高中物理选修3-1《恒定电流》全章基本概念复习课

课件78张PPT。《恒定电流》全章基本概念电源电源：能把电子从正极搬回负极（从A搬回B），正极、负极（A、B）保持着一定的正、负电荷，正极、负极（A、B）周围存在着稳定的电场，正极、负极（A、B）间存在着持续的电势差，电路中形成持续的电流。只有短暂的电流 有持续的电流 恒定电场电源、导线等电路元件积累的电荷，有的流走了，另外的又来补充，电荷的分布是稳定的，电场的分布不会随时间变化。
恒定电场：由稳定分布的电荷产生的稳定的电场。
在恒定电场中，任何位置的电场强度都不会随时间变化，恒定电场的性质与静电场相同。恒定电流恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。
在电场力推动下，自由电荷定向移动的速率增大，自由电荷与导体内不动的粒子碰撞而减速，所以自由电荷定向移动的平均速率保持不变。
I=q/t——表示电流的强弱程度，是 。
I=nqVS （n为导体单位体积内自由电荷的数量，q为一个自由电荷的电量，V为自由电荷定向移动的平均速率，S为导体的横截面积。）标量I=nqVS设长度为L的柱体内的N个自由电荷
全部通过截面S所用时间为t自由电荷的定向移动速度很小闭合开关时，电流的形成很快，为什么？
闭合开关瞬间，电路中各位置迅速建立电场，电路中各处的自由电荷几乎同时开始定向移动，电路中各处几乎同时形成电流（闭合开关时相当于发出“齐步走”的命令）非静电力电源把流到负极的正电荷从
负极经电源内部搬回正极时，所受静电力为阻力，必有非静电力做功，使电荷的
电势能增加。
因为正、负极保持一定数量
的正、负电荷，电源内部的
电场由正极指向负极，电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势
能（电能）的装置。如：电池——化学作用、化学能
转化为电能；发电机——电磁作用、机械能转化为电
能。电动势在不同电源中，非静电力做功的本领也不同。
定义——电源的电动势E=W非/q
电动势的单位：V
电动势的物理意义——
电动势在数值上等于非静电力把1C正电荷经电源内从负极移送到正极所做的功。电动势表示电源将其他形
式的能转化为电能的本领电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积 ，跟外电路 。
电源内部由导体组成的，有电阻，叫电源的内阻。
电池的容量——电池放电时能输出的总电荷量（单位：A·h、mA·h）无关无关欧姆定律UIOA对于同一金属导体，加在导
体两端的电压U变化时，通
过导体的电流 I 随之变化， 但I与U成正比，U/I保持不变。 对于不同导体，U/I一般不同。 在不同的导体两端加上相同的电压时，导体的 U/I越大，通过导体的电流越小，导体对电流的 阻碍作用越强， 所以将U/I定义为导体的电阻。 R=U/I,对同一金属导体（在温度不变时）R一定。
R决定于导体本身性质，R与U、I无关。 I=U/R U=RI U-I图线越陡，导体的电阻R越大 欧姆定律的适用范围I-U图像叫导体的伏安特性曲线。
金属导体（温度不变）、电解液导电时欧姆定律适用，I∝U，R恒定不变，I-U图线为过原点的直线，这类元件叫线性元件。
气体、半导体导电时欧姆定律不适用，I与U不成正比，R是变化的，I-U图线为曲线，这类元件叫非线性元件。串联电路R1 R2 Rn U1 In I1 I2 IU2 Un RUI=I1=I2=……=In U=U1+U2+……+Un R=R1+R2+……+Rn 120n-1nU/R=U1/R1=U2/R2=……=Un/Rn=I U∝R 电流表G满偏电流Ig(约几十μA~几个mA）
