3-1《第二章 恒定电流》

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2.1 电流、欧姆定律、焦耳定律【知识梳理】1.电流:通过导体横截面的电量跟所用时间的比值叫电流,表达式tqI =。

电流的单位:安(A ),1A =1C /s ,常用单位还有毫安(mA )、微安(μA ),1A=103mA=106μA 。

在国际单位制中,电流是一个基本物理量,其单位安培是基本单位之一。

电流的方向:规定正电荷定向移动的方向为电流方向。

在金属导体中,电流方向与电子定向移动的方向相反。

但电流是标量,电流的方向表示的是电流的流向,电流的叠加是求代数和,而不是矢量和。

电流的微观表达式:I nqvS =。

2.欧姆定律的内容:导体中的电流I 跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。

欧姆定律的适用范围:金属导电和电解液导电,对气体导电不适用。

3.导体的伏安特性曲线:导体中的电流I 随导体两端的电压U 变化的图线,叫做导体的伏安特性曲线,如图1所示。

图线斜率的物理意义:斜率的倒数表示电阻,即RU I 1tan ==α 4.测量小灯泡伏安特性曲线的电路选择:由于小灯泡的电阻较小,为减小误差,可采用安培表外接法,本实验教材中滑动变阻器采用限流接法,电阻R 串联在电路中,即使把R 的值调到最大,电路中还有一定的电流,因此实验绘出的伏安特性曲线缺少坐标原点附近的数据。

若要求小灯泡的电压变化范围较大(从零开始逐渐增大到接近额定电压),则滑动变阻器可采用分压接法。

教师要引导学生进行分析,让学生知道电压如何变化,并知道接通电路前,滑动触点应放在何处。

滑动变阻器采用分压接法的实验电路图如图2所示。

5.电功:(1)定义:导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。

电流做功的过程就是电能转化为其它形式的能的过程。

(2)计算公式:W UIt =。

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。

电功的单位是焦耳,简称焦,符号是(J )。

6.电功率:计算公式:WP UI t== 一段电路上的电功率P 等于这端电路两端的电压U 和电路中的电流I 的乘积。

电功率的单位是瓦特,简称瓦,符号是(W )。

7.焦耳定律:(1)定义:电流通过导体产生的热量,跟电流的平方、导体电阻和通电时间成正比。

(2)计算公式:Q=I 2Rt 。

焦耳定律是电流热效应的实验定律,凡是要计算电热,都应首选焦耳定律。

8.电功与电热的区别(1)区别:电功是从电场理论出发的概念,是电能减小的量度,所以不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路,P=IU 总是成立的。

电热是电路中的热现象(电流的热效应),是电能转化的一部分,焦耳定律Q=I 2Rt 是专门计算电热的实验定律,用Q=I 2Rt 来计算电热,不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路,图1图2都是适用的。

(2)联系:①在纯电阻电路中,电功与电热相等,电能的减少全部转化为内能,此时有:W t R U Rt I IUt ===22P RU R I IU ===22②在非纯电阻电路中,电功大于电热,电能的减少量等于转化为内能的部分+转化为其它形式的能的部分,即:W=IUt=I 2Rt+E 其它 P=UI>I 2R因此P=IU 是计算电功的唯一形式,P=I 2R 是计算电热功率的唯一形式,而R U 2在此没有任何实际意义(除非U 是专指R 两端的电压) 【典型例题】例1 有一横截面积为s 的铜导线,流经其中的电流强度为I ;设每单位体积的导线中有n 个自由电子,电子的电量为e ,此电子的定向移动速率为v ,在Δt 时间内,通过导线横截面的自由电子数可表示为( )A .nvs ΔtB .nv ·ΔtC .e t I ∆ D . set I ∆例2、实验室用的小灯泡灯丝的I-U 特性曲线可用以下哪个图象来表示:( )例3、 已知如图,两只灯泡L 1、L 2分别标有“110V ,60W ”和“110V ,100W ”,另外有一只滑动变阻器R ,将它们连接后接入220V 的电路中,要求两灯泡都正常发光,并使整个电路消耗的总功率最小,应使用下面哪个电路? ( )A. B. C. D. 例4、电动机的额定电压是110V ,额定功率是2.2kW ,线圈的电阻是0.5Ω,求: (1)电动机正常工作时的电流多大? (2)1s 时间内线圈上产生的热量是多少? (3)1s 时间内转化的机械能有多少?(4)用此电动机提升质量为100kg 的重物,匀速运动时的速度多大? 例5、如图所示的电路中,电炉电阻R=10Ω,电动机线圈电阻r=1Ω,电路两端电压U=100V ,电流表的示数为30A ,问通过电动机的电流为多少?通电1分钟,电动机做的有用功是多少?A. B. U U UU L 1 L 2 R L【巩固练习】 _________班 姓名_______________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流提供自由电子 B.电源的作用是使导体中形成电场C.电源的作用是能够保持导体两端的电压D.电源的作用是使自由电荷定向移动起来2.某一探测器因射线照射,内部气体电离,在时间t 内有n 个二价正离子到达阴极,有2n 个电子到达探测器的阳极,则探测器电路中的电流为( )。

