第二章《恒定电流》知识点总结
一、电流
1、电流形成得条件:
电荷得定向移动。
规定正电荷定向移动得方向为电流得方向。
2、电流强度I
①定义式: 单位:安培(A)
②微观表达式: 其中:n为自由电荷得体密度;q为自由电荷得电量;S为导体得横截面积;v为自由电
荷定向移动得速度。
二、电源
1、电源得作用:
①电源相当于搬运工,把负电荷从电源正极搬到电源负极,使正极积累正电荷,负极积累负电荷;
②电源使导体两端存在一定得电势差(电压);
③电源使电路中有持续电流。
2、电动势E
①物理意义:
电动势就是描述电源把其她形式得能转化为电能本领得物理量。
②定义式:
单位:伏特(V),其大小就是由电源本身决定得。
③电动势E与电势差U得区别:
电动势,非静电力做功,其她形式得能转化为电能;电势差,电场力做功,电势能转化为其她形式得能。
做多少功,就转化了多少能量。
三、欧姆定律
1、电阻R
①物理意义:导体对电流得阻碍作用。
②定义式: 单位:欧姆(Ω),其大小就是由导体本身决定得。
③决定式:,其中ρ为电阻率,反映材料得导电性能得物理量。
金属导体得电阻率随着温度得升高而增大;合金得电阻率随着温度得变化而变化不明显;半导体得电阻率随着温度得升高而减小。
2、欧姆定律
注意:这就是一个实验规律,I、U、R三者之间并无决定关系。
3、伏安特性曲线
I-U图像:图像越靠近U轴,导体得电阻越大。
①线性元件:
I-U图像就是过原点O得直线。
如R1,R2等,并且R1<R2。
②非线性元件:
I-U图像不就是过原点O得直线。
如A、B等
四、串并联电路得特点
P=P1+P2
+P3
1、串联电路
①定义:用电器首尾相连得电路。
②串联电路得特点
;;;
2、并联电路
P=P1+P2+P3
①定义:用电器并排相连得电路。
②并联电路得特点
;;;
五、焦耳定律
1、电功W与电功率P
电功,单位:焦耳(J);电功率,单位:瓦特(W)
2、电热Q
电热,单位:焦耳(J);热功率,单位:瓦特(W)
其中:以上四式适用于任何电路,r为用电器得内阻。
3、纯电阻电路与非纯电阻电路
①纯电阻电路:
消耗得电能全部转化为电热,即W=Q;部分电路欧姆定律可以使用。
②非纯电阻电路:
消耗得电能转化为电热与其她形式得能量,即W=Q ＋Q 其她;部分电路欧姆定律不能使用。
由能量守恒可得,P 其她=P －P Q 。
六、闭合电路欧姆定律
1、流过电源得电流,此公式仅适用于纯电阻电路。
2、电源电动势E=U 外＋U 内,此公式适用于任何电路。
注意:U 外=IR,只适用于外电路就是纯电阻电路,U 外又称作路端电压U;U 内=Ir,适用于任何电路。
因此,闭合电路欧姆定律得另一种表达形式为
3、路端电压U 与回路电流I 得关系
表达式: 回路电流I 越大,路端电压U 就越小。
其中U-I 图像得截距代表电源得电动势E;U-I 图像得斜率代表电源得内阻;如果U 轴坐标就是从0开始得,U-I 图像与I 轴得交点代表短路电流。
4、路端电压U 与外电路电阻R 得关系 对于纯电阻电路,
路端电压,U-R 图像如下图所示:
5、功率与效率 1)电源
①电源得总功率P 总=EI ②电源得输出功率P 出=UI ③电源得内热功率P Q =I 2r
④电源得效率;由能量守恒可得,P 总=P 出＋P Q 。
对于纯电阻电路, 。
电源得效率随着外电阻得增大而增大。
2)电动机
①电动机消耗电能得功率P=UI ②电动机得热功率P Q =I 2r
③电动机输出得机械功率P 机=P －P Q ④电动机得效率
注意:电动机正常工作时,电动机为非纯电阻电路,部分电路欧姆定律不能使用,即I≠U/r 。
由能量守恒可得,电动机得机械功率P 机=P －P Q 。
电动机不转动时,电动机可视为纯电阻电路,部分电路欧姆定律可以使用,即I=U/r 。
