高中物理選修3-1恒定電流

1、 物理3-1恒定電流復(fù)習(xí)恒定電流復(fù)習(xí)一、電流一、電流3.對(duì)于金屬導(dǎo)體有I=nqvS(n為單位體積內(nèi)的自由電子個(gè)數(shù),S為導(dǎo)線的橫截面積,v為自由電子的定向移動(dòng)速率,二、部分電路歐姆定律二、部分電路歐姆定律實(shí)驗(yàn)定律實(shí)驗(yàn)定律I=U/RR=U/I三、電阻定律三、電阻定律R= L/S四、電功四、電功 電功率焦耳定律（實(shí)驗(yàn)定律）電功率焦耳定律（實(shí)驗(yàn)定律）(2)、電功率、電功率(1)、電功、電功(3)、焦耳定律（實(shí)驗(yàn)定律）、焦耳定律（實(shí)驗(yàn)定律）五、路端電壓：r討論：rREI從上式可以看出：從上式可以看出：RI，U外外、U內(nèi)內(nèi)，當(dāng)，當(dāng)R時(shí)，時(shí)，I=0、U外外=E E、U內(nèi)內(nèi)=0（也稱為斷路時(shí)）（也稱為斷路時(shí)）

2、 RI，U外外、U內(nèi)內(nèi)，當(dāng)，當(dāng)R=0時(shí)，時(shí)，I=E/r（短路電流強(qiáng)度）（短路電流強(qiáng)度）U外外=0、U內(nèi)內(nèi)=E E六、閉合電路的六、閉合電路的U-I圖線圖線右圖中右圖中a為電源的為電源的U-I圖象；圖象；b為外電阻的為外電阻的U-I 圖象；圖象；a的斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻大??；的斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻大?。籥與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)表示電源的電動(dòng)勢(shì)；與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)表示電源的電動(dòng)勢(shì)；b的斜率的絕對(duì)值表示外電阻的大小；的斜率的絕對(duì)值表示外電阻的大??；兩者的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻接入電路時(shí)電路的總電流和兩者的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻接入電路時(shí)電路的總電流和路端電壓路端電壓;該點(diǎn)和原點(diǎn)之間的矩形的面積表示電源的輸出功率；該

3、點(diǎn)和原點(diǎn)之間的矩形的面積表示電源的輸出功率；七七.電源的功率和效率電源的功率和效率O RP出出PmrrEPm42討論：電源的輸出功率討論：電源的輸出功率可見(jiàn)電源輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖所示，可見(jiàn)電源輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖所示，而當(dāng)內(nèi)外電阻相等時(shí)，而當(dāng)內(nèi)外電阻相等時(shí)，電源的輸出功率最大為電源的輸出功率最大為功率：功率：電源的輸出功率電源的輸出功率P出出=UI電源內(nèi)部消耗的功率電源內(nèi)部消耗的功率Pr=I 2r電源的總功率電源的總功率 PE=EI電源的效率：電源的效率：rRREUPPE（最后一個(gè)等號(hào)只適用于純電阻電路）（最后一個(gè)等號(hào)只適用于純電阻電路）例例1:如圖所示直線如圖所示直線A

4、為電源的為電源的U-I圖線圖線,直線直線B為電阻的為電阻的U-I圖線圖線,用該電源和該電阻組成閉合電路用該電源和該電阻組成閉合電路,則電源的輸則電源的輸出功率和電源的效率分別是出功率和電源的效率分別是: （ ）A. 4W, 33% B. 2W, 33.3%C. 2W, 67% D. 4W, 67%解解:由圖線可知由圖線可知R =1 , E=3V r=0.5虛線和坐標(biāo)軸所包圍的面積等虛線和坐標(biāo)軸所包圍的面積等于輸出功率于輸出功率,P出出=4WP總總=EI=6W= P出出 / P總總=4/6=67% 臨界電阻法臨界電阻法選擇方法：令 R0= RARV當(dāng) RR0 即 時(shí)用 RVRRAR當(dāng) RR0 即

