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高二物理电流
第一部分.基本概念
一.电流1.概念:
任何电荷的定向移动形成的电流.电流的定义式:
I=q/t
2.微观表达:
对于金属导体有I=nevS,这个公式只适用于金属导体,千万不要到处套用。
(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,远小于电场的传播速率3×108m/s),
二.电源
1.将其他形式的能转化为电能的装置
2.电动势:
描述电源将其他形式的能转化为电能本领的物理量
3.电源的作用:
(1)使导线中形成电场,让电荷移动
(2)通过非静电里作功,将正电荷有负极移动到正极
(3)通过非静电力作功,将其他能转化为电能
三.欧姆定律:
(适用于金属导体和电解液,不适用于电动机和蓄电池)。
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:
导体的电阻R跟它的长度l成正比,跟它的横截面积S成反比。
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Ωm。
①金属的电阻率随温度的升高而增大.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
③有些物质当温度接近0K时,电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。
例题分析
1.两长度和横截面积均相同的电阻丝的伏安特性曲线如图所示,则两电阻丝的电阻值之比R1∶R2=______。
电阻率之比ρ1∶ρ2=______。
2.如图所示,甲、乙分别是两个电阻的I-U图线,甲电阻阻值为______Ω,乙电阻阻值为______Ω,电压为10V时,甲中电流为______A,乙中电流为______A。
3.图所示为两个电阻的U-I图线,两电阻阻值之比R1∶R2=______,给它们两端加相同的电压,则通过的电流之比I1∶I2______。
4.在图所示的电路中,电源电压U=15V,电阻R1、R2、R3的阻值均为10Ω,S为单刀三掷电键,求下列各种情况下电压表读数:
(1)电键S接B
(2)电键S接A(3)电键S接C
5.如图所示的电路中,A、B端接在恒压电源上,S断开时电流表的示数2A,S闭合时电流表的示数为3A,则电阻R1与R2的阻值之比R1∶R2=______,S断开与闭合两种情况下R1的功率之比P1∶P1′______。
课后习题
1.关于电流,下列说法中正确的是[]
A.通过导线截面的电量越多,电流越大
B.电子运动的速率越大,电流越大
C.单位时间内通过导体截面的电量越多,导体中的电流越大
D.因为电流有方向,所以电流是矢量
2.某电解池,如果在1s钟内共有5×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某截面,那么通过这个截面的电流是[]
A.0AB.0.8A
C.1.6AD.3.2A
3.对于有恒定电流通过的导体,下列说法正确的是[]
A.导体内部的电场强度为零
B.导体是个等势体
C.导体两端有恒定的电压存在
D.通过导体某个截面的电量在任何相等的时间内都相等
4.白炽灯的灯丝随温度的升高导电性能变差,则白炽灯不通电时灯丝电阻R1与正常发光时电阻R2比较应是[]
A.R1>R2B.R1<R2C.R1=R2D.无法判断
5.一粗细均匀的镍铬丝,截面直径为d,电阻为R。
把它拉制成直径为d/10的均匀细丝后,它的电阻变为[]
A.R/1000B.R/100C.100RD.10000R
6.用电器离电源L,线路上的电流为I,为使在线路上的电压降不超过U,已知输电线的电阻率为ρ。
那么,输电线的横截面积的最小值是[]
A.ρL/RB.2ρLI/UC.U/ρLID.2UL/Iρ
7.关于导体和绝缘体的如下说法正确的是[]
A.超导体对电流的阻碍作用等于零
B.自由电子在导体中走向移动时仍受阻碍
C.绝缘体接在电路中仍有极微小电流通过
D.电阻值大的为绝缘体,电阻值小的为导体
8.电路中有一段导体,给它加20mV的电压时,通过它的电流为5mA,可知这段导体的电阻为______Ω,如给它加30mV的电压时,它的电阻为______Ω;如不给它加电压时,它的电阻为______Ω。
