《恒定电流》全章基本概念.ppt

恒定电流全章基本概念,电源,电源：能把电子从正极搬回负极（从A搬回B），正极、负极（A、B）保持着一定的正、负电荷，正极、负极（A、B）周围存在着稳定的电场，正极、负极（A、B）间存在着持续的电势差，电路中形成持续的电流。,只有短暂的电流,有持续的电流,恒定电场,电源、导线等电路元件积累的电荷，有的流走了，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的电场。在恒定电场中，任何位置的电场强度都不会随时间变化，恒定电场的性质与静电场相同。,恒定电流,恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。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撞而减速，所以自由电荷定向移动的平均速率保持不变。I=q/t表示电流的强弱程度，是。I=nqVS（n为导体单位体积内自由电荷的数量，q为一个自由电荷的电量，V为自由电荷定向移动的平均速率，S为导体的横截面积。）,标量,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？闭合开关瞬间，电路中各位置迅速建立电场，电路中各处的自由电荷几乎同时开始定向移动，电路中各处几乎同时形成电流（闭合开关时相当于发出“齐步走”的命令）,非静电力,电源把流到负极的正电荷从负极经电源内部搬回正极时，所受静电力为阻力，必有非静电力做功，使电荷的电势能增加。,因为正、负极保持一定数量的正、负电荷，电源内部的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能（电能）的装置。如：电池化学作用、化学能转化为电能；发电机电磁作用、机械能转化为电能。,电动势,在不同电源中，非静电力做功的本领也不同。定义电源的电动势E=W非/q电动势的单位：V电动势的物理意义:电动势在数值上等于非静电力把1C正电荷经电源内从负极移送到正极所做的功。,电动势表示电源将其他形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，跟电源的体积，跟外电路。电源内部由导体组成的，有电阻，叫电源的内阻。电池的容量电池放电时能输出的总电荷量（单位：Ah、mAh）,无关,无关,欧姆定律,U,I,O,A,对于同一金属导体，加在导 体两端的电压U变化时，通 过导体的电流 I 随之变化，,但I与U成正比，U/I保持不变。,对于不同导体，U/I一般不同。,在不同的导体两端加上相同的电压时，导体的 U/I越大，通过导体的电流越小，导体对电流的 阻碍作用越强，,所以将U/I定义为导体的电阻。,R=U/I,对同一金属导体（在温度不变时）R一定。R决定于导体本身性质，R与U、I无关。,I=U/R U=RI U-I图线越陡，导体的电阻R越大,欧姆定律的适用范围,I-U图像叫导体的伏安特性曲线。金属导体（温度不变）、电解液导电时欧姆定律适用，IU，R恒定不变，I-U图线为过原点的直线，这类元件叫线性元件。气体、半导体导电时欧姆定律不适用，I与U不成正比，R是变化的，I-U图线为曲线，这类元件叫非线性元件。,串联电路,R1,R2,Rn,U1,In,I1,I2,I,U2,Un,R,U,I=I1=I2=In,U=U1+U2+Un,R=R1+R2+Rn,1,2,0,n-1,n,U/R=U1/R1=U2/R2=Un/Rn=I UR,电流表G,满偏电流Ig(约几十A几个mA）内阻Rg（约为几百）满偏电压Ug约为几mV 零点几伏特,电流表,（表头）,表头是一个可以显示电流的电阻!,Ug=IgRg,电压表,量程U,V,怎样将电流表（Ig、Rg）改装 成量程为U=nIgRg的电压表？