5、 時(shí)用 RARRVR 試觸法試觸法選擇方法：將電壓表分別接a、b兩點(diǎn)1、內(nèi)接法與外接法的選擇、內(nèi)接法與外接法的選擇內(nèi)接法外接法R測(cè) R真R測(cè) R真內(nèi)接法外接法RabAVARVRAV條件：未給出R的估計(jì)阻值條件：已給出R的估計(jì)阻值2、限流與分壓、限流與分壓電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)分分 壓壓電路圖滑動(dòng)頭從a滑向bR0上電壓變化范圍( 設(shè) r = 0 ) R0R0+ Ro接通電鍵時(shí)滑動(dòng)頭初始位置應(yīng)處于 a 端 a 端限限 流流R0kRabR0kRab、選擇方法、選擇方法 限流接法 分壓接法： （ 通常情況 ） 電流、電壓能達(dá)到要求的調(diào)節(jié)范圍；不超過(guò)測(cè)量?jī)x表的量程，不超過(guò)各元件允許的最大電流。（三種特殊條件）

6、 a 、要求某部分電路的電壓或電流從零開(kāi)始連續(xù)可調(diào)。b、采用限流接法時(shí)無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，電路中 的電流（電壓）都會(huì)超過(guò)電表量程或元件允許的最大電流。c、用電器電阻遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器電阻，不利于測(cè)量獲得多組數(shù)據(jù)。 +_分 壓 外 接 +_分 壓 外 接 +_分 壓 外 接 +_分 壓 外 接 +_分 壓 外 接 分 壓 內(nèi) 接二、電流表二、電流表G G改為電壓表改為電壓表V V1、電流表改裝電壓表的原理：、電流表改裝電壓表的原理： 串聯(lián)一個(gè)電阻，分擔(dān)一部分電串聯(lián)一個(gè)電阻，分擔(dān)一部分電壓壓 【例例】滿偏電流滿偏電流Ig=500uA，內(nèi)阻，內(nèi)阻Rg=200的電流的電流表表G, 要把它改裝成為量程

7、為要把它改裝成為量程為3V的電壓表，應(yīng)串聯(lián)的電壓表，應(yīng)串聯(lián)一個(gè)多大的分壓電阻。一個(gè)多大的分壓電阻。 3108 . 5gRIUR解：滿偏電壓解：滿偏電壓 Ug=IgRg=0.1V需電阻分壓需電阻分壓 UR=U量程量程-Ug=2.9V分壓電阻分壓電阻或直接由下式來(lái)求或直接由下式來(lái)求ggRRUI 量量程程2、分壓電阻的計(jì)算、分壓電阻的計(jì)算 ggggRIRIUIUR 量程量程分壓電阻分壓電阻注意：電壓表量程越大，分壓電阻越大，注意：電壓表量程越大，分壓電阻越大，這就是通常電壓表內(nèi)阻很大的原因。這就是通常電壓表內(nèi)阻很大的原因。ggVIURRR量量程程 電壓表內(nèi)阻電壓表內(nèi)阻1、表頭改裝電流表的原理：、表頭

8、改裝電流表的原理： 并聯(lián)一個(gè)電阻，分擔(dān)一部分電并聯(lián)一個(gè)電阻，分擔(dān)一部分電流流 三、把表頭三、把表頭G G改為電流表改為電流表A A【例例】滿偏電流滿偏電流Ig=500uA, 內(nèi)阻內(nèi)阻Rg=200的電流表的電流表G, 若把它改裝成為量程為若把它改裝成為量程為3A的電流表，應(yīng)并聯(lián)一的電流表，應(yīng)并聯(lián)一個(gè)多大的分流電阻？個(gè)多大的分流電阻？解：并聯(lián)端電壓解：并聯(lián)端電壓Ug=IgRg=0.1VR需分電流需分電流IR=I量程量程-Ig=2.9995A分流電阻分流電阻 033. 0RgIUR或直接由下式來(lái)求或直接由下式來(lái)求gggIIRIR 量量程程2、分流電阻的計(jì)算、分流電阻的計(jì)算ggggRgRIIIRIIR