9.两种材料不同的电阻丝,长度之比为1∶5,截面积之比为2∶3,电阻之比为2∶5,则材料的电阻率之比为______。
10.有一根粗细均匀的电阻丝,当两端加上2V电压时通过其中的电流为4A,现将电阻丝均匀地拉长,然后两端加上1V电压,这时通过它的电流为0.5A。
由此可知,这根电阻丝已被均匀地拉长为原长的______倍。
11.电压恒定的电源与一根玻璃管中的水银柱组成电路,水银柱中通过的电流为0.1A。
今将这些水银倒进另一根玻璃管中,管的内径是原管的2倍,重新与该电源组成电路,则流过水银柱的电流为______A。
电表·电功·伏安法测电源内阻
基础知识
一.闭合电路欧姆定律
1.主要物理量。
研究闭合电路,主要物理量有E、r、R、I、U,前两个是常量,后三个是变量。
闭合电路欧姆定律的表达形式有:
①E=U外+U内②
(I、R间关系)
③U=E-Ir(U、I间关系)④
(U、R间关系)
从③式看出:
当外电路断开时(I=0),路端电压等于电动势。
而这时用电压表去测量时,读数却应该略小于电动势(有微弱电流)。
当外电路短路时(R=0,因而U=0)电流最大为Im=E/r(一般不允许出现这种情况,会把电源烧坏)。
2.电源的功率和效率。
⑴功率:
①电源的功率(电源的总功率)PE=EI
②电源的输出功率P出=UI
③电源内部消耗的功率Pr=I2r
⑵电源的效率:
3.动态电路的分析
闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化,就会影响整个电路,使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。
讨论依据是:
闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串联电路的电压关系、并联电路的电流关系。
以右图电路为例:
设R1增大,总电阻一定增大;由
,I一定减小;由U=E-Ir,U一定增大;因此U4、I4一定增大;由I3=I-I4,I3、U3一定减小;由U2=U-U3,U2、I2一定增大;由I1=I3-I2,I1一定减小。
4.闭合电路的U-I图象。
右图中a为电源的U-I图象;b为外电阻的U-I图象;两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压;该点和原点之间的矩形的面积表示输出功率;a的斜率的绝对值表示内阻大小;b的斜率的绝对值表示外电阻的大小;当两个斜率相等时(即内、外电阻相等时图中矩形面积最大,即输出功率最大(可以看出当时路端电压是电动势的一半,电流是最大电流的一半)。
二.电表
1.电流表的改装
如图所示,图中虚线框内的μA表和Rs组成了一个新的电流表,设新表量程为I,则当流入电流为I时,由于流入原μA表的最大电流只能为Ig,所以I-Ig的电流必须从分流电阻Rs上流过。
2.电压表的改装
如欲用量程为Ig,内阻为Rg的G表测量电压,其电压量程仅为Vg=IgRg,串联分压电阻Rm的方法来实现。
虚线框中的G表和Rm组成一只量程为Vm的电压表时,通常先计算将量程为Ig的μA表改装成的电压表
3.欧姆表
例题分析
1.如图所示,图线a是某一蓄电池组的伏安特性曲线,图线b是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线.若已知该蓄电池组的内阻为2.0Ω,则这只定值电阻的阻值为______Ω。
现有4只这种规格的定值电阻,可任意选取其中的若干只进行组合,作为该蓄电池组的外电路,则所组成的这些外电路中,输出功率最大时是_______W。
2.已知如图,E=6V,r=4Ω,R1=2Ω,R2的变化范围是0~10Ω。
求:
①电源的最大输出功率;②R1上消耗的最大功率;③R2上消耗的最大功率。
3.某一电动机,当电压U1=10V时不转动,这时电流为I1=2A。
当电压为U2=36V时正常运转,这时电流为I2=1A。
求这时电动机的机械功率是多大?
4.已知如图,R1=30Ω,R2=15Ω,R3=20Ω,AB间电压U=6V,A端为正C=2μF,为使电容器带电量达到Q=2×10-6C,应将R4的阻值调节到多大?
