一、部分电路欧姆定律电功和电功率
(一)部分电路欧姆定律
1、电流
(1)电流的形成:电荷的定向移动就形成电流。
形成电流的条件是:①要有能自由移动的电荷;②导体两端存在电压。
(2)电流强度:通过导体横截面的电量 q 跟通过这些电量所用时间 t 的比值,叫电流强度。
①电流强度的定义式为:
②电流强度的微观表达式为:
n为导体单位体积内的自由电荷数,q是自由电荷电量,v是自由电荷定向移动的速率,S是导体的横截面积。
(3)电流的方向:物理学中规定正电荷的定向移动方向为电流的方向,与负电荷定向移动方向相反。在外电路中电流由高电势端流向低电势端,在电源内部由电源的负极流向正极。
2、电阻定律
(1)电阻:导体对电流的阻碍作用就叫电阻,数值上:
(2)电阻定律:公式:,式中的为材料的电阻率,由导体的材料和温度决定。纯金属的电阻率随温度的升高而增大,某些半导体材料的电阻率随温度的升高而减小,某些合金的电阻率几乎不随温度的变化而变化。
(3)半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间,如锗、硅、砷化镓等。
半导体的特性:光敏特性、热敏特性和掺杂特性,可以分别用于制光敏电阻、热敏电阻及晶体管等。
(4)超导体:有些物体在温度降低到绝对零度附近时。电阻会突然减小到无法测量的程度,这种现象叫超导;发生超导现象的物体叫超导体,材料由正常状态转变为超导状态的温度叫做转变温度。
3、部分电路欧姆定律
内容:导体中的电流跟它两端的电压成正比,跟它的电阻成反比。
公式:
适用范围:金属、电解液导电,但不适用于气体导电。欧姆定律只适用于纯电阻电路,而不适用于非纯电阻电路。
伏安特性:描述导体的电压随电流怎样变化。若图线为过原点的直线,这样的元件叫线性元件;若图线为曲线叫非线性元件。
(二)电功和电功率
1、电功
(1)实质:电流做功实际上就是电场力对电荷做功,电流做功的过程就是电荷的电势能转化为其他形式能的过程。
(2)计算公式:适用于任何电路。
只适用于纯电阻电路。
2、电功率
(1)定义:单位时间内电流所做的功叫电功率。
(2)计算公式:适用于任何电路。
只适用于纯电阻电路。
3、焦耳定律
电流通过电阻时产生的热量与电流的平方成正比,与电阻大小成正比,与通电时间成正比,即
(三)电阻的串并联
1、电阻的串联
电流强度:
电压:
电阻:
电压分配:,
功率分配:,
2、电阻的并联
电流强度:
电压:
电阻:
电流分配:,
功率分配:,
注意:无论电阻怎样连接,每一段电路的总耗电功率 P 是等于各个电阻耗电功率之和,即
二、闭合电路欧姆定律
(一)电动势
电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量,例如一节干电池的电动势E=1.5V,物理意义是指:电路闭合后,电流通过电源,每通过的电荷,干电池就把1.5J的化学能转化为电能。
(二)闭合电路的欧姆定律
1、闭合电路欧姆定律
闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路中的电阻之和成反比:。
常用表达式还有:和
2、路端电压U随外电阻R变化的讨论
电源的电动势和内电阻是由电源本身决定的,不随外电路电阻的变化而改变,而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而改变的:
(1)外电路的电阻增大时,减小,路端电压升高;
(2)外电路断开时,。路端电压U=E;
(3)外电路短路时,R=0,U=0,(短路电流).短路电流由电源电动势和内阻共同决定.由于r一般很小。短路电流往往很大,极易烧坏电源或线路而引起火灾。
路端电压随外电阻变化的图线如图所示。
3、电源的输出功率随外电阻变化的讨论
(1)电源的工作功率:,这个功率就是整个电路的耗电功率,通常叫做电源的供电功率。
(2)内耗功率:。
(3)输出功率:,式中U为路端电压。
特别地,当外电路为纯电阻电路时,
由得,
,故R=r(内、外电阻相等)时最大,且最大值为,图线如图所示。
可见,当R<r时,R增大,输出功率增大。
当R>r时,R增大,输出功率减小。
三、电阻的测量
(一)伏安法测电阻
1、原理
,其中U为被测电阻两端电压,为流经被测电阻的电流。
2、两种测量电路——内接法和外接法
(1)内接法
电路形式:如图所示。
误差:
适用条件:当,即内接法适用于测量大电阻。
(2)外接法
电路形式:如图所示。
测量误差:,即
适用条件:R<<Rv即外接法适用于测小电阻。
3、怎样选择测量电路
(1)当被测电阻Rx的大约阻值以及伏特表和电流表内阻已知时;
若,用内接法。
若,用外接法
(2)当Rx的大约阻值未知时.采用试测法,将电流表、电压表及被测电阻Rx按下图方式连接成电路;接线时,将电压表左端固定在a处,而电压表的右端接线柱先后与b和c相接,与b相接时,两表示数为,当与c接触时,两表示数变为;
若,即电压表示数变化大.宜采用安培表外接法。
若,即电流表示数变化较显著时,宜采用安培表内接法。
4、滑动变阻器的两种接法——限流式和分压式
(1)限流式:如图所示,即将变阻器串联在电路中。在触头P从变阻器左端移动到右端过程中,电阻Rx上的电压变化范围为:(忽略电源内阻)
(2)分压式:如图所示,当触头P从变阻器左端移动到右端过程中,电阻Rx上的电压变化范围是0~E(忽略电源内阻)。
若要求待测电阻的电压从0开始变化时,变阻器一定采用分压式。
(二)用欧姆表测电阻
1、欧姆表的构造
欧姆表构造如图所示,其内部包括电流表表头G、电池E和调零电阻R
2、原理
当红、黑两表笔短接时.如图 (甲)所示,调节R,使电流表指针达到满偏电流(即调零),此时指针所指表盘上满刻度处.对应两表笔间电阻为0,这时有:
当红、黑表笔断开,如图 (乙)所示,此时,指针不偏转,指在表盘最左端,红、黑表笔间的电阻相当于无穷大,。
当两表笔间接入待测电阻R,时,如图 (丙)所示,电流表的电流为:
当Rx改变,随之改变,即每一个Rx都有一个对应的,将电流表表盘上处标出对应Rx的Rx值,就制成欧姆表表盘,只要两表笔接触待测电阻两端,即可在表盘上直接读出它的阻值。由于不随Rx均匀变化,故欧姆表表盘刻度不均匀。
3、合理地选择挡位
由于欧姆表表盘中央部分的刻度较均匀,读数较准,故选用欧姆表挡位时,应使指针尽量靠近中央刻度。
4、欧姆表使用时须注意
(1)使用前先机械调零,使指针指在电流表的零刻度。
(2)要使被测电阻与其他元件和电源断开,不能用手接触表笔的金属杆。
(3)合理选择量程,使指针尽量指在刻度的中央位置附近。
(4)换用欧姆挡的另一量程时,一定要重新调零。
(5)读数时,应将表针示数乘以选择开关所指的倍数。
(6)测量完毕,拔出表笔,开关置于交流电压最高挡或OFF挡。若长期不用,须取出电池。