直流电学知识汇总一

电学基础知识汇总(一)电流电流的形成：电荷的定向移动形成电流只要导线两端存在电压，导线中的自由电子就在电场力的作用下，从电势低处向电蛰高处定向移动，移动的方向与导体中的电流方向相反.导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导线内的电场线保持和导线平行.电流的宏观表达式：*，适用于任何电荷的定向移动形成的电流.(电子围绕原子核的运动也可以由此计算)注意：在电解液导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，在用公式I=q/t计算电流强度时应引起注意.电流的微观表达式：I=nqvS(n为单位体积内的自由电荷个数，S为导线的横截面积，v为自由电荷的定向移动速率)。这个在推理中会用例1：如图所示的电解池接入电路后，在t秒内有ni个1价正离子通过溶液内截面S，有n2个1价负离子通过溶液内截面S，设e为元电荷，以下说法正确的是当ni=n2时，电流强度为零当ni>n2时，电流方向从A^B，电流强度I=(ni-n2)e/t当ni<n2时，电流方向从B—A，电流强度I=(n2-ni)e/t电流方向从A—B，电流强度I=(n2+ni)e/t电动势物理意义：表示电源把其它形式的能(非静电力做功)转化为电能的本领大小.电动势越大，电路中每通过1C电量时，电源将其它形式的能转化成电能的数值就越多.定义：在电源内部非静电力所做的功W与移送的电荷量q的比值，叫电源的电动势，用E表示.定义式为：E=W/q.注意：电动势的大小由电源中非静电力的特性(电源本身)决定，跟电源的体积、外电路无关.电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压.电动势在数值上等于非静电力把1C电量的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功.电源(池)的几个重要参数电动势：它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质，与电池的大小无关.内阻(r):电源内部的电阻.③容量：电池放电时能输出的总电荷量.其单位是：A-h，mAh容量：电池放电时能输出的总电荷量.其单位是：A-h，mA-h.注意：对同一种电池来说，体积越大，容量越大，内阻越小.二.滑动变阻器的构造及原理i•滑动变阻器的构造如图7-3-i所示.其原理是利用改变连入电路中的电阻丝的长度，从而达到改变电阻的目的・滑动变阻器的两种接法：图7-3-i卜RP"

图7-3-2限流：如图7-3-2甲所示，移动滑片P可以改变连入电路中的电阻值，从而可以控制负载乌中的电流.使用前，滑片P应置于变阻器阻值最大的位置.分压：如图7-3-2乙所示，滑动滑片P可以改变加在负载Rl上的电压，使用前，滑片P应置于负载rl的电压最小的位置.通过调节变阻器的阻值（最大阻值为Ro）对负载Rl的电压、电流都起到控制调节作用.设负载两端电压为ul（1载两端电压为ul（1）限流接法P滑至A端，Umax=U；P滑至B端，Umin=所以一R—UWU,WU，可见r<<R时，U变化范围大.甲 乙Rl+R0 L L0L（2）分压接法P滑至C端时，Umin=0；P滑至D端时，Umax=U.所以0WULWU，负载两端的电压可以从零开始调节.两种接法的简单比较分压法的优势是电压变化范围大，且电压、电流可以从零开始调节；限流接法的优势在于电路连接简便，附加功率损耗小.当两种接法均能满足实验要求时，一般选限流接法.当负载rL较小、变阻器总阻值较大时（rl的几倍），一般用限流接法.但以下三种情况必须采用分压式接法：要使某部分电路的电压或电流从零开始连接调节，只有分压电路才能满足.如果实验所提供的电压表、电流表量程或电阻元件允许最大电流较小，采用限流接法时，无论怎样调节，电路中实际电流（压）都会超过电表量程或电阻元件允许的最大电流（压），为了保护电表或电阻元件免受损坏，必须要采用分压接法电路.伏安法测电阻实验中，若所用的变阻器阻值远小于待测电阻阻值，采用限流接法时，即使变阻器触头从一端滑至另一端，待测电阻上的电流（压）变化也很小，这不利于多次测量求平均值或用图像法处理数据•为了在变阻器阻值远小于待测电阻阻值的情况下能大范围地调节待测电阻上的电流（压），应选择变阻器的分压接法.图7-3-3【例2】在许多精密的仪器中，如果需要较精确地调节某一电阻两端的电压，常常采用如图7-3-3所示的电路.通过两只滑动变阻器R1和R2对一阻值为500Q左右的电阻Ro两端进行粗调和细调.已知两个滑动变阻器的最大阻值分别为200Q和10Q.关于滑动变阻器％、R2的联接关系和各自所起的作用，下列说法正确的是图7-3-3取％=200。，R2=10Q，调节R1起粗调作用取R「10Q，R2=200Q，调节R2起微调作用取R1=200Q，R2=10Q，调节R2起粗调作用取R1=10Q，R2=200Q，调节R1起微调作用【解析】该题看起来是一个直流电路问题，实际上是运用电路基本知识进行判断推理的问题.首

