新高中物理31恒定电流详解分析

第1单元 基本概念和定律一、.电流条件：1、导体两端有持续的电压 2、有可以自由移动的电荷金属导体――自由电子 电解液――正负离子 气体――正负离子、自由电子 方向：正电荷的定向移动的方向导体中电流由高电势流向低电势， 电流在电源外部由正极流向负极 二、电流强度——（I 标量）——表示电流的强弱。

通过导体某一截面的电量q 跟通过这些电量所用时间的比值，叫电流强度，简称电流。

1、定义式：tqI =适用于任何电荷的定向移动形成的电流。

单位：1 C / s = 1 A 1 A ＝10 3mA 1 mA ＝10 3μA注意：在电解液导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，在用公式I ＝q ／t 计算电流强度时应引起注意。

2、电流的微观表达式已知：粒子电量q 导体截面积s 粒子定向移动的速率v 粒子体密度（单位体积的粒子的个数）推导： nqsv I tsvtnq t q I =⇒==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。

三、欧姆定律1、内容：导体中的电流强度跟导体两端的电压U 成正比，跟导体的电阻R 成反比2、公式：RU I =3、R 电阻，1V / A ＝ 1Ω 1 K Ω ＝ 1000Ω 1 M Ω ＝ 1000K Ω由本身性质决定4、适用范围：对金属导体和电解液适用，对气体的导电不适用5、电阻的伏安特性曲线：注意I-U 曲线和U-I 曲线的区别。

还要注意：当考虑到电阻率随温度的变化时，电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。

四.电阻定律——导体电阻R 跟它的长度l 成正比，跟横截面积S 成反比。

sl R ρ=（1）ρ是反映材料导电性能的物理量，叫材料的电阻率（反映该材料的性质，不是每根具体的导线的性质）。

单位是Ω m 。

（2）纯金属的电阻率小，合金的电阻率大。

⑶材料的电阻率与温度有关系：C 22－SO 42－①金属的电阻率随温度的升高而增大（可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧，对自由电子的定向移动的阻碍增大。

）铂较明显，可用于做温度计；锰铜、镍铜的电阻率几乎不随温度而变，可用于做标准电阻。

②半导体的电阻率随温度的升高而减小（可以理解为半导体靠自由电子和空穴导电，温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大，导电能力提高）。

③有些物质当温度接近0 K 时，电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。

能够发生超导现象的物体叫超导体。

材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度T C 。

我国科学家在1989年把T C 提高到130K 。

现在科学家正努力做到室温超导。

注意：公式R ＝I U是电阻的定义式，而R =ρSL 是电阻的决定式R 与U 成正比或R 与I 成反比的说法是错误的，导体的电阻大小由长度、截面积及材料决定，一旦导体给定，即使它两端的电压U ＝0，它的电阻仍然照旧存在。

五 .电功和电热电功就是电场力做的功，因此是W=UIt ；由焦耳定律，电热Q=I 2Rt 。

其微观解释是：电流通过金属导体时，自由电子在加速运动过程中频繁与正离子相碰，使离子的热运动加剧，而电子速率减小，可以认为自由电子只以某一速率定向移动，电能没有转化为电子的动能，只转化为内能。

1、电功和电功率电功：电场力对运动电荷所做的功，也叫做电流所做的功 UI p UIt W == 适用于任何电路 能量转化：把电能转化成其他形式的能2、电热和热功率（焦耳定律）电流通过导体时，释放的热量R I p Rt I Q 22== 适用于任何电路能量转化：电能转化为内能3、纯电阻电路（一来一去，电能全部转化成内能（电阻、灯泡、电炉、电烙铁））引：真空中和电阻中电流作功把电能转变为其它形式的能的不同 （动能、内能、机械能、化学能等）IR U Rt I UIt QW =⇒==24、非纯电阻电路（一来多去电能的一部分转化成热能（电动机、电解槽，电感，电容……）W ＝I 2R t ＋其他形式的能量，即2W QUIt I Rt U IR⇒f f f5、对于电动机UI ＝ I 2R ＋ 机械P输入功率 内耗功率 输出功率总功率 热功率 机械功率 消耗功率 损失功率 有用功率例：电动机，U ＝220V ，I ＝50A ，R ＝0.4Ω求：①电功率p ＝UI ＝220×5＝11KW ②热功率p ＝I 2 R ＝502×0.4＝1 KWI 2R机械p【例1】下图所列的4个图象中，最能正确地表示家庭常用的白炽电灯在不同电压下消耗的电功率P 与电压平方U 2之间的函数关系的是以下哪个图象A. B. C. D.解：此图象描述P 随U 2变化的规律，由功率表达式知：RUP 2=，U 越大，电阻越大，图象上对应点与原点连线的斜率越小。

选C 。

6、关于用电器的额定值问题额定电压是指用电器在正常工作的条件下应加的电压，在这个条件下它消耗的功率就是额定功率，流经它的电流就是它的额定电流。

如果用电器在实际使用时，加在其上的实际电压不等于额定电压，它消耗的功率也不再是额定功率，在这种情况下，一般可以认为用电器的电阻与额定状态下的值是相同的，并据此来进行计算。