内阻Rg（约为几百Ω）
满偏电压Ug约为几mV ~零点几伏特 电流表 （表头）表头是一个可以显示电流的电阻! Ug=IgRg 电压表量程U V怎样将电流表（Ig、Rg）改装
成量程为U=nIgRg的电压表？ UR=U-Ug=IgR 串联分压电阻 电压表内阻 （n为电压量程
的扩大倍数） （U为量程） 刷新刻度盘将Ig=3mA、Rg=100Ω的电流表改装为15V的伏特表串联分压电阻R= 4900Ω 并联电路U=U1=U2=‥‥‥=Un I=I1+I2+‥‥‥+In 两电阻R1、R2并联时 并联电路的总电阻小于任一支路的电阻 n个相同电阻r并联，总电阻R=r/n I1R1=I2R2=‥‥‥=InRn=U I∝1/R 安培表怎样将电流表（Ig、Rg）改装
成量程为I=nIg的安培表？AIR=I-Ig IRR=IgRgR=IgRg/IR=IgRg/（I-Ig)R=Rg/(n-1)并联分流电阻安培表内阻RA=Rg/n=IgRg/I（n为电流量程的扩大倍数，I为量程） 电压表内阻很大，理想电压表内阻无穷大
电流表内阻很小，理想电流表内阻为0 刷新刻度盘将Ig=3mA、Rg=100Ω的电流表改装为1.5A的安培表并联分流电阻R=0.200Ω 电功 电功率等效于将q从左端
移到右端！ 若经时间t,有q通过
导体右端横截面。 在时间t内，电场力做功（电流做功、电功）电场线电场力做功的快慢——电功率IW=qU W=IUt (普适) P=IU（普适） 电场力做功（电流做功），电势能（电能）转 化为其他形式的能 焦耳定律实验定律：Q=I2Rt (普适)P热=I2R (普适)纯电阻电路（只含
白炽灯、电炉等）W=Q (纯电阻电路)U=IR (纯电阻电路)P=P热=U2/R (纯电阻电路)非纯电阻电路（含电动
机、电解槽、充电器）W ＞ Q U ＞ IR P ＞ P热 求纯电阻电路的电功率P、热功率P热的方法：
P=UI=I2R=U2/R=P热纯电阻串联电路功率分配 P1︰P2︰……︰Pn= R1︰R2︰……︰Rn P总=P1+P2+‥‥‥+Pn 能量守恒 纯电阻并联电路功率分配 P1R1=P2R2=……=PnRn=U2 P总=P1+P2+‥‥‥+Pn P1︰P2︰……︰Pn= 1/R1︰1/R2︰……︰1/Rn 能量守恒 滑动变阻器接成分压电路设电源电压恒为U， 则用电器获得的电压可以在0～U 之间连续变化。 为了安全，闭合开关前，将滑片滑至变阻器的最左端
(限于上图)，使最初的输出电压为0，然后逐渐增大。 U用=U左=U并，滑片向右移动时，R左↑ ，
R并↑，而R右↓，又因R并与R右串联，U用↑ 滑动变阻器接成限流电路用电器获得的电压不可能从0开始连续调节！ 为了安全，闭合开关前，将滑片滑至变阻器
进入电路的阻值最大的位置，使最初的输出
电流最小，然后逐渐调大。 用电器的工作电流相同时，
限流接法消耗的电功率较小。 伏安法测电阻R测=U/I= 当RX<RX 当RX>>RA时，R测≈RX 内接法用于测大电阻 双量程电压表a、b接入电路，量程为0~10V a、c接入电路，量程为0~100V Rg为500Ω，Ig为1mA 求R1、R2 -10V 100V Ig(Rg+R1)=10V Ig(Rg+R1+R2)=100V R1=9500Ω R2=90000Ω 双量程电流表a、b接入电路，量程为0~1A a、c接入电路，量程为0~0.1A Rg为200Ω，Ig为2mA 求R1、R2 IgRg=(0.1A-Ig)(R1+R2) R1+R2=4.08Ω Ig(Rg+R2)=(1A-Ig)R1 R1≈0.40Ω R2≈3.68Ω 分压电路空载（不接用电器）R上、R下串联