课后练习
1.在闭合电路中()
A.电流总是由高电势流向低电势B.电流强度越大,电源输出功率越大
C.输出功率越大,电源效率越高D.电源输出电压越大,电源效率越高
2.在图4电路中,当滑动变阻器滑动键P向下移动时,则()
A.A灯变亮、B灯变亮、C灯变亮
B.A灯变亮、B灯变亮、C灯变暗
C.A灯变亮、B灯变暗、C灯变暗
D.A灯变亮、B灯变暗、C灯变亮
3.在电源一定的电路里,下面说法正确的是()
A.外电路电阻增加一倍,路端电压也增加一倍
B.电源电动势等于内电路与外电路的电压之和
C.外电路短路时,路端电压等于电源的电动势
D.路端电压一定大于内电路电压
4.如图所示的电路,闭合开关S后,a、b、c三盏灯均能发光,电源电动势E恒定且内阻r不可忽略.现将变阻器R的滑片稍向上滑动一些,三盏灯亮度变化的情况是()
A.a灯变亮,b灯和c灯变暗B.a灯和c灯变亮,b灯变暗
C.a灯和c灯变暗,b灯变亮D.a灯和b灯变暗,c灯变亮
5.如图所示,直线A为电源的U-I图线,曲线B为灯泡电阻的U-I图线,用该电源和小灯泡组成闭合电路时,电源的输出功率和电路的总功率分别是()
A.4W、8WB.2W、4W
C.4W、6WD.2W、3W
6.竖直放置的一对平行金属板的左极板上用绝缘线悬挂了一个带正电的小球,将平行金属板按图所示的电路图连接.绝缘线与左极板的夹角为θ.当滑动变阻器R的滑片在a位置时,电流表的读数为I1,夹角为θ1;当滑片在b位置时,电流表的读数为I2,夹角为θ2,则()
A.θ1<θ2,I1
C.θ1=θ2,I1=I2D.θ1<θ2,I1=I2
7.如图所示,C为两极板水平防止的空气平行板电容器,闭合开关S,当滑动变阻器R1、R2的滑放置的空气平行板电容器,闭合开关S,当滑动变阻器R1、R2的滑片处于各自的中点位置时,悬在电容器C两极板间的带点尘埃P恰好处于静止状态.要使尘埃P向下加速运动,下列方法中可行的是()
A.把R1的滑片向左移动B.把R2的滑片向左移动
C.把R2的滑片向右移动D.把开关S断开
8.某同学采用如图甲所示的电路测定电源电动势和内电阻。
已知干电池的电动势约为1.5V,内阻约为1Ω;电压表(0~3V,3kΩ)、电流表(0~0.6A,1.0Ω)、滑动变阻器有R1(10Ω,2A)和R2(100Ω,0.1A)各一只.
(1)实验中滑动变阻器应选用 (填“R1”或“R2”)。
(2)在图乙中用笔画线代替导线连接实验电路。
(3)在实验中测得多组电压和电流值,得到如图丙所示的U-I图线,由图可较准确地求出该电源电动势E= V;内阻,r Ω。
9.在科技活动中某同学利用自制的电子秤来称量物体的质量,如图所示,为电子秤的原理图,托盘和弹簧的电阻与质量均不计.滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接,当托盘中没有放物体时,电压表示数为零.设变阻器的总电阻为R,总长度为L,电源电动势为E,内阻为r,限流电阻的阻值为R0,弹簧劲度系数为k,不计一切摩擦和其他阻力,电压表为理想表,当托盘上放上某物体时,电压表的示数为U,求此时称量物体的质量.
10.一台电风扇,内阻为20Ω,接上22O伏的电压后,正常运转时它消耗的电功率是66W,求
(1)通过电动机的电流是多少?
(2)转化为机械能和内能的功率各是多少?
电机的效率多大?
