电力平方反比律的精确验证及 恒定电流
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高二物理恒定电流讲义基本概念:电流,电压,电阻,电动势,电功,电功率规律公式:电阻定律,欧姆定律,焦耳定律实验:伏安法测电阻,电表的改装,描绘小灯泡的伏安特性,测定金属的电阻率,测定电源电动势和内阻知识点1.电流1.定义、微观式:I=q/t,I=nqSv电流的定义式,适用于任何电荷的定向移动形成的电流。
(1)形成电流的条件:内因是有自由移动的电荷,外因是导体两端有电势差.(2)电流强度:通过导体横截面的电量Q与通过这些电量所用的时间t的比值。
①I=Q/t;假设导体单位体积内有n个电子,电子定向移动的速率为V,则I=neSv;假若导体单位长度有N个电子,则I=Nev.②表示电流的强弱,是标量.但有方向,规定正电荷定向移动的方向为电流的方向.③单位是:安、毫安、微安1A=103mA=106μA对于金属导体有I=nqvS(n为单位体积内的自由电子个数,S为导线的横截面积,v为自由电子的定向移动速率,约10 -5m/s,远小于电子热运动的平均速率105m/s,更小于电场的传播速率3×108m/s),这个公式只适用于金属导体,千万不要到处套用。
【例1】Q为总电荷量,n为单位体积的电荷量,S为导线的横截面积,q为单位电荷量L是单位时间内流过的长度根据定义式Q=It..............1可以变形出I=Q/t...............2因为Q=nqSL,且L=v/t,将其代入2中,就可以得出I=nqvs练习:1.对于金属导体,还必须满足下列哪一个条件才能产生恒定的电流?……()A.有可以自由移动的电荷B.导体两端有电压C.导体内存在电场D.导体两端加有恒定的电压2.关于电流,下列说法中正确的是……………………………………………()A.通过导线截面的电量越多,电流越大B.电子运动的速率越大,电流越大C.单位时间内通过导体截面的电量越多,导体中的电流越大D.因为电流有方向,所以电流是矢量知识点2.电阻、电阻定律1.电阻:加在导体两端的电压与通过导体的电流强度的比值.R=U/I,导体的电阻是由导体本身的性质决定的,与U.I无关.2.电阻定律导体的电阻R跟它的长度l成正比,跟它的横截面积S成反比:R=ρL/S。
简介电的平方反比定律指出,电场强度与离源的距离的平方成反比。
这一定律是由亨利-卡文迪什于1776年首次提出的,此后一直在实验中得到验证。
这篇文章将讨论平方反比定律的历史,它的数学表述,以及它的实验验证。
平方反比定律的历史反平方律是由亨利-卡文迪许在1776年首次提出的。
他提出,当两个电荷相隔一定距离时,它们的相互作用遵循反平方律。
这意味着,如果一个电荷增加一倍,那么它们之间的力将减少到原来的四分之一。
卡文迪许的工作为理解电场如何相互作用以及它们如何与物质相互作用奠定了基础。
1820年,迈克尔-法拉第进一步发展了卡文迪许的工作,并提出电场在空气或水等介质中传播时服从反平方律。
法拉第的工作使人们对电场如何与物质相互作用有了更全面的了解,并有助于建立对电的现代理解。
平方反比定律的数学表述平方反比定律的数学表述是:如果两个电荷q_1和q_2相隔一段距离,那么它们的相互作用就遵循平方反比定律。
F = frac{q_1q_2}{4\pi\epsilon_0r^2}。
其中F是它们之间的力,q_1和q_2是它们各自的电荷,epsilon_0是自由空间的引力(8.854 x 10^{-12} C^2/Nm^2),r是它们的分离距离。
这个方程可以用来计算任何给定距离的两个电荷之间的力。
平方反比定律的实验验证自从卡文迪许在1776年首次提出平方反比定律以来,它已经在实验中得到验证。
验证这一定律的最常用方法是测量两个带电物体之间的力与它们的分离距离的函数关系。
这可以通过一个被称为静电天平的仪器来完成,该仪器使用弹簧秤或其他力传感器测量两个带电物体在不同距离上的力。
通过测量不同距离的这些力,有可能确定它们是否如理论所预测的那样服从反平方关系。
除了使用静电平衡来验证这一定律外,还可以使用库仑定律来验证,库仑定律指出。
F=frac{kq_1q_2}{r^2}。
其中k是库仑常数(8.99 x 10^9 Nm^2/C^2)。
通过使用库仑定律测量不同距离的两个带电物体之间的力,可以验证它们是否如理论所预测的那样服从反平方关系。