U出=U下
U出/ R下= U入/ R
U出= U入R下/ R， U出∝R下U出 U入 R R上 R下 U下 影响导体电阻的因素滑动变阻器——
220V白炽灯，灯丝越粗，
导线常用铜制成——改变接入电路的电阻丝的长度， 从而改变进入电路的电阻。 电阻与导体的长度有关 灯泡越亮。 电阻与导体的横截面积有关 铜的导电性能好， 对电流的阻碍作用小。 电阻与导体的材料有关 l、S、R的测定测量S :
测量l:
测量R:在铅笔杆上将导线密绕n匝，测
n匝的宽度，求直径，再求S 将导线拉直，测接入电路的有效长度 用伏安法多次测量，求平均值 控制变量法一c2cc/2c03cc/3控制变量法二妙！逻辑推理与实验探究相结合l R 2l 3l 1、材料和S相同 RRRRRR2、材料和l相同 RRRRRRS R 2S 3S 3、由1、2得： 取两种不同材料的金属丝，测出(R1,l1,S1)
与(R2,l2,S2)，求出k1、k2， 2R 3R R/2 R/3 R=kl/S 看k1、k2是否相等。同种材料的导体，其电阻R与它的长度
l成正比，与它的横截面积S成反比；导
体的电阻与构成它的材料有关。 电阻定律ρ与导体的材料有关、与温度有关。 l、S一定时，ρ越大，R越大，材料的导电 性能越差， 把ρ叫做（某）材料的电阻率。 某材料的电阻率在数值上等于用这种材料制
成的长1m、横截面积为1m2的导体的电阻。 单位： Ω·m 合金的电阻率较大，纯金属的电阻率较小， 导线用纯铜或纯铝制作。 关于电阻率金属材料的电阻率随温度的升高而 。 电阻温度计—— 铂丝的电阻随温度的变化而变化， 若已知铂丝的电阻与温度的对应关系， 测出铂丝的电阻就可以知道温度。 锰铜、镍铜的电阻率几乎不随温度的变化而改 变，常用来制作 。 增大 标准电阻 思考与讨论两片上表面为正方形的导体，
材料相同、厚度相同，通过
图示方向的电流时，他们的
电阻的大小关系如何？ 它们的电阻相等→ 电路元件可以微型化 将一根长L、电阻为R的粗细均匀的合金丝,
均匀地拉长到4L,则其电阻变为多大？ 【16R】基本概念
电源外部的电路——
外电路的总电阻——
在外电路中，电流从
外电阻消耗的电压（外电路的电势降落）即电源两端的电压——
电源内部的电路——
内电路的电阻——
内电阻消耗的电压（内电路的电势降落）
——外电路外电阻R高电势处流向低电势处外电压（路端电压）U内电路内电阻r内电压U内电池正、负极附近有化学反应层内电路外电路定律的推导EI= I2R+I2r 外电路为纯电阻 E=IR+Ir E=U内+U正极负极正极正极化学反 应层 负极化学反 应层 在化学反应层，沿电
流方向电势“跃升” I为回路的总电流，
R为外电路的总电阻 W非=qE=IEt= I2Rt+I2rt P源路端电压U与R的关系路端电压——
消耗电能的元件叫负载。
对确定的电源，E、r一定。外电路两端的电压、电源两端
的电压、外电路的电势降落、
电源的输出电压、外电压 U=E-Ir 电源开路时，其两端的电压等于电动势。 I越小，Ir越小，U越大。(R↑U↑) I=0，U=E。 I=E/r，U=0， 会烧坏电源，引起火灾，不允许！ U=E-Ir电源的U-I图线为一条直线 其斜率的绝对值为电源的内电阻 图线在纵轴上的截距为电源的电动势 图线在横轴上的截距为电源的短路电流 例题解析有E=1.5V、r=1Ω的电池若干，将电池串联起来对一个“6V,0.6W”的用电器供电，最少要用几节电池才能使用电器正常工作？此时电路中还需要一个多大的分压电阻？额定功率：用电器正常工作时的功率 额定电流：用电器正常工作时的电流 额定电压：用电器正常工作时的电压 P额、U额、I额
