第十二章　恒定電流
第一課時(shí)　知識(shí)梳理
一、考點(diǎn)要求
內(nèi)　　容要　求說　　明
電流，歐姆定律，電阻和電阻定律
電阻率與溫度的關(guān)系
半導(dǎo)體及其應(yīng)用,超導(dǎo)體及其應(yīng)用
電阻的串、并聯(lián),串聯(lián)電路的分壓作用,并聯(lián)電路的分流作用
電功和電功率,串聯(lián)、并聯(lián)電路的功率分配
電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻,閉合電路歐姆定律,路端電壓
電流、電壓和電阻的測(cè)量,電流表、電壓表和多用電表的使用,伏安法測(cè)電阻
測(cè)定金屬的電阻率
描繪小燈泡的伏安特性曲線
把電流表改裝為電壓表
用電流表和電壓表測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻Ⅱ
Ⅱ
二、知識(shí)結(jié)構(gòu)
電流：I=q/t方向：外電路，正極→負(fù)極，內(nèi)電路：負(fù)極→正極
電壓：U=W/q又稱電勢(shì)差（或電勢(shì)降落）
部分電路歐姆定律 電阻：R= 由導(dǎo)體本身決定，ρ與和溫度有關(guān)。
歐姆定律
電動(dòng)勢(shì)：數(shù)值上等于電路中通過一庫侖電量時(shí)電源所提供的能量，由電源本身決定。
閉合電路 路端電壓：U=E-Ir
歐姆定律 歐姆定律：公式：I=E/（R+r）或E=IR+Ir=U外+U內(nèi)
注意：該定律是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律在電學(xué)中的特例，E、r由電源本身決定
串聯(lián)
電路的連接
并聯(lián)
電功：W=qU=IUt 電功率：P=W/t=IU 焦耳定律：Q=I2Rt
電路中的能量轉(zhuǎn)化 電源：P游=IE；P出=I U端；P內(nèi)=I2r；IE=I U端+ I2r
用電器：P電=IU P熱= I2R
描繪小燈泡的伏安特性曲線
測(cè)定金屬的電阻率
實(shí)驗(yàn) 把電流表改裝成伏特表
測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻
用多用電表探索黑箱內(nèi)的電學(xué)元件
傳感器的簡單應(yīng)用
三、本章知識(shí)考查特點(diǎn)及高考命題趨勢(shì)
本章是電路的基礎(chǔ)知識(shí),是電學(xué)部分的重要內(nèi)容,高考中對(duì)本章內(nèi)容的考查熱點(diǎn)在于①基本概念,例如電流、電動(dòng)勢(shì)、功率等.②基本規(guī)律,例如歐姆定律、電阻定律、焦耳定律等.③基本方法,例如等效思維方法、動(dòng)態(tài)電路的邏輯分析、電路的故障判斷等.另外,本章內(nèi)容跟日常生活用電聯(lián)系十分緊密,許多題目都源自日常生活用電的實(shí)際,關(guān)注這類理論聯(lián)系實(shí)際的題目對(duì)考生來說很有必要。本章的知識(shí)也容易跟化學(xué)中的電解、電鍍、電化學(xué)腐蝕等內(nèi)容綜合,也容易跟生物中的神經(jīng)活動(dòng)內(nèi)容綜合.
本章的復(fù)習(xí)首先要扎扎實(shí)實(shí)地打好基礎(chǔ),深刻理解物理概念的含義,正確應(yīng)用物理規(guī)律,并能熟練地進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算.
要特別注意由于電路某一部分結(jié)構(gòu)的變化而引起電流、電壓、電阻、電功率等電路特征量的變化的分析和計(jì)算;還要注意能量的轉(zhuǎn)化問題,要從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度去解決這些問題;另外還要掌握好電路的測(cè)量和儀表的使用,如滑動(dòng)變阻器的連接及其作用,電壓表、電流表的使用等.
四、課前預(yù)習(xí)
1.電荷的 移動(dòng)形成電流,電流的方向規(guī)定為
電荷定向移動(dòng)的方向.電路中,電源外部的電流方向是從電源的 極到 極,電源內(nèi)部的電流方向是從電源的 極到 極.
2.導(dǎo)體中含有大量的自由電荷.金屬導(dǎo)體中的自由電荷是 ,電解液和酸、堿、鹽溶液中的自由電荷是
和 .1m3銅內(nèi)自由電子的個(gè)數(shù)約為8.5×1028個(gè).
3.金屬導(dǎo)體中,自由電子定向運(yùn)動(dòng)時(shí)的三個(gè)速率是:①無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的平均速率約為 .②定向移動(dòng)的平均速率約為 .③電場(chǎng)的傳播速率約為 .
4.一電子沿順針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng),周期為10-10s,則等效電流多大?方向怎樣?