(3)如接上电源后,扇叶被卡住不能转动,这时通过电动机的电流为多大?
电动机消耗的电功率和发热功率又各是多少?
11.加速度计是测定物体加速度的仪器,在现代科技中,它已成为导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船制导系统的信息源。
如图所示为应变式加速度计,当系统加速时,加速度计中的敏感元件也处于加速状态,敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上,架与待测系统固定在一起.敏感元件下端滑动臂可在滑动变阻器R上自由滑动,当系统加速运动时,敏感元件发生位移,并转换为电信号输出.已知敏感元件的质量为m,两侧弹簧的劲度系数均为k,电源电动势为E,内阻为r,滑动变阻器的总阻值为R,有效长度为L,调整接点C的位置,使静态时输出电压为零.
(1)当系统做匀加速运动时,试写出加速度a与电压表示数U的对应关系,以便重新刻制到电压表表盘,使它成为直接读加速度值的加速度计;
(2)为什么C点设置在电阻丝AB的中间?
对电压表的零刻度在表盘上的位置应有什么要求?
表盘的加速度刻度是否均匀
1.电流通过生命机体或多或少都能传导,其电流的传导主要是靠()
A.自由电子导电B.离子导电
C.电解质的水溶液导电D.质子导电
2.沿闭合电路移动的单位电荷绕行一周,其所需能量决定于()
A.电流B.外电路的电阻
C.内外电路的电阻D.电源电动势
3.在家庭用电线路总电压不变的条件下,初入夜时电灯比深夜时要暗,是因为初入夜时( )
A.线路中总电阻变大,电流变小B.总电流一定,支路增多,分去了电流
C.干路电流过大,线路损失电压增大D.总电阻变小,每支路电流增大
4.一盏电灯直接接在电压恒定的电源上,其功率为100瓦,若将这盏灯先接于一段很长的导线后再接在同一电源上,此时导线上损失的电功率是9瓦,那么此灯的实际功率将:
()
A.等于91瓦;B.小于91瓦;
C.大于91瓦;D.无法确定。
5.如图所示,2个截面不同、长度相等的均匀铜棒接在电路,两端电压为U,则()
A.通过两棒的电流相等
B.两棒的自由电子定向移动的平均速率相同
C.两棒内的电场强度不同,细棒内场强E1大于粗棒内场强E2
D.细棒的电压U1大于粗棒的电压U2
6.当滑动变阻器的滑片P向上端移动时,则电表示数的变化情况是()
A.V1减小,V2增大,A增大
B.V1增大,V2减小,A增大
C.V1增大,V2增大,A减小
D.V1减小,V2减小,A减小
7.如图,电源的内阻不可忽略.已知定值电阻R1=10Ω,R2=8Ω.当电键S接位置1时,电流表的示数为0.20A.那么当电键S接位置2时,电流表的示数可能是下列的哪些值
A.0.28AB.0.25A
C.0.22AD.0.19A
8.如图所示,电源电动势为E,内电阻为r.当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时,发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2,下列说法中正确的是
A.小灯泡L1、L3变暗,L2变亮
B.小灯泡L3变暗,L1、L2变亮
C.ΔU1<ΔU2
D.ΔU1>ΔU2
9.某同学用电流表外接法测电阻时,误将两电表互换位置,则造成的结果为( )
A.电阻烧坏B.电流表烧坏
C.电压表示数几乎为零D.电流表示数几乎为零
10.三只阻值相等的电阻连接成图所示的电路,由于某种原因,其中有一只电阻的阻值发生了变化,导致RAB>RBC则可能的原因是()
A.R1变小B.R2变小
C.R3变大D.R3变小
11.如图用伏安法测电阻时,如果不知道待测电阻的大概值时,为了选择正确的电路以减少误差,可将电压表一个接头分别在a、b两点接触一下,如果安培表读数没有显著变化,则P应接在处,如果伏特表读数没有显著变化,则P应接
在处。
12.某人用多用电表按正确步骤测量一电阻的阻值,当选择欧姆挡“×1”挡测量时,指针指示位置如下图所示,则其电阻值是__________。
如果要用这只多用电表测量一个约200欧的电阻,为了使测量比较精确,选择开关应选的欧姆挡是_________。
改变挡位调整倍率后,要特别注意重新____________________。
13.用伏安法测电池的电动势和内电阻,由于电路存在问题,当电键S闭合后,移动变阻器的滑片P时,出现下列异常现象.()
A.电流表示数可变,电压表示数始终为零
B.电流表示数为零,电压表示数不变C.电流表烧坏
D.电流表示数不变,电压表示数可变
以上四种情况对应的电路如图中的(A)____,(B)___,(C)____,(D)_____.