9、 量量程程分流電阻分流電阻電流表內(nèi)阻電流表內(nèi)阻RRRRRggA 注意：電流表量程越大，分流電阻越小，注意：電流表量程越大，分流電阻越小，這就是通常電流表內(nèi)阻很小的原因。這就是通常電流表內(nèi)阻很小的原因。串聯(lián)電路串聯(lián)電路并聯(lián)電路并聯(lián)電路分壓分壓分流分流RRRgV RRRRRggA 總結(jié)：小量程電流表的改裝總結(jié)：小量程電流表的改裝gggIIRIR 量量程程gggIIRIR 量量程程1、電路圖：、電路圖： 四、多量程電壓表四、多量程電壓表1、電路圖：、電路圖： 五、多量程電流表五、多量程電流表測(cè)金屬絲電阻率實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)金屬絲電阻率實(shí)驗(yàn)步驟:1.用螺旋測(cè)微器在被測(cè)金屬導(dǎo)線上的三個(gè)不同位置各用螺旋測(cè)微器在被

10、測(cè)金屬導(dǎo)線上的三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑測(cè)一次直徑,求出其平均值求出其平均值d,計(jì)算出導(dǎo)線的橫截面積計(jì)算出導(dǎo)線的橫截面積S.2按如圖所示的原理電路圖連接好按如圖所示的原理電路圖連接好用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路。用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路。3用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度l, 反復(fù)測(cè)量反復(fù)測(cè)量3次次,求出其平均值。求出其平均值。4把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片調(diào)節(jié)到使接入電路中的電把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置阻值最大的位置,電路經(jīng)檢查確認(rèn)無(wú)誤后電路經(jīng)檢查確認(rèn)無(wú)誤后, 閉合電鍵閉合電鍵S。改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片的位置改

11、變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片的位置, 讀出幾組相應(yīng)的電流讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)表、電壓表的示數(shù)I和和U的值，斷開(kāi)電鍵的值，斷開(kāi)電鍵S，求出導(dǎo)線，求出導(dǎo)線電阻電阻R的平均值。的平均值。5.將測(cè)得的將測(cè)得的R、l、d值值,代入電阻率計(jì)算公式代入電阻率計(jì)算公式中，計(jì)算出金屬導(dǎo)線的電阻率。中，計(jì)算出金屬導(dǎo)線的電阻率。6拆去實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材。拆去實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材。一一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康拿枥L小燈泡的描繪小燈泡的伏安特性曲線伏安特性曲線，并分析曲線的變化規(guī)律，并分析曲線的變化規(guī)律二二. 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理測(cè)出多組小燈泡的測(cè)出多組小燈泡的U U、I, I,并繪出并繪出I-UI-U圖象圖象.

12、.由圖象的由圖象的斜率斜率反映電阻與溫度的關(guān)系反映電阻與溫度的關(guān)系三三. 實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材小燈泡小燈泡(3.8 V 0.3 A)(3.8 V 0.3 A)，電流表，電壓表，滑動(dòng)變阻器，學(xué)生電源、開(kāi)，電流表，電壓表，滑動(dòng)變阻器，學(xué)生電源、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線坐標(biāo)紙、鉛筆關(guān)和導(dǎo)線坐標(biāo)紙、鉛筆VRx?AR R0 0四四.電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)閉合前，滑片該放在哪里？實(shí)驗(yàn)：描繪小燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)：描繪小燈泡的伏安特性曲線3重復(fù)測(cè)量重復(fù)測(cè)量：用同樣的方法測(cè)量并記錄：用同樣的方法測(cè)量并記錄12組組U值和值和I值值.五五.實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟1連接電路連接電路：按實(shí)驗(yàn)電路圖連好電路：按實(shí)驗(yàn)電路圖連好電路(注意開(kāi)關(guān)應(yīng)注

