高中物理选修3-1《恒定电流》全章基本概念复习课课件.ppt
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1、恒定电流恒定电流全章基本概念全章基本概念复习课复习课电源电源 电源:电源:能把电子从正极搬回负极(从能把电子从正极搬回负极(从A A搬回搬回B B),),正极、负极(正极、负极(A A、B B)保持保持着一定的正、着一定的正、负电荷,正极、负极(负电荷,正极、负极(A A、B B)周围存在着)周围存在着稳稳定定的电场,正极、负极(的电场,正极、负极(A A、B B)间存在着)间存在着持持续续的电势差,电路中形成的电势差,电路中形成持续持续的电流。的电流。-B+AAB-B+AI只有短暂的电流只有短暂的电流 有持续的电流有持续的电流 恒定电场恒定电场 电源、导线等电路元件积累的电荷,有的电源、导线
2、等电路元件积累的电荷,有的流走了,另外的又来补充,流走了,另外的又来补充,电荷的分布是稳定的,电场的分布不会随时间变化。 恒定电场:由稳定分布的电荷产生的稳定恒定电场:由稳定分布的电荷产生的稳定的电场。的电场。 在恒定电场中,任何位置的电场强度都不在恒定电场中,任何位置的电场强度都不会随时间变化,会随时间变化,恒定电场的性质与静电场相同。恒定电流恒定电流 恒定电流:大小、方向都不随时间变化的恒定电流:大小、方向都不随时间变化的电流。电流。 在电场力推动下,自由电荷定向移动的速在电场力推动下,自由电荷定向移动的速率增大,自由电荷与导体内不动的粒子碰率增大,自由电荷与导体内不动的粒子碰撞而减速,所
3、以自由电荷定向移动的平均撞而减速,所以自由电荷定向移动的平均速率保持不变。速率保持不变。 I=q/t表示电流的强弱程度,是表示电流的强弱程度,是 。 I=nqVS (n为导体单位体积内自由电为导体单位体积内自由电荷的数量,荷的数量,q为一个自由电荷的电量,为一个自由电荷的电量,V为为自由电荷定向移动的平均速率,自由电荷定向移动的平均速率,S为导体的为导体的横截面积。)横截面积。)标量I=nqVS+Vq+VqLSq+VLnqVSVLqnSLtqnSLtNqtQI/设长度为设长度为L L的柱体内的的柱体内的N N个自由电荷个自由电荷全部通过截面全部通过截面S S所用时间为所用时间为t t自由电荷的
4、定向移动速度很小自由电荷的定向移动速度很小 闭合开关时,电流的形成很快,为什么?闭合开关时,电流的形成很快,为什么? 闭合开关瞬间,电路中各位置闭合开关瞬间,电路中各位置迅速迅速建立电建立电场,电路中各处的自由电荷场,电路中各处的自由电荷几乎同时开始几乎同时开始定向移动,电路中各处几乎同时形成电流定向移动,电路中各处几乎同时形成电流(闭合开关时相当于发出(闭合开关时相当于发出“齐步走齐步走”的命的命令)令)非静电力非静电力+-+-电源把流到负极的正电荷从电源把流到负极的正电荷从负极经电源内部搬回正极时,负极经电源内部搬回正极时,所受静电力为阻力,所受静电力为阻力,必有非必有非静电力做功,使电荷
5、的静电力做功,使电荷的电势能增加。电势能增加。因为正、负极保持一定数量因为正、负极保持一定数量的正、负电荷,电源内部的的正、负电荷,电源内部的电场由正极指向负极,电场由正极指向负极,电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能(电能)的装置。能(电能)的装置。如:电池如:电池化学作用、化学能化学作用、化学能转化为电能;发电机转化为电能;发电机电磁作用、机械能转化为电电磁作用、机械能转化为电能。能。电动势电动势 在不同电源中,非静电力做功的本领也不在不同电源中,非静电力做功的本领也不同。同。 定义定义电源的电源的电动势电动势E=W非非/q 电动势
6、的单位:电动势的单位:V 电动势的物理意义电动势的物理意义 电动势在数值上等于非静电力电动势在数值上等于非静电力把把1C1C正电荷正电荷经电源内从负极移送到正极经电源内从负极移送到正极所做的功。所做的功。电动势表示电源将其他形电动势表示电源将其他形式的能转化为电能的本领式的能转化为电能的本领 电动势由电源中非静电力的特性决定,跟电动势由电源中非静电力的特性决定,跟电源的体积电源的体积 ,跟外电路,跟外电路 。 电源内部由导体组成的,有电阻,叫电源内部由导体组成的,有电阻,叫电源电源的内阻的内阻。 电池的容量电池的容量电池放电时能输出的总电电池放电时能输出的总电荷量(单位:荷量(单位:Ah、mA
