第十四章恒定电流.docx
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第十四章恒定电流
第十四章恒定电流
第一节电流
知识要点:
1、自由电荷:
在导体中存在着大量的能自由移动的电荷,如金属导体中的自由电子,电解液中的正、负离子等。
通常按物体导电性能的不同分为导体,半导体,绝缘体,其本质区别是它们单位体积内含有自由电荷的多少不同。
2、形成电流的条件:
⑴导体——自由电荷;
⑵导体两端存在电压。
3、电流、电流强度
⑴电流:
电荷的定向移动形成电流。
方向:
规定为正电荷定向移动的方向,与负电荷定向移动方向相反。
⑵电流强度:
通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用时间的比值:
I=q/t。
单位:
安培,简称安,符号A。
它是国际单位制中的七个基本单位之一。
电流强度是标量,它描述电流的强弱。
I
4、直流电a:
方向不随时间而改变的电流(大小可以变化)a
恒定电流b:
方向和强弱都不随时间改变的电流。
(右图)Obt
5、电流的微观体质:
如右图所示,AD表示粗细均匀的一AD
段导体L,两端加一定电压,导体中的自由电荷沿导体定向移
动的速率为v,设导体的横截面积为S,导体每单位体积内的
自由电荷数为n,每个自由电荷的电量为q。
AD导体中的自由
电荷总数:
N=nLS,总电量Q=Nq=nLSq。
所有这些电荷都通过横L=vt
截面D所需要的时间t=L/v。
∴导体AD上的电流:
I=Q/t=nqSv
由此可见,从微观上看,电流强度取决于导体中自由电荷的密度、电量、定向移动速度,还与导体的横截面积有关。
6、要区分三种速度:
⑴电流传导速度:
等于光速,电路一接通,导体中的电子就立即受到电场力作用而定向移动形成电流。
⑵电子热运动速度:
任何微观粒子都在作无规则热运动,其速度与温度有关,通常情况下为每秒几十万米。
⑶电子定向移动速度,其大小由电流强度决定,一般每秒为10-7~10-3m的数量级。
典型例题:
例1、关于电流强度,下列说法中正确的是()
A根据I=q/t可知,I与q成正比;
B如果在相等时间内通过导体横截面的电量相等,则导体中的电流是恒定电流;
C电流有方向,因此电路电流是矢量;i
D电流强度的单位“安培”是国际单位制中的基本单位。
解析:
因为在恒电流中I不变,q随着t增大而增大,故Ot
A错;在右图所示的交流电中,在相同时间内通过导体截面的
电量也相等,故B错;电流是标量,故C错;“安培”是七基
本单位之一,故只有D对。
例2、在示波管中当电子枪发射出的电流达到6.4μA时,每秒钟内从电子枪发射的电子数目有__________电流的方向为____________
解:
Q=It=6.4×10-6×1C=6.4×10-6C;
N=Q/e=6.4×10-6/1.6×10-19=4.0×1013(个);
示波管内电流的方向与电子运动的方向相反。
例3、在电解液中:
⑴若5s内沿相反方向通过面积为0.5m2的横截面的正负离子的电量均为5C,则电解液中电流强度为________A;⑵若5s内到达阳极的负离子和到达阴极有正离子电量均为5C,则电解液中电流强度为__________A。
解析:
⑴由电流强度的定义式I=Q/t得知Q是通过整个横截面的电量,并非单位面积通过的电量,且因为正负离子沿相反方向定向移动形成的电流方向是相同的,所以Q应为正负离子电量之和,故I=Q/t=2×5/5(A)=2A
⑵对阳极进行讨论:
阳极看成是导体的某个截面,据电解液导电原理得知到达阳极的电荷只有负离子,即通过导体截面积电量为Q=5C,则I=Q/t=5/5(A)=1A。
练习题:
1、关于电源的作用,下列说法中正确的是()
A电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷;
B电源的作用是使导体中形成电场;
C电源的作用就是保持导体两端的电压,使电路中有持续的电流;
