物理通用类第四单元.ppt

第四单元,直流电路,目录,01,02,03,电阻定律,电功 电功率,串联电路和并联电路,目录,04,05,全电路欧姆定律,安全用电,01,电阻定律,第一章,第一章 电阻定律,例如，家里要安装空调时，为它装配的一条专用电线；天冷了，有个同学想自己动手为家人串一个电褥子；等等。 导体的电阻是导体本身的一种性质。,第一章,第一章 电阻定律,当导体中的电荷在电场力作用下定向运动形成电流时，做定向运动的电荷要频繁地与周围的原子、离子发生碰撞而受到阻碍作用。我们把导体对电流的阻碍作用叫电阻，用字母R表示。 任何物体都有电阻，当有电流流过时，都要消耗一定的能量。但不同的物体对电流的阻碍能力又是不同的。,第一章,第一章 电阻定律,电阻定律 在温度不变时，一定材料制成的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比。 式中，叫电阻率，反映材料的导电性能，其值由材料的性质决定，单位是欧姆米（m）。不同材料的电阻率不同，,第一章,第一章 电阻定律,在国际单位制中，电阻的单位是欧姆（），常用的还有千欧（k）和兆欧（M），它们之间的换算关系是,第一章,第一章 电阻定律,从常用材料的电阻率可以看出： 金属和合金的电阻率都很小，容易传导电流，称为导体；而电木、橡胶的电阻率都很大，不容易传导电流，称为绝缘体。 在实际使用时，可以根据需要参照电阻率表选取合适的材料。,第一章,第一章 电阻定律,注意： 导体和绝缘体并没有严格的界限，在某些特殊的条件下，绝缘体可以变为导体。例如，干木是绝缘体，但干木潮湿后就是导体；纯净水是绝缘体，含有杂质的水是导体；空气是绝缘体，但在高压下被击穿电离后也是导体。 还有一些材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，称为半导体，如硅、锗等。,第一章,第一章 电阻定律,导体的电阻不仅和材料性质、尺寸有关，还和温度有关。在一般情况下，电阻随温度的变化不大，其影响可不用考虑。 【例题4-1】一根铜导线长2 000m，截面积2mm2，导线的电阻是多少？,02,串联电路和并联电路,第二章,一、串联电路,二、并联电路,将电路元件依次串接成的电路称串联电路。只要串联电路中任何一处断开，整个电路就不通。,第二章,一、串联电路,二、并联电路,串联电路中各电阻上的电压与各电阻成正比，即 串联电路的分压作用 串联电路中的电压是按各电阻的阻值进行分配的。,第二章,一、串联电路,二、并联电路,【例题4-2】 将电阻R1、R2串联后接在一电源两端，用电压表测得R1 、 R2两端的电压分别为3V和1V，其中R1的阻值为12，则电阻R2的阻值是多少?,第二章,一、串联电路,二、并联电路,将电路元件并列地连接在电路的两点间而成的电路称并联电路。 在并联电路中，电流的通路不止一条： 并联电路中所有电流必经之路称为干路；在两个连接点之间各个并列的部分称为支路。,第二章,一、串联电路,二、并联电路,并联电路中某条支路的通断状态并不影响其他支路的通断状态，即并联电路的某支路断开，其他支路仍然可以是接通的。 实验：,第二章,一、串联电路,二、并联电路,实验结论： 并联电路中各电阻中的电流与各电阻成反比，即 并联电路的分流作用 对于并联电路中的各支路而言，电阻越大，从该支路通过的电流越小。,第二章,一、串联电路,二、并联电路,【例题4-3】 将阻值分别为20、40的两个电阻R1、R2并联后接在一电源两端，用电流表A1测得R1中的电流为0.2A，则流过R2的电流是多少?,第二章,一、串联电路,二、并联电路,【例题1-6】 一辆汽车以10m/s的速度匀加速行驶，加速度的大小是0.4m/s2，行驶时间是10s,求汽车在这10s内通过的位移。,03,电功 电功率,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,例如： 在电器设备中，我们所需要的并不是电流本身，而是需要使电流做功。 电流能使电灯发光，电动机转动，电炉发热这些都是电流做功的表现。,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,在导体两端加上电压，导体内就建立了电场。电场力在推动自由电子定向移动中要做功，电场力所做的功也就是通常说的电流所做的功，简称电功。 设导体两端的电压为U，通过的电流为I，在时间t内电流所做的功为,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,在国际单位制中，上式中W、U、I、t的单位应分别用焦（J）、伏（V）、安（A）、秒（s）。 上式表明，电流在一段电路上所做的功，跟这段电路两端的电压、电路中的电流及通电时间成正比。,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,电流做功的过程实际上是电能转化为其他形式的能的过程。