人教版高中物理选修知识点二《恒定电流》

人教版高中物理选修3-1部分知识点

内部资料

第二章《恒定电流》 一、电流

1、电流形成的条件：

电荷的定向移动。规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。 2、电流强度I ①定义式：t

q

I =

单位：安培（A ） ②微观表达式：nqSv I = 其中：n 为自由电荷的体密度；q 为自由电荷的电量；S 为导体的横截面积；v 为自由电荷定向移动的速度。

二、电源

1、电源的作用：

①电源相当于搬运工，把负电荷从电源正极搬到电源负极，使正极积累正电荷，负极积累负电荷；

②电源使导体两端存在一定的电势差（电压）； ③电源使电路中有持续电流。 2、电动势E ①物理意义：

电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量。 ②定义式：

q

W E 非=

单位：伏特（V ），其大小是由电源本身决定的。

③电动势E 与电势差U 的区别： 电动势q

W E 非=

，非静电力做功，其他形式的能转化为电能；电势差q

W

U =

，电场力做功，电势能转化为其他形式的能。做多少功，就转化了多少能量。

三、欧姆定律 1、电阻R

①物理意义：导体对电流的阻碍作用。

②定义式：I U

R =

单位：欧姆（Ω），其大小是由导体本身决定的。 ③决定式：S

l

R ρ=，其中ρ为电阻率，反映材料的导电性能的物理量。金属导体的电阻率

随着温度的升高而增大；合金的电阻率随着温度的变化而变化不明显；半导体的电阻率随着温度的升高而减小。 2、欧姆定律

R

U

I =

注意：这是一个实验规律，I 、U 、R 三者之间并无决定关系。 3、伏安特性曲线

I-U 图像：图像越靠近U 轴，导体的电阻越大。

①线性元件：

I-U 图像是过原点O 的直线。如R 1，R 2等，并且R 1

I-U 图像不是过原点O 的直线。如A 、B 等

四、串并联电路的特点

P=P 1+P 2+P 3

1、串联电路

①定义：用电器首尾相连的电路。 ②串联电路的特点

321I I I I ===；321U U U U ++=；321R R R R ++=；321321::::R R R U U U =

2、并联电路

P=P 1+P 2+P 3

①定义：用电器并排相连的电路。 ②并联电路的特点

321I I I I ++=；321U U U U ===；

3211111R R R R ++=；3

213211:1:1::R R R I I I =

五、焦耳定律

1、电功W 与电功率P

电功UIt W =，单位：焦耳（J ）；电功率UI t

W

P ==，单位：瓦特（W ） 2、电热Q R R R

电热rt I Q 2

=，单位：焦耳（J ）；热功率r I P Q 2

=，单位：瓦特（W ）

其中：以上四式适用于任何电路，r 为用电器的内阻。 3、纯电阻电路与非纯电阻电路 ①纯电阻电路：

消耗的电能全部转化为电热，即W=Q ；部分电路欧姆定律R

U

I =可以使用。

②非纯电阻电路：

消耗的电能转化为电热和其他形式的能量，即W=Q ＋Q 其他；部分电路欧姆定律R

U

I =不能使用。由能量守恒可得，P 其他=P －P Q 。

六、闭合电路欧姆定律

1、流过电源的电流r

R E

I +

=

，此公式仅适用于纯电阻电路。 2、电源电动势E=U 外＋U 内，此公式适用于任何电路。

注意：U 外=IR ，只适用于外电路是纯电阻电路，U 外又称作路端电压U ；U 内=Ir ，适用于任何电路。因此，闭合电路欧姆定律的另一种表达形式为 Ir U E +=