5.某電解池中,若在2s內(nèi)各有1.0×1019個(gè)二價(jià)正離子和2.0×1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某截面,那么通過這個(gè)截面的電流是( ).
A.0 B.0.8A C.1.6A D.3.2A
6.某金屬導(dǎo)體兩端的電壓為24V,在30s內(nèi)有36C的電量通過該導(dǎo)體的某個(gè)橫截面.
(1)在30s內(nèi)有多少個(gè)自由電子通過該導(dǎo)體的橫截面?
(2)電流多大? (3)該導(dǎo)體的電阻有多大?
7.如圖所示,電路工作時(shí),要測(cè)量電路中的電流,需要什么電表?怎樣用該電表測(cè)量回路中的電流大小?由于電表內(nèi)阻的影響,測(cè)量的電流與測(cè)量前電流的真實(shí)值有怎樣的關(guān)系?怎樣的情況下測(cè)量值可看作與真實(shí)值相等?
8.上題中,要測(cè)量電阻R1兩端的電壓,需要什么電表?怎樣用該電表測(cè)量電阻R1兩端的電壓?由于電表內(nèi)阻的影響,測(cè)量的電壓值與測(cè)量前R1兩端電壓的真實(shí)值有怎樣的關(guān)系?怎樣的情況下測(cè)量值可看作與真實(shí)值相等?
9.(1995?全國)兩個(gè)定值電阻R1、R2串聯(lián)后接在輸出電壓U穩(wěn)定于12V的直流電源上.有人把一個(gè)內(nèi)阻不是遠(yuǎn)大于R1、R2的電壓表接在R1兩端,如圖電壓表的示數(shù)為8V.如果他把此電壓表改接在R2兩端,則電壓表的示數(shù)將( )
A.小于4V B.等于4V
C.大于4V小于8V D.等于或大于8V
10.(1995?上海)如圖電路中,電阻R1、R2、R3的阻值都是1Ω,R4、R5的阻值都是0.5Ω,ab端輸入電壓U=6V. 當(dāng)cd端接電壓表時(shí),其讀數(shù)是 V.當(dāng)cd端接電流表時(shí),其示數(shù)是 A.
第二課時(shí)　歐姆定律 電阻定律 半導(dǎo)體 超導(dǎo)體
一、考點(diǎn)理解
(一)歐姆定律
1.內(nèi)容:導(dǎo)體中的電流I跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比.
2.表達(dá)式: 或U=IR.
3.適用范圍:對(duì)于金屬導(dǎo)體導(dǎo)電和電解液導(dǎo)電適用,對(duì)氣體導(dǎo)電、半導(dǎo)體導(dǎo)電不適用.
4.說明:表達(dá)式 中,U為R兩端的電壓,I為流過R的電流.
(二)電阻定律
1.電阻(R)
(1)金屬導(dǎo)體中自由電子在定向移動(dòng)時(shí),不斷地與金屬正離子發(fā)生碰撞,這種碰撞阻礙自由電子的定向移動(dòng),形成電阻.
(2)由 得 ,即導(dǎo)體兩端的電壓U跟流過導(dǎo)體的電流I成正比,其比值等于導(dǎo)體的電阻.
導(dǎo)體的電阻R與導(dǎo)體兩端電壓U和流過導(dǎo)體的電流I無關(guān),其大小由導(dǎo)體本身的結(jié)構(gòu)決定.
(3)導(dǎo)體的伏安特性曲線為一條經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線.如圖所示,具有這一伏安特性曲線的電學(xué)元件叫做線性元件.
對(duì)歐姆定律不適用的導(dǎo)體和器件,電流和電壓不成正比,伏安特性曲線不是直線,這種電學(xué)元件叫做非線性元件.
2.電阻定律
內(nèi)容:導(dǎo)體的電阻跟它的長度成正比,跟它的橫截面積S成反比,即 .
表達(dá)式: .比例常量 為金屬導(dǎo)體的電阻率.
3.電阻率( )
(1)電阻率 與導(dǎo)體的長度、橫截面積和導(dǎo)體的電阻都無關(guān),只跟導(dǎo)體的有關(guān).
(2)各種材料的電阻率都隨溫度而變化,金屬的電阻率隨溫度的升高而增大.
不同金屬的電阻率隨溫度的變化情況不同.有的金屬電阻率隨溫度變化顯著,電阻溫度計(jì)就是利用這類金屬做成的.有的金屬電阻率隨溫度變化不明顯,甚至幾乎不受溫度的影響,標(biāo)準(zhǔn)電阻就是利用這種材料做成的.
由幾種金屬形成合金的電阻率大于構(gòu)成該種合金的任一純金屬的電阻率.
(3)國際單位:歐姆?米,符號(hào)Ω?m.