例如，电流通过电炉做功，电能转化为热能；电流通过电动机做功，电能转化为机械能。 日常生活中，我们可以用电表来测量家庭消耗的电能，所以常用电功的单位还有“度”，即kWh（千瓦时）。,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,电流做功的快慢用电功率表示。电流所做的功跟完成这些功所用的时间的比值叫电功率，用符号P表示。即 可见，一段电路上的电功率等于这段电路两端的电压和电路中电流的乘积。,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,在国际单位制中，电功率的单位是瓦特，简称瓦，用W表示。常用的单位还有千瓦（kW）。 一般用电器铭牌上标明的电功率和电压，是它的额定功率和额定电压。用电器只有处于额定电压时，才能达到额定功率。,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,对于纯电阻电路（如白炽灯、电热器等），欧姆定律成立，则有,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,当电流通过导体时，导体总要发热，这就是电流的热效应。导体发热的原因是导体自身有电阻，当有电流通过时，要消耗能量，转化成热能。 因此，在远距离输电时，为了减少输电线发热损耗的功率，必须使用高压送电。,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,发电厂发出的电， 首先用电力变压器升压（10kV，35kV，110kV，220kV）后，经高压线传送到使用地区， 再用降压变压器把电压降到几百伏，以保证用电安全。,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,【例题4-4】 一个灯泡标有“220V,100W”字样，当它正常发光时，灯丝的工作电阻是多少？通过灯丝的电流是多少？,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,有一类家用电器利用电能产生热量，如电炉、电水壶、电取暖器等，这一类电器统称为电热器。 电热器的核心部分是电阻。电流通过电阻时会产生热量，这被称为电流的热效应。电流效应的本质就是电能转化为内能，也就是电热器产生的热量(用Q表示)来源于电流做的功(用W表示)。,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,如果电流做的功全部转化成热量，那么 焦耳定律 电流通过导体产生的热量，与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。这就是1840年英国科学家焦耳通过实验发现的规律。,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,在其他电器中，电流做的功也会有一部分转化成热量，如电子计算机中通电的各种部件也会放出一些热量，所以必须及时散热，否则，电子计算机部件温度升高，电子计算机的稳定性变差，寿命变短。 因而，一般电子计算机中装有能高速运行、用于排热的电扇，而在手提电脑中装有面积较大的金属散热片。,第三章,一、电功,二、电功率,三、焦耳定律,【例题4-5】 一只规格为“220V，2 000W”的电炉，正常工作时的电阻是多大?当电网电压为200V时，电炉的实际功率为多少?在220V电压下，如果电炉每天平均使用2h，该电炉每天能够产生多少热量?一个月要消耗多少度电?,04,全电路欧姆定律,第四章,全电路欧姆定律,第四章,全电路欧姆定律,电动势电源有两个电极，正极的电势高，负极的电势低，两极间存在电压。不同的电源，两极间电压的大小不同。不接用电器时，干电池的电压约为1.5V，蓄电池的电压约为2V。 此时，电源两极间电压的大小是由电源本身的性质决定的。为了表征电源的这种特性，物理学中引入电动势的概念。,第四章,全电路欧姆定律,电源的电动势等于电源没有接入负载时两极间的电压。电动势用符号E表示，它的单位跟电压的单位相同，也是伏特。,第四章,全电路欧姆定律,全电路由两部分组成，如图4-3所示。 一部分是电源外部的电路，叫做外电路，包括用电器和导线等。 另一部分是电源内部的电路，叫做内电路，如发电机的线圈、铅蓄电池内的溶液等。外电路的电阻通常称为外电阻，内电路也有电阻，通常称为电源的内电阻，简称内阻，用r表示。,第四章,全电路欧姆定律,闭合开关S，电路中有电流通过，在内、外电路中的电流是相等的。在外电路，电流是从高电势的一端流向低电势的一端，在外电阻的两端有电压，称为外电压，也叫路端电压，U外=IR。 在内电路，电流是从低电势的一端流向高电势的一端，在内阻上也有电压，称为内电压，U内=Ir。