《2021年高考复习——《恒定电流》典型例题复习》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021年高考复习——《恒定电流》典型例题复习（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学习必备欢迎下载十三、恒定电流1、电流(1)概念：电荷的定向移动形成电流。(2)产生电流的条件内因：要有能够自由移动的电荷自由电荷。外因：导体两端存在电压在导体内建立电场。干电池、蓄电池、发电机等都是电源，它们的作用是提供并保持导体的两端的电压，使导体中有持续的电流。(3)电流的方向：正电荷的定向移动方向为电流方向。总结：在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。在电解质溶液中，电流的方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反。(4)电流定义：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 的比值称为电流。一、知识网络二、 画龙点睛概念精品学习资料 可选择p
2、 d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 21 页 - - - - - - - - -学习必备欢迎下载公式： Iq t(量度式 )单位：在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。电流的常用单位还有毫安(mA) 和微安 (A)，它们之间的关系是：1 mA103A 1A106A 测量仪器在实际中，测量电流的仪器是电流表。(5)直流与恒定电流直流：方向不随时间而改变的电流叫做直流。恒定电流：方向和强弱都不随时间而改变的电流叫做恒定电流。例题：关于电流的方向，下列叙述中正确的是( ) A.金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B.在电解质溶液中
3、有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定C.不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D.电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同. 解析：正确选项为C。电流是有方向的，电流的方向是人为规定的.物理上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向一定与电流的方向相反. 例题：某电解质溶液，如果在1 s 内共有 5.01018个二价正离子和1.01019个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？解析：设在t1 s 内，通过某横截面的二价正离子数为n1，一价离子数为n2，元电荷的电荷量为e，则 t 时间内通过该横截面的电荷量
4、为q(2n1N2)e，所以电流为Iq t3.2 A。例题：氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R 的圆轨道上做匀速圆周运动 .已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电子绕核运动的等效电流多大？解析：取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的时间T 内，通过这个截面的电量 qe，由圆周运动的知识有：T2Rv根据电流的定义式得：Iq tev2R例题：来自质子源的质子（初速度为零），经一加速电压为800kV 的直线加速器加速，形成电流强度为1mA 的细柱形质子流。已知质子电荷e=1.60 10-19C。这束质子流每秒打到靶上的质子数为 _。假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的，在质
5、子束中与质子源相距L 和 4L 的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为n1和n2，则 n1n2=_。解：按定义，.1025.6,15eItntneI精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 21 页 - - - - - - - - -学习必备欢迎下载由于各处电流相同，设这段长度为l，其中的质子数为n 个，则由vnlnevIvlttneI1,得和。而12,212212ssnnsvasv3、导体的伏安特性(1) 导体的伏安特性曲线导体的伏安特性曲线用纵轴表示电流I，用横轴表示电压U，画出的 IU 图线叫做导体的伏安特
6、性曲线。如下图所示，是金属导体的伏安特性曲线。图线斜率的物理意义在 I U 图中，图线的斜率表示导体电阻的倒数。即 ktanIU1R图线的斜率越大，电阻越小。右图中R1R2。线性元件和非线性元件a线性元件：伏安特性曲线是过坐标原点的直线，这样的元件叫线性元件。b非线性元件：伏安特性曲线不是直线，这样的元件叫非线性元件。注意：欧姆定律不适用的导体和器件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线，都是非线性元件。4、电流的微观表达式(1)三种速率热运动的平均速率：金属导体中的大量自由电子在不停地做无规则热运动，热运动的平均速率很大， 但从其宏观效果上看，没有电荷的定向移动，因而热运动的平均速率对形
7、成电流没有贡献。定向移动的平均速率：导体中自由电荷定向移动的平均速率是很小的，但就是这一定向移动的速率使电荷定向移动形成了电流。电场传播速率：电场的传播速率等于真空中的光速，电路一接通， 导体中民光速的速率在各处建立电场，导体中各处的自由电荷几乎同时开始做定向移动，整个电路几乎同时形成电流。(2)电流的微观表达式如图所示， AD 表示粗细均匀的一段导体，两端加以一定的电压。设导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，导体的横截面积为S，导体中每单位体积的自由数为n， 每个自由电荷所带的电荷量为q。导体中单位时间内能够通过截面C 的自由电荷分布导体中单位时间内能够通过截面C 的自由电荷分布在以截
8、面C 为底，速率v 为长的导体中。单位时间内能够通过截面C 的自由电荷数NnVnvS 单位时间内能够通过截面C 的电荷量QNqnqvS 电流的微观表达式I U O R1R2q A B C D v I U O I U RU/I 精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 21 页 - - - - - - - - -学习必备欢迎下载IQtnqvS 4、半导体(1)半导体导电性能介于导体和绝缘体之间，而且电阻不随温度的增加而增加，反随温度的增加而减小，这种材料称为半导体。(2)从电阻率的观点认识导体、绝缘体、半导体金属导体的电阻率约为108