【例2】 某电动机，电压U 1=10V 时带不动负载，不转动，电流为I 1=2A 。

当电压为U 2=36V 时能带动负载正常运转，电流为I 2=1A 。

求这时电动机的机械功率是多大？解：电动机不转时可视为为纯电阻，由欧姆定律得，Ω==511I U R ，这个电阻可认为是不变的。

电动机正常转动时，输入的电功率为P电=U 2I 2=36W ，内部消耗的热功率P热=R I 22=5W ，所以机械功率P =31W由例题可知：电动机在启动时电流较大，容易被烧坏；正常运转时电流反而较小。

【例3】某一直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的质量m =50kg ，电源提供给电动机的电压为U =110V ，不计各种摩擦，当电动机以v =0.9m/s 的恒定速率向上提升重物时，电路中的电流强度I =5.0A ，求电动机的线圈电阻大小（取g =10m/s 2）.解析：电动机的输入功率P ＝UI ，电动机的输出功率P 1=mgv ，电动机发热功率P 2=I 2r而P 2=P - P 1，即I 2r= UI －mgv 代入数据解得电动机的线圈电阻大小为r =4Ω【例4】 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=_______。

P 2 o P o P 2 o P 2 oL4L质子源v 1 v 2解：按定义，.1025.6,15⨯==∴=eIt n t ne I由于各处电流相同，设这段长度为l ，其中的质子数为n 个， 由v n l nev I v l t t ne I 1,∝∴===得和。

而12,,212212==∴∝∴=s s n n s v as v针对练习1.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.各种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2.如图所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab =10 cm ，bc =5 cm ，当将A 与B 接入电压为U 的电路中时，电流强度为1 A ，若将C 与D 接入电压为U 的电路中，则电流为 A.4 A B.2 A C.21A D.41A 3.如图所示，两段材料相同、长度相等、但横截面积不等的导体接在电路中，总电压为U ，则.①通过两段导体的电流相等②两段导体内自由电子定向移动的平均速率不同 ③细导体两端的电压U 1大于粗导体两端的电压U 2 ④细导体内的电场强度大于粗导体内的电场强度 A.① B.①② C.①②③ D.①②③④4.一根粗细均匀的导线，两端加上电压U 时，通过导线中的电流强度为I ，导线中自由电子定向移动的平均速度为v ，若导线均匀拉长，使其半径变为原来的21，再给它两端加上电压U ，则A.通过导线的电流为4I B.通过导线的电流为6I C.自由电子定向移动的平均速率为4v D.自由电子定向移动的平均速率为6v5.如图所示，当滑动变阻器的滑键从最左端向右滑过2R /3时，电压表的读数由U 0增大到2U 0，若电源内阻不计，则下列说法中正确的是A.通过变阻器R 的电流增大为原来的2倍B.变阻器两端的电压减小为原来的32倍 C.若R 的阻值减小到零，则电压表的示数为4U 0 D.以上说法都正确6.在电解槽中，1 min内通过横截面的一价正离子和一价负离子的个数分别为1.125×1021和7.5×1020，则通过电解槽的电流为_______.7.如图，电源可提供U=6 V的恒定电压，R0为定值电阻，某同学实验时误将一电流表（内阻忽略）并联于R x两端，其示数为2 A，当将电流表换成电压表（内阻无限大）后，示数为3 V，则R x的阻值为____Ω.8.将阻值为16 Ω的均匀电阻丝变成一闭合圆环，在圆环上取Q为固定点，P为滑键，构成一圆形滑动变阻器，如图1—28—8所示，要使Q、P间的电阻先后为4 Ω和3 Ω，则对应的θ角应分别是_______和_______.9.甲、乙两地相距6 km，两地间架设两条电阻都是6 Ω的导线.当两条导线在甲、乙两地间的某处发生短路时，接在甲地的电压表，如图所示，读数为6 V，电流表的读数为1.2 A，则发生短路处距甲地多远？10.某用电器离电源L m，线路上电流为I A ，若要求线路上电压不超过U V，输电线电阻率为ρΩ·m，则该输电线的横截面积需满足什么条件?1-5 A A D BC ABCD 6 \5A 7 \38（π;2π或23π） 9（2.5 km） 10（S≥ULIρ2）第2单元 串并联电路 电表的改装一、串并联1、串联I 1 ＝ I 2 R ＝ R 1 + R 2 U ＝ U 1 + U 22、并联I 1 + I 2 ＝ I U 1 ＝ U 2⇒+=21111R R R （1）2121R R R R R += (2) 总电阻小于任何一个电阻（3）某一个电阻变大，总电阻变大 （4）某一支路断路，总电阻变大 （5）某一支路短路，总电阻为零3、分压器（1） 分清负载和空载时的输出电压U CD（2） CD 间接入电阻的大小和多少对输出电压的影响 （3） p 在中点时的输出电压U CD4、电源的串联和并联【例1】 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？BA. B. C. D.【例2】 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 =kU 3的规律，其中U 表示棒两端的电势差，k =0.02A/V 3。