6、电源得输出功率P 出与回路电流I 得关系 电源得输出功率,此公式适用于任何电路。
P 出-I 图像如下图所示:
当I=E/2r 时,电源得输出功率最大为P m =E 2/4r 。
此时电源得效率为
7、电源得输出功率P 出与外电阻R 得关系 对于纯电阻电路,电源得输出功率为
当R=r时,电源得输出功率最大为P m=E2/4r 。
此时电源得效率为
七、电路分析
1)动态电路分析
外电阻R得变化→,→回路电流I得变化,路端电压U得变化→→各部分电流与电压得变化。
2)含容电路分析
分析含容电路得关键:与电容器C串联得电阻R可以瞧做导线;电容器C得电压U C等于与之并联得
电阻R得电压U。
3)故障电路分析
①断路:电压不为0,电流为0,即电路不导通。
②短路:电压为0,电流不为0,即电路就是导通得。
八、多用电表
1、电流表得改装
2)当电流表得量程扩大n倍时,并联得分流电阻。
此时,电流表得内阻为。
2、电压表得改装
2)当电压表得量程扩大n倍时,串联得分压电阻。
此时,电压表得内阻为。
3、欧姆表得改装
1)欧姆表得内部结构
3)测量电阻得主要步骤
①机械调零;
②选倍率(使指针尽量指在表盘得中央位置);
③欧姆调零;
④读数＝示数×倍率。
注意:每次换倍率之后,必须重新欧姆调零。
4、多用电表得使用
1)红表笔插入多用电表得正插孔;黑表笔插入多用电表得负插孔。
2)电流总就是从红表笔流入,从黑表笔流出。
3)当测量电流、电压时,红表笔得电势高于黑表笔得电势;当测量电阻时,黑表笔得电势高于红表笔得
电势。
4)使用欧姆表时,被测电阻必须孤立出来。
5)读数＝精度(每一小格代表得数值)×格数n 。
6)二极管
①二极管得特性:
二极管具有单向导通性。
②正向导通时,二极管得电阻比较小;反向导通时,二极管得电阻非常大。
九、实验设计
1、指导原则
安全可行、测量准确、便于操作。
2、电路设计
1)控制电路得设计
①限流式
③选择原则
(1)待测电阻R x 远大于滑动变阻器得总电阻R,须用分压式接法;
(2)要求待测电阻R x 上电压或者电流变化范围较大,且从零开始连续可调,须用分压式接法;
(3)待测电阻R x 小于滑动变阻器得总电阻R 或相差不多,且电压、电流变化不要求从零调起时,可采用限流式接法;
(4)两种电路均可使用得情况下,应优先采用限流式接法,因为限流式接法总能耗较小。
(5)一般情况下,当R ＞10R x 时,选用限流式接法;当R ＜10R x 时,选用分压式接法。
2)测量电路得设计 ①电流表外接法
误差分析:
由于电压表得分流导致电流得测量值偏大,由可知,R 测
＜R
真。
R x 越小,电压表分流越小,误差越小,
即,因此外接法适合测量小电阻。
②电流表内接法
误差分析:
由于电流表得分压导致电压得测量值偏大,由可知,R 测＞R 真。
R x 越大,电流表得分压越小,误差越小,即,因此内接法适合测量大电阻。
③选择原则
当时,即,选用电流表外接法;当时,即,选用电流表内接法。
4、测定电池得电动势与内阻 实验原理:
闭合电路欧姆定律(伏安法),, 实验电路图:
注意:由E=U 1+I 1r,E=U 2+I 2r 可得,,所以。
故电流变化量相同时,电源内阻大得路端电压得变化量较大。
电池得内阻远远小于电压表得内阻,故此实验电路图应该选择外接法。
实验误差分析: ①外接法误差分析
根据串并联电路得特点,电压表得示数;电流表得示数。
所以,I 测总就是小于I 真,并且U 测越小,I 测与I 真得差别越小,如图所示。
当U 测＝0时,I 测＝I 真。
根据图像可以得到以下结论:(1);(2)。
②内接法误差分析
根据串并联电路得特点,电压表得示数;电流表得示数。
所以,U 测总就是小于U 真,并且I 测越小,U 测与U 真得差别越小,如图所示。
当I 测＝0时,U 测＝U 真。
根据图像可以得到以下结论:(1);(2)。