恒定电流基础知识

1、MSDC 模块化分级讲义体系高中物理.恒定电流（B 级）.教师版Page of 16知识框架1 定义：电荷的定向移动形成电流注：此处的电荷指自由电子、正电荷、负电荷电荷的无规则运动形不成电流，只有定向运动才能形成电流2形成电流的条件：导体两端存在电压；存在可以自由移动的电荷3电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向若电流是靠自由电子的定向移动形成，则电流的方向与自由电子的定向移动的方向相反4 电流的定义式：I Q ，其中 Q 是通过导体截面的电荷量在国际单位制中电流的单位是安t培 1mA 10 2）定义式：R U IA， 1A 10 6A TOC o 1-5 h z 5电流的微观本质：

2、如图所示，AD 表示粗细均匀的一段导体l ，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体自由移动的速率为v ，设导体的横截面积为S ，导体每单位体积内的自由电荷数为n ，每个自由电荷的电荷量为q AD导体中的自由电荷数：N nlS ，总电荷量：Q Nq nlSq 所有这些电荷都通过横截面D 所需要的时间：t 电阻 1 ）定义：导体两端的电压与导体中的电流的比值叫导体的电阻 ，导体 AD 中的电流：I Q nlSq nqSvvt l/v由此可见，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、电荷量、定向移动速度，还与导体横截面积有关3）单位：欧姆，国际符号注：对给定的导体，它的电阻是一定的，因

3、此，不管导体两端有无电压，电压大小如何，电阻是一定的； 不管导体内是否有电流流过，电流强弱如何，电阻是一定的，所以不能说电阻与电压成正比，与电流大小成反比2部分电路欧姆定律1 ）内容：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比公式为 I U 或写成 U IR R2）适用范围：只适用于金属、电解液导体，不适用于气体导电、半导体，只适用于纯电阻电路，不适用于非纯电阻电路而非3） 伏安特性：线性电学元件的伏安特性在I U 图上是过原点的直线，线性电学元件的I U 图线不是直线 电阻恒定不变的导体，它的伏安特性曲线是直线，如图中a、 b 两直线所示，直线的斜率等于电阻的倒数，斜率大的电阻小 电

4、阻因外界条件变化而变化的导体，它的伏安特性曲线是曲线，如图中c 所示，曲线c 随电压的增大，曲线上的任一点与原点的连线的斜率变大，则对应的导体电阻减小1 串联电路的特点 各处的电流强度相等：I I1 I2In2并联电路的特点： 分压原理：U1 U 2 电路的总电阻： 电路两端的电压： 各支路电压相等：R1R2UnRnRR1R2RnU U1 U2 UnU U1 U2 Un分流原理: I1R1I2R2InRn电路的总电阻：1111RR1R2Rn 电路中的总电流：II1 I 2 I n例题精讲1】根据欧姆定律，下列说法正确的是（A从R U / I 可知，导体的电阻跟加在导体两端的电压成正比，跟导体中

5、的电流成反比B 从 R U / I 可知，对于某一确定的导体，通过的电流越大，说明导体两端的电压越大2】3】4】5】C从I U / R可知，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比D 从 R U / I 可知，对于某一确定的导体，所加电压跟通过导体的电流之比是个恒量欧姆定律不适用于（A金属导电金属铂的电阻值对温度的升降变化非常敏感，下图中有可能表示金属铂电阻的些？（如图所示电路中，电源如图所示电路中，各电阻阻值已标出当输入电压知识框架B 电解液导电C稀薄气体导电D 二极管导电U I 图线的是哪E 4V ，内阻不计，电阻R1 R2 R3 R4 3 ，则电流表A 1 的读数为A ，电

