1、第二章第二章 恒定电流恒定电流 电功和电功率、电热和热功率电功和电功率、电热和热功率 一、电功一、电功W 定义：定义：电场力电场力(或电流或电流)所做的功所做的功. 公式：公式：W=IUt 单位：单位：J 1kWh=3.6106J 二、电功率二、电功率P 定义：定义：单位时间内电流所做的功单位时间内电流所做的功 公式：公式：P=W/t=IU 单位：单位：W kW 三、电热三、电热Q 定义定义: 电流通过导体产生的热量电流通过导体产生的热量. 公式：公式：Q=I2Rt 单位：单位：J 焦耳定律：焦耳定律：电流通过导体产生的热量电流通过导体产生的热量Q等于电流等于电流I的二次方、的二次方、 导体的
2、电阻导体的电阻R 和通电时间和通电时间 t 三者的乘积三者的乘积 四、热功率四、热功率P热热 定义：定义：单位时间内的发热量单位时间内的发热量 公式：公式：P热热=Q/t=I2R 单位：单位：W kW 对纯电阻电路对纯电阻电路: 电功电功=电热电热 电功率电功率=热功率热功率 对非纯电阻电路对非纯电阻电路: 电功电功电热电热 电功率电功率热功率热功率 知知 任何电路都适用任何电路都适用 电功电功 W? ?UIt识识 回回 顾顾 焦耳热焦耳热电功率电功率热功率热功率Q? ?I2RtP? ?Wt? ?UIP? ?Q2t? ?I R 纯电阻电路适用纯电阻电路适用 知知 U22识识 回回 顾顾 电功电
3、功 焦耳热焦耳热 电功率电功率 热功率热功率W? ?UIt? ?I Rt? ?Rt2Q? ?I2Rt? ?UIt? ?URtW2P? ?2Ut? ?UI? ?IR? ?RQ2P? ?t? ?I2R? ?UI? ?UR 一、影响导体电阻的因素一、影响导体电阻的因素 (一一)大胆猜想大胆猜想 导体的电阻是导体本身的一种性质，导体的电阻是导体本身的一种性质， 由导体自身的因素决定，那么由导体自身的因素决定，那么 问题问题1:导体的电阻导体的电阻R到底由哪些因素决定呢到底由哪些因素决定呢? 跟长度跟长度l有关有关 跟横截面积跟横截面积S有关有关 与材料有关与材料有关 一、影响导体电阻的因素一、影响导体
4、电阻的因素 (一一)大胆猜想大胆猜想 结论：导体的电阻结论：导体的电阻R跟它的长度跟它的长度l、横截面积横截面积S、材料有关。、材料有关。 横截面积横截面积S 长度长度L L 温度 材料材料 一、影响导体电阻的因素一、影响导体电阻的因素 (二二)实验探究实验探究 1、实验目的：、实验目的： 探究导体的电阻探究导体的电阻R与导体的与导体的长度长度l、横截面积、横截面积S、材料之间的关系、材料之间的关系. 2、实验方法：、实验方法：控制变量法控制变量法. 3、实验过程：、实验过程： 长度长度l、横截面积、横截面积S、电阻、电阻R的测量及方法：的测量及方法： 长度长度l：用：用mm刻度尺测刻度尺测.