3、路端电压U 与回路电流I 的关系

表达式：Ir E U -= 回路电流I 越大，路端电压U 就越小。

其中U-I 图像的截距代表电源的电动势E ；U-I 图像的斜率代表电源的内阻I

U

r ??=

；如果U 轴坐标是从0开始的，U-I 图像与I 轴的交点代表短路电流r

E I =短。 4、路端电压U 与外电路电阻R 的关系 对于纯电阻电路， I

路端电压R

r E r

R ER

IR U +=+=

=1，U-R 图像如下图所示：

5、功率与效率 1）电源

①电源的总功率P 总=EI ②电源的输出功率P 出=UI ③电源的内热功率P Q =I 2r ④电源的效率%100%100?=?=

E

U

P P 总出η；由能量守恒可得，P 总=P 出＋P Q 。对于纯电阻电路，%100?+=

r

R R

η 。电源的效率随着外电阻的增大而增大。 2）电动机

①电动机消耗电能的功率P=UI ②电动机的热功率P Q =I 2r

③电动机输出的机械功率P 机=P －P Q

④电动机的效率%100%100%1002?-=?-=?=U

Ir

U UI r I UI P P 机

η 注意：电动机正常工作时，电动机为非纯电阻电路，部分电路欧姆定律不能使用，即I≠U/r 。

由能量守恒可得，电动机的机械功率P 机=P －P Q 。电动机不转动时，电动机可视为纯电阻电路，部分电路欧姆定律可以使用，即I=U/r 。

6、电源的输出功率P 出与回路电流I 的关系

电源的输出功率r

E r E I r r I EI P

P P Q 4)2(2

22

+--=-=-=总出，此公式适用于任何电路。 P 出-I 图像如下图所示：

当I=E/2r 时，电源的输出功率最大为P m =E 2/4r 。此时电源的效率为

%50%100%100=?-=?=

E

Ir E E U η 7、电源的输出功率P 出与外电阻R 的关系 对于纯电阻电路，电源的输出功率为

r R

r R E r R R E R I UI P 4)()(2

2

222

+-=

+===出

当R=r 时，电源的输出功率最大为P m =E 2/4r 。此时电源的效率为

%50%100=?+=

r

R R

η

七、电路分析 1）动态电路分析 外电阻R 的变化→r R E I +=

，Ir E U -=→回路电流I 的变化，路端电压U 的变化→R

U

I =→各部分电流与电压的变化。

2）含容电路分析

分析含容电路的关键：与电容器C 串联的电阻R 可以看做导线；电容器C 的电压U C 等于与之并联的电阻R 的电压U 。

3）故障电路分析

①断路：电压不为0，电流为0，即电路不导通。 ②短路：电压为0，电流不为0，即电路是导通的。

八、多用电表 1、电流表的改装 1）电流表的内部结构

2）当电流表的量程扩大n 倍时，并联的分流电阻1

-=

n R R g 。此时，电流表的内阻为

g

g R R RR R +=

内 。

2、电压表的改装 1）电压表的内部结构

2）当电压表的量程扩大n 倍时，串联的分压电阻g R n R )1(-= 。此时，电压表的内阻为

g R R R +=内 。

3、欧姆表的改装 1）欧姆表的内部结构

2）欧姆调零之后，欧姆表的内阻为R r R R g ++=内，由闭合电路欧姆定律可得，内

R E

I g =

。接上待测电阻R x 之后，由闭合电路欧姆定律可得，x

R R E

I +=内 。红表笔接在电源的负极；

黑表笔接在电源的正极。 3）测量电阻的主要步骤 ①机械调零；

②选倍率（使指针尽量指在表盘的中央位置）； ③欧姆调零；

④读数＝示数×倍率。

注意：每次换倍率之后，必须重新欧姆调零。

4、多用电表的使用

1）红表笔插入多用电表的正插孔；黑表笔插入多用电表的负插孔。 2）电流总是从红表笔流入，从黑表笔流出。

3）当测量电流、电压时，红表笔的电势高于黑表笔的电势；当测量电阻时，黑表笔的电势高于红表笔的电势。

4）使用欧姆表时，被测电阻必须孤立出来。 5）读数＝精度（每一小格代表的数值）×格数n 。 6）二极管

①二极管的特性：

二极管具有单向导通性。

②正向导通时，二极管的电阻比较小；反向导通时，二极管的电阻非常大。

九、实验设计 1、指导原则

安全可行、测量准确、便于操作。 2、电路设计

1）控制电路的设计 ①限流式

x

x

R

R ER ～E

②分压式

调压范围：0～E

③选择原则

（1）待测电阻R x 远大于滑动变阻器的总电阻R ，须用分压式接法； （2）要求待测电阻R x 上电压或者电流变化范围较大，且从零开始连续可调，须用分压式接法； （3）待测电阻R x 小于滑动变阻器的总电阻R 或相差不多，且电压、电流变化不要求从零调正向导通

反向导通

起时，可采用限流式接法；

（4）两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法总能耗较小。 （5）一般情况下，当R ＞10R x 时，选用限流式接法；当R ＜10R x 时，选用分压式接法。

2）测量电路的设计 ①电流表外接法

误差分析：

由于电压表的分流导致电流的测量值偏大，由I

U

R =可知，R 测＜R 真。R x 越小，电压表分流

越小，误差越小，即1>>x V

R R ，因此外接法适合测量小电阻。 ②电流表内接法

误差分析：

由于电流表的分压导致电压的测量值偏大，由I

U

R =可知，R 测＞R 真。R x 越大，电流表的分压越小，误差越小，即1>>A

x

R R ，因此内接法适合测量大电阻。 ③选择原则 当

A x x V R R R R >时，即V A x R R R <，选用电流表外接法；当A

x x V R R R R <时，即V A x R R R >，选用电流表内接法。

3、描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验电路图：

注意：（1）电压的变化范围较大，且从零开始连续变化，选择分压式控制电路；（2）小灯泡的电阻一般较小，选择电流表外接法测量电路。（3）连接实物时，滑片应置于滑动变阻器的最左端。

4、测定电池的电动势和内阻 实验原理：

闭合电路欧姆定律Ir U E +=（伏安法），Ir IR E +=，r R

U

U E += 实验电路图：

注意：由E=U 1+I 1r ，E=U 2+I 2r 可得，I r U ?-=?，所以I r U ?=?。故电流变化量相同时，电源内阻大的路端电压的变化量较大。电池的内阻远远小于电压表的内阻，故此实验电路图应该选择外接法。 实验误差分析： ①外接法误差分析

根据串并联电路的特点，电压表的示数真测U U =；电流表的示数V

R U I I 测真测-

=。所以，I 测

总是小于I 真，并且U 测越小，I 测与I 真的差别越小，如图所示。当U 测＝0时，I 测＝I 真。根据图像可以得到以下结论：（1）真测E E <；（2）真测r r <。

②内接法误差分析

E

根据串并联电路的特点，电压表的示数A R I U U 测真测-=；电流表的示数真测I I =。所以，U

测

总是小于U 真，并且I 测越小，U 测与U 真的差别越小，如图所示。当I 测＝0时，U 测＝U 真。根

据图像可以得到以下结论：（1）真测E E =；（2）真测r r >。

第三章《磁场》

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