恒定电流: 一、电流1.电流的定义式:I =qt,其中q 为通过导体某横截面的电荷量,t 为通过这些电荷量所用的时间. 2.微观表达式对于导体有I =nq v S ,其中n 为单位体积内的自由电子个数,S 为导体的横截面积,q 为自由电荷的电荷量,v 为自由电荷的定向移动速率. 二、电阻、电阻定律 1.电阻(1)定义式:R =UI.(2)物理意义:导体的电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小. 2.电阻定律:R =ρlS .3.电阻率(1)物理意义:反映导体导电性能的物理量,是导体材料本身的属性. (2)电阻率与温度的关系①金属的电阻率随温度升高而增大;②半导体的电阻率随温度升高而减小;③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,成为超导体. 三、部分电路欧姆定律1.内容:导体中的电流I 跟导体两端的电压U 成正比,跟导体的电阻R 成反比. 2.公式:I =UR.3.适用条件:适用于金属导体和电解质溶液导电,适用于纯电阻电路. 四、电功、电热、电功率 1.电功(1)定义:导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做的功. (2)公式:W =qU =IUt (适用于任何电路).(3)电流做功的实质:电能转化成其他形式能的过程. 2.电功率(1)定义:单位时间内电流做的功,表示电流做功的快慢. (2)公式:P =W /t =IU (适用于任何电路). 3.焦耳定律(1)电热:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比.(2)计算式:Q =I 2Rt . 4.热功率(1)定义:单位时间内的发热量. (2)表达式:P =Qt =I 2R .一、串、并联电路的特点 1.特点对比2(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻.(2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻,且小于其中最小的电阻.(3)无论电阻怎样连接,某一段电路的总耗电功率P 总是等于该段电路上各个电阻耗电功率之和.(4)无论电路是串联还是并联,电路中任意一个电阻变大时,电路的总电阻变大. 二、电源的电动势和内阻 1.电动势(1)定义:电动势在数值上等于非静电力把1 C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功. (2)表达式:E =Wq.(3)物理意义:反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量. 2.内阻电源内部也是由导体组成的,也有电阻,叫做电源的内阻,它是电源的另一重要参数. 三、闭合电路欧姆定律1.内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比.2.公式⎩⎪⎨⎪⎧I =E R +r (只适用于纯电阻电路)E =U 外+U 内(适用于任何电路)3.路端电压U 与电流I 的关系(1)关系式:U =E -Ir . (2)U -I 图象如图1所示.图1①当电路断路即I =0时,纵坐标的截距为电源电动势. ②当外电路电压为U =0时,横坐标的截距为短路电流. ③图线的斜率的绝对值为电源的内阻.考点一 对电阻、电阻定律的理解和应用 1.电阻与电阻率的区别(1)电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量,电阻大的导体对电流的阻碍作用大.电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量,电阻率小的材料导电性能好. (2)导体的电阻大,导体材料的导电性能不一定差;导体的电阻率小,电阻不一定小,即电阻率小的导体对电流的阻碍作用不一定小. (3)导体的电阻、电阻率均与温度有关. 2.电阻的决定式和定义式的区别例1 段,然后把它们并联在一起,其电阻值为( )A.R3B .3RC.R 9D .R突破训练1 根据R =ρl S 可以导出电阻率的表达式ρ=RSl,对温度一定的某种金属导线来说,它的电阻率 ( )A .跟导线的电阻R 成正比B .跟导线的横截面积S 成正比C .跟导线的长度l 成反比D .