9、 106m 绝缘体的电阻率约为1081018m 半导体的电阻率介于导体和绝缘体之间，约为105106m 5、半导体的导电特性(1)半导体的热敏特性：半导体材料的电阻随温度升高而减小，称为半导体的热敏特性。(2)半导体的光敏特性：半导体材料的电阻随光照而减小，称为半导体的光敏特性。(3)半导体的掺杂特性：在纯净的半导体材料中掺入微量的杂质，会使它的电阻急剧变化，半导体的导电性能大大增强，称为半导体的掺杂特性。例题：家用电热灭蚊器中电热部分的主要部件是PTC 元件， PTC元件是由酞酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如图4 所示，由于这种特性，PTC 元件具有发热、控温两重功能，对
10、此以下说法中正确的是( ) A通电后其功率先增大后减小B通电后其功率先减小后增大C当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1至t2的某一值不变D当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或 t2不变解析：根据PTC 元件的电阻率随温度变化的曲线，可知在常温下，它的电阻是相当小的，通入电流以后，随着温度的升高，其电阻率先变小后增大，那么它的功率先变大，后变小，温度保持在在t1至 t2的某一值不变，这时候电路处于稳定状态，如果温度再升高，电阻率变大，导致电流变小，温度就会降下来；如果温度降低，电阻率减小，导致电流变大，温度就会升上去，所以本题正确答案为：A、C。例题：一般的电熨斗用合金
11、丝作发热元件，合金丝电阻R 随温度t 变化的关系如图5所示的实线，由于环境温度、熨烫衣服的厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大的范围内波动，易损坏衣服。有一种用主要成份为BaTiO3的称为“ PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快，能自动控制温度的特点，PTC 材料的电阻随温度变化的关系如图中实线所示。(1)为什么原处于冷态的“PTC”熨斗刚通电时，比普通电熨斗升温快？(2)通电一段时间后，电熨斗温度稳定在什么范围内？(3)简析 PTC 发热元件的自动控温过程。解析：解答此题的关键是要看懂图中涉及的物理量的含义：图线说明合金的电阻基本上不随温度的变化而
12、变化；图线说明在较低的温度下， “PTC”材料的电阻基本不变，但在某一温度范围内电阻会突变。(1) 由图可知，冷态的“PTC”材料的电熨斗电阻比一般电熨斗电阻小，所以发热功率PU2/R 较一般电熨斗大，1 2 3 4 O 10 20 30 40 50 60 R10kt/(b) R/O t/t4t2t6t8 /m O 1 t/t1t2精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 21 页 - - - - - - - - -学习必备欢迎下载所以在相同的时间内“PTC”升温快。(2)由图可知，温度自动稳定在t6tt8范围内。(3 )当熨斗温度
13、升高到t6后， “PTC”材料的电阻急剧增大，电功率变小，此时如果散热功率大于电功率，熨斗温度会下降，当温度降低时，电阻R 急剧减小，电功率增大，温度又升高，因而熨斗的温度能稳定在一定的范围内。例题：如图所示，为在温度为10左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图。箱内的电阻 R120k，R,210k，R3 40k，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度的变化的图线如图7(b)所示，当 a、b 两端电压 Uab0 时，电压鉴别器会令开关K 接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高，当Uab0 时，电压鉴别器会K 断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在多少摄氏度。解析：在 Uab0 时，K接通，箱内的温度
14、提高，导致Rt减小。当 Rt20k时达到电桥平衡，此时 Uab0，而 Uab0 是 K 断开、闭合的分界点，故此温度可由图7(b) 中读出， Rt20k时对应的温度t 35。6、超导现象(1)超导现象 ：某些物质当温度降到一定程度时，电阻突然降为零的现象，称为超导现象。(2)超导体：能够发生超导现象的物质，称为超导体。(3)转变温度：导体由普通状态向超导态转变时的温度称为超导转变温度，或临界温度。用 TC表示。物质临界温度 t/K物质临界温度 t/K钨（ W）0.012镤（ Pa)1.4铪（ Hf)0.134铊(Tl)2.39铱（ Ir)0.140铟(In)3.4035钛（Ti)0.39锡(S
15、n)3.722钌(Ru)0.49汞(Hg)4.153锆（ Zr)0.546钽(Ta)4.4831镉（ Cd)0.56镧(La)4.92锇(Os)0.655钒(V)5.30电压鉴别器220V 电热丝R1 Rt R3 R2 (a)1 2 3 4 O 10 20 30 40 50 60 R10kt/(b) 精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 21 页 - - - - - - - - -学习必备欢迎下载铀（ U)0.68铅(Pb)7.193锌（ Zn)0.75锝(Tc)8.22钼（ Mo)0.92铌(Nb)9.25镓（ Ga)1.09
16、1铌三铝 (Nb3AL)17.2铝(Al)1.196铌三锗 (Nb3Ge)22.5钍（ Th)1.368铌三锡 (Nb3Sn)187、高温超导(1)金属超导体与氧化物超导体的转变温度金属超导体的转变温度很低：金属及合金的临界温度很低。氧化物超导体的转变温度较高：氧化物超导体的转变温度比金属超导体的转变温度高，超导转变温度提高到125K 左右。(2)高温超导体：为了与原来液氦温度下的超导相区别，人们把氧化物超导体称为高温超导体。8、超导体的特性零电阻性：超导体达到超导状态以后，其电阻为零，这是超导体的零电阻特性。完全抗磁性：超导材料能把磁感线排斥体外，使其体内的磁感应强度总是零。9、电功和电功率(1)电功定义：在一段电路中电场力对定向移动的自由电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流所做的功。公式： WUIt 电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I 和通电时间t三者的乘积。单位：在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是J。电功的常用单位有：千瓦时，俗称“度”，符号是 kW h。1 kW h 的物理意义是表示功率为 1 kW 的用电器正常工作1 h 所消耗
