质发生显著的变化.这种性能是半导体所特有的.,20,(3)半导体的应用 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. 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. 晶体二极管、晶体三极管、电容等电子元件可连成集成电路，二极管具有单向导电性. 半导体可制成半导体激光器、半导体太阳能电池等.,21,5.超导体 (1)超导现象：金属的电阻率随温度的降低而减小，某些
8、物质在温度降到某一数值时,电阻率突然降到几乎为零的现象. (2)转变温度(TC):材料由正常状态转变为超导状态的温度. (3)应用:超导电磁铁、超导电机等.,22,关于电阻率，下列说法中不正确的是( ) 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.许多材料的电阻率都与温度有关，金属的电阻率随温度升高而增大,A,23,C.所谓超导体，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零 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电阻率越大，导电性能越差，选项A错误.,24,6.滑动变阻器 (1)原理：利用改变连入电路的电阻丝的长
9、度来改变电阻. (2)构造：如图10-1-2所示，是滑动变阻器的原理图.AB是一根纯金属杆，其电阻可视为零.CD是电阻较大、长度较长且均匀的电阻丝，P是滑片，能将AB杆与电阻丝连通.若将AB直接接入电路当中，其电阻为零；,图10-1-2,25,若将CD直接接入电路中，电阻是整个电阻丝的电阻，是一个定值，滑动变阻器就起不到改变电阻的作用.正确的连接方法是接A与D或B与C或A与C或B与D，即“一上一下”.如接A与D，连入电路的电阻就是DP部分，当将P滑到A端时电阻最大.,26,(3) 灵敏度问题：如图10-1-3所示，将一滑动变阻器接在电压为U的电路中，设滑动变阻器的最大阻值为R，而此时连入电路中
10、的电阻为Rx.因为P的移动至少移动一匝线圈所对应的电阻，设每匝线圈的电阻为Rx，于是有IU/Rx,图10-1-3,27,当移动一匝时， 电流的改变量为可见当Rx很小时，电流的变化量大，而当Rx很大时，电路中的电流变化量就很小.也就是说随着变阻器联入电路电阻的增大，移动P时对电路的影响就越来越小(灵敏度降低).,28,其最小灵敏度 因此我们做实验时，并不是选择总电阻越大的滑动变阻器就越好，要根据具体情况具体分析，选择适当R的滑动变阻器就可以了. (4)滑动变阻器的缺点就是不能适时知道连入电路中的电阻阻值的具体数值，而实验室中的另一常用变阻器件变阻箱却能适时知道电阻的值.,29,如图10-1-4所
11、示，滑动变阻器R接在电压U为10V的电路中，当滑片P在最右端时，电路中的电流为1A，那么当滑片P在正中央时，电路中的电流为 A.如果整个滑动变阻器由100匝均匀的电阻丝绕制而成，那么滑 片P移动的过程中， 电流的最小变化量 为 A.,图10-1-4,2,0.01,30,当P在滑动变阻器的最右端时，整个滑动变阻器的电阻都连在电路中，由此可以得出滑动变阻器的总阻值RU/I10. 当滑片P在正中央时，连入电路中的电阻为R/25， 所以此时电路中的电流,31,由于滑动变阻器由100匝线圈绕成，每匝的电阻rR/1000.1.由“6.滑动变阻器”中的灵敏度问题可知，当P在最右端处时，有电流的最小改变量,3
12、2,三、部分电路欧姆定律 1.内容：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比.这就是欧姆定律. 2.表达式：IU/R. 3.适用条件：金属导电和电解液导电. 注意：欧姆定律公式中的I、U、R必须对应金属导体或一段纯电阻电路(不含电源、电动机、电解槽) 欧姆定律不适用于气体导电.,33,4.导体的伏安特性曲线：研究部分电路欧姆定律时,常画成IU或UI图象，对于线性元件伏安特性曲线是直线，对于非线性元件,伏安特性曲线不是直线. I-U图象的斜率 U-I图象的斜率k=R，可据此由图线比较电阻的大小，如图10-1-5所示.,34,说明：利用物理图象求斜率时，切忌运用直线倾角的正切来求，因为物
13、理图象坐标轴单位长度是可以表示不同大小的物理量，不同I-U图象上表示同一电阻的伏安特性曲线时，直线倾角可能不同.,图10-1-5,35,四、电功、电热及电功率 1.电功 (1)表达式：W=UIt(电路两端电压为U、电路中电流为I、通电时间为t) (2)电功实质：电场力移动电荷做的功，电流做功的过程是电能转化成其他形式能的过程，电功反映了电能转化为其他形式能的多少. (3)单位：在国际单位制中是焦耳(J)，实用单位是度(kWh).,36,2.电热：(焦耳定律) (1)定义：电流通过导体时所产生的热量. (2)公式：Q=I2Rt(焦耳定律) (3)单位：焦耳(J) 3.电功率 (1)定义：电流所做
14、的功跟完成这些功所用时间的比值，叫做电功率. (2)公式：计算电功率的普适公式为 和P=UI.,37,(3)单位：在国际单位制中的单位是瓦，符号为W. (4)意义：电功率表示电流做功的快慢. (5)用电器的额定功率与实际功率：额定功率是指用电器在额定电压下正常工作时所消耗的功率.此时流经用电器的电流就是它的额定电流. 用电器在实际使用时，若加在它上面的实际电压不等于额定电压，那么它消耗的实际功率就不等于额定功率.因此，在实际计算用电器的功率时，要注意两者的区别.,38,说明： 在用电器上通常都标明它的额定电压和额定功率.如果在用电器上的实际电压小于额定电压，则实际消耗的功率小于额定功率.此时用
15、电器不能正常工作.如果加在用电器上的实际电压大于额定电压，则实际消耗的功率大于额定功率.此时有烧坏用电器的危险.所以将用电器接通电源前，必须查清用电器的额定电压与电源的电压是否一致.,39,如图10-1-6所示为电阻R1和R2的伏安特性曲线，并且把第一象限分为了、三个区域.现把R1和R2并联在电路中，消耗的电功率分别用P1和P2表示；并联的总电阻设为 R.下列关于P1与P2的大 小关系及R的伏安特性 曲线应该在的区域正确 的是( ),图10-1-6,C,40,A.特性曲线在区，P1P2 D.特性曲线在区，P1P2并联之后电阻比R1和R2电阻都小，根据此图中图线的斜率的倒数是电阻，所以并联之后的特性曲线在区,BD错，由原图可得R1P2，C对.,41,两个额定电压为220V的白炽灯L1和L2的U-I特性曲线如图10-1-7所示.L2的额定功率约为 W；现将L1和L2串联后接在220V的电源上，电源内阻忽略不计.此时L2的实际功率约为 W.,99,17.5,图10-1-7,42,由图线可知U220V时，I0.45A，故L2的额定功率P2UI99W.据串联电路的特征可知通过L1和L2的电流相等，同时两者电压之和应为220V，从图线可知，符合上述条件的电流值应为I0.25A.此时L2对应的电压U270V，故L2的实际功率P2U2I700.25W17.5W.,