(4)銅的電阻率 的含義是:長為1m、橫截面積為1m2的銅導(dǎo)線的電阻是 .
(三)半導(dǎo)體
1.有些材料,它們的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間,而且電阻不隨溫度的升高而增大,反隨溫度的升高而減小,這種材料稱為半導(dǎo)體.
2.半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性:光敏特性、熱敏特性和摻雜特性,分別用于制成光敏電阻、熱敏電阻和晶體管等.
3.由半導(dǎo)體材料制成各種電子元件,已發(fā)展成為集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路,半導(dǎo)體材料在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用.
(四)超導(dǎo)體
1.有的金屬導(dǎo)體在溫度降低到絕對(duì)零度附近時(shí),其電阻率突然減小到零,這種現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象.能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)稱為超導(dǎo)體.
2.材料由正常狀態(tài)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度,叫做超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度.
3.超導(dǎo)材料的應(yīng)用前景非常誘人,我國科學(xué)家在超導(dǎo)材料的研究方面走在世界前列.
二、方法講解
1.緊扣導(dǎo)體電阻的定義 .
①在導(dǎo)體的溫度變化不大或?qū)�體的電阻率隨溫度變化很小的情況下,導(dǎo)體的電阻與U、I無關(guān),其伏安特性為線性關(guān)系.處理這類問題運(yùn)用 來分析解決.
②在導(dǎo)體的溫度變化大,或?qū)�體的電阻率隨溫度變化顯著,或者半導(dǎo)體R與U、I有關(guān),其伏安特性為非線性關(guān)系,但每個(gè)電壓下仍然有 ,只不過U、I改變,R的值不同.
2.通常用I-U圖線(或U-I圖線)來描述導(dǎo)體或半導(dǎo)體的伏安特性,要弄清楚特性曲線的意義,從圖線上獲取所需的信息,伏安特性曲線上每一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一組U、I值, 為該狀態(tài)下的電阻值,UI為該狀態(tài)下的電功率.
三、考點(diǎn)應(yīng)用
例1:如圖所示,在相距40km的A、B兩地架有兩條輸電線,電阻共為800Ω.如果在A、B間的某處發(fā)生短路,這時(shí)接在A地的電壓表示數(shù)為10V,電流表示數(shù)為40mA.求發(fā)生短路處距A地有多遠(yuǎn)?
解析:設(shè)A地與短路處的電阻為RX,由歐姆定律 .
A地與短路處的距離可認(rèn)為A地與短路處單根導(dǎo)線的長度,設(shè)這個(gè)長度為x,導(dǎo)線的截面積為S,材料的電阻率為 ,由電阻定律 .
而A、B兩地間距離L=40km,電阻R=800Ω,同理有
由RX和R的表達(dá)式可得
.
即短路處距A地12.5km.
小結(jié):1.將A地與短路處一段導(dǎo)體作為研究對(duì)象,由歐姆定律求出它的電阻值是解決問題的關(guān)鍵.
2.輸電線路一般由相線和零線兩根導(dǎo)線構(gòu)成,輸電線的長度是輸電距離的2倍.
3.對(duì)同一輸電線,電阻率和截面積相同,由電阻定律 知,R與 成正比.
思考:若在A、B間某處發(fā)生漏電事故(漏電事故相當(dāng)于在兩點(diǎn)間接了一個(gè)電阻),應(yīng)該怎樣估測(cè)漏電處與A地的距離?
例2:家用電熱驅(qū)蚊器中電熱部分的主要元件是PTC,它是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器,其電阻率 與溫度T的關(guān)系圖象如圖所示.電熱驅(qū)蚊器的原理是:通電后電阻器開始發(fā)熱,溫度上升,使藥片散發(fā)出驅(qū)蚊藥,當(dāng)電熱器產(chǎn)生的熱與向外散發(fā)的熱平衡時(shí),溫度達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值.由圖象可以判定:通電后,PTC電阻器的功率變化情況是 ,穩(wěn)定時(shí)的溫度應(yīng)取 區(qū)間的某一值.
解析:通電后應(yīng)認(rèn)為電壓U不變.隨著溫度的升高,在T0～T1范圍內(nèi),電阻率隨溫度的升高而減小,因此電阻減小,電功率增大,驅(qū)蚊器溫度持續(xù)上升;在T1～T2范圍內(nèi),電阻率隨溫度的升高而增大,因此電阻增大,電功率減小.當(dāng)電熱器產(chǎn)生的熱與向外散發(fā)的熱平衡時(shí),溫度、電阻、電功率都穩(wěn)定在某一值.故整個(gè)過程功率的變化情況是先增大后減小,最后穩(wěn)定在某一值,這時(shí)溫度應(yīng)在T1～T2間.
