人教版高中物理选修知识点二《恒定电流》.doc
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人教版高中物理选修3-1部分知识点
内部资料
第二章《恒定电流》
一、电流
1、电流形成的条件:
电荷的定向移动。
规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
2、电流强度I
①定义式:
单位:
安培(A)
②微观表达式:
其中:
n为自由电荷的体密度;q为自由电荷的电量;S为导体的横截面积;v为自由电荷定向移动的速度。
二、电源
1、电源的作用:
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的电势差(电压);
③电源使电路中有持续电流。
2、电动势E
①物理意义:
电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量。
②定义式:
单位:
伏特(V),其大小是由电源本身决定的。
③电动势E与电势差U的区别:
电动势,非静电力做功,其他形式的能转化为电能;电势差,电场力做功,电势能转化为其他形式的能。
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:
导体对电流的阻碍作用。
②定义式:
单位:
欧姆(Ω),其大小是由导体本身决定的。
③决定式:
,其中ρ为电阻率,反映材料的导电性能的物理量。
金属导体的电阻率随着温度的升高而增大;合金的电阻率随着温度的变化而变化不明显;半导体的电阻率随着温度的升高而减小。
2、欧姆定律
注意:
这是一个实验规律,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,导体的电阻越大。
①线性元件:
I-U图像是过原点O的直线。
如R1,R2等,并且R1 ②非线性元件: I-U图像不是过原点O的直线。 如A、B等 四、串并联电路的特点 电路的总功率P=P1+P2+P3 1、串联电路 ①定义: 用电器首尾相连的电路。 ②串联电路的特点 ;;; 2、并联电路 电路的总功率P=P1+P2+P3 ①定义: 用电器并排相连的电路。 ②并联电路的特点 ;;; 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为用电器的内阻。 3、纯电阻电路与非纯电阻电路 ①纯电阻电路: 消耗的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: 消耗的电能转化为电热和其他形式的能量,即W=Q+Q其他;部分电路欧姆定律不能使用。 由能量守恒可得,P其他=P-PQ。 六、闭合电路欧姆定律 如图所示, 1、流过电源的电流,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,闭合电路欧姆定律的另一种表达形式为 3、路端电压U与回路电流I的关系 表达式: 回路电流I越大,路端电压U就越小。 其中U-I图像的截距代表电源的电动势E;U-I图像的斜率代表电源的内阻;如果U轴坐标是从0开始的,U-I图像与I轴的交点代表短路电流。 4、路端电压U与外电路电阻R的关系 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电源的总功率P总=EI ②电源的输出功率P出=UI ③电源的内热功率PQ=I2r ④电源的效率;由能量守恒可得,P总=P出+PQ。 对于纯电阻电路,。 电源的效率随着外电阻的增大而增大。 2)电动机 ①电动机消耗电能的功率P=UI ②电动机的热功率PQ=I2r ③电动机输出的机械功率P机=P-PQ ④电动机的效率 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,电动机的机械功率P机=P-PQ。 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、电源的输出功率P出与回路电流I的关系 电源的输出功率,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,电源的输出功率最大为Pm=E2/4r。 此时电源的效率为 7、电源的输出功率P出与外电阻R的关系 对于纯电阻电路,电源的输出功率为 当R=r时,电源的输出功率最大为Pm=E2/4r。 此时电源的效率为 七、电路分析 1)动态电路分析 外电阻R的变化→,→回路电流I的变化,路端电压U的变化→→各部分电流与电压的变化。 2)含容电路分析 分析含容电路的关键: 与电容器C串联的电阻R可以看做导线;电容器C的电压UC等于与之并联的电阻R的电压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,即电路是导通的。 八、多用电表 1、电流表的改装 1)电流表的内部结构 2)当电流表的量程扩大n倍时,并联的分流电阻。 此时,电流表的内阻为。 2、电压表的改装 1)电压表的内部结构 2)当电压表的量程扩大n倍时,串联的分压电阻。 此时,电压表的内阻为。 3、欧姆表的改装 1)欧姆表的内部结构 红表笔 黑表笔 2)欧姆调零之后,欧姆表的内阻为,由闭合电路欧姆定律可得,。 接上待测电阻Rx之后,由闭合电路欧姆定律可得,。 红表笔接在电源的负极;黑表笔接在电源的正极。 3)测量电阻的主要步骤 ①机械调零; ②选倍率(使指针尽量指在表盘的中央位置); 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、多用电表的使用 1)红表笔插入多用电表的正插孔;黑表笔插入多用电表的负插孔。 2)电流总是从红表笔流入,从黑表笔流出。 3)当测量电流、电压时,红表笔的电势高于黑表笔的电势;当测量电阻时,黑表笔的电势高于红表笔的电势。 4)使用欧姆表时,被测电阻必须孤立出来。 5)读数=精度(每一小格代表的数值)×格数n。 6)二极管 ①二极管的特性: 二极管具有单向导通性。 ②正向导通时,二极管的电阻比较小;反向导通时,二极管的电阻非常大。 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)控制电路的设计 ①限流式 调压范围: ~E ②分压式 调压范围: 0~E ③选择原则 (1)待测电阻Rx远大于滑动变阻器的总电阻R,须用分压式接法; (2)要求待测电阻Rx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Rx小于滑动变阻器的总电阻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)两种电路均可使用的情况下,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>10Rx时,选用限流式接法;当R<10Rx时,选用分压式接法。 2)测量电路的设计 ①电流表外接法 误差分析: 由于电压表的分流导致电流的测量值偏大,由可知,R测<R真。 Rx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: 由于电流表的分压导致电压的测量值偏大,由可知,R测>R真。 Rx越大,电流表的分压越小,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。 3、描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验电路图: 注意: (1)电压的变化范围较大,且从零开始连续变化,选择分压式控制电路; (2)小灯泡的电阻一般较小,选择电流表外接法测量电路。 (3)连接实物时,滑片应置于滑动变阻器的最左端。 4、测定电池的电动势和内阻 实验原理: 闭合电路欧姆定律(伏安法),, 实验电路图: 注意: 由E=U1+I1r,E=U2+I2r可得,,所以。 故电流变化量相同时,电源内阻大的路端电压的变化量较大。 电池的内阻远远小于电压表的内阻,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 根据串并联电路的特点,电压表的示数;电流表的示数。 所以,I测总是小于I真,并且U测越小,I测与I真的差别越小,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 根据串并联电路的特点,电压表的示数;电流表的示数。 所以,U测总是小于U真,并且I测越小,U测与U真的差别越小,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)。 第三章《磁场》 -10-
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- 恒定电流 人教版 高中物理 选修 知识点 恒定 电流