只由其材料的性质决定 答案 D考点二 对伏安特性曲线的理解1.图3中,图线a 、b 表示线性元件,图线c 、d 表示非线性元件.2.图线a 、b 的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,电阻越小,故R a <R b (如图甲所示). 3.图线c 的电阻随电压的增大而减小,图线d 的电阻随电压的增大而增大(如图乙所示).图34.伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值对应这一状态下的电阻. 例2 我国已经于2012年10月1日起禁止销售100 W 及以上的白炽灯,以后将逐步淘汰白炽灯.假设某同学研究白炽灯得到某白炽灯的伏安特性曲线如图4所示.图象上A 点与原点的连线与横轴成α角,A 点的切线与横轴成β角,则( )图4A .白炽灯的电阻随电压的增大而减小B .在A 点,白炽灯的电阻可表示为tan βC .在A 点,白炽灯的电功率可表示为U 0I 0D .在A 点,白炽灯的电阻可表示为U 0I 0答案 CD突破训练2 小灯泡通电后其电流I 随所加电压U 变化的图线如图5所示,P 为图线上一点,PN 为图线在P 点的切线,PQ 为U 轴的垂线,PM 为I 轴的垂线,则下列说法中错误的是( )图5A .随着所加电压的增大,小灯泡的电阻增大B .对应P 点,小灯泡的电阻为R =U 1I 2C .对应P 点,小灯泡的电阻为R =U 1I 2-I 1D .对应P 点,小灯泡的功率为图中矩形PQOM 所围的面积 答案 C考点三 电功、电功率、电热与热功率1.电功是电能转化为其他形式能的量度,电热是电能转化为内能的量度.计算电功时用公式W =IUt ,计算电热时用公式Q =I 2Rt .2.从能量转化的角度来看,电功和焦耳热之间的数量关系是W ≥Q 、UIt ≥I 2Rt .(1)纯电阻电路:如电炉等构成的电路,电流做功将电能全部转化为内能,此时有W =Q .计算时可任选一公式:W =Q =Pt =I 2Rt =UIt =U 2Rt .(2)非纯电阻电路:如含有电动机、电解槽等的电路,电流做功除将电能转化为内能外,还转化为机械能、化学能等,此时有W >Q .电功只能用公式W =UIt 来计算,焦耳热只能用公式Q =I 2Rt 来计算.对于非纯电阻电路,欧姆定律不再适用.例3 一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V 的交流电源上(其内电阻可忽略不计),均正常工作.用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A ,通过洗衣机电动机的电流是0.50 A ,则下列说法中正确的是( )A .电饭煲的电阻为44 Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440 ΩB .电饭煲消耗的电功率为1 555 W ,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 WC .1 min 内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J ,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 JD .电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍 电功和电热的处理方法1.P =UI 、W =UIt 、Q =I 2Rt 在任何电路中都能使用.在纯电阻电路中,W =Q ,UIt =I 2Rt ,在非纯电阻电路中,W >Q ,UIt >I 2Rt .2.在非纯电阻电路中,由于UIt >I 2Rt ,即U >IR ,欧姆定律R =UI不再成立.3.处理非纯电阻电路的计算问题时,要善于从能量转化的角度出发,紧紧围绕能量守恒定律,利用“电功=电热+其他能量”寻找等量关系求解.突破训练3 电阻R 和电动机M 串联接到电路中,如图6所示,已知电阻R 跟电动机线圈的电阻值相等,电键接通后,电动机正常工作,设电阻R 和电动机M 两端的电压分别为U 1和U 2,经过时间t ,电流通过电阻R 做功为W 1,产生热量为Q 1,电流通过电动机做功为W 2,产生热量为Q 2,则有( )图6A .U 1<U 2,Q 1=Q 2B .U 1=U 2,Q 1=Q 2C .W 1=W 2,Q 1>Q 2D .W 1<W 2,Q 1<Q 2答案 A利用“柱体微元”模型求解电流的微观表达式模型简介带电粒子在外加电场的作用下,形成定向移动的粒子流,从中取一圆柱形粒子流作为研究对象,即为“柱体微元”模型.