7、h)无关无关欧姆定律欧姆定律UIOAB对于同一金属导体,对于同一金属导体,加在导加在导 体两端的电压体两端的电压U变化时,通变化时,通 过导体的电流过导体的电流 I 随之变化,随之变化, 但但I I与与U U成正比,成正比,U/IU/I保持不变。保持不变。 对于不同导体,对于不同导体,U/IU/I一般不同。一般不同。 在不同的导体两端加上相同的电压时,在不同的导体两端加上相同的电压时,导体的导体的 U/IU/I越大,越大,通过导体的电流越小,通过导体的电流越小,导体对电流的导体对电流的 阻碍作用越强,阻碍作用越强, 所以将所以将U/I定义为定义为导体的导体的电阻电阻。 R=U/I,R=U/I,
8、对同一金属导体(在温度不变时)对同一金属导体(在温度不变时)R R一定。一定。 R R决定于导体本身性质决定于导体本身性质,R R与与U U、I I无关无关。 I=U/R U=RI I=U/R U=RI U-IU-I图线越陡图线越陡,导体的电阻导体的电阻R R越大越大 欧姆定律的适用范围欧姆定律的适用范围 I-UI-U图像叫导体的图像叫导体的伏安特性曲线伏安特性曲线。 金属导体(温度不变)、电解液导电时欧金属导体(温度不变)、电解液导电时欧姆定律适用,姆定律适用,IUIU,R R恒定不变,恒定不变,I-UI-U图线图线为过原点的直线,这类元件叫线性元件。为过原点的直线,这类元件叫线性元件。 气
9、体、半导体导电时欧姆定律不适用,气体、半导体导电时欧姆定律不适用,I I与与U U不成正比,不成正比,R R是变化的,是变化的,I-UI-U图线为曲线,图线为曲线,这类元件叫非线性元件。这类元件叫非线性元件。串联电路串联电路IUUUIURn.21nnIUIUIU.2211R1 R2 Rn U1 I In n I I1 1 I I2 2 I IU2 Un RUI=II=I1 1=I=I2 2= =I=In n U=UU=U1 1+U+U2 2+ +U+Un n R=RR=R1 1+R+R2 2+ +R+Rn n 120n-1nnRRR.21U/R=UU/R=U1 1/R/R1 1=U=U2 2/
10、R/R2 2= =U=Un n/R/Rn n=I UR =I UR 电流表电流表GG满偏电流满偏电流I Ig g( (约几十约几十A A几个几个mAmA) 内阻内阻Rg g(约为几百(约为几百) 满偏电压满偏电压Ug g约为几约为几mVmV 零点几伏特零点几伏特 电流表电流表 (表头)表头是一个可以显示电流的电阻表头是一个可以显示电流的电阻! R Rg g I Ig g U Ug g U Ug g=I=Ig gR Rg g 0123m mVR Rg g=100=1000102030AR Rg g=100=100 电压表电压表gggggggIRIRnIIUURgRnR) 1( ggVIUnRR/
11、量程量程U U V VR Rg g I Ig g U Ug g U UR R R R怎样将电流表(怎样将电流表(I Ig g、R Rg g)改装)改装 成量程为成量程为U=nIU=nIg gR Rg g的电压表?的电压表? U UR R=U-U=U-Ug g=I=Ig gR R 串联分压电阻 电压表内阻 (n为电压量程为电压量程 的扩大倍数)的扩大倍数) ggRIUR(U为量程)为量程) 刷新刻度盘刷新刻度盘将将I Ig g=3mA=3mA、R Rg g=100=100的电流表改装为的电流表改装为15V15V的伏特表的伏特表串联分压电阻R= 4900 0123m mA051015V并联电路并联
12、电路UIIIUIRn.121nnUIUIUI.2211nRRRR1.11121U=UU=U1 1=U=U2 2=U=Un n I=II=I1 1+I+I2 2+I+In n 两电阻两电阻R R1 1、R R2 2并联时并联时 2121RRRRR并联电路的总电阻小于任一支路的电阻并联电路的总电阻小于任一支路的电阻 n n个相同电阻个相同电阻r r并联,总电阻并联,总电阻R=r/n R=r/n I I1 1R R1 1=I=I2 2R R2 2=I=In nR Rn n=U I=U I1/R 1/R R R1 1 R R2 2 R Rn n I I1 1 I I2 2 I In n I IU U1
