导体中的电场和电流电源:其作用是在电源内部把电子从正极搬运到负极导线中的电场:由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同激发形成,由稳定分布的电荷所形成的电场是恒定电场恒定电流定义:大小和方向都不随时间变化的电流电流:描述电流强弱的物理量公式Q=IT,I=Q/T一、电流1、导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动形成电流2、电源可使电路中保持持续电流二、导线中的电场1、导线中电场的形成2、恒定电场三、恒定电流定义:大小和方向都不随时间变化的电流电流:描述电流强弱程度的物理量公式Q=IT,I=Q/T单位:安培A 毫安微安四、电流的微观表达式1、电流的微观表达式I=NQSV(推导过程略)2、三种速率的区别电流传导速率:等于光速,电路一接通,导体中的电子立即受到电场力作用而定向移动形成电流(对整体而言)电子定向移动速率,其大小与电流有关,一般数量级为10-5M/S(对每个电子而言)电子热运动速率,任何微观粒子都做无规则运动,其速率与温度有关,通常情况为每秒几百米电动势一、电源1、定义:电源是把其他形式的能转化为电能的装置2、作用:在导体(或电路)两端保持一定的电压二、电动势1、非静电力2、电动势(1)定义:静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功跟被移送的电荷量的比值(2)公式:E=W/Q(3)单位:伏特V(4)物理意义:反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小,在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功(5)方向规定:标量,为研究方便,规定其方向为电源内部电流方向,即由电源负极指向正极三、内阻电源内部也是由导体组成,所以也有电阻,叫做电源的内阻。
内阻和电动势同为电源的重要参数欧姆定律一、欧姆定律1、欧姆定律的实验探究(1)实验目的:研究导体中的电流跟导体两端电压之间的关系(2)实验原理:用电压表测量导体两端的电压,用电流表测量导体中的电流,观察和记录数据,在坐标系中作出U-I图象进行探究,找出规律(3)实验过程及数据处理(略)(4)结论:实验结果分析(5)同一导体,不管电流、电压怎样变化,电压跟电流的比值U/I是一个常数(6)在同样的电压下,比值U/I大的电流小,比值U/I小的电流大,所以比值U/I反映了导体阻碍电流的性质,叫电阻,用字母R表示,则R=U/I2、欧姆定律(1)、内容:导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比(2)、表达式:I=U/R(3)适用条件:金属导电和电解液导电3、电阻(1)、定义:导体两端的电压与通过导体的电流大小之比叫导体的电阻(2)、定义式:R=U/I(3)、单位:欧姆,常用的还有千欧、兆欧,换算关系(略)(4)、物理意义:反映导体对电流阻碍作用的大小二、导体的伏安特性曲线1、定义:建立平面直角坐标系,用纵轴表示电流I,用横轴表示电压I,画出的导体的I—U 图线叫做导体的伏安特性曲线2、线性元件伏安特性曲线是通过原点的直线,表示电流与电压成正比,如图所式(图略),其斜率等于电阻的倒数,即tanA=I/U=1/R,所以曲线的斜率越大,表示电阻越小3、非线性元件伏安特性曲线不是直线,表示电流与电压不成正比的电学元件。
举例:半导体二极管二极管半导体材料制成,其电阻率随温度的升高而降低,故其伏安特性曲线不是直线焦耳定律一、电功和电功率1、电功的普遍表达式(1)电功的定义:静电力对电荷做的功,叫做电功(2)电功的普遍表达式:W=QU=UIT即一段电路上的电功就等于这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间的乘积(3)单位:焦耳,符号为J(4)物理意义:电功反映了转化为其他形式能的多少2、电功率(1)定义:电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值(2)表达式:P=W/T=UI(3)单位:瓦特,符号W(4)物理意义:表示电流做功的快慢二、焦耳定律内容:电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比表达式:Q=I2RT(1)焦耳定律的微观解释电流通过导体的时候,做定向移动的自由电子要频繁地跟金属正离子碰撞,由于这种碰撞,电子在电场力的加速作用下获得动能,不断传递给金属正离子,使金属正离子的热振动加剧,于是通电导体的内能增加,温度升高。
(2)实质:电流的热效应实质上是通过电流做功转化为内能3、热功率单位时间内电流通过导体发热的功率叫热功率。
热功率即电能转化为内能的功率。
即P=Q/T=I2RT三、电功和焦耳定律的区别和联系区别:举例,电动车通过电流做功把大部分电能转化为机械能,少部分电能转化电圈的内能联系:纯电阻电路,两者一样电阻定律一、电阻定律的探究(1)实验探究实验目的:探究电阻与导体的材料、横截面积、长度之间的关系实验方法:控制变量法实验原理:串联电路中电压跟电阻成正比实验电路:(见教材)实验过程:(见教材)实验结果:电阻之比等于长度之比,等于横截面积之比的倒数,长度、横截面积相同,材料不同的导体电阻也不同结论:导体的电阻跟导体的长度成正比,跟导体的横截面积成反比,还跟材料有关(2)逻辑推理探究——分析导体的电阻与它的长度的关系利用串联电路电阻规律可推导在横截面积、材料相同的条件下,导体的电阻与长度成正比——研究导体电阻与它的横截面积的关系,可推导出,在长度、材料相同的条件下导体的电阻与横截面积成反比——实验探究导体电阻与材料的关系结论:同上二、电阻定律(1)内容: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,还与自身材料有关(2)公式:R=PL/S(3)适用条件:温度一定,粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液(4)与欧姆定律的变形式R=U/I比较三、电阻率(1)电阻率P是一个反映导体导电性能的物理量,是导体材料本身的属性,与导体的形状、大小无关,它的单位是:欧姆*米,国际符号,而电阻R反映的是导体的属性,与导体的材料、形状、大小有关。