同时实现 串联电池组的电动势等于各电池的电动势之和 串联电池组的内电阻等于各电池的内电阻之和 据闭合电路的欧姆定律 RI额 练习题E=1.5V,r=0.5Ω,Ig=10mA,Rg=7.5Ω AB连接A、B，将R调至多大，指针满偏？ 调至满偏后，保持R不变，在A、B间
接入一个RX=150Ω的电阻，指针指着
多大刻度的位置？ 调至满偏后，保持R不变，把任意电阻RX接在A、
B间，电流表示数I与RX有何关系？ E=Ig(r+Rg+R) ∴R=142Ω I=E/(r+Rg+R+RX) =5mA I=E/(r+Rg+R+RX) 欧姆表的调试IgRgErR+-红表笔插正插孔，
通内部电源的负 极，通表头正极。 调零
电阻 先使两表笔直接接触，
调节调零电阻，使指针
满偏——指在0Ω处。 欧姆调零 注意：调零之后，不能再调节
调零电阻！ 调零之后，欧姆表可以使用，
其内阻为RΩ= E/Ig -+欧姆表的刻度∞00RΩ 3RΩ RΩ/3 7RΩ 5RΩ/3 3RΩ/5 RΩ/7 欧姆表的刻度不均匀，欧姆
表的刻度从左到右是∞→0 欧姆表刻度盘中央的数值
是欧姆表的内阻！ IgRg Er R+-RX R+-+-123单刀多掷开关IirRuU多用电表外形（P66）表盘、选择开关（测量功能的区域及量程）、指针定位螺丝（使用前，使指针指0）、OFF位置、欧姆调零旋钮、+-插孔
数字式多用电表
红表笔相当于正接线柱
用多用电表测电压、电流时，操作方法与电压表、电流表相同
使用欧姆档时，电流也是从红表笔流入电表。用多用表的欧姆档测电阻测电阻时，指针的偏角过大、过小，误差较大。应选择适当倍率的欧姆档，使指针指在刻度盘的中间区域。可以先用中等倍率档试测，再选择合适的档位进行测量。改变档位后必须重新调零。
用多用电表判断二极管的正负极（测量二极管电阻无意义，因为其电阻随电流变化）
使用完毕，应将选择开关旋至OFF或交流电压最高档+-测电源E、 r的实验原理ErR测出两组数据，即可求出E、r实验方法水果电池：铜丝是正极，铁丝是负极；铜
丝和铁丝相距越近、插得越深，电池内阻
越小；内阻较大，便于测量；正极附近会
析出气体，将电极与电解质溶液隔开，明
显地改变内阻。旧干电池的内阻较大，容易测量。数据处理测两组数据，求E、r，误差太大。
应该多测几组数据，列出多个方程组，求多个E、r，取平均值。
作U-I图像——个别明显错误的数据应该剔除，使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点大致均衡地分布在直线的两侧模拟信号数字信号数字信号只有两个状态：处理数字信号的电路——数字电路主要研究电路的最基本的逻辑电路——“门”——开关——如果条件不满足，“有”或“没有”数字电路逻辑功能门电路信号就被阻挡在“门”外“与”门1、“与”逻辑关系：几个条件都（一起）满足后，事件才能发生。 2、“与”门电路（“与”门）：具有“与”逻辑关系的电路A与B都闭合，灯才亮。熄熄熄亮定义：开关接通
为1、断开为0，
灯亮为1、熄为01001113、“与”门电路的真值表4、“与”门的电路符号：5、“与”门的逻辑关系式：Y=A·B“与”门的真值表A、B中只要有一个输入0，就有相应的二极管导通，
电压表被短路，没有输出电压，输出为0.只有A、B都输入1，两个二极管都截止，才有输出，
输出为1.“或”门结果1、“或”逻辑关系：几个条件中，只要有一个条件得到满足，某事件就会发生。2、“或”门：具有“或”逻辑关系的电路A或B闭合，灯亮。熄亮亮亮3、“或”门电路的真值表4、“或”门的电路符号：5、“或”门的逻辑关系式：Y=A+B“或”门的真值表A、B中只要有一个输入1，就有相应的二极管导通，