14.图a中电源电动势为E,内阻可忽略不计;电流表具有一定的内阻,电压表的内阻不是无限大,S为单刀双掷开关,R为待测电阻。
当S向电压表一侧闭合时,电压表读数为U1,电流表读数为I1;当S向R一侧闭合时,电流表读数为I2。
⑴根据已知条件与测量数据,可以得出待测电阻R=。
⑵根据图a所给出的电路,在图b的各器件实物图之间画出连接的导线。
15.如图所示,甲为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变,且对温度很敏感)的伏安特征曲线。
(1)为了通过测量得到图甲所示关系的完整曲线,在图乙、丙两个电路中应选择的是图;简要说明理由:
(电源电动势为9V,内阻不计,滑动变阻器的阻值为0~100Ω)。
(2)在图丁所示电路中,电源电压恒为9V,电流表读数为70mA,定值电阻R1=250Ω。
由热敏电阻的伏安特征曲线可知,热敏电阻两端的电压为V;电阻R2的阻值为Ω。
16.将量程为100μA,内阻为500Ω的电流表改装成量程为10mA的电流表,并用一个标准电流表与改装后的电流表串联,对它进行校准。
改装和校准所用的器材如图。
(1)将电流表与电阻箱应并联组成改装表,电阻箱应取Ω的阻值。
(2)在实物图上连线,使之成为改装表校准电路。
(要求通过电流表的电流从0连续调到10mA,为防止电流过大损坏电表,串联上一个固定阻值的保护电阻)
17.如图所示,电动机M的内阻是0.6Ω,R=10Ω,直流电压U=160V,电压表示数110V,求
(1)通过电动机的电流多大?
(2)电动机消耗的电功率为多少?
(3)电动机工作1h所产生的热量为多少?
18.如图电路,变阻器R1最大值为4Ω,此时它的有效阻值为2Ω,定值电阻R2=6Ω,电源内阻r=1Ω,当开关S闭合时,电源的总功率为16W,输出功率为12W,这时灯正常发光,求:
(1)电灯的电阻
(2)当开关S断开时,要使电灯仍正常发光,R1的滑片应移到什么位置?
并求此时电源的输出功率及电源的效率
19.已知如图,E=6V,r=4Ω,R1=2Ω,R2的变化范围是0~10Ω。
求:
①电源的最大输出功率;②R1上消耗的最大功率;③R2上消耗的最大功率。
1.BC2.D3。
C4.B5.ACD6.C7.C8.BD9.B10.D
11.①a②b12.12Ω“×10”档欧姆表调零
13.(A)__丁__,(B)_乙___,(C)_甲___,(D)__丙___14.
15.(l)乙,获取更多的数据
(2)5.2,111.8
16.
(1)5Ω
(2)略
17.本题计算电动机中的电流可以根据电阻R两端的电压和R的阻值计算:
UR=U-UM=160-110=50V
电动机电流:
IM=IR=UR/R=5A电动机的功率:
PM=IMUM=550W
电动机产生的热量:
QM=IM2RMt=5.4×104J
18.
(1)4Ω
(2)R1’=3Ω7W87.5%
19略
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- 物理 电流