普通高等教育“十二五”创新型规划教材《物理》教学课件：第十一章稳恒电流

1、普通高等教育“十二五”创新型规划教材物 理 主讲人,第十一章 稳恒电流,在生产和生活中，电能的应用非常广泛.电能的应用是指电流在电路中的流动产生的各种效应的应用,第一节 电 流,一、电流的形成,电流是由电荷的定向移动(或漂移)形成的.要形成电流，必须有能够自由移动的电荷,导体中产生电流的条件是：导体两端存在电势差,二、电流强度,电流有强有弱，单位时间内通过导体横截面的电量越多，则电流越大.因此，通过导体横截面的电量q与通过这些电量所用的时间t的比，叫作电流强度，简称电流，用字母I表示，即,在电路中，大小和方向都不随时间改变的电流叫作稳恒电流,思考与练习（11.1,第二节 部分电路的欧姆定律 电

2、阻率,一、部分电路的欧姆定律,在恒温下，通过一段导体的电流强度I与导体两端的电压U成正比，用公式表示为 比值R反映的是导体对电流的阻碍作用，叫作导体的电阻. 欧姆定律可表述为：导体中的电流强度I与导体两端的电势差U成正比，与导体的电阻R成反比，即,如图11-4所示.图中直线的斜率等于电阻的倒数，R1R2，导体的电阻R越大，曲线的斜率越小. 对欧姆定律不适用的导体和器件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线.这种电学元件叫作非线性元件,二、电阻定律 电阻率,一定温度下，导体的材料一定时，导体的电阻与它的长度成正比.这一规律称为电阻规律，用公式表示为,上式中比例系数由导体的材料决定，叫作金属导

3、体的电阻率.一定温度下，同种材料的电阻率为一个常数.电阻率是反映导体材料导电性能的物理量,三、电阻的温度特性,在一个较小的温度范围内，电阻率与温度近似有如下简单的线性关系： 当温度降低到绝对零度-273附近时，某些金属、合金的电阻突然减小为零，这种现象叫作超导现象.处于这种状态的导体叫作超导体.开始出现超导性的温度，叫作这种材料的转变温度（或临界温度,常温超导材料一旦研制成功，超导体在磁悬浮交通工具、发电机、电动机、电力输送、小型超级计算机、超导通讯、传感器、磁力共振诊断等方面将得到广泛的应用，必将引起生产、生活的深刻变革,思考与练习（11.2,第三节 串联与并联电路,一、电阻的串联,把电阻一

4、个接一个不分支地连接起来，使电流只有一个通路，这样的连接方式叫电阻的串联. 串联电路具有如下三方面的性质： (1)通过串联电路中各电阻的电流都相等 (2)串联电路中电路的总电压等于各串联电阻电压之和 串联电路具有分压作用，电阻越大则分得的电压也越大，电阻越小所分得的电压也越小. (3)串联电路总电阻等于各串联电阻之和,二、电阻的并联,几个电阻的一端接到一起，另一端也接在一起，使电路中有两个接点和多条通路的连接方式，叫作电阻的并联. 并联电路的性质如下： (1)各支路两端的电压都相等 (2)并联电路的总电流等于各支路电流之和 并联电路具有分流作用，电阻越大，分得的电流越小；电阻越小，则分得的电流

5、越大. (3)并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和,思考与练习（11.3,第四节 电功及电功率 焦耳定律,一、电功,电路中，电场力移动电荷所做的功叫电功. 设导体两端的电势差为U，通过导体横截面积的电量为q，那么电场力所做的功为W,二、电功率,电流所做的功，与完成这些功所用时间的比值，叫作电功率，用P表示.那么,三、电功与电热,电流通过导体时导体就会发热，这个现象叫作电流的热效应. 电流通过导体所产生的热量，与电流强度的二次方、导体的电阻和通电时间的乘积成正比，这就是焦耳定律,对于白炽灯、电炉等纯电阻电路来说，由于这时电路两端的电压U=IR，因此，电流做的功跟产生的热量是相等的，这说明

6、电能全部转化为热能.电功的公式为,对于电动机、电解槽等非纯电阻元件组成的电路来说，电能除一部分转化成热能外，还有一大部分电能转化为机械能、化学能等.在这种情况下 UIt-I2rt则是转换成机械能或化学能的部分，这里的r表示非纯电阻元件的内阻,思考与练习（11.4,第五节 电源的电动势 闭合电路欧姆定律,一、电源,电源就是把其他形式的能量转化为电能的装置.干电池、蓄电池把化学能转化为电能，发电机把机械能转化为电能,二、电源的电动势,电源把正电荷由负极板经电源内部移到正极时，非静电力F所做的功W与被移动的电荷的电量q的比值，叫作电源的电动势，用表示，数学表达式为,三、闭合电路欧姆定律,包含电源在内

7、的闭合电路叫作全电路.当电路闭合时，电路中就有持续的电流产生.当电路中的电流为I时，在时间t内，通过电路任一横截面积的电量为Q=It，根据式(11-13)，这段时间内，电源非静电力所做的功为,在外电阻上产生的热量是I2Rt，在内电阻上产生的热量是I2rt，因此，根据能量转换和守恒定律有 上式表明：闭合电路中的电流强度等于电源的电动势与电路的总电阻之比，这一规律称为闭合电路欧姆定律,四、电池的串联和并联,1. 电池的串联 把一个电池的正极与另一个电池的负极连接起来，依次连接就组成了串联电池组. 设外电路的电阻为R，由全电路欧姆定律得到闭合电路中的电流强度为,2. 电池的并联 电池的并联是把所有电

8、池的正极连在一起，成为电池组的正极；再把所有电池的负极连接在一起，成为电池组的负极. 设外电路的电阻为R，由全电路的欧姆定律得到电路中的电流强度为,思考与练习（11.5,第六节 电源的输出功率,一、电流、电压与负载电阻间的关系,实验表明：当外电阻减小时，安培计的示数增大，伏特计的示数减小.表明电流增大，电压减小；当外电阻增加时，安培计的示数减小，由伏特计测量的路端电压的示数增大；表明电流减小，电压增大,1. 电流关系 图11-21所示为实验电路图.根据闭合电路欧姆定律可知，电源的输出电流随外电阻的增加而减小，随外电阻的减小而增加,2. 路端电压关系 路端电压随着负载电阻的增大而增大，随着负载电

9、阻的减小而减小,二、路端的几种状态,1. 断路 2. 电路的工作状态 3. 短路,三、电源的输出功率,电源向负载输出的功率就是电源对外电路实际输出的功率，称为电源的输出功率. 由数学理论可知，当外电阻Rr时，P有最大值，即 上式表明：当负载电阻等于电源内阻时，其特点是电源供给负载的功率最大.这时，就称为负载与电源相匹配,思考与练习（11.6,第七节 电阻的测量,一、万用表法,欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的.万用表的内部电路可简化，用万用表测电阻时，先把选择开关转到欧姆挡的某一倍率挡上,由以上分析可知万用表的刻度盘刻度的特点是：最左边为无穷大，最右边为零，而且刻度是不均匀的,二、伏安法,用伏特计测出电路中电阻两端的电压，用安培计测出通过电阻的电流.由部分电路的欧姆定律，就可计算出电阻的值，这种方法叫作伏安法,用伏安法测电阻时，伏特计和安培计有两种接法，如图11-26所示.当采用图(a)的连接方法时，由于伏特计的分流作用，安培计测得的电流要比通过电阻的电流大，这样计算出来的电阻值要比它的真值小；当采用图(b)所示的连接方法时，由于安培计的分压作用，伏特计测得的电压要比它的真值大.由此可