,UR=U-Ug=IgR,串联分压电阻,电压表内阻,（n为电压量程 的扩大倍数）,（U为量程）,刷新刻度盘,将Ig=3mA、Rg=100的电流表改装为15V的伏特表,串联分压电阻R=,4900,并联电路,U=U1=U2=Un,I=I1+I2+In,两电阻R1、R2并联时,并联电路的总电阻小于任一支路的电阻,n个相同电阻r并联，总电阻R=r/n,I1R1=I2R2=InRn=U I1/R,安培表,怎样将电流表（Ig、Rg）改装成量程为I=nIg的安培表？,A,IR=I-Ig IRR=IgRg,R=IgRg/IR=IgRg/（I-Ig),R=Rg/(n-1),并联分流电阻,安培表内阻,RA=Rg/n=IgRg/I,（n为电流量程的扩大倍数，I为量程）,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0,刷新刻度盘,将Ig=3mA、Rg=100的电流表改装为1.5A的安培表,并联分流电阻R=,0.200,电功 电功率,等效于将q从左端 移到右端！,若经时间t,有q通过 导体右端横截面。,在时间t内，电场力做功（电流做功、电功）,电场线,电场力做功的快慢电功率,I,W=qU W=IUt(普适),P=IU（普适）,电场力做功（电流做功），电势能（电能）转 化为其他形式的能,焦耳定律,实验定律：,Q=I2Rt(普适),P热=I2R(普适),纯电阻电路（只含白炽灯、电炉等）,W=Q(纯电阻电路),U=IR(纯电阻电路),P=P热=U2/R(纯电阻电路),非纯电阻电路（含电动机、电解槽、充电器）,W Q,U IR,P P热,求纯电阻电路的电功率P、热功率P热的方法：P=UI=I2R=U2/R=P热,纯电阻串联电路功率分配,P1P2Pn=,R1R2Rn,P总=P1+P2+Pn,能量守恒,纯电阻并联电路功率分配,P1R1=P2R2=PnRn=U2,P总=P1+P2+Pn,P1P2Pn=,1/R11/R21/Rn,能量守恒,滑动变阻器接成分压电路,设电源电压恒为U，,则用电器获得的电压可以在0U,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(限于上图)，使最初的输出电压为0，然后逐渐增大。,U用=U左=U并，滑片向右移动时，R左，R并，而R右，又因R并与R右串联，U用,滑动变阻器接成限流电路,用电器获得的电压不可能从0开始连续调节！,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，使最初的输出电流最小，然后逐渐调大。,用电器的工作电流相同时，限流接法消耗的电功率较小。,伏安法测电阻,R测=U/I=,当RXRV时，R测RX,系统误差：R测RX,外接法用于测小电阻,电流表外接法：,电流表内接法：,R测=U/I=,RX+RA,系统误差：R测RX,当RXRA时，R测RX,内接法用于测大电阻,双量程电压表,a、b接入电路，量程为010V,a、c接入电路，量程为0100V,Rg为500，Ig为1mA,求R1、R2,-,10V,100V,Ig(Rg+R1)=10V,Ig(Rg+R1+R2)=100V,R1=9500,R2=90000,双量程电流表,a、b接入电路，量程为01A,a、c接入电路，量程为00.1A,Rg为200，Ig为2mA,求R1、R2,IgRg=(0.1A-Ig)(R1+R2),R1+R2=4.08,Ig(Rg+R2)=(1A-Ig)R1,R10.40,R23.68,分压电路空载（不接用电器）,R上、R下串联U出=U下U出/R下=U入/RU出=U入R下/R，U出R下,U出,U入,R,R上,R下,U下,影响导体电阻的因素,滑动变阻器220V白炽灯，灯丝越粗，导线常用铜制成,改变接入电路的电阻丝的长度，,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。,电阻与导体的横截面积有关,铜的导电性能好，,对电流的阻碍作用小。