有输出电压，输出为1.只有A、B都输入0，才没有输出电压，输出为0.“非”门1、“非”逻辑关系：2、“非”门：具有“非”逻辑关系的电路“非”门真值表3、“非”门的符号：输出状态和输入状态相反的逻辑关系集成“门”电路四个2输入“与”门集成电路的外引线六个 “非”门集成电路的外引线既缩小了体积，又方便、可靠，
而且适于系列化、标准化生产。如图是一个火警报警装置的逻辑电路图。R1是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻。(1)要做到低温时电铃不响，火警时产生高温，电铃响起。在图中虚线处应接入怎样的元件？(2)为什么温度高时电铃接通？例题解析(3)若要提高电铃的灵敏度，
在温度不太高时就能响铃，应
当如何调节R？如图表示输入端A、B的电势随时间变化的关系（1）如果它们是与门的输入端，请画出输出端的电势随时间变化的关系（2）如果它们是或门的输入端，请画出输出端的电势随时间变化的关系UAUBttOOUYOttOUY(1)(2) 复合门电路之与非门符号与非门的逻辑功能：当输入全为高电平时，输出为低电平
当输入有低电平时，输出为高电平。 1110或非门或非门的逻辑功能：当输入全为低电平时，输出为高电平；
当输入有高电平时，输出为低电平。 符号1000如图所示，已知输入信号的波形，试写出输出信号 F 的波形。AFABCBF如图所示，已知输入信号的波形，试写出输出信号 Y 的波形。AYYAB描绘小灯泡的伏安曲线电路图数据记录作I-U图I/AOU/V游标卡尺当两测量爪并拢时，两0刻度线是 的。
测量时，被测长度即 。 重合两0刻度线间的距离游标卡尺的原理游标上每格为 mm,比主尺上每格短 mm，
精度即为 mm.0.9n1×n读数时，先从主尺上读出整mm以上的那部分a，再读
出游标上的第n条刻度线（不计0刻度线）与主尺上的
某条刻度线对得最齐（这就是一种估计），则最终结
果为：a+n×精度。0.90.10.1游标上每格为 mm,比主尺上每格短
mm，精度为 .读数时，先从主尺上读出整mm以上的那部分a，再读出游标上的第n条刻度线（不计0刻度线）与主尺上的某条刻度线对得最齐（这就是一种估计），则最终结果为：a+n×精度。0.950.050.05mm读数时，先从主尺上读出整mm以上的那部分a，再读出游标上的第n条刻度线（不计0刻度线）与主尺上的某条刻度线对得最齐（这就是一种估计，对齐区的中央为对得最齐），则最终结果为：a+n×精度。游标上每格为 mm,比主尺上每格短
mm,即精度为 .0.980.020.02mm拧紧紧固螺钉，取下卡尺，即可读数。紧固螺钉：螺旋测微器 （千分尺）A—测砧 B—固定刻度 C—尺架 D—旋钮 D,—微调旋钮 E—可动刻度 F—测微螺杆A、 B 、C一体，相当于螺杆；D、D,、E、F一体，相当于螺母。精密螺纹的螺距为0.5mm；将可动刻度一周分为50等分，每转过一个等分（相对于固定刻度），
测微螺杆进退 mm，A、F间距离
（ ）改变 mm0.01被测长度、露出来的固定刻度的长度0.01A、F并拢时，两0刻线汇合。读数时，先从固定刻度上读出整mm部分及下
一个半毫米刻度线是否已经露出，再从可动刻
度上读出与固定刻度长横线相对处的格数n
（要估读一位），则半毫米以下部分为：
n×0.01mm.螺旋测微器可以精确到0.01mm，可
以估读到0.001mm，固称之为千分尺。注意测微螺杆快要接触被测物体时，要停止使用旋钮，改用微调旋钮，直到听到“喀喀”声（测微螺杆不再前进）为止。若继续使用旋钮，会使物体发生明显的形变，甚至损坏螺旋测微器。
读数时，不要漏掉了0.5mm！