5、 横截面积横截面积S：用累积法测直径：用累积法测直径. 电阻电阻R：伏安法：伏安法. 实验方法：实验方法：控制变量法。控制变量法。 实验方案：实验方案： 同种材料，同种材料，S S一定，改变一定，改变L L，测，测R R 同种材料，同种材料，L L一定，改变一定，改变S S，测，测R R 不同材料，不同材料，L L一定，一定，S S一定，测一定，测R R a b c d 伏安法测电阻的原理图：伏安法测电阻的原理图： V R 电流表外接法电流表外接法 A 分压式接法分压式接法 探究导体电阻与其影响因素的定量关系探究导体电阻与其影响因素的定量关系 探究方案一探究方案一 实验电路实验电路: : 电流
6、表外接法电流表外接法 限流式电路限流式电路 实验电路图实验电路图: : 实验数据实验数据: : V 横截面积横截面积, ,材料相同材料相同 L/m U/V I/A 1 2 3 R/ A R?L实验结论实验结论: : 1.1.同种材料同种材料, ,S S一定一定, ,电阻电阻R R与与L L成正比成正比 探究导体电阻与其影响因素的定量关系探究导体电阻与其影响因素的定量关系 实验电路实验电路: : 电流表外接法电流表外接法 限流式电路限流式电路 实验电路图实验电路图: : V 实验数据实验数据: : 长度长度, ,材料相同材料相同 S/mm2 U/V 1 2 3 I/A R/ A 实验结论实验结论
7、: : 2.2.同种材料同种材料,L,L一定一定, ,电阻与电阻与S S成反比成反比 1R?S探究导体电阻与其影响因素的定量关系探究导体电阻与其影响因素的定量关系 实验电路实验电路: : 电流表外接法电流表外接法 限流式电路限流式电路 实验电路图实验电路图: : V 实验数据实验数据: : 长度长度, ,横截面积相同横截面积相同 材料 U/V I/A R/ A 1 2 实验结论实验结论: : 3.3.不同种材料不同种材料,R,R不同不同 探究方案二探究方案二 V V V V a b c d a 和和 b ：长度：长度l不同不同 限流式接法限流式接法 a 和和 c ：横截面积：横截面积S不同不同
8、 a 和和 d ：材料不同：材料不同 实验探究电阻的影响因素实验探究电阻的影响因素 V a b c 控制变量法控制变量法 d 电压表先测电压表先测a的电压的电压Ua，再测，再测b的电压的电压Ub 实验探究电阻的影响因素实验探究电阻的影响因素 V a b c 控制变量法控制变量法 d 电压表先测电压表先测a的电压的电压Ua，再测，再测c的电压的电压Uc 实验探究电阻的影响因素实验探究电阻的影响因素 V a b c 控制变量法控制变量法 d 电压表先测电压表先测a的电压的电压Ua，再测，再测d的电压的电压Ud V V V V a b c d 实验结论实验结论: : 1.1.同种材料同种材料, ,S
9、 S一定一定, ,电阻电阻R R与与L L成正比成正比 R2.2.同种材料同种材料, ,L L一定一定, ,电阻与电阻与S S成反比成反比 R3.3.不同种材料不同种材料, ,R R不同不同 ?L1S?理论探究理论探究 电阻串联电阻串联 电阻并联电阻并联R RL L R?1S 一、影响导体电阻的因素一、影响导体电阻的因素 k由导体材料决定由导体材料决定 与与l、S无关无关! 二、电阻定律二、电阻定律 1.内容：内容： 同种材料的导体同种材料的导体,其电阻其电阻R与它的长与它的长度度l成成正正比比,与它的横截面积与它的横截面积S成成反反比比;导体电阻与构成它的材料有关导体电阻与构成它的材料有关.
10、 2.决定式决定式: 3.适用条件：适用条件：温度一定温度一定,粗细均匀的金属粗细均匀的金属 导体导体,或浓度均匀的电解液或浓度均匀的电解液. 电阻定律 同种材料的导体,其电阻R与它的长1.内容： 度L成正比,与它的横截面积S成反比;导体电阻与构成它的材料有关. l2.表达式: R?S是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率。 ?是比例常数，它与导体的材料有关，几种导体材料的电阻率几种导体材料的电阻率 银 1.6 ? 铜 1.7 ? 铝 2.9 ? 钨 5.3 ? 铁 1.0 ?锰铜合金 4.4 ?镍铜合金 5.0 ?镍铬合金 1.0 ?单位：单位：m -8 -8 -8 -8 -7 -