,电阻与导体的材料有关,l、S、R的测定,测量S:测量l:测量R:,在铅笔杆上将导线密绕n匝，测 n匝的宽度，求直径，再求S,将导线拉直，测接入电路的有效长度,用伏安法多次测量，求平均值,控制变量法一,c,2c,c/2,c0,3c,c/3,控制变量法二,妙！,逻辑推理与实验探究相结合,l R,2l,3l,1、材料和S相同,R,R,R,R,R,R,2、材料和l相同,R,R,R,R,R,R,S R,2S,3S,3、由1、2得：,取两种不同材料的金属丝，测出(R1,l1,S1)与(R2,l2,S2)，求出k1、k2，,2R,3R,R/2,R/3,R=kl/S,看k1、k2是否相等。,同种材料的导体，其电阻R与它的长度 l成正比，与它的横截面积S成反比；导 体的电阻与构成它的材料有关。,电阻定律,与导体的材料有关、与温度有关。,l、S一定时，越大，R越大，材料的导电 性能越差，,把叫做（某）材料的电阻率。,某材料的电阻率在数值上等于用这种材料制 成的长1m、横截面积为1m2的导体的电阻。,单位：,m,合金的电阻率较大，纯金属的电阻率较小，,导线用纯铜或纯铝制作。,关于电阻率,金属材料的电阻率随温度的升高而。,电阻温度计,铂丝的电阻随温度的变化而变化，,若已知铂丝的电阻与温度的对应关系，,测出铂丝的电阻就可以知道温度。,锰铜、镍铜的电阻率几乎不随温度的变化而改 变，常用来制作。,增大,标准电阻,思考与讨论,两片上表面为正方形的导体，材料相同、厚度相同，通过 图示方向的电流时，他们的 电阻的大小关系如何？,它们的电阻相等,电路元件可以微型化,将一根长L、电阻为R的粗细均匀的合金丝,均匀地拉长到4L,则其电阻变为多大？,【16R】,基本概念,电源外部的电路外电路的总电阻在外电路中，电流从外电阻消耗的电压（外电路的电势降落）即电源两端的电压电源内部的电路内电路的电阻内电阻消耗的电压（内电路的电势降落）,外电路,外电阻R,高电势处流向低电势处,外电压（路端电压）U,内电路,内电阻r,内电压U内,电池正、负极附近有化学反应层,内电路,外电路,定律的推导,EI=,I2R+I2r,外电路为纯电阻,E=IR+Ir,E=U内+U,正极,负极,正极,正极化学反 应层,负极化学反 应层,在化学反应层，沿电 流方向电势“跃升”,I为回路的总电流，R为外电路的总电阻,W非=qE=IEt=,I2Rt+I2rt,P源,路端电压U与R的关系,路端电压消耗电能的元件叫负载。对确定的电源，E、r一定。,外电路两端的电压、电源两端 的电压、外电路的电势降落、电源的输出电压、外电压,U=E-Ir,电源开路时，其两端的电压等于电动势。,I越小，Ir越小，U越大。(RU),I=0，U=E。,I=E/r，U=0，,会烧坏电源，引起火灾，不允许！,U=E-Ir,电源的U-I图线为一条直线,其斜率的绝对值为电源的内电阻,图线在纵轴上的截距为电源的电动势,图线在横轴上的截距为电源的短路电流,例题解析,有E=1.5V、r=1的电池若干，将电池串联起来对一个“6V,0.6W”的用电器供电，最少要用几节电池才能使用电器正常工作？此时电路中还需要一个多大的分压电阻？,额定功率：用电器正常工作时的功率,额定电流：用电器正常工作时的电流,额定电压：用电器正常工作时的电压,P额、U额、I额 同时实现,串联电池组的电动势等于各电池的电动势之和,串联电池组的内电阻等于各电池的内电阻之和,据闭合电路的欧姆定律,R,I额,练习题,E=1.5V,r=0.5,Ig=10mA,Rg=7.5,A,B,连接A、B，将R调至多大，指针满偏？,调至满偏后，保持R不变，在A、B间 接入一个RX=150的电阻，指针指着 多大刻度的位置？,调至满偏后，保持R不变，把任意电阻RX接在A、B间，电流表示数I与RX有何关系？,E=Ig(r+Rg+R),R=142,I=E/(r+Rg+R+RX),=5mA,I=E/(r+Rg+R+RX),欧姆表的调试,IgRg,Er,R,+,-,红表笔插正插孔，通内部电源的负 极，通表头正极。,调零 电阻,先使两表笔直接接触，调节调零电阻，使指针 满偏指在0处。