13、意開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)斷開(kāi)，滑動(dòng)變阻器與燈泡滑動(dòng)變阻器與燈泡并聯(lián)部分電阻為零并聯(lián)部分電阻為零)2測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)：閉合開(kāi)關(guān)：閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，記錄一組電，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，記錄一組電壓壓U和電流和電流I值值5.描繪曲線描繪曲線：在坐標(biāo)紙上：在坐標(biāo)紙上,以以U為橫為橫坐標(biāo)、坐標(biāo)、I為縱坐標(biāo)建立為縱坐標(biāo)建立 直角坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系,并根并根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn),先觀察所描點(diǎn)的走向先觀察所描點(diǎn)的走向,再用平滑曲線連接各點(diǎn)得到再用平滑曲線連接各點(diǎn)得到IU圖線圖線.4.整理器材整理器材:斷開(kāi)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,整理好器材整理好器材圖象反映了小燈泡的電阻隨溫度有什么樣的變化規(guī)律?實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理:實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

14、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。如圖如圖1所示，改變所示，改變R的阻值，從電壓表和電流表中讀的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組出幾組I、U值，利用閉合電路的歐姆定律求出幾組值，利用閉合電路的歐姆定律求出幾組E、r值，最后分別算出它們的平均值。值，最后分別算出它們的平均值。此外，還可以用作圖法來(lái)處理數(shù)據(jù)。此外，還可以用作圖法來(lái)處理數(shù)據(jù)。即在坐標(biāo)紙上以即在坐標(biāo)紙上以I為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，U為縱坐標(biāo)為縱坐標(biāo),用測(cè)出的幾用測(cè)出的幾組組I、U值畫(huà)出值畫(huà)出U-I圖象圖象(如圖如圖2)所得直線跟縱軸的交點(diǎn)所得直線跟縱軸的交點(diǎn)即為電動(dòng)勢(shì)即為電動(dòng)勢(shì)E值值,圖線斜率的絕對(duì)值即為內(nèi)電

15、阻圖線斜率的絕對(duì)值即為內(nèi)電阻r的值的值.實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材:待測(cè)電池，電壓表待測(cè)電池，電壓表( 0-3V ),電流表（電流表（0-0.6A），），滑動(dòng)變阻器（滑動(dòng)變阻器（10），），電鍵，導(dǎo)線。電鍵，導(dǎo)線。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟:1電流表用電流表用0.6A量程，電壓表用量程，電壓表用3V量程，按電路圖量程，按電路圖連接好電路。連接好電路。2把變阻器的滑動(dòng)片移到一端使阻值最大。把變阻器的滑動(dòng)片移到一端使阻值最大。3閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)（記錄一組數(shù)據(jù)（I1、U1），用同樣方法測(cè)量幾組），用同樣方法測(cè)量幾組I、U的值。的值。4打開(kāi)電

16、鍵，整理好器材。打開(kāi)電鍵，整理好器材。5處理數(shù)據(jù)，用公式法和作圖法兩種方法求出電動(dòng)處理數(shù)據(jù)，用公式法和作圖法兩種方法求出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的值。勢(shì)和內(nèi)電阻的值。注意事項(xiàng)注意事項(xiàng):1為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已使用過(guò)一段時(shí)間的大些，可選用已使用過(guò)一段時(shí)間的1號(hào)干電池。號(hào)干電池。2要測(cè)出不少于要測(cè)出不少于6組組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，3在畫(huà)在畫(huà)U-I圖線時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或圖線時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。個(gè)別偏離直