设柱体微元的长度为L ,横截面积为S ,单位体积内的自由电荷数为n ,每个自由电荷的电荷量为q ,电荷定向移动的速率为v ,则: (1)柱体微元中的总电荷量为Q =nLSq . (2)电荷通过横截面的时间t =L v . (3)电流的微观表达式I =Qt =nq v S .高考题组1.(2012·浙江理综·17)功率为10 W 的发光二极管(LED 灯)的亮度与功率为60 W 的白炽灯相当.根据国家节能战略,2016年前普通白炽灯应被淘汰.假设每户家庭有2只60 W 的白炽灯,均用10 W 的LED 灯替代,估算出全国一年节省的电能最接近 ( )A .8×108 kW·hB .8×1010 kW·hC .8×1011 kW·hD .8×1013 kW·h答案 B2.(2013·安徽理综·19)用图7所示的电路可以测量电阻的阻值.图中R x 是待测电阻,R 0是定值电阻,是灵敏度很高的电流表,MN 是一段均匀的电阻丝.闭合开关,改变滑动头P 的位置,当通过电流表的电流为零时,测得MP =l 1,PN =l 2,则R x 的阻值为( )图7A.l 1l 2R 0 B.l 1l 1+l 2R 0C.l 2l 1R 0 D.l 2l 1+l 2R 0答案 C考点一 电路动态变化的分析1.电路动态分析类问题是指由于断开或闭合开关、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构发生了变化,一处变化又引起了一系列的变化. 2.电路动态分析的方法(1)程序法:电路结构的变化→R 的变化→R 总的变化→I 总的变化→U 端的变化→固定支路⎩⎪⎨⎪⎧并联分流I 串联分压U →变化支路. (2)极限法:即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论. (3)判定总电阻变化情况的规律①当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小). ②若开关的通、断使串联的用电器增多时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路增多时,电路的总电阻减小.例1 巨磁电阻(GMR)电流传感器可用来准确检测大容量远距离直流输电线路中的强电流,其原理利用了巨磁电阻效应.巨磁电阻效应是指某些磁性材料的电阻R 在一定磁场作用下随磁感应强度B 的增加而急剧减小的特性.如图2所示检测电路,设输电线路电流为I (不是GMR 中的电流),GMR 为巨磁电阻,R 1、R 2为定值电阻,已知输电线路电流I 在巨磁电阻GMR 处产生的磁场的磁感应强度B 的大小与I 成正比,下列有关说法正确的是( )图2A .如果I 增大,电压表V 1示数减小,电压表V 2示数增大B .如果I 增大,电流表A 示数减小,电压表V 1示数增大C .如果I 减小,电压表V 1示数增大,电压表V 2示数增大D .如果I 减小,电流表A 示数减小,电压表V 2示数减小 利用程序法分析电路动态变化问题的一般步骤(1)明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化.(2)根据局部电路电阻的变化,确定电路的外电阻R 外总如何变化. (3)根据闭合电路欧姆定律I 总=E R 外总+r ,确定电路的总电流如何变化.(4)由U 内=I 总r 确定电源的内电压如何变化. (5)由U =E -U 内确定路端电压如何变化.(6)确定支路两端的电压及通过各支路的电流如何变化.突破训练1 在如图3所示电路中,当滑动变阻器R 3的滑片P 向b 端移动时( )图3A .电压表示数变大,电流表示数变小B .电压表示数变小,电流表示数变大C .电压表示数变大,电流表示数变大D .电压表示数变小,电流表示数变小 答案 B考点二 电路中的功率及效率问题 1.电源的总功率(1)任意电路:P 总=EI =U 外I +U 内I =P 出+P 内. (2)纯电阻电路:P 总=I 2(R +r )=E 2R +r.2.电源内部消耗的功率:P 内=I 2r =U 内I =P 总-P 出. 3.