11、7 -7 -6 10 10 10 10 10 10 10 10金属：金属： t ?电阻温度计电阻温度计 热敏电阻热敏电阻 光敏电阻光敏电阻 半导体：半导体： t 电阻率电阻率与温度与温度半导体的半导体的导电性能导电性能具有具有可控性可控性 的关系的关系 ?合金：合金： 有些几乎不随有些几乎不随t变化变化 标准电阻标准电阻 超导体超导体:某些材料当温度降低到一定温度时某些材料当温度降低到一定温度时 ?=0 R=0 电阻率电阻率( (? ?) ) 1 1、反映材料导电性能的物理量、反映材料导电性能的物理量 2 2、单位：欧姆、单位：欧姆米米 m m 3 3、纯金属的电阻率小，合金的电阻率大、纯金属
12、的电阻率小，合金的电阻率大 4 4、金属的电阻率随温度的升高而增大、金属的电阻率随温度的升高而增大 锰铜合金和镍铜合金的电阻率随温度变化极小，锰铜合金和镍铜合金的电阻率随温度变化极小， 利用它们的这种性质，常用来制作标准电阻。利用它们的这种性质，常用来制作标准电阻。 超导现象超导现象:有些物质当温度降低到绝对零度附近有些物质当温度降低到绝对零度附近时它们的电阻率会突然变为零时它们的电阻率会突然变为零 半导体半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间，电阻导电性能介于导体和绝缘体之间，电阻率随温度的升高而减小，导电性能由外界条件所控制，率随温度的升高而减小，导电性能由外界条件所控制，如改变温度、光照、
13、掺入微量杂质等如改变温度、光照、掺入微量杂质等 三、电阻率三、电阻率 1.意义意义:反映反映材料材料导电性能导电性能好坏的物理量好坏的物理量. RS2.定义式：定义式： ?l? ?由材料和温度决定由材料和温度决定,与与l、S无关无关! ? ?m3.单位单位:欧欧米米( ) 4.电阻率与温度关系电阻率与温度关系: 你能设计实验探究导体电阻与温度的关系吗？你能设计实验探究导体电阻与温度的关系吗？ 结论结论：金属导体温度越：金属导体温度越高高，电阻越，电阻越大大，温度越，温度越低低，电阻越，电阻越小小。 几种材料在不同温度下的电阻率几种材料在不同温度下的电阻率 (m) 银银 铜铜 铝铝 钨钨 铁铁
14、锰铜合金锰铜合金 镍铜合金镍铜合金 0 148108 143108 267108 485108 089107 44107 75010 20 16108 17108 29108 53108 10107 44107 75010 10020712071380171011441441501电阻温度计 思考与讨论思考与讨论: 1和和R2是材料相同、厚度相同、表面是材料相同、厚度相同、表面 R为正方形的导体为正方形的导体,但但R2的尺寸比的尺寸比R1小很多小很多.通过两导体通过两导体的电流方向如图所示的电流方向如图所示.这两个导体的电阻有什么关系这两个导体的电阻有什么关系?你认为这种关系对电路元件的微型化
15、有什么意义你认为这种关系对电路元件的微型化有什么意义? 电流方向电流方向 R1 a h R2 b h ?la?R?hSa?hR1 = R2 由此可知导体的电阻与表面积无关由此可知导体的电阻与表面积无关, ,只与导体的厚度有关只与导体的厚度有关. .这样在制造电路元件时这样在制造电路元件时, ,可以将其表面积做得很小可以将其表面积做得很小, ,而不增大电而不增大电阻阻, ,只要保证厚度不变即可只要保证厚度不变即可, ,有利于电路元件的微型化有利于电路元件的微型化. . 实验探究实验探究 决定式决定式 电阻定律电阻定律 理论探究理论探究 电阻率电阻率 重视：重视：1、探究思想、方法、探究思想、方法
16、. 2、实验过程、实验过程. 区别：区别：导体导体的电阻和的电阻和材料材料的的电阻率电阻率 ?电阻电阻反映反映导体导体对电流阻碍作用大小对电流阻碍作用大小的性质的性质，电阻大的导体对电流的阻，电阻大的导体对电流的阻碍作用大碍作用大 ?电阻率电阻率反映反映材料材料导电性能好坏导电性能好坏的性的性质质，电阻率小的材料导电性能好，电阻率小的材料导电性能好 区别：区别： 公公式式R?UI是定义式是定义式 是决定式是决定式 思考与讨论思考与讨论 1 、有人说电阻是导体阻碍电流的性质，、有人说电阻是导体阻碍电流的性质，电阻率是由导体材料的性质决定的，所以电阻率是由导体材料的性质决定的，所以电阻率越大，则电