13、 1 U U2 2 U Un n U UR RAB安培表安培表怎样将电流表(怎样将电流表(I Ig g、R Rg g)改装)改装成量程为成量程为I=nII=nIg g的安培表?的安培表?量程量程I IA AR Rg gI Ig gI IR RR RI IR R=I-I=I-Ig g I IR RR=IR=Ig gR Rg gR=IR=Ig gR Rg g/I/IR R=I=Ig gR Rg g/ /(I-II-Ig g) )R=RR=Rg g/(n-1)/(n-1)并联分流电阻并联分流电阻安培表内阻安培表内阻R RA A=R=Rg g/n=I/n=Ig gR Rg g/I/I(n为电流量程的扩
14、大倍数,为电流量程的扩大倍数,I为量程)为量程) 电压表内阻很大,理想电压表内阻无穷大电压表内阻很大,理想电压表内阻无穷大 电流表内阻很小,理想电流表内阻为电流表内阻很小,理想电流表内阻为0 0 刷新刻度盘刷新刻度盘将将I Ig g=3mA=3mA、R Rg g=100=100的电流表改装为的电流表改装为1.5A1.5A的安培表的安培表并联分流电阻R=0.200 0123m mA00.51.01.5A电功电功 电功率电功率qU等效于将等效于将q q从左端从左端 移到右端!移到右端! 若经时间若经时间t,t,有有q q通过通过 导体右端横截面。导体右端横截面。 在时间在时间t t内,电场力做功(
15、电流做功、电功)内,电场力做功(电流做功、电功)电场线电场力做功的快慢电场力做功的快慢电功率电功率I IW=qU W=IUt (W=qU W=IUt (普适普适) ) P=IUP=IU(普适)(普适) 电场力做功(电流做功),电势能(电能)转电场力做功(电流做功),电势能(电能)转 化为其他形式的能化为其他形式的能 焦耳定律焦耳定律实验定律:实验定律:Q=IQ=I2 2Rt (Rt (普适普适) )P P热热=I=I2 2R (R (普适普适) )纯电阻电路(只含纯电阻电路(只含白炽灯、电炉等)白炽灯、电炉等)W=Q (W=Q (纯电阻电路纯电阻电路) )U=IR (U=IR (纯电阻电路纯电
16、阻电路) )P=PP=P热热=U=U2 2/R (/R (纯电阻电路纯电阻电路) )非纯电阻电路(含电动非纯电阻电路(含电动机、电解槽、充电器)机、电解槽、充电器)W W Q Q U U IR IR P P P P热热 求求纯电阻电路纯电阻电路的电功率的电功率P P、热功率热功率P P热热的方法:的方法:P=UI=IP=UI=I2 2R=UR=U2 2/R=P/R=P热热纯电阻纯电阻串联电路功率分配串联电路功率分配 2n2211.IRPRPRPnR1R2RnU1I In nI I1 1I I2 2I IU2UnP P1 1P P2 2P Pn n= = R R1 1R R2 2R Rn n R
17、P P P总总=P=P1 1+P+P2 2+P+Pn n 能量守恒能量守恒 R R1 1 R R2 2 R Rn n I I1 1I I2 2I In nI IU U1 1U U2 2U Un nU U纯电阻纯电阻并联电路功率分配并联电路功率分配 P P1 1R R1 1=P=P2 2R R2 2= =P=Pn nR Rn n=U=U2 2 RP1P P总总=P=P1 1+P+P2 2+P+Pn n P P1 1P P2 2P Pn n= = 1/R1/R1 11/R1/R2 21/R1/Rn n 能量守恒能量守恒 滑动变阻器接成分压电路滑动变阻器接成分压电路用电器用电器 供电区供电区设电源电
18、压恒为设电源电压恒为U U, 则用电器获得的电压可以在则用电器获得的电压可以在0 0U U 之间连续变化。之间连续变化。 为了安全,闭合开关前,将滑片滑至变阻器的最左端为了安全,闭合开关前,将滑片滑至变阻器的最左端 ( (限于上图限于上图) ),使最初的输出电压为,使最初的输出电压为0 0,然后逐渐增大。,然后逐渐增大。 U用用=U左左=U并并,滑片向右移动时,滑片向右移动时,R左左 , R并并,而,而R右右,又因,又因R并并与与R右右串联,串联,U用用 用电器用电器 供电区供电区R左左 R右右 R R并并 R右右 滑动变阻器接成限流电路滑动变阻器接成限流电路用电器用电器 供电区供电区 用电器
19、用电器 供电区供电区 用电器获得的电压不可能从用电器获得的电压不可能从0 0开始连续调节!开始连续调节! 为了安全,闭合开关前,将滑片滑至变阻器为了安全,闭合开关前,将滑片滑至变阻器 进入电路的阻值最大的位置,使最初的输出进入电路的阻值最大的位置,使最初的输出 电流最小,然后逐渐调大。电流最小,然后逐渐调大。 用电器的工作电流相同时,用电器的工作电流相同时, 限流接法消耗的电功率较小。限流接法消耗的电功率较小。 伏安法测电阻伏安法测电阻AVRXUI IR R测测=U/I= =U/I= XVXVRRRR当当R RX XRRV V时,时,R R测测R RX X 系统误差:系统误差:R R测测RRR