电源的输出功率(1)任意电路:P 出=UI =EI -I 2r =P 总-P 内. (2)纯电阻电路:P 出=I 2R =E 2R (R +r )2=E 2(R -r )2R+4r .(3)纯电阻电路中输出功率随R 的变化关系 ①当R =r 时,电源的输出功率最大为P m =E 24r .②当R >r 时,随着R 的增大输出功率越来越小. ③当R <r 时,随着R 的增大输出功率越来越大.④当P 出<P m 时,每个输出功率对应两个外电阻R 1和R 2,且R 1R 2=r 2. ⑤P 出与R 的关系如图4所示.图44.电源的效率(1)任意电路:η=P 出P 总×100%=UE ×100%.(2)纯电阻电路:η=R R +r×100%=11+r R×100%因此在纯电阻电路中R 越大,η越大;当R =r 时,电源有最大输出功率,效率仅为50%. 特别提醒 当电源的输出功率最大时,效率并不是最大,只有50%;当R →∞时,η→100%,但此时P出→0,无实际意义.例2如图5所示,已知电源电动势E=5 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R1=0.5 Ω,滑动变阻器R2的阻值范围为0~10 Ω.求:图5(1)当滑动变阻器R2的阻值为多大时,电阻R1消耗的功率最大?最大功率是多少?(2)当滑动变阻器的阻值为多大时,滑动变阻器消耗的功率最大?最大功率是多少?(3)当滑动变阻器的阻值为多大时,电源的输出功率最大?最大功率是多少?对闭合电路功率的两点新认识(1)闭合电路是一个能量转化系统,电源将其他形式的能转化为电能.内、外电路将电能转化为其他形式的能,EI=P内+P外就是能量守恒定律在闭合电路中的体现.(2)外电阻的阻值向接近内阻的阻值方向变化时,电源的输出功率变大.突破训练2如图6所示电路中,R为一滑动变阻器,P为滑片,若将滑片向下滑动,则在滑动过程中,下列判断错误的是()图6A.电源内电路消耗功率一定逐渐增大B.灯泡L2一定逐渐变暗C.电源效率一定逐渐减小D.R上消耗功率一定逐渐变小答案 D考点三电路故障问题的分析1.故障特点(1)断路特点:表现为路端电压不为零而电流为零.(2)短路特点:用电器或电阻发生短路,表现为有电流通过电路但它两端电压为零.2.检查方法(1)电压表检测:如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联路段短路.(2)电流表检测:当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电流值的分析,可以确定故障的位置.在运用电流表检测时,一定要注意电流表的极性和量程.(3)欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处断路,当测量值很小或为零时,表示该处短路.在运用欧姆表检测时,电路一定要切断电源.(4)假设法:将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路发生某种故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理.例3如图7是某同学连接的实验实物图,开关闭合后A、B灯都不亮,他采用下列两种方法进行故障检查.图7(1)应用多用电表的直流挡进行检查,选择开关置于10 V挡.该同学测试结果如表1所示,在测试a、b间直流电压时,红表笔应接触________(填a或b).根据测试结果,可判定故障是________.A.灯A短路B.灯B短路C.cd段断路D.df段断路(2)()A.灯A断路B.灯B短路C.灯A、B都断路D.d、e间导线断路答案(1)a D(2)BD突破训练3在如图8所示的电路中,闭合开关时,灯不亮,已经确定是由灯泡断路或短路引起的,在不能拆开电路的情况下(开关可闭合,可断开),现用一个多用电表的直流电压挡、直流电流挡和欧姆挡分别对故障电路进行如下检查并作出判断(如表所示):图8) A.1B.2C.3D.4答案 C突破训练4如图9所示电路中,开关闭合稳定后,某时刻理想电压表和电流表的读数都突然增大,造成这一现象的原因是电阻元件发生短路或断路故障,则可能出现了下列哪种故障()图9A.R3断路B.R1短路C.R2断路D.R3短路答案 D考点四电源U-I图象与电阻U-I图象的比较例 直线Ⅱ为某一电阻R 的U -I 图线.