6、流表A2的读数为AU AB 110V 时，输出电压U CDV公式：R lS（电阻是导体本身的属性，跟导体两端的电压和通过的电流无关）2电阻率RS计算公式：l 与物体的长度l 、横截面积S 无关，由物体的材料决定，与温度有关物理意义：反映了材料对电流的阻碍作用，在数值上等于用这种材料制成长1m 、截面积为1m2 的导线的电阻值与温度的关系：有些材料（如金属）的电阻率随温度的升高而增大，有些材料（如绝缘体、半导体）的电阻率随温度升高而减小，也有些材料（如锰钢、康铜）的电阻率几乎不受温度的影响当温度降低到绝对零度附近时，某种材料的电阻率突然减小到零，这种现象是超导材料，处于这种状态的导体叫超导体五、

7、焦耳定律、电功定义：导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动电场力做的功称为电功公式 :W Uq UIt意义：电功是电流做功的过程中电能转化为其他形式的能的多少的量度2、电功率定义：电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值，叫做电功率1）2）公式： 计算电功率的普适公式为P W 和 P UI 对于纯电阻电路，计算功率可以用公式P I 2 Rt和PUR3）单位：在国际单位制中的单位是瓦特，符号为W 4）意义：电功率表示电流做功的快慢3、焦耳定律电流流过导体时，导体上产生的热量记为Q ，则 Q I 2Rt电功和电热的关系22 U2在纯电阻电路中，W Q ，此时 UIt I 2Rt ， U IR ，故

8、UIt I 2 Rt tR2U2在非纯电阻电路中，W Q ，此时 UIt I 2Rt ， U IR ，故 t无意义，E其他W QR例题精讲6】 一根阻值为R 的均匀电阻丝，长为L，横截面积为S，设温度不变，在下列哪些情况下其电阻值仍为R（）A当L 不变，S增大一倍时B 当S 不变，L 增大一倍时C当L 和 S 都缩为原来的 、电动势E 时2D 当L 和横截面的半径都增大一倍时。7】 有一个标有“220V,100W ”的白炽灯泡，若忽略温度对电阻的影响，（ 1）求这个灯泡的电阻是多大？（ 2）把这盏灯接在电压为110V 的电路中，它所消耗的电功率是多大？（ 3）这盏灯正常发光24h ，用电多少度

9、？8】 如图所示，灯L1、 L2都为 “110V 60W ”，灯L3、 L4都为“110V 40W ”，则：（ 1）哪个灯最亮，哪个灯最暗？（ 2）四个灯电流之比I1 : I 2 : I 3 : I 4 ？知识框架） 物理意义：电动势是描述电源把电能以外的其他形式的能转化为电能的本领的物理量大小： （ 1 ）电动势在数值上等于在内电路移动单位正电荷时，电源提供的电能 （ 2）电动势等于电源没有接入电路时电源两极间的电压值用 TOC o 1-5 h z 内阻很大的电压表连接在电源的正、负极 （电源未接入电路时）， 电压表的读数等于电源的电动势（ 3）电源接入外电路（如图所示，用电压表V V 分别

10、测量内外电路上的电势降落U 外 和 U内 ）时，电动势等于内、外电阻之电压和：E U 外U内电动势是标量，单位是伏特（V ）电动势与电压的区别：（ 1）它们描述的对象不同：电动势是电源具有的，是描述电源将其他形式的能转化为电能本领的物理量，电压是反映电场力本领的物理量（ 2）物理意义不同：电动势在数值上等于将单位正电荷经电源内部从电源的负极移到正极的过程中，其他形式的能量转化为电能的多少； 而电压在数值上等于移动单位正电荷电场力做的功，即等于电能转化为其他形式的能的多少它们反映了能量的转化，但转化的过程是不一样的2、闭合电路的欧姆定律（ 1 ） 规律：设一个闭合电路中，电源的电动势为E ，内阻

11、为r ，内电路电压U 内 ，外电路电阻为R ，路端电压为 U外 ；电路电流为I ，则 E U 内 U 外 ，根据欧姆定律知U外 IR ， U内 Ir ，由以上各式解得EI Rr可见闭合电路里电流与电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比这就是闭合电路的欧姆定律表达式：I ERr常用的变形式：U 外 E Ir说明： I E 只适用于外电路为纯电阻的闭合电路 U 外 E Ir 既适用于外电阻为纯电阻的闭Rr合电路，也适用于外电阻为非纯电阻的闭合电路3、电动势、内电压、外电压三者的关系1 ）内电路、内电阻、内电压将电源和用电器连接起来，就构成了闭合电路如图所示，电源内部的电路叫做闭合电路的内电路内

