高中物理竞赛辅导学 恒定电流

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1、稳恒电流一、竞赛要求1、欧姆定律和焦耳定律2、闭合电路的欧姆定律3、复杂电路4、无源电阻和电容网络,5、物质的导电性二、重点知识焦耳定律欧姆定律、基尔霍夫定律三、难点突破复杂电路、无源电阻和电容网络、有源电阻和电容网络§1、电流§1.1.电流、电流强度、电流密度电流:带电粒子在电场力作用下发生定向移动形成电流条件:存在自由电荷和导体两端有电势差(即导体中存在电场)。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

2、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,电流密度为北京清北学堂教育科技有限公司www.topschool.rog电流密度是矢量,其方向与电流方向一致。§1.2、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。超导

3、现象:某些导体材料在温度接近某一临界温度时,其电阻率突减为零现象判定“超导状态”的两个必要条件:零电阻特性”和“完全抗磁性1.3、电流密度和电场强度的关系通电导体中取一小段长,其两端电压,则有:得到上式给出了电流密度与推动电荷流动的电场之间的对应关系,更细致地描述了导体的导电规律,被称为欧姆定律的微分形式。①对于金属中的电流,上式中的还可有更深入的表示。对于一定的金属导体,在一定温度下,是一定的,与欧姆定律的微分形式相比,金属的电导率为是电子热运动的平均速率、单位体积内自由电子数n、平均路程为,②对于导电液体,同样有更细微的表达式。北京清北学堂教育科技有限公司w

4、ww.topschool.rog定义单位场强下的迁移速度为迁移率,分别用和表示则对于一定浓度的某一种电解液,均为恒量,液体导电仍满足欧姆定律。§2电路§2.1、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GV图2-2-1总电阻:北京清北学堂教育科技有限公司www.topschool.rog(2)电表改装①满偏,内阻为的电流表改装为量程为U

5、的电压表,需将分压电阻R和电流表串联,如图2-2-1所示即电压表内阻通常,都很大,理想电压表可认为。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RGG图2-2-2和电流表并联,如图2-2-2所示。同理可推得通常,R很小,理想电流表认为。③将电流表改装成欧姆表G图2-2-3简易欧姆表接法示意图如图2-2-3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

6、于任一阻值,若图2-2-4得北京清北学堂教育科技有限公司www.topschool.rog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2-2-4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

7、二极管正向电阻值,则限流电阻计算公式为图2-2-5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2-1-5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2-2-5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。§2.2、电动势与电功率(1电源的电动势:在数

8、值上等于电源没有接入外电

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1、稳恒电流一、竞赛要求1、欧姆定律和焦耳定律2、闭合电路的欧姆定律3、复杂电路4、无源电阻和电容网络,5、物质的导电性二、重点知识焦耳定律欧姆定律、基尔霍夫定律三、难点突破复杂电路、无源电阻和电容网络、有源电阻和电容网络§1、电流§1.1.电流、电流强度、电流密度电流:带电粒子在电场力作用下发生定向移动形成电流条件:存在自由电荷和导体两端有电势差(即导体中存在电场)。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

2、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,电流密度为北京清北学堂教育科技有限公司www.topschool.rog电流密度是矢量,其方向与电流方向一致。§1.2、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。超导

3、现象:某些导体材料在温度接近某一临界温度时,其电阻率突减为零现象判定“超导状态”的两个必要条件:零电阻特性”和“完全抗磁性1.3、电流密度和电场强度的关系通电导体中取一小段长,其两端电压,则有:得到上式给出了电流密度与推动电荷流动的电场之间的对应关系,更细致地描述了导体的导电规律,被称为欧姆定律的微分形式。①对于金属中的电流,上式中的还可有更深入的表示。对于一定的金属导体,在一定温度下,是一定的,与欧姆定律的微分形式相比,金属的电导率为是电子热运动的平均速率、单位体积内自由电子数n、平均路程为,②对于导电液体,同样有更细微的表达式。北京清北学堂教育科技有限公司w

4、ww.topschool.rog定义单位场强下的迁移速度为迁移率,分别用和表示则对于一定浓度的某一种电解液,均为恒量,液体导电仍满足欧姆定律。§2电路§2.1、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GV图2-2-1总电阻:北京清北学堂教育科技有限公司www.topschool.rog(2)电表改装①满偏,内阻为的电流表改装为量程为U

5、的电压表,需将分压电阻R和电流表串联,如图2-2-1所示即电压表内阻通常,都很大,理想电压表可认为。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RGG图2-2-2和电流表并联,如图2-2-2所示。同理可推得通常,R很小,理想电流表认为。③将电流表改装成欧姆表G图2-2-3简易欧姆表接法示意图如图2-2-3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

6、于任一阻值,若图2-2-4得北京清北学堂教育科技有限公司www.topschool.rog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2-2-4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

7、二极管正向电阻值,则限流电阻计算公式为图2-2-5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2-1-5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2-2-5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。§2.2、电动势与电功率(1电源的电动势:在数

8、值上等于电源没有接入外电

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