,第四章,全电路欧姆定律,理论分析表明，在闭合电路中，电源的电动势等于内、外电压之和： 全电路的欧姆定律 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。,第四章,全电路欧姆定律,电路的3种工作状态： 通路 当用电器与电源连接，有电流同时流过电源和用电器时，称之为通路。 开路 当外电路断开时，R变为无限大，I变为零，Ir也变为零， U外=E，这种情况称为开路，也叫断路。,第四章,全电路欧姆定律,短路 当外电路电阻R=0时，相当于用导线直接将电源的正、负极相连，称电路处于短路状态。,第四章,全电路欧姆定律,【例题4-6】 有一闭合电路，电源电动势为16V，其内阻为2，外电路电阻为6，求：电路中的电流、外电压、内电压。,05,安全用电,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,电流通过人体的心脏、肺部和中枢神经系统的危险性比较大，特别是电流通过心脏时，危险性最大，所以从手到脚的电流途径最为危险。,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,1.单相触电 在我国220V或380V的供电系统中，单相触电是指人体某一部位触及其中一根相线(火线)，人站在地上或接触地线(如图4-4)，由此形成电流通路使人承受220V电压，会产生危险。,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,2.两相触电 两相触电是指触电者同时与两根相线（火线）接触，电流就由一根相线经过人体流至另一根相线（如图4-5）。这种触电方式最危险，因为这时人体承受的电压为380V。,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,3.跨步电压触电 高压线发生断线落地，这时电流以落地点为中心向大地流散，形成以落地点为中心向外扩散的电压逐渐降低的分布。在此范围内如有人走过，沿半径方向两脚之间的电压叫做跨步电压。如图4-6所示。,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,1.引起电气火灾的原因 （1）过载。因为大多数绝缘材料都是可燃材料，如油、纸、麻、丝的纺织品、树脂、沥青、漆、塑料和橡胶等。因此，电气设备不适当的过载，导致过高的温度，就有可能引起火灾。,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,（2）导线断裂或短路时的火花和电弧。火花和电弧不仅可能引燃本身的绝缘材料，还可能引燃它附近的可燃气体、蒸汽和粉尘，引起爆炸事故。 （3）设计不良或使用不当的电热器具，可能烤燃它附近的可燃物体，易引起燃烧或爆炸。,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,2.电气安全操作规程 电气设备工作时的电流负荷，不应超过额定数值；为了保护电线或电气设备，在线路中每条分路单独使用的电器上，应设有熔断器或漏电保护断路器（空气开关）；熔断器中保险丝的更换，应按电路负荷情况决定，不能随意更换；导线与电气设备相接，必须保持接触良好。,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,电气设备维护时，应断开电源，做好绝缘保护。经常检查电气设备接地状态，对各种绝缘工具仪表应定期进行鉴定校验。 低压带电作业时，人体必须和地面有良好的绝缘，穿绝缘靴，戴工作帽，带电作业所用工具均应有绝缘把手；人体不可同时接触两根电线，不可用两只手同时接触断线的两端；作业时，不要与大地和建筑物的墙壁接触，不要和地面人员或同一电器上带电工作人员传递工具。,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,3.电气火灾的防范 （1）合理选用电气设备，遵守电气安全操作规范 （2）积极推广应用带漏电保护功能的漏电保护断路器（如图4-7）。,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,(3)改造老旧线路，提高线路的容量，预防线路老化 (4)电气线路负荷不能过高(如图4-8所示)，电气设备安装位置距离易燃可燃物不能太近，注意电气设备运行是否异常，注意防潮等。,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,4.电气火灾的应急处置 (1)立即切断电源。 (2)无法切断电源时，需用不导电的灭火剂灭火，切记不要用水及泡沫灭火剂。 (3)迅速拨打“110”或“119”报警电话。,第五章,一、电流对人体的伤害,二、人体触电的类型,三、电气火灾,四、用电安全,1.用电安全注意事项 （1）不要超负荷