先应该知道，利用分压电路进行控制电路时，实际上是变阻器的一部分与另一部分在跟接在分压电路中的电阻并联之后的分压，如果并联的电阻较大，则并联后的总电阻接近变阻器“另一部分”的电阻值，基本上可以看成变阻器上两部分电阻的分压.由此可以确定R1应该是阻值较小的电阻，R2是阻值较大的电阻，且与R1的一部分并联后对改变电阻的影响较小，故起微调作用，因此选项B正确.三.伏安法测电阻测量电路伏安法测电阻的原理是部分电路欧姆定律（R=U//）.测量电路可有电流表外接或内接两种接法，如图甲、乙两种接法都有误差，测量值与真实值的关系为：图7-3-6如图7-3-6甲图所示，由于该电路中电压表的读数U图7-3-6如图7-3-6甲图所示，由于该电路中电压表的读数U表示R,两端电压，电流表的读数/表示通过R,与RV并联电路的总电流，所以使用该电流所测电阻R=测-=RvRx也比真实值R野小些，相对IRv+Rx x误差a=%—R」=Rx =-^-Rx Rv+Rx &+1R―^RV<A>-L-aRx甲R如图7-3-6乙图所示，由于该电路中，电压表的读数U表示被测电阻Rx与电流表A串联后的总电压，电流表的读数/表示通过本身和Rx的电流，所以使用该电路所测电阻R测=%=Rx+R,，比真实值R大了R,，相对误差a=人测°R=RTOC\o"1-5"\h\zA xA R R据以上分析可得：若：乌<乌即Rx<印"此时被测电阻为小电阻，一般选用甲图所示的电流表的外接x法.若：R>R即Rx^RaRv此时被测电阻为大电阻，一般选用乙图所示的电流表的内接x法. 「 p-Q-因而在运用伏安法测电阻时，可由题业目条件首先计算临界电阻baR0=tRARV，比较R0与被测电阻的大 图7-3-7 约值的大小关系’然后据以上原则确定电路的连接方式.当被测电阻的阻值不能估计时可采用试接的办法，如图7-3-7所示，让电压表一端接在电路上的a点，另一端先后接到b点、c点，注意观察两个电表的示数.若安培表示数有显著变化，则待测电阻跟电压表的内阻可比拟，电压表应接在ac两点.若电压表的示数有显著变化，则待测电阻跟安培表的内阻可比拟，电压表应接在ab两点.综合以上分析，在测量电路的选择上我们可以用“大内大，小外小”的方法来处理伏安法测电阻时，“大内大，小外小”指内接法时测量值偏大，适用于测大电阻；外接法时测量值偏小，适用于测小电阻.

【例3】为了测定一个“6.3V、1W”的小电珠在额定电压下较准确的电阻值，可供选择的器材有:电流表（0〜3A，内阻约0.04Q）毫安表（0〜300mA,内阻约4Q）C•电压表（0〜10V，内阻10KQ） 尾可 眉!司D.电压表（0〜3V，内阻10KQ） 妇/妃【誓 夜藉电源（额定电压6V，最大允许电流2A）电源（额定电压9V，最大允许电流1A） 血危&®^）可变电阻（阻值范围0〜10Q，额定电流1A） ，择%， 段项:可变电阻（阻值范围0〜50Q，额定功率0.5W）导线若干根，电键一个.（1）为使测量安全和尽可能准确，应选用的器材是 •（用字母代号填写）（2） 请画出电路图，并把图7-3-10所示实物图用线连接起来.器材选择及电路设计原则（1） 仪器的选择一般应考虑三方面的因素：安全性：如各电表的读数不能超过量程，电阻类元件的电流不应超过其最大允许电流等.精确性:如选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时，要用尽可能使指针接近满刻度的量程，其指针应偏转到满刻度的1/2到2/3以上，使用欧姆表时宜选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率档位.操作性：如选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节，滑动变阻器调节时应用到大部分电阻线，否则不便于操作.（2） 选择器材的步骤根据实验要求设计合理的实验电路.估算电路中电流和电压可能达到的最大值，以此选择电流表和电压表及量程.根据电路选择滑动变阻器.（3） 实物连线的一般步骤画出实验电路图；分析各元件连接方式，明确电流表和电压表的量程；依照电路图，把元件符号与实物一一对应，再连接实物，一般的连接方式是：从电源正极出发，沿电流方向把元件一一连接，最后连到电源负极上，按先串联后并联，先干路后支路的顺序；检查纠正.闭合电路的动态分析问题根据欧姆定律及串、并联电路的性质，来分析电路中某一个电阻的变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况，常见的分析方法如下：1.程序法：基本思路是“部分■整体■部分”，即从阻值部分的变化入手，由串、并联规律判断总电阻的变化情况，再由闭合电路欧姆定律判断总电流和路端电压的变化情况，最后由部分电路欧姆定律判断各部分电路中物理量的变化情况.即：［增大_> °增大*「减小_J增大局1减小 总I减小 总I增大 减小

口诀法：根据日常的学习，该类型的题目可以总结出“串反并同”的实用技巧.所谓“串反”指，当某一电阻变大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率反而减小；当某一个电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率反而增大.所谓“并同”指，当某一电阻变大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率随之增大；当某一个电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率也随之减小.极限法：因变阻器的滑片滑动而引起的电路变化问题，可以将变阻器的滑片分别移动到两个极端去讨论，此时要注意是否出现极值情况，即变化是否单调变化.【例4】以右图7-4-3电路为例：试分析当滑动变阻器的滑片向左滑动过程中各电阻中电流、电压如何变化.拓展如图7-4-4所示，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腿1和AU2，下列说法中正确的是小灯泡L1、L3变暗，L2变亮小灯泡L3变暗，L1、L2变亮.AU1<AU2.AU1>AU2图7-4-3图7-4-4闭合电路中的几种电功率图7-4-3图7-4-4闭合电路的欧姆定律就是能的转化和能量守恒定律在闭合电路中的反映.由E=U+U'可得EI=UI+U'I或