A .0B .2ne /tC .3ne /tD .4ne /t3.在研究小电珠伏安特性曲线实验中,某同学在坐标纸上以U 为横轴,以I 为纵轴,画出的I -U 曲线如图所示,则下列说法正确的是 ( )A .欧姆定律对小灯泡导电不适用B .欧姆定律对小灯泡导电仍然适用C .小灯泡的电阻与电压有关,且随着电压的增大而增大D .小灯泡的电阻随着温度的升高而增大4.如图所示,a 、b 两直线分别是用电器A 和B 的伏安特性曲线,则下列说法正确的是( )A .通过用电器的电流与用电器两端的电压成正比B .用电器中的电流、两端的电压和用电器的电阻不符合欧姆定律C .用电器A 的电阻值比B 大D .用电器A 的电阻值比B 小5.粗细均匀的金属环上A 、B 、C 、D 四点把其周长等分成四分,如右图所示。

当A 、B 点接入电路中时,圆环消耗的电功率为P ;当A 、D 点接入电路中时,圆环消耗的电功率为(电源内阻不计)( )A .P/4B .PC .4P /3D .3P6.如图所示电路中,已知电流表A 中没有电流,欲保持电流表中仍没有电流,则下列改变中可行的是 ( )A .只增加R 1的值B .只减少R 2的值C .只增加R 3的值D .只增加R 4的值7.已知如图,两只灯泡L 1、L 2分别标有“110V ,60W ”和“110V ,100W ”,另外有一只滑动变阻器R ,将它们连接后接入220V 的电路中,要求两灯泡都正常发光,并使整个电路消耗的总功率最小,应使用下面哪个电路? ( )A. B. C. D.LLR R8. 如图所示电路,将两个相同的电流计分别改装成电流表A 1(0--3 A )和电流表A 2(0--0.6 A ),把这两个电流表并联接入电路中测量电流。

则下列说法中正确的是( )A .A 1的指针半偏时,A 2的指针也半偏B .A 1的指针还没有满偏时,A 2的指针已经满偏C .A 1的读数为1 A 时,A 2的读数为0.6 AD .A 1的读数为1 A 时,干路中的电流为1.2 A9. 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n 1和n 2,则n 1∶n 2=_______。

10.实验表明,通过某种金属氧化物制成的均匀棒中的电流I 跟电压U 之间遵循I =kU3的规律,其中U 表示棒两端的电势差,k =0.02A/V 3。

现将该棒与一个可变电阻器R 串联在一起后,接在一个内阻可以忽略不计,电动势为6.0V 的电源上。

求:⑴当串联的可变电阻器阻值R 多大时,电路中的电流为0.16A ?⑵当串联的可变电阻器阻值R 多大时,棒上消耗的电功率是电阻R 上消耗电功率的1/5?2.2 电阻定律【知识梳理】1.电阻定律的表述:导体的电阻R跟它的长度成正比,跟它的横截面积S成反比。

