专题3欧姆定律及焦耳定律

专题3 欧姆定律及焦耳定律

导体中的电场和电流

1.电流的分析与计算

(1)电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。 (2)金属导体中电流的方向与自由电子的定向移动方向相反。

(3)电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时t

q

I =

中，q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 (4)电流虽然有大小和方向，但不是矢量。 2.电流的微观表达式nqSv I =的应用

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 计算电流时应引起注意.

例1 在10 s 内通过电解槽某一横截面向右迁移的正离子所带的电荷量为2 C ，向左迁移的负离子所带的电荷量为3 C.那么电解槽中电流的大小应为I =10

3

221+=+t q q A=0.5 A ，而不是I =

10

2

3- A=0.1 A. 例2 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=_______。

（例2）

解析：按电流的定义，.1025.6,15⨯==∴=

e

I

t 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， 则由v n l nev I v l t t ne I 1

,∝∴===

得和。而1

2

,,212212==∴∝∴=s s n n s v as v 电动势

1.电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。在电池中，非静电力的作用是化学作用，它把化学能转化为电能；在发动机中，非静电力的作用是电磁作用，它使机械能转化为电能。

2.电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领；电动势在数值上等于非静电力把1C 正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功；电动势由电源中非静电力的性质决定，

跟电源的体积无关，也跟外电路无关。 3.电池的参数

（1）电动势是电池的重要参数，电动势取决于电池正负极材料及电解液的化学性质，跟电池的大小无关。

（2）电池的容量是电池放电时能输出的总电荷量，通常以安培小时或毫安小时为单位。 （3）电池的内阻指电源内部导体对电源的阻碍作用，它在使用过程中变化较大，对同种电池来说，体积越大，电池的容量越大，内阻越小。

例1．下面是对电源电动势概念的认识，你认为正确的是 （ ） A ．同一电源接入不同的电路，电动势就会发生变化 B ．1号干电池比7号干电池大，但电动势相同

C ．电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势就越大

D ．电动势、电压和电势差虽名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同 解答： B

例2．下图是两个电池外壳上的说明文字

某型号进口电池

某型号国产电池

RECHARGEABLE

1.2V500mAh STANDARD CHARGE

15h at 50mA

GNY0.6(KR-AA) 1.2V 600mAh RECHARGEABLE STANDARD CHARGE 15h at 60mA

（例2）

上述进口电池的电动势是______V .上述国产电池最多可放出______mAh 的电荷量；若该电池平均工作电流为0.03 A ，则最多可使用_____h. 解答：（1）1.2；600；20

欧姆定律

1.理解欧姆定律

欧姆定律是在金属导体基础上总结出来的，实验表明，除金属导体外，欧姆定律对电解液也适用，但对气态导体（如日光灯管中的气体）和某些导电器件（如晶体管）并不适用。

“R U I =

”和“t q I =”两者是不同的，t

q

I =是电流的定义式，只要导体中有电流，不管是什么导体在导电，都适用；而R

U

I =是欧姆定律的表达式，只适用于特定的电阻（线性

电阻），不能将两者混淆。

2.电阻

I

U

R =

是电阻的定义式，说明了一种量度和测量电阻的方法，并不说明“电阻与导体两端的电压成正比，与通过导体的电流成反比”。I

U

R =适用于所有导体，无论是“线性电阻”

还是“非线性电阻”。

对同一个线性导体，不管电压和电流的大小怎样变化，比值R 都是恒定的，对于不同的导体，R 的数值一般是不同的，R 是一个与导体本身性质有关的物理量。

3.导体的伏安特性曲线

导体的伏安特性曲线是直线的电学元件叫做线性元件，对欧姆定律不适用的元件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线，这种电学元件叫做非线性元件。

对线性元件，导体的伏安特性曲线的斜率表示导体电阻的倒数（如图1），斜率大的，电阻小；对非线性元件，伏安特性曲线上某一点的纵坐标和横坐标的比值，即曲线的割线斜率表示了导体的电阻的倒数（如图2）。

下图是二极管的伏安特性曲线：二极管具有单向导电性。加正向电压时，二极管电阻较小，通过二极管的电流较大；加反向电压时，二极管的电阻较大，通过二极管的电流较小。

例1．如图所示的图象所对应的两个导体：

(1)电阻之比R 1:R 2为 ；

(2)若两个导体中的电流相等（不为零）时，电压之比U 1:U 2为 ； (3)若两个导体的电压相等（不为零）时，电流之比为I 1:I 2 。

（例1）

解析：(1)从I-U 图象可以得出1、2两个导体的电阻是定值电阻，电阻的大小等于图象斜率的倒数，

所以Ω=Ω⨯⨯==--310510153

3

111I U R Ω=Ω⨯⨯==--110

51053

3

222I U R 即R 1:R 2＝3:1