12、电路的电阻叫做电源的内阻当电路中有电流通过时，内电路两端的电压叫内电压，用U 内 表示2）外电路、外电压（又称路端电压）电源外部的电路叫外电路，外电路两端的电压叫外电压，也叫路端电压，用U 外 表示3）三者的关系: E U 外 U内即在闭合电路里，电源的电动势等于内、外电压之和 用电压表接在电源的两端测得的电压U 外 是指路端电压，不是内电路两端的电压，也不是电源电动势， 所以 U外 E 当电源没有接入电路时，因无电流通过内电路，所以 U内 0， 故此时 E U外 ，4、路端电压与负载的关系即电源的电动势等于电源没有接入电路时的路端电压）5、路端电压与电流的关系图像）路端电压：外电路两端的电压

13、，也叫外电压，也就是电源正、负极间的电压2）公式：对纯电阻电路有U 外 IR E Ir E E rRr3）路端电压U 外 与外电阻R之间的关系当外电阻R 增大时，根据I E 可知，电流I 减小（ U 2 和V1 为定值） ，内电压Ir 减小，根据RrU 外 E Ir 可知路端电压U 增大当外电阻R 减小时，根据I E 可知电流I 增大，内电压Ir 增大，根据U 外 E Ir 可知路端电压RrU 外 减小 当外电路断开时，R ， I 0 ， Ir 0 ， U 外 E ，这时利用直接测量法测电动势的依据R 0， I E （称为短路电流）， U外 0，由于通常的电源内阻很小，短路时会r形成很大的电流

14、这就是严禁将电源两极不经负载直接相连的原因）1 ）由 U 外 E Ir 可知， U 外 I 图像是一条斜向下的直线，如图甲所示2）纵轴的截距等于电源的电动势E ；横轴的截距等于外电路短路时的电流EI0r3）直线斜率的绝对值等于电源的内阻即r EUtanI0I越大，表明电源的内阻越大U I 曲线与闭合电路欧姆定律的U 外 I 曲线的区别：（图乙是部分电路的U I 曲线） 从表示内容上看，如图乙是对某固定电阻而言的，纵坐标和横坐标分别代表了该电阻两端的电压U 和通过电阻的电流I ， 反映了 I 和 U 的正比例关系，图甲是对闭合电路整体而言的，U 外 表示路端电压，I 表示通过电源的电流，图线反映

15、U 外 与 I 的制约关系 从图线的物理意义上看，如图乙表示导体的性质，而图甲表示电源的性质，在图乙中，U 与 I 成正比的前提条件是电阻N 保持一定；在图甲中，电源的电动势和内阻保持不变，外电阻是变的，正是| U1 | | U2|的变化才有U外 和5、闭合电路的功率I 的变化 ）1 ）电源的功率P ：电源将其他形式的能转化为电能的功率，也称为电源的总功率，计算式为P IE TOC o 1-5 h z E22（普遍适用）； P E I 2（R r） （只适用于外电路为纯电阻的电路）Rr2）电源内阻的消耗功率P内 ：电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率，计算式为P内I 2 r3）电源的输出功率

16、P出 ： 外电路上消耗的功率，计算式为P出IU （普遍适用）E2RP出 I 2R E R 2 （只适用于外电阻为纯电阻的电路）（R r）22 输出功率与外电阻之间的关系：P出UI RE 2 E 2（R r）2 （R r） 4rRE2R r 时，电源的输出功率最大，Pm E ，此时电源效率50% 4rR r 时，随着R 的增大输出功率越来越小R r 时，随着R 的增大输出功率越来越大P出 与 R 的关系如图所示MSDC 模块化分级讲义体系高中物理.恒定电流（B 级）.教师版Page of 16MSDC 模块化分级讲义体系高中物理.恒定电流（B 级）.教师版Page of 16P出Pm 时，每个输

