第十一章 电路及其应用 知识清单-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第11章 电路及其应用 1　电源和电流 一、电源 1．定义：能把电子在电源内部从电源正极搬运到负极的装置． 2．作用：移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差，保持电路中有持续电流． 二、恒定电流 1．恒定电场 (1)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场． (2)形成：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的． (3)特点：任何位置的电荷分布和电场分布都不随时间变化，其基本性质与静电场相同． 2．恒定电流 (1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，电流的强弱程度用电流这个物理量表示． (2)形成的条件：导体中有自由电荷；导体两端存在电压． (3)电流的定义式：I＝，其中：I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量．用该式计算出的电流是时间t内的平均值．对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等． (4)单位：安培，简称安，符号是A；常用的电流单位还有毫安(mA)、微安(μA)．1 A＝103 mA；1 A＝106 μA. (5)电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反． (6)电流是标量：虽然有方向，但它是标量，它遵循代数运算法则． (7)电解液导电时电流的计算方法 电解液导电与金属导体导电不同．金属导体中的自由电荷只有自由电子，而电解液中的自由电荷是正、负离子，正、负离子在电解液中所受电场力方向相反，运动方向相反，但形成的电流方向相同．运用I＝计算时，q应是同一时间内通过某一横截面的正、负两种离子的电荷量的绝对值之和． 三、微观表达式 1．电流微观表达式I＝nqvS的理解 (1)I＝是电流的定义式，I＝nqvS是电流的决定式，因此I与通过导体横截面的电荷量q及时间t无关，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量大小q、定向移动的速率v，还与导体的横截面积S有关． (2)v表示电荷定向移动的速率．自由电荷在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是自由电荷在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的． 2．三种速率的比较 (1)电子定向移动速率：也是公式I＝neSv中的v，大小约为10－4 m/s. (2)电流的传导速率：就是导体中建立电场的速率，等于光速，为3×108 m/s.闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流． (3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105 m/s.由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流． 3．三个电流表达式的比较 公式 适用范围 字母含义 公式含义 定义式 I＝ 一切电路 q为时间t内通过导体横截面的电荷量 反映了I的大小，但不能说I∝q，I∝ 微观式 I＝nqS v 一切电路 n ：导体单位体积内的自由电荷数 q：每个自由电荷的电荷量 S：导体横截面积 v：电荷定向移动的平均速率 从微观上看n、q、S、v决定了I的大小 决定式 I＝ 金属、 电解液 U：导体两端的电压 R：导体本身的电阻 I由U、R决定， I∝U，I∝ 2　导体的电阻 一、电阻 1．电阻的概念 导体两端的电压与通过导体的电流大小之比． 2．定义式：R＝. 3．单位：欧姆(Ω)，常用的单位还有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)，且1 Ω＝10－3 kΩ＝10－6 MΩ. 4．物理意义：反映导体对电流阻碍作用的大小．对给定的导体，它的电阻是一定的，与导体两端是否加电压，导体中是否有电流无关． 5．导体U－I图像的斜率反映电阻大小． 6．欧姆定律 (1)表达式I＝； (2)意义：表示通过导体的电流I与电压U成正比，与电阻R成反比； (3)适用条件：金属或电解质溶液导电(纯电阻电路)． (4)欧姆定律的“二同” ①同体性：指I、U、R三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体． ②同时性：指U和I必须是导体上同一时刻的电压和电流． 二、影响导体电阻的因素 1．导体的电阻与导体的长度、横截面积、材料有关． 2．探究思路 为探究导体电阻是否与导体横截面积、长度和材料有关，我们采用控制变量法进行实验探究． 3．导体的电阻由导体的长度、横截面积、材料决定，受温度影响。 三、导体的电阻率 1．电阻定律 (1)内容：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；导体电阻还与构成它的材料有关． (2)导体电阻的决定式R＝ρ l是导体的长度，S是导体的横截面积，ρ是比例系数，与导体材料有关，叫作电阻率． 2．电阻率 (1)概念：电阻率是反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关． (2)单位是欧姆·米，符号为Ω·m.