用该电源直接与电阻R 相连组成闭合电路,由图象可知 ( ) 图10A .电源的电动势为3 V ,内阻为0.5 ΩB .电阻R 的阻值为1 ΩC .电源的输出功率为4 WD .电源的效率为50%突破训练5 如图11所示,直线A 为电源a 的路端电压与电流的关系图象;直线B 为电源b 的路端电压与电流的关系图象;直线C 为一个电阻R 的两端电压与电流的关系图象.如果将这个电阻R 分别接到a 、b 两电源上,那么有 ( )图11A .R 接到a 电源上,电源的效率较高B .R 接到b 电源上,电源的输出功率较大C .R 接到a 电源上,电源的输出功率较大,但电源效率较低D .R 接到b 电源上,电阻的发热功率和电源的效率都较高答案 C含电容器电路的分析方法1.电路的简化:不分析电容器的充、放电过程时,把电容器所处的支路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上.2.电路稳定时电容器的处理方法:电路稳定后,与电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,即电阻不起降低电压的作用,与电容器串联的电阻视为等势体.电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压.3.在计算电容器所带电荷量的变化时,如果变化前后极板所带电荷的电性相同,那么通过所连导线的电荷量等于初末状态电容器所带电荷量之差;如果变化前后极板带电的电性相反,那么通过所连导线的电荷量等于初末状态电容器所带电荷量之和.例5如图12所示的电路中,电源的电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,电阻R1=3 Ω,R2=6 Ω,电容器的电容C=3.6 μF,二极管D具有单向导电性,开始时,开关S1闭合,S2断开.图12(1)合上S2,待电路稳定以后,求电容器上电荷量变化了多少?(2)合上S2,待电路稳定以后再断开S1,求断开S1后流过R1的电荷量是多少?高考题组1.(2011·北京理综·17)如图13所示电路,电源内阻不可忽略.开关S闭合后,在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中()图13A.电压表与电流表的示数都减小B.电压表与电流表的示数都增大C.电压表的示数增大,电流表的示数减小D.电压表的示数减小,电流表的示数增大答案A。
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为了帮助你的学习更上一层楼,作者高中频道为你准备了《高二物理必修二知识点:恒定电流》期望可以帮到你!1.电流强度:I=q/t{I:电流强度(A),q:在时间t内通过导体横载面的电量(C),t:时间(s)}2.欧姆定律:I=U/R{I:导体电流强度(A),U:导体两端电压(V),R:导体阻值(Ω)}3.电功与电功率:W=UIt,P=UI{W:电功(J),U:电压(V),I:电流(A),t:时间(s),P:电功率(W)}4.纯电阻电路中:由于I=U/R,W=Q,因此W=Q=UIt=I2Rt=U2t/R5.焦耳定律:Q=I2Rt{Q:电热(J),I:通过导体的电流(A),R:导体的电阻值(Ω),t:通电时间(s)}6.电源总动率、电源输出功率、电源效率:P总=IE,P出=IU,η=P出/P总{I:电路总电流(A),E:电源电动势(V),U:路端电压(V),η:电源效率}7.电阻、电阻定律:R=ρL/S{ρ:电阻率(Ω?m),L:导体的长度(m),S:导体横截面积(m2)}8.闭合电路欧姆定律:I=E/(r+R)或E=Ir+IR也能够是E=U内+U外{I:电路中的总电流(A),E:电源电动势(V),R:外电路电阻(Ω),r:电源内阻(Ω)}9.电路的串/并联串连电路(P、U与R成正比)并联电路(P、I与R 成反比)电阻关系(串同并反)R串=R1+R2+R3+1/R并=1/R1+1/R2+1/R3+电流关系I总=I1=I2=I3I并=I1+I2+I3+电压关系U总=U1+U2+U3+U总=U1=U2=U3功率分配P总=P1+P2+P3+P总=P1+P2+P3+10.欧姆表测电阻(1)电路组成(2)测量原理两表笔短接后,调解Ro使电表指针满偏,得Ig=E/(r+Rg+Ro)接入被测电阻Rx后通过电表的电流为Ix=E/(r+Rg+Ro+Rx)=E/(R中+Rx)由于Ix与Rx对应,因此可指导被测电阻大小(3)使用方法:机械调零、挑选量程、欧姆调零、测量读数{注意挡位(倍率)}、拨off挡。