17、出功率对应两个可能的外电阻R1 和R24）闭合电路中的功率分配关系为PP出P内 ， EI UI I 2r在内阻上，其余部分输出给外电路，并在外电路上转化为其他形式的能能量守恒的表达式为222EIt UIt I rt （普遍适用）， EIt I Rt I rt （只适用于外电路是纯电阻的电路）5）电源的效率：P外UI UP EI ER1R 1 由上式可知，外电阻R 越大，电源的效率越高Rr1rR9】例题精讲如图所示，将三个不同电源的U-I 图线画在同一个坐标系中，其中1 、 2 平行，它们的电动势、内电阻分别为E1、 r1、 E2、 r2、 E3、 r3 .则它们间的关系是：A E1 =E2 E

18、3,r1 r2= r3B E1 E2 E3, r1 r2 r3C E1 E2 = E3, r1 = r2 r3D E1= E2 E3, r1 r2= r310】阻 为 R，电动机两端电压为I ，导线电阻不计，在t 时间内 （）A电流在整个电路中做功等于I 2（R r） tB 电流在整个电路中做功等于(U Ir)It11】12】C电动机输出的机械能等于（E Ir）It如 图所示，S 断开时，电源内部消耗的热功率与电源输出功率之比为D 电动机输出的机械能等于1 ： 3 ，当S 闭合时，它们之比为多大？如 图所示，1 ： 1 ，则 S 断开和闭合两种情况下电源输出功率之比为直线 A为电源的路端电压U

19、 与干路电流I 的关系图象，直线 B 是电阻 R 的两端电压U 与电流 I 的关系图象，用该电源与该电阻组成闭合电路，P W ，电源的效率E I(R r)It13】如 图所示， 直线 OC 为某一直流电源的总功率随电流I 的变化图象，抛物线 OBC 为同一直流电源内部热功率随电流I 变化的图象若电路中1A ，那么 AB 段表示的功率为阻电路，那么，外电路的阻值大小为.14】 如 图所示，已知电源内阻r 2 ，定值电阻R1 0.5 ，求：（ 1）当滑动变阻器R2的阻值为多少时，电阻R1消耗的功率最大？（ 2）当变阻器的阻值为多大时，变阻器消耗的功率最大？（ 3）当变阻器的阻值为多大时，电源的输出

20、功率最大？知识框架1 ）仪表检查法（一般检查故障用电压表）：如果电压表示数为零，说明电压表上无电流通过，可能在并联路段之外有断路，或并联路段内有短路；如果电压表有示数，说明电压表上有电流通过，则在并联路段之外无断路，或并联路段内无短路2）假设法：已知电路发生某种故障，寻找故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生的故障，运用电流定律进行正向推理，推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在此部分电路；若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路；直到找出故障的全部可能为止，亦称排除法知识点 3 含电容器电路的分析电容器是一个存储电能的元件，在直流电

21、路中，当电容器充、放电时，电路有充电、放电的电流，一旦电流达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大（只考虑电容器是理想不漏电的情况）的元件，在电容器处电路可认为是断路，简化电路时可去掉它，简化后若要求电容器带电量时，可在相应的位置上补上分析和计算含有电容器的直流电路时，关键是准确的判断和求出电容器两端的电压，其具体方法：1 ）确定电容器和哪个电阻并联，该电阻两端的电压即为电容器两端的电压2）当电容器与某一电阻串联后接在某一电路两端时，此电路两端的电压即为电容器两端的电压3）当电容器与电源直接相连，则电容器两极板的电压即等于电源电动势大小4）对于复杂电路，需要将电容器两端的电势与基准点

22、的电势比较后才能确定电容器两端的电压，并根据电势判断极板带电性质；若电路电压变化，还要判断电压是升高还是降低，从而确定电流的方向15】 在 图中所示电路，当滑动变阻器滑动触点向b 移动时（A电压表的读数增大，电流表的读数减小B 电压表和电流表的读数都增大C电压表和电流表的读数都减小D 电压表的读数减小，电流表的读数增大16】 在 如图所示的电路中，R1、 R2为定值电阻，R3为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r .设电流表 A的读数为I，电压表V 的读数为U .当 R3滑动触点向图中a端移动，则A I变大，U 变小B I变大，U 变大CI变小，U 变大D I变小，U 变小17 在 如图所示的