D电源的作用就是使自由电荷运动起来。
2、导体两端的电势差不等于零,则导体内部的电场强度_________;在电场力作用下,导体内部的自由电荷将做____________;从而形成电流。
所以在导体中产生电流的条件是________________。
3、关于电流的方向,下面叙述正确的是()
A金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向;
B在电解液中有自由的正离子和负离子,电流的方向不能确定;
C不论何种导体,电流的方向规定为正电荷定向移动的方向;
D不论何种导体,电流的方向规定为负电荷定向移动的方向。
4、导体中的电流大小为5mA,那么在3.2s内有________C的电荷定向通过导体的横截面,相当于_____________个电子通过该横截面。
5、一根铜导线,横截面积为2.0mm2,载有1.0A电流,已知铜导线内自由电子密度n=8.5×1028个/m3,则导线中自由电子定向移动的速率为_____________。
6、在金属导体中自由电子定向移动的方向与电流的方向_________,在电解液中,正离子定向移动形成的电流方向与负离子定向移动形成的电流方向_________。
7、在氢原子中核外电子绕原子核高速速旋转,设氢原子的半径为r,质子与电子的电量均为e,电子的质量为m,静电引力常量为k,求氢原子中电子绕核旋转形成的“分子环形电流”的大小。
(参考答案:
。
1BC;2不等于零,定向移动,导体两端有电压;3C;41.6×10-2,1.0×1017;53.68×10-5m/s;6相反,相同;7e2/2πr×√k/mr)
第二节欧姆定律电阻
知识要点:
1、欧姆定律:
导体中的电流跟它的两端的电压成正比,跟它的电阻成反比,即I=U/R。
欧姆定律的适用条件:
适用于纯电阻电路,即金属导体和电解液导体,不适用于气体和某些导电器件。
2、电阻:
⑴电阻的物理意义:
导体的电阻表示导体对电流的阻碍作用。
其单位为欧姆(Ω),简称欧。
⑵定义:
导体两端的电压与通过导体的电流大小之比叫做导体的电阻。
即R=U/I。
此式为定义度量式,不是决定式。
3、导体的伏安特性曲线:
用横轴表示电压U,纵轴表示电流I,画出的I—U的关系图线叫做导体的伏安特性曲线。
伏安特性曲线直观地反映出导体的电压与电流的关系。
4、电阻定律:
在温度一定的情况下,导体的电阻跟它的长度成正比,跟它的横截面积成反比,即R=ρL/S,这是导体电阻的决定式。
对于某一导体而言,L增大(拉长)n倍,S就缩小为原来的1/n倍,电阻就变为原来的n2倍。
5、导体的电阻率ρ是导体材料本身的属性,是反映材料的导电性能的物理量,它的单位是欧姆米(Ω·m)。
同种材料的电阻率ρ随温度的变化而变化,金属材料的电阻率ρ随温度的升高而增大,这就是金属的电阻随温度升高而增大的原因所在。
6、使用部分电路欧姆定律I=U/R处理问题时应注意:
⑴适用范围:
适用于金属导体和电解液导体,不适用于气体导电。
⑵“同体性”:
即指I、U、R三个物理量必须对应于同一段电路,不能将不同部分的I、U、R值代入公式计算。
⑶“同时性”:
即指U和I必须是导体上同时刻的电压、电流值,而不是一个是前一个时刻的,而另一个是后一时刻的。
⑷各量单位的统一性:
I、U、R均用SI单位制,即A、V、Ω。
⑸公式I=U/R与R=U/I含义不同,I=U/R说明I由U、R决定,R=U/I是电阻定义式。
典型例题:
例1:
两根完全相同的金属导线,如果把其中的一根均匀拉长到原来的4倍,把另一根导线对折后绞合起来,则它们的电阻之比为__________。
解:
把第一根均匀拉长到原来的4倍时,其阻值为原来的16倍,把另一根导线对折后绞合起来时,其阻值为原来的1/4倍,所以它们的电阻之比为64:
1。
I/A
例2:
如图所示的图象所对应的两个导体:
15R2
⑴电阻之比R1:
R2=_________;10
⑵若两个导体中的电流相等(不为零)时,电压之比U1:
U2=_______;5R1