例3:影響物質(zhì)材料電阻率的因素很多,一般金屬材料的電阻率隨溫度的升高而增大,而半導(dǎo)體材料的電阻率則與之相反,隨溫度的升高而減小.某課題研究組在研究某種導(dǎo)電材料的用電器件Z的導(dǎo)電規(guī)律時(shí),利用如圖(a)所示的分壓電路測(cè)得其電壓與電流的關(guān)系如表所示:
U/V0.400.600.801.001.201.501.60
I/A0.200.450.801.251.802.813.20
(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù),判斷用電器件Z可能屬于上述哪類材料？
(2)把用電器件Z接入如圖(b)所示的電路中,閉合開關(guān)，電流表的讀數(shù)為1.8A,電池的電動(dòng)勢(shì)為3V,內(nèi)阻不計(jì),試求電阻R的電功率.
（3）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)找出該用電器Z的電流隨電壓變化的規(guī)律是I=kυn，試求出n和k的數(shù)值，并寫出k的單位。
解析:(1)表中所列數(shù)據(jù)顯示,加在電器件Z上電壓增大,流過電器件Z的電流隨之增大,Z消耗的電功率增大,溫度升高,而U與I的比值在減小,即電器件Z的電阻隨溫度升高而減小,所以Z屬于半導(dǎo)體材料.
(2)查表I=1.8A時(shí),Z的電壓為1.2V,則R兩端電壓
UR=E-U2＝3V-1.2V=1.8V
W.
（3）任選表中兩組數(shù)據(jù)代入 中,
0.8=K?0.8n 1.25=k?1n
解得n=2，k=1.25A/V2
即I=1.25υ2
點(diǎn)評(píng):1.半導(dǎo)體材料I與U成非線性關(guān)系,為非線性材料.本題的計(jì)算結(jié)果顯示,I=1.25U2.
2.研究物理規(guī)律時(shí),根據(jù)設(shè)想設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn),將大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表進(jìn)行分析,從分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中探索物理規(guī)律.
例4:(2001?廣東)圖(甲)是在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱的原理簡圖.箱內(nèi)的電阻 , , ,Rt為熱敏電阻,它的電阻隨溫度變化的圖線如圖(乙)所示.當(dāng)a、b兩端電壓Uab＜0時(shí),電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接通,恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱,使箱內(nèi)溫度提高;Uab＞0時(shí),電壓鑒別器使S斷開,停止加熱,恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在
　　A.10℃ B.20℃ C.35℃ D.45℃
解析:將圖甲簡化為如圖丙所示.依題意,恒溫箱內(nèi)溫度穩(wěn)定時(shí),Uab=0.
設(shè)電源正、負(fù)極的電勢(shì)分別為 、 ,則電源路端電壓為 .且a、b的電勢(shì).
.
.
由 , 得 、 、 、 間的關(guān)系為 ,或 .代入 、 、 的值,得 時(shí), ,從Rt-t圖線上查得 時(shí),t=35℃.
答案:C
點(diǎn)評(píng):圖丙所示電路為橋式電路, 時(shí)為平衡電橋電路,本題內(nèi)容為平衡電橋在自動(dòng)控制中的應(yīng)用.
四、課堂練習(xí)
1.若加在某導(dǎo)體兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼?/5時(shí),導(dǎo)體中的電流減小了0.4A.如果所加電壓變?yōu)樵瓉淼?倍,則導(dǎo)體中的電流多大?
2.如圖所示為A、B兩個(gè)導(dǎo)體的伏安特性曲線.
(1)A、B電阻之比RA:RB為 .
(2)若兩個(gè)導(dǎo)體中電流相等(不為零)時(shí),電壓之比UA:UB為 .
(3)若兩個(gè)導(dǎo)體的電壓相等(不為零)時(shí),電流之比IA:IB為 .
3.關(guān)于超導(dǎo)現(xiàn)象,下列說法正確的是( )
A.超導(dǎo)現(xiàn)象只有在溫度降低到絕對(duì)零度時(shí)才會(huì)出現(xiàn)
B.任何物體都可能變?yōu)槌瑢?dǎo)體
C.超導(dǎo)體的電阻等于零
D.能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)叫做超導(dǎo)體
4.如圖所示,厚薄均勻的矩形金屬薄片邊長ab=10cm,bc=5cm,當(dāng)將A與B接入電壓為U(V)的電路中時(shí),電流強(qiáng)度為1A;若將C與D接入電壓為U(V)的電路中,則電流強(qiáng)度為( )
A.4A B.2A C. A D. A
5.人體通過50mA的電流時(shí),就會(huì)引起呼吸器官麻痹.如果人體的最小電阻為800Ω,求人體的安全工作電壓.根據(jù)以上所給的數(shù)據(jù)說明:為什么人體觸到220V的電線時(shí)會(huì)發(fā)生危險(xiǎn),而接觸到干電池的兩極時(shí)卻沒有感覺?


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