17、阻越大，对吗电阻率越大，则电阻越大，对吗?为什么为什么? 答：不对答：不对; 电阻率反映导体材料导电性能的优劣电阻率反映导体材料导电性能的优劣,电阻率大电阻率大,不一定电阻大不一定电阻大,由电阻定律由电阻定律,电电阻还与阻还与 l 和和S有关有关. 2、一白炽灯泡铭牌显示、一白炽灯泡铭牌显示“220V,100W”字字样，由计算得出灯泡灯丝电阻样，由计算得出灯泡灯丝电阻R=484? ? ，该阻值是工作时的电阻值还是不工作时的该阻值是工作时的电阻值还是不工作时的电阻值，两者一样吗电阻值，两者一样吗?为什么为什么? 不一样不一样 100W是额定功率是额定功率,是灯泡正常工作时是灯泡正常工作时的功率的
18、功率,所以所以484? ? 是工作时的电阻是工作时的电阻;当灯泡当灯泡不工作时不工作时,由于温度低由于温度低,电阻比正常工作时电阻比正常工作时的电阻小，所以小于的电阻小，所以小于484? ? 。 课堂练习课堂练习 3、一段均匀导线对折两次后并联、一段均匀导线对折两次后并联在一起，测得其电阻为在一起，测得其电阻为0.5 ，导线，导线原来的电阻多大？原来的电阻多大？ 8 若把这根导线的一半均匀拉长若把这根导线的一半均匀拉长为三倍，另一半不变，其电阻是为三倍，另一半不变，其电阻是原来的多少倍原来的多少倍? 5倍倍 1、关于电阻率的说法正确的是（、关于电阻率的说法正确的是（ ） A.电阻率与导体的长度
19、和横截面积有关电阻率与导体的长度和横截面积有关 B.电阻率表示了材料的导电能力强弱，由电阻率表示了材料的导电能力强弱，由材料决定，且与温度有关材料决定，且与温度有关 C.电阻率大的导体，电阻一定大电阻率大的导体，电阻一定大 D.有些金属的电阻率几乎不受温度的变化有些金属的电阻率几乎不受温度的变化影响，可以用来制作电阻温度计影响，可以用来制作电阻温度计 2、一均匀导线，电阻为、一均匀导线，电阻为R，先将它，先将它均匀的拉长，使其直径变为原来均匀的拉长，使其直径变为原来的一半的一半,电阻变为电阻变为_，然后，然后再截去长度的再截去长度的1/4，剩余部分的电，剩余部分的电阻为阻为_。 3、两根电阻丝
20、的长度之比为两根电阻丝的长度之比为1 1：5 5，横，横截面积之比为截面积之比为2 2：3 3，加上相同的电压，加上相同的电压后流过的电流强度之比为后流过的电流强度之比为5 5：2 2，则两，则两个电阻丝的电阻之比为个电阻丝的电阻之比为_,_,材料材料的电阻率之比为的电阻率之比为_。 5、同一半圆形金属片，如图所示，从不、同一半圆形金属片，如图所示，从不同方向测量其电阻同方向测量其电阻 (1) Ra、Rb是否相等？是否相等？ (2)如果不等，如果不等，Ra、Rb谁大？谁大？ Ra、Rb比值是多少？比值是多少？ 1.不等不等(a)又短又又短又“胖胖”,(b)又长又又长又“瘦瘦”; RaRb 2.
21、若若1/4圆形金属片电阻为圆形金属片电阻为R0,则则(a)为两为两R0并联并联, Ra = R0/2;(b)为两电阻串联为两电阻串联, Rb =2R0, Ra:Rb=1:4 6、如图示、如图示,两个截面积不同长度相等的两个截面积不同长度相等的均匀铜棒接在电路中均匀铜棒接在电路中,两端电压为两端电压为U,则则( ) A.通过两棒的电流强度相等通过两棒的电流强度相等 ABCD B. 两棒的自由电子定向移动的平均速率不同两棒的自由电子定向移动的平均速率不同 C.两棒内的电场强度不同两棒内的电场强度不同,细棒内的场强细棒内的场强E1大大于粗棒内的场强于粗棒内的场强E2 D.细棒两端的电压细棒两端的电压U1大于粗棒两端的电压大于粗棒两端的电压U2 I1 U1 I2 U2 7、甲乙两根保险丝均由同种、甲乙两根保险丝均由同种材料制成材料制成,直径分别是直径分别是d1=0.5mm和和 d2=1mm,熔断电流分别为熔断电流分别为2.0A和和 6.0A,把以上两根保险丝各取等长把以上两根保险丝各取等长一段并联后再接入电路中一段并联后再接入电路中,允许通允许通过的最大电流是过的最大电流是 ( ) B A、0.6A B、7.5A C、10.0A D、8.0A