(2)大小:P=RS/L即电阻率在数值上等于用该材料制成的长度为1m、横截面积为一平方米的导体的电阻各种材料电阻率的比较:(见教材)(3)电阻率与温度的关系闭合电路欧姆定律一、闭合电路欧姆定律1、外电路、内电路用电器、导线组成外电路,电源内部是内电路2、定律推导设电源的电动势为E,外电路的电阻为R,内电阻的电阻为r,闭合电路的电流为I,在时间t内(1)外电路中电能转化成的内能为E外=I2RT(2)内电路中电能转化成的内能为E内=I2rT(3)非静电力做的功为W=EQ=EIT根据能量守恒定律,有W=E外+E内,所以EIT=I2RT+I2RT整理后得到E=IR+Ir,即I=E/(R+r)3、定律内容闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比,跟内外电路的电阻之和成反比4、电动势等于内外电路电势降落之和,即E=U外+U内其中IR=U外叫路端电压,Ir=U内是内电路的电势降落二、路端电压与外电阻的关系1、实验如图所示,当接入电路的灯泡数逐渐增加时,我们会发现每盏灯的亮度变暗,如何解释这种现象?2、路端电压与负载的关系把U=Ir代入E=U+U内得U=E-U内=E-Ir(1)当外电阻R增大时,根据I=E/(R+r)可知,电流I减小(E和r)为定值,内电压Ir减小,根据U=E-Ir 可知路端电压U增大(2)当外电阻R减小时,根据I=E/(R+r)可知,电流I增大(E和r)为定值,内电压Ir增大,根据U=E-Ir 可知路端电压U减小特殊情况:当外电路断开时,R=无穷,I=0,U=E,此为直接测量法测电动势的依据。
当外电路短路时,R=0,I=E/r(称为短路电流),U=0。
由于通常的电源内阻很小,短路时会形成很大的电流,这就是严禁把电源两极直接相接的原因。
多用电表一、多用电表的原理多用电表内部构造及测量原理右图是简化的多用电表电路图。
它由表头G、直流电流测量电路、支流电压测量电路、电阻测量电路以及转换开关S等部分组成,其中1、2为电流测量端,3、4为电压测量端,5为电阻测量端。
测量时,黑表笔插入“—”插孔,红表笔插入“+”插孔,并通过转换开关接入与待测量相应的测量端。
使用时,电路只有一部分起作用。
(1)测直流电流和直流电压的原理,就是电阻的分流和分压原理,其中转换开关接1或2时测直流电流;接3或4时测直流电压;转换开关接5时,测电阻说明:1、电阻挡电路中有内接电源2、读数时,要读取跟功能选择开关挡位相对应的刻度值3、电阻表的表头刻度不均匀,是由其电路原理决定的(2)多用电表电阻挡(欧姆挡)原理多用电表欧姆挡电路原理图(图见教材)当待测电阻RX接入图示电路后形成闭合回路。
由闭合电路欧姆定律可知,流过新表头的电流为I=E/(R1+r1+R+Rx),式中r1是R1和R2串联后与Rg的并联等效电阻,R1是R5和R6串联的等效电阻。
从此式可解出。
可见Rx与I有着一一对应关系。
如果在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值,则就能从刻度盘上直接读出待测电阻Rx的值说明(1)当多用电表未接入电阻,处于断路状态,即Rx 趋于无穷时,电路中没有电流,指针不偏转,故刻度盘最左端为无穷处。
(2)当多用电表表笔直接相连,即Rx=0时,电路中电流最大,指针满偏,故电阻零刻度在最右端满偏电流处。
(3)因Rx与I是非线性关系,故电阻挡刻度不均匀。
二、实验:学会使用多用电表观察多用电表(或课本给出的多用电表图)的外形构造和面板刻度。
试回答以下问题:(1)它能测哪些电学量?(2)多用电表的电压挡、电流挡和电阻挡在刻度盘上都有对应的刻度线。
当多用电表选择不同的挡位及量程,如何确定待测量的数值?(3)用多用电表如何测电压?如何测电流?如何判断二极管的正负极?如何测二极管的正反电阻?使用多用电表前应先检查其机械零位。
若一开始指针不正对电流的零刻度。
应调节多用电表的机械零点调节选钮。
使指针正对零刻度。
在如图所示的电路中,怎样通过多用电表测出小灯泡工作是两端的电压、流过小灯炮的电流呢?1测出直流电压(1)将功能选择开关旋到直流电压挡(2)根据待测电压的估计值选择量程。
如果难以估测待测电压值。
应按照从大到小的顺序,先将选择开关旋到最大量程上试测,然后根据测量出的数值,重新确定适当的量程再进行测量。
(3)测量时,用红、黑测试笔使用多用电表跟小灯泡L并联,注意使电流从“+”插孔流入多用电表,从“一”插孔流出多用电表,检查无误后在闭合开关S,如图所示。
(4)根据挡位所指的量程以及指针所指懂得刻度值,读出电压表的示数。
2测量直流电流(1)多用电表直流电流挡与电流表原理相同,测量时应使电表与待测电路串联。
(2)红表笔插入“+”插孔,黑表笔插入“—”插孔。
测量时,使电流从红表笔流入,黑表笔流出。
(3)多用电表直流电流挡是毫安挡,不能测量比较大的电流(4)测电流时,选择适当的量程,使表针偏转尽量大一些,测量结果比较准确。