20、X X 当当R RX XRRA A时,时,R R测测R RX X 内接法用于测大电阻内接法用于测大电阻 双量程电压表双量程电压表a ab bc cR Rg g R R1 1 R R2 2 a、b接入电路,量程为接入电路,量程为010V a、c接入电路,量程为接入电路,量程为0100V R Rg g为为500500,I Ig g为为1mA 1mA 求求R R1 1、R R2 2 -10V 100V I Ig g(R(Rg g+R+R1 1)=10V )=10V I Ig g(R(Rg g+R+R1 1+R+R2 2)=100V )=100V R R1 1=9500=9500 R R2 2=900
21、00=90000 a ab bR Rg g R R1 1 a ac cR Rg g R R1 1 R R2 2 双量程电流表双量程电流表a ab bc cR R1 1 R R2 2 R Rg g 1A 0.1A -a、b接入电路,量程为接入电路,量程为01A a、c接入电路,量程为接入电路,量程为00.1A R Rg g为为200200,I Ig g为为2mA 2mA 求求R R1 1、R R2 2 I Ig gR Rg g=(0.1A-I=(0.1A-Ig g)(R)(R1 1+R+R2 2) ) R R1 1+R+R2 2=4.08=4.08 I Ig g(R(Rg g+R+R2 2)=(
22、1A-I)=(1A-Ig g)R)R1 1 R R1 10.400.40 R R2 23.683.68 a ac cR R1 1 R R2 2 R Rg g 0.1A -a ab bR R1 1 R R2 2 R Rg g 1A -分压电路空载(不接用电器)分压电路空载(不接用电器) R R上上、R R下下串联串联 U U出出=U=U下下 U U出出/ / R R下下= U= U入入/ / R R U U出出= U= U入入R R下下/ / R R, U U出出R R下下U出出 U入入 R R上上 R下下 U下下 影响导体电阻的因素影响导体电阻的因素滑动变阻器滑动变阻器220V白炽灯,灯丝越粗
23、,白炽灯,灯丝越粗,导线常用铜制成导线常用铜制成改变接入电路的电阻丝的长度,改变接入电路的电阻丝的长度, 从而改变进入电路的电阻。从而改变进入电路的电阻。 电阻与导体的长度有关 灯泡越亮。灯泡越亮。 电阻与导体的横截面积有关 铜的导电性能好,铜的导电性能好, 对电流的阻碍作用小。对电流的阻碍作用小。 电阻与导体的材料有关 l l、S S、R R的测定的测定 测量测量S : 测量测量l l: 测量测量R:在铅笔杆上将导线密绕在铅笔杆上将导线密绕n n匝,测匝,测 n n匝的宽度,求直径,再求匝的宽度,求直径,再求S S 将导线拉直,测接入电路的有效长度将导线拉直,测接入电路的有效长度 用伏安法多
24、次测量,求平均值用伏安法多次测量,求平均值 AVR控制变量法一控制变量法一编号编号材料材料l lSR1锰铜锰铜ab2锰铜锰铜2ab3锰铜锰铜3ab4锰铜锰铜a2b5锰铜锰铜a3b6镍铜镍铜abc2cc/2c03cc/3控制变量法二控制变量法二编号编号材料材料l lSU UA锰铜锰铜abcB锰铜锰铜2ab2cC锰铜锰铜a2bc/2D镍铜镍铜abc0VVVVABCDRU 妙!妙!逻辑推理与实验探究相结合逻辑推理与实验探究相结合l R 2l 3l RRRRRRRRRRRRS R 2S 3S 3、由、由1、2得:得: 取两种不同材料的金属丝,测出取两种不同材料的金属丝,测出(R(R1 1, ,l l1
25、 1,S,S1 1) ) 与与(R(R2 2, ,l l2 2,S,S2 2) ),求出,求出k k1 1、k k2 2, 2R 3R R/2 R/3 R=kl/S 看看k k1 1、k k2 2是否相等。是否相等。同种材料的导体,其电阻同种材料的导体,其电阻R与它的长度与它的长度 l l成正比,与它的横截面积成正比,与它的横截面积S成反比;导成反比;导 体的电阻与构成它的材料有关。体的电阻与构成它的材料有关。 电阻定律电阻定律SlR与导体的材料有关、与温度有关。与导体的材料有关、与温度有关。 l l、S一定时,一定时,越大,越大,R越大,材料的导电越大,材料的导电 性能越差,性能越差, 把把
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