恒定电流一、电流:电荷的定向移动行成电流。
1、产生电流的条件:(1)自由电荷;(2)电场;2、电流是标量,但有方向:我们规定:正电荷定向移动的方向是电流的方向;注:在电源外部,电流从电源的正极流向负极;在电源的内部,电流从负极流向正极;3、电流的大小:通过导体横截面的电荷量Q跟通过这些电量所用时间t的比值叫电流I表示;(1)数学表达式:I=Q/t;(2)电流的国际单位:安培A(3)常用单位:毫安mA、微安uA;二、欧姆定律:导体中的电流跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比;1、定义式:I=U/R;2、推论:R=U/I;3、电阻的国际单位时欧姆,用Ω表示;三、闭合电路:由电源、导线、用电器、电键组成;1、电动势:电源的电动势等于电源没接入电路时两极间的电压;用E表示;2、外电路:电源外部的电路叫外电路;外电路的电阻叫外电阻;用R表示;其两端电压叫外电压;3、内电路:电源内部的电路叫内电阻,内点路的电阻叫内电阻;用r表示;其两端电压叫内电压;如:发电机的线圈、干电池内的溶液是内电路,其电阻是内电阻;4、电源的电动势等于内、外电压之和;E=U内+U外U外=RIE=(R+r)I四、闭合电路的欧姆定律:闭合电路里的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比;1、数学表达式:I=E/(R+r)2、当外电路断开时,外电阻无穷大,电源电动势等于路端电压;就是电源电动势的定义;3、当外电阻为零(短路)时,因内阻很小,电流很大,会烧坏电路;五、半导体:导电能力在导体和绝缘体之间;半导体的电阻随温升越高而减小;导体的电阻随温度的升高而升高,当温度降低到某一值时电阻消失,成为超导;补充:1.电阻定律:导体两端电阻与导体长度、横截面积及材料性质有关。
R=pl/S(电阻的决定式)P只与导体材料性质有关。
R与温度有关。
二极管:单向导电性;正极与电源正极相连。
2.串联特点:①总电压等于各部分电压之和。
②电流处处相等③总电阻等于各部分电阻和④总功率等于各部分功率和3.并联特点:①总电压等于各支路电压②总电流等于各支路电流和③总电阻的倒数等于各支路电阻倒数之和④总功率等于各支路功率和4.伏安法:(1)限流式;(2)分压式。
第二章电流和恒磁场§2-1 恒定电流条件和导电规律一、电流强度和电流密度 在导体中带电粒子的定向运动形成电流,提 供电流的带电粒子就称为载流子。
dQ I= (1.1) dt 单位时间内通过导体截面的电量。
电流强度 (electric current) I : 电流强度是标量,有正、负之分,是代数量。
习 惯上以正载流子的流动方向来表示电流的方向。
I 单位:A (安培),常用mA (毫安)、 μA (微安)1A = 10 mA = 10 μA3 6电流密度(electric current density)是描述电流 分布的矢量。
方向与正载流子在该点的流动方向 相同,大小等于通过该点并垂直于电流的单位截 面的电流强度。
K dI K j= n (1.2) dSdI dI j= = (1.3) dS dS′ cosθK n' dI K θ ndSd S'dI (1 . 4 ) j cos θ = dS ′ 通过任一面元单位面积的电流强度等于该处电流密度矢量沿该面元法向的分量。
电流密度的单位是A⋅m-2 (安培/米2)。
通过导体中任一曲面S的电流为I = ∫∫SK K j ⋅ dS有电流的导体中,构成了矢量场,称为电流场。
引入电流线形象描述电流场中电流的分布,规定: 曲线上每点的切线方向都与该点的电流密度矢量方 向相同。
由电流线围成的管状区域称为电流管。
恒定条件 下,通过同一电流管任一横截面的电流相等。
二、电流的连续性方程和恒定电流条件 根据电荷守恒定律,单位时间由闭合曲面S内流 出的电量,必定等于在同一时间内闭合曲面S所包 围的电量的减少,即∫∫SK K dq j ⋅ dS = − (2.1) 电流连续性方程的积分形式 dt以体电荷形式分布∫∫SK K d j ⋅ dS = - ∫∫∫ ρ dτ (2.2) dt τ电流场不随时间变化的电流称为恒定电流。
由分 布不随时间变化的电荷所激发的电场为恒定电场。