17、線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去不予考慮。點(diǎn)可舍去不予考慮。4干電池內(nèi)阻較小時(shí)路端電壓干電池內(nèi)阻較小時(shí)路端電壓U的變化也較小，即不的變化也較小，即不會(huì)比電動(dòng)勢(shì)小很多，這時(shí)，在畫(huà)會(huì)比電動(dòng)勢(shì)小很多，這時(shí)，在畫(huà)U-I圖線時(shí)，縱軸的刻圖線時(shí)，縱軸的刻度可以不從零開(kāi)始，而是根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)度可以不從零開(kāi)始，而是根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開(kāi)始（橫坐標(biāo)值開(kāi)始（橫坐標(biāo)I必須從零開(kāi)始）。但這時(shí)圖線和橫軸必須從零開(kāi)始）。但這時(shí)圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流。的交點(diǎn)不再是短路電流。不過(guò)直線斜率的絕對(duì)值照樣不過(guò)直線斜率的絕對(duì)值照樣還是電源的內(nèi)阻還是電源的內(nèi)阻，這時(shí)要特別注意計(jì)算斜率時(shí)縱軸的這時(shí)要特別注意計(jì)算斜率時(shí)縱軸的刻度不

18、從零開(kāi)始?？潭炔粡牧汩_(kāi)始。 1、電路圖：、電路圖： 六、歐姆表原理六、歐姆表原理2、構(gòu)造：、構(gòu)造： 表頭表頭電源電源可變電阻可變電阻 3、原理：、原理： 1）兩表筆短路調(diào)零）兩表筆短路調(diào)零 相當(dāng)于被測(cè)電阻相當(dāng)于被測(cè)電阻Rx0,調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R使使 rRREIIgg 表頭電流滿偏表頭電流滿偏I(xiàn)g處，對(duì)處，對(duì)應(yīng)歐姆表零刻度應(yīng)歐姆表零刻度(右側(cè)右側(cè)) 2）兩表筆斷路）兩表筆斷路 相當(dāng)于被測(cè)電阻相當(dāng)于被測(cè)電阻Rx，此時(shí)，此時(shí)I0，指針，指針不偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn) 表頭電流表頭電流I0處，處，對(duì)應(yīng)歐姆表對(duì)應(yīng)歐姆表刻度刻度(左側(cè)左側(cè)) 3）測(cè)量電阻測(cè)量電阻Rx 被測(cè)電阻為被測(cè)電阻為Rx， ，指針，指針指到某確定位置指到某

19、確定位置 表頭電流表頭電流I與電阻與電阻Rx一一對(duì)應(yīng)，但不一一對(duì)應(yīng)，但不是線性關(guān)系，表盤(pán)是線性關(guān)系，表盤(pán)刻度不均勻刻度不均勻 xgRrRREI 1、電路圖：、電路圖： 七、多用電表的原理七、多用電表的原理表頭表頭測(cè)量電路測(cè)量電路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)紅黑表筆紅黑表筆 2、構(gòu)造：、構(gòu)造： 機(jī)械調(diào)零：機(jī)械調(diào)零：在表盤(pán)和選擇開(kāi)關(guān)之間還有一個(gè)定位螺絲在表盤(pán)和選擇開(kāi)關(guān)之間還有一個(gè)定位螺絲,用用它可以進(jìn)行機(jī)械調(diào)零，即旋轉(zhuǎn)該調(diào)零螺絲，在不接入電它可以進(jìn)行機(jī)械調(diào)零，即旋轉(zhuǎn)該調(diào)零螺絲，在不接入電路中時(shí)，可使指針指在路中時(shí)，可使指針指在左端電流端電流“0”刻線。（即電阻刻線。（即電阻“ ”處）處） 返返回回歐姆調(diào)零歐姆調(diào)零：將選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆表某一擋后，紅、黑：將選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆表某一擋后，紅、黑表筆短接，使指針指向右端電流滿偏處。（即右端電