,欧姆调零,注意：调零之后，不能再调节 调零电阻！,调零之后，欧姆表可以使用，其内阻为R=,E/Ig,-,+,欧姆表的刻度,0,0,R,3R,R/3,7R,5R/3,3R/5,R/7,欧姆表的刻度不均匀，欧姆 表的刻度从左到右是0,欧姆表刻度盘中央的数值 是欧姆表的内阻！,IgRg,Er,R,+,-,RX,R,+,-,+,-,1,2,3,单刀多掷开关,IirRuU,多用电表外形（P66）,表盘、选择开关（测量功能的区域及量程）、指针定位螺丝（使用前，使指针指0）、OFF位置、欧姆调零旋钮、+-插孔数字式多用电表红表笔相当于正接线柱用多用电表测电压、电流时，操作方法与电压表、电流表相同使用欧姆档时，电流也是从红表笔流入电表。,用多用表的欧姆档测电阻,测电阻时，指针的偏角过大、过小，误差较大。应选择适当倍率的欧姆档，使指针指在刻度盘的中间区域。可以先用中等倍率档试测，再选择合适的档位进行测量。改变档位后必须重新调零。用多用电表判断二极管的正负极（测量二极管电阻无意义，因为其电阻随电流变化）使用完毕，应将选择开关旋至OFF或交流电压最高档,+,-,测电源的电动势E和内电阻r,E测 E真,E测=E真 r测 r真,E测 E真 r测 r真,测出两组数据，即可求出E、r,实验方法,水果电池：铜丝是正极，铁丝是负极；铜丝和铁丝相距越近、插得越深，电池内阻越小；内阻较大，便于测量；正极附近会析出气体，将电极与电解质溶液隔开，明显地改变内阻。,旧干电池的内阻较大，容易测量。,数据处理,测两组数据，求E、r，误差太大。应该多测几组数据，列出多个方程组，求多个E、r，取平均值。作U-I图像个别明显错误的数据应该剔除，使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点大致均衡地分布在直线的两侧,描绘小灯泡的伏安曲线电路图,数据记录,作I-U图,I/A,O,U/V,游标卡尺,当两测量爪并拢时，两0刻度线是 的。测量时，被测长度即。,重合,两0刻度线间的距离,游标卡尺的原理,游标上每格为 mm,比主尺上每格短 mm，精度即为 mm.,0.9n,1n,读数时，先从主尺上读出整mm以上的那部分a，再读出游标上的第n条刻度线（不计0刻度线）与主尺上的某条刻度线对得最齐（这就是一种估计），则最终结果为：a+n精度。,0.9,0.1,0.1,游标上每格为 mm,比主尺上每格短 mm，精度为.,读数时，先从主尺上读出整mm以上的那部分a，再读出游标上的第n条刻度线（不计0刻度线）与主尺上的某条刻度线对得最齐（这就是一种估计），则最终结果为：a+n精度。,0.95,0.05,0.05mm,读数时，先从主尺上读出整mm以上的那部分a，再读出游标上的第n条刻度线（不计0刻度线）与主尺上的某条刻度线对得最齐（这就是一种估计，对齐区的中央为对得最齐），则最终结果为：a+n精度。,游标上每格为 mm,比主尺上每格短 mm,即精度为.,0.98,0.02,0.02mm,拧紧紧固螺钉，取下卡尺，即可读数。,紧固螺钉：,螺旋测微器（千分尺）,A测砧 B固定刻度 C尺架 D旋钮 D,微调旋钮 E可动刻度 F测微螺杆,A、B、C一体，相当于螺杆；D、D,、E、F一体，相当于螺母。精密螺纹的螺距为0.5mm；将可动刻度一周分为50等分，每转过一个等分（相对于固定刻度），测微螺杆进退 mm，A、F间距离（）改变 mm,0.01,被测长度、露出来的固定刻度的长度,0.01,A、F并拢时，两0刻线汇合。,读数时，先从固定刻度上读出整mm部分及下一个半毫米刻度线是否已经露出，再从可动刻度上读出与固定刻度长横线相对处的格数n（要估读一位），则半毫米以下部分为：n0.01mm.螺旋测微器可以精确到0.01mm，可以估读到0.001mm，固称之为千分尺。,注意,测微螺杆快要接触被测物体时，要停止使用旋钮，改用微调旋钮，直到听到“喀喀”声（测微螺杆不再前进）为止。若继续使用旋钮，会使物体发生明显的形变，甚至损坏螺旋测微器。读数时，不要漏掉了0.5mm！,