公式:LRSρ=。

对于一确定的导体,其电阻与加在它两端的电压无关,只与导体的自身有关。

2.电阻率ρ的意义:电阻率ρ跟导体的材料有关,是反映材料导电性能好坏的物理量。

在数值上等于用该材料制成的1m长、截面积为21m的导体电阻值。

材料的电阻率越小,说明其导电性能越好。

电阻率的单位:欧姆米,简称欧米,符号是Ωm。

电阻率与温度有关,金属的电阻率随温度的升高而增大,利用这一特性可以制成电阻温度计,但有的合金电阻率几乎不受温度的影响,可以制成标准电阻。

【典型例题】【典型例题】例1:一个标有“220V,100W”的白炽热灯泡,两端的电压由零逐渐增大到220V的过程中,如图12—6—1所示的电压U与电流I关系图中,合理的是()例2:两根完全相同的金属导线A和B,现将A拉伸到原来的两倍长度,将B对折后并起来,则它们的电阻之比R A/R B= 。

例3:两根同种材料制成的电阻丝a和b,a的长度和横截面的直径均为b的两倍,要使两电阻丝接入电路后消耗的电功率相等,则加在它们两端的电压之比是多少?例4:若不考虑灯丝电阻随温度变化的因素,把一只标有“220V 100W”的灯泡接入电压为110V的电路中,灯泡的实际功率是多少?正常发光时的电阻是多少?如果考虑到温度对电阻的影响,情况又如何?【巩固练习】 _________班 姓名_______________1.关于电阻率的说法,正确的是 ( ) A .电阻率ρ与导体的长度L 和横截面积S 有关B .电阻率表征了导体材料的导电能力的强弱,由导体材料决定,与温度有关C .电阻率ρ越大的导体,电阻也越大D .超导材料的电阻率一定为零 2.一段粗细均匀的电阻丝,横截面直径为d ,电阻为R ,现把它拉成横截面直径为d /10的均匀细丝,它的电阻变为 ( ) A.100R B.1000R C.10000R D.R/100003.如图所示为滑动变阻器的示意图,为使变阻器的滑动触点P 向右滑动时,接入电路的电阻增大,下列连接正确的是 ( )A .a 和b 接入电路B .a 和c 接入电路C .c 和b 接入电路D .c 和d 接入电路4.一只“220V ,100W ”的灯泡正常工作时电阻为484Ω,拿一只这种灯泡来测量它不工作时的电阻,应是 ( )A .等于484Ω B. 大于484Ω C .小于484Ω D .无法确定5.一根粗细均匀的导线中,通过5A 的恒定电流,经过一段时间后,若导线散热损失不计,则导线升高的温度应与 ( )A .导线长度成正比B .导线长度的平方成正比C .导线的横截面积成反比D .导线的横截面积的平方成反比6.如图所示,P 为一块半圆形薄电阻合金片,先将它按图甲方式接在电极A 、B 之间,测出它的电阻为R ,然后将它再按图乙方式接在电极C 、D 之间,这时它的电阻应为 ( ) A .R B .R/2 C .R/4D .4R7.关于金属材料的电阻率有以下特点:一般而言,纯金属的电阻率小,合金的电阻率大.金属的电阻率随温度的升高而增大,有的金属电阻率随温度变化而显著变化,有的合金电阻率几乎不受温度的影响.根据以上信息,判断下列说法中正确的是 ( )A .连接电路用的导线一般用合金来制作B .电炉、电阻器的电阻丝一般用合金来制作C .电阻温度计一般用电阻率几乎不受温度影响的合金来制作D .标准电阻一般用电阻率随温度变化而显著变化的金属材料制成8.甲、乙两根粗细相同的不同导线,电阻率之比为1∶2,长度之比为4∶1,那么两根导线加相同的电压时,其电功率之比P 甲∶P 乙=________;如果通过两根导线的电流强度相同,则其电功率之比P /甲∶P /乙=_________。