⑶若两个导体中的电压相等(不为零)时,电流之比I1:
I2=_______。
0510U/V
解:
⑴由图可知R1=10/5=2Ω,R2=10/15=2/3Ω∴R1:
R2=3:
1
⑵U1:
U2=IR1:
IR2=3:
1
⑶I1:
I2=U/R1:
U/R2=R2:
R1=1:
3。
例3:
有一个标有“220V,60W”的白炽灯UUUU
泡,加上的电压U从0逐渐增大到220V,在此
过程中,电压U和电流I可用图线来表示,在右
图的四个图象中,肯定不符合实际的是()0I0I0I0I
解:
由R=ρL/S得R∝ρ,当U↗→T↗→ρ↗→R↗,故答案为A、C、D
练习题:
1、欧姆定律适用于()
A金属导体;B气体导电;C电解液导电;D所有的电器元件。
2、由公式I=U/R可以得到U=IR,则下列有关说法中正确的是()
A导体两端的电压U与导体中的电流强度I,导体的电阻R成正比;
B导体两端的电压U,由通过它的电流强度I和导体的电阻R共同决定;
C在电路中,导体的电阻越大,它两端的电压也越大;
D导体两端的电压在数值上等于它的电阻R与通过它的电流I的乘积。
3、根据欧姆定律,下列说法正确的是()
A从R=U/I可知,导体的电阻跟加在两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比;
B从R=U/I可知,对于某一确定导体,通过的电流越大,说明导体两端的电压越大;
C从I=U/R可知,导体中的电流跟两端的电压U成正比,跟导体的电阻成反比;
D从R=U/I可知,对于某一确定导体,所加电压跟通过导体的电流之比是个恒量。
4、一段导体两端电压是4V,在2min内通过导体某一横截面的电量是15C,那么这段导体的电阻应是_________Ω。
5、关于电阻率的正确说法是()
A电阻率与导体的长度L和横截面S有关;
B电阻率表征了导体材料的导电能力的强弱,由导体的材料决定,且与温度有关;
C电阻率大的导体,电阻一定很大;
D有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,可用来制成电阻温度计。
6、一只“220V,100W”的灯泡工作时的电阻为484Ω,测量它不工作时的电阻应()
A等于484ΩB大于484ΩC小于484ΩD无法确定
7、一均匀导线,电阻为R,现将它均匀地拉长,使其直径变为原来的一半,然后再截去长度的1/4,剩余部分的电阻为___________。
I/A1
8、如图所示是两根电阻丝通电后的I—U图象,由32
图可知1的电阻是_________Ω,2的电阻是_________Ω,2
若两者是由同种电阻丝绕制的且S1=S2,则两者的长度之1
比是_________。
0123
9、如图所示滑动变阻器的示意图,下列说法中正确的是()8题图
Aa和b串联接入电路时,P向右移动电流增大;cd
Bb和d串联接入电路时,P向右移动电流增大;
Cb和c串联接入电路时,P向右移动电流减小;P
Da和c串联接入电路时,P向右移动电流减小;ab
Ec和d串联接入电路时,P向右移动电流不变。
9题图
(参考答案:
1AC,2D,3BCD,432,5B,6C,712R,811.52:
3,9BDE,)
第三节电功和电功率焦耳定律
知识要点:
1、电功:
在电路中,电场力对定向移动电荷所做的功叫做电功。
公式:
W=UIt,单位:
焦(J)度(kWh),1kWh=3.6×106J
说明:
⑴电流做功的过程其实是将电能转化为其他形式能的过程。
用电器不同,能量转化形式也不同。
⑵在纯电阻电路中,电功的计算公式还可以通过欧姆定律将其变换成:
W=U2t/R=I2Rt。
⑶在非纯电阻电路中,如含有电动机、电解槽的电路中,电流做功有部分转化为机械能、化学能,则公式W=U2t/R=I2Rt不适用,而要用W=UIt直接运算。
2、
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- 第十四章 恒定电流 第十四 恒定 电流