23、电路中，当滑动变阻器的滑动头向下滑动时，A、 B 两灯亮度的变化情况为（）A A 灯和 B 灯都变亮B A灯、 B 灯都变暗C A 灯变亮，B 灯变暗D A灯变暗，B 灯变亮18 在 如图所示的电路中，E 为电源电动势，r 为电源内阻，R1 和 R3 均为定值电阻，R2 为滑动变阻器 当 R2的滑动触点在a端时合上开关S， 此时三个电表A1 、 A2和 V 的示数分别为I1 、 I2和 U 现将 R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是（）AI1 增大，I2不变，U 增大BI1减小，I2增大，U 减小CI 1 增大，I 2减小，U 增大DI1 减小，I2不变，U 减小19 如 图所

24、示，电源电动势为E ，内电阻为r当滑动变阻器的触片P 从右端滑到左端时，发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为U 1 和 U 2，下列说法中正确的是A小灯泡L1、L3变暗， L2变亮B小灯泡L3变暗，L1、L2变亮C U 1 U 220如 图所示的电路，电源的电动势E 3.0V，内阻 r 1.0 ；电阻R1 10 ， R2 10 ， R3 30 ，R4 35 ；电容器的电容C 100 F 电容器原来不带电，求接通开关S 后流过R4 的总电量课堂检测1 一个半径为r 米的细橡胶圆环，均匀地带上Q 库仑的负电荷，当它以角速度rad/s 绕中心轴线顺时针匀速转动时，环中等效电流的大小为（D 2Q

25、A QQB2CQ22如图所示的电路中，电阻R1、 R2、 R3 均为 1 ， R4、 R5 的阻值都是0.5 ， ab 端V输入电压U 6V ，当 cd 端接伏特计时，其示数是3用电器离电源L 米， 线路上的电流为I，为使在线路上的电压降不超过U， 已知输电线的电阻率为。那么，输电线的横截面积的最小值是（A L RB 2 LI UC U LID 2UL I4如图所示厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab 10cm ， bc 5cm ， 当将 A 与 B 接5入电压为U （V） 的电路中时，电流为路中，则电流为（如图所示，为两个不同电源的外特性曲线，下列判断正确的是（A 4AB 2ACA电动势B 电动势

26、C电动势1A ；若将 C 与 D 接入电压为U （V） 的电E1E2，发生短路时I1I2E1E2 ，且r1r2E1 E2，内阻r1 r2D 1A4D 当两电源的工作电流变化量相同时，电源2 的路端电压变化大在如图所示的电路中，R1 10 ， R2 20 ，滑动变阻器R 的阻值为0 50 ，当滑动触头P 由 I 向b 滑动的过程中，灯泡L 的亮度变化情况是（）A逐渐变亮B 逐渐变暗C先变亮后变暗D 先变暗后变亮如图所示的电路中，闭合开关，灯L1、 L2 正常发光由于电路出现故障，突然发现L1 变亮，灯L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是（）AR1断路BR2断路CR3短路DR4短

27、路课后作业C 不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D 电流的方向有时与正电荷定向移动方向相同，有时与负电荷定向移动方向相同2 有一横截面积为s 的铜导线，流经其中的电流强度为I ；设每单位体积的导线中有n 个自由电子，电子的电量为e，此电子的定向移动速率为v，在t 时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为（）A nvs t B nv tC I t e D I t se3 加在某段导体两端的电压变为原来的 TOC o 1-5 h z 1/ 3时，导体中的电流就减小0.6A ，如果所加电压为原来的2倍，则导体中电流将变为多少？4 一个标有“ 220 V、 60W” 的白炽灯泡，加上的电压U 由零逐渐增大到220 V，在此过程中，电压（U）和电流（I ）的关系可用图象表示，题中给出的四个图线中，肯定不符合实