第10讲 恒定电流-2020年强基计划高三物理专题讲解（核心素养提升）

2020年强基计划物理专题讲解（核心素养提升） 第10讲 恒定电流 目录 知识精讲 1 一．电流、电流强度、电流密度 1 二． 电阻定律 2 三．电路 2 1.电路连接与电表改装 2 2.电动势与电功率 4 三．电学基本定律 5 1. 焦耳定律 5 2.欧姆定律 5 五．基尔霍夫定律 6 六．电路化简 7 1.等效电源定理 7 2.对称性原理 8 3. 无穷网络等效变换法 9 典型例题 10 知识精讲 一．电流、电流强度、电流密度 导体处于静电平衡时，导体内部场强处处为零。如果导体内部场强不为零，带电粒子在电场力作用下发生定向移动，形成了电流。形成电流条件是：存在自由电荷和导体两端有电势差（即导体中存在电场）。自由电荷在不同种类导体内部是不同的，金属导体中自由电荷是电子；酸、碱、盐在水溶液中是正离子和负离子；在导电气体中是正离子、负离子和电子。 电流强度是描述电流强弱的物理量，单位时间通过导体横截面的电量叫做电流强度。用定义式表示为 电流强度是标量。但电流具有方向性，规定正电荷定向移动方向为电流方向。在金属导体中电流强度的表达式是 n是金属导体中自由电子密度，e是电子电量，v是电子定向移动平均速度，S是导体的横截面积。 在垂直于电流方向上，单位面积内电流强度叫做电流密度，表示为 金属导体中，电流密度为 电流密度是矢量，其方向与电流方向一致。 2． 电阻定律 导体的电阻为 式中、称为导体电阻率、电导率，由导体的性质决定。 实验表明，多数材料的电阻率都随温度的升高而增大，在温度变化范围不大时，纯金属的电阻率与温度之间近似地有如下线性关系 为0℃时电子率，为时电阻率，为电阻率的温度系数，多数纯金属值接近于℃，而对半导体和绝缘体电阻率随温度 的升高而减小。某些导体材料在温度接近某一临界温度时，其电阻率突减为零，这种现象叫超导现象。 三．电路 1.电路连接与电表改装 （1）串、并联电路的性质 串联电路通过各电阻电流相同，总电压为各电阻两端电压之和，电压的分配与电阻成正比，功率的分配也与电阻成正比，即G V 串联电路总电阻 并联电路各电阻两端电压相同，总电流为通过各支路电流之后，电流的分配与电阻成反比，功率的分配亦与电阻成反比，即 总电阻： （2）电表改装G G ①欲将满偏电流为，内阻为的电流表改装为量程为U的电压表，需将分压电阻R和电流表串联，如图2-2-1所示，所谓量程为U时，就是当电压表两端的电压为U时，通过电流表的电流为，电流表分担的电压为。根据串联电路的规律有 即 G 电压表内阻 通常，都很大，理想情况下可认为。 ②欲将内阻为，满偏电流为的电流表改装为量程为I的电流表时，需将分流电阻R和电流表并联，如图所示。同理可推得 通常，R很小，可认为电流表内阻，理想情况下可认为。 ③将电流表改装成欧姆表 简易欧姆表接法示意图如图所示，为调零电阻，表头内阻为，满偏刻度为。测量前，应先将两表笔短接，调节使流过表头的电流为，若电池的电动势为，内阻为，则 如果在两表笔间接一电阻，则电流减半，指针指表盘中央，因此，称为“中值电阻”，表盘最左刻度对应于，最右边刻度对应于，对于任一阻值，若 这就是欧姆表的刻度原理，如欧姆表的中值电阻，表盘满偏处的刻度为，表盘满偏处的刻度为，如图所示。 欧姆表的量程改变后，各刻度所对应的电阻值应乘以相同倍率，另外要注意，凡使用欧姆表，必须进行机械调零和欧姆调零，并且，换档后一定要重新进行欧姆调零。 ④将电流表改装成交流电压表 交流电压表是直流电压表的基础上改装而成的，在直流电压表上串联一个二极管，就组成交流电压表。串联二极管后，电表显示的是交流电的平均值（它等于有效值的0.45倍）。用U代表某一量程的交流电压有效值，若不考虑二极管正向电阻值，则限流电阻计算公式为 实验指出，二极管是一且非线性元件，它的伏安特性为一条弯曲的图线，如图所示，当二极管的正向电阻后，限流电阻R与交流电压U之间的关系不再是线性的。因此，最大量程的交流电压表的表盘刻度是不均匀的，如采用J0411型多用电表测量2.5V以下的交流电压时，要使用表盘上第三条刻度线，它的起始段刻度很密，刻度是不均匀的。这一点，从图中可以看得很清楚，在二极管两端电压小于的一段图线上，相同的电压变化（例如V）所对应的电流是不同的：顺次分别为mA、mA、mA、mA。 2.电动势与电功率 （1）电源有保持两极间有一定电压的作用，不同种类的电源，保持两极间有一定电压的本领不同。例如：干电池可保持正、负极间有V的电压；常用的铅锌蓄电池可保持两极间有V的电压。为了表征电源的这种特性，物理学上引入了电动势这个物理量，电源的电动势在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的电压。将理想表直接接在电源的两极上测出的电压就是电源的电动势