7 7、1 1 电路的基本概念部分电路电路的基本概念部分电路1 1、电荷的、电荷的定向移动定向移动形成电流形成电流一、电流一、电流金属导体中的自由电荷是自由电子；电解液中是正、负离子金属导体中的自由电荷是自由电子；电解液中是正、负离子规定：正电荷定向移动的方向为电流方向规定：正电荷定向移动的方向为电流方向. .2 2、电流方向、电流方向 电源外部电路中电流方向由电源正极（高电势点）流向电电源外部电路中电流方向由电源正极（高电势点）流向电源负极（低电势点），是源负极（低电势点），是电场力做功电场力做功. .在电源内部电流方向由在电源内部电流方向由电源负极电源负极（低电势点），（低电势点），流向电源正极流向电源正极（低电势点）（低电势点），是，是非非静电力静电力做功做功. .3.3.电流强度电流强度(I)(I)(1)(1)物理意义：是描述电流强弱的物理量物理意义：是描述电流强弱的物理量. .(2)(2)公式公式I IQ/t.Q/t.单位时间流过单位时间流过导体横截面的导体横截面的电量。电量。注意：注意：电流有方向，但是电流有方向，但是标量标量环形电流环形电流I IQ/TQ/T，T T为环绕周期为环绕周期1 1如图所示的电解池接入电路后，在如图所示的电解池接入电路后，在t t秒内有秒内有n n1 1个一价正离个一价正离子通过溶液内某截面子通过溶液内某截面S S，有，有n n2 2个一价负离子通过溶液内某截面个一价负离子通过溶液内某截面S S，设，设e e为元电荷，以下说法正确的是为元电荷，以下说法正确的是( () )A A当当n n1 1n n2 2时，电流为零时，电流为零B B当当n n1 1nn2 2时，电流方向从时，电流方向从ABAB，电流为，电流为C C当当n n1 1nn2 2时，电流方向从时，电流方向从BABA，电流为，电流为D D电流方向从电流方向从ABAB，电流为，电流为D 电解液中电解液中Q=Q=|Q Q+ +|+ +|Q Q- -|4 4、单位：安培、单位：安培(A).(A).是国际单位制中的是国际单位制中的7 7个基本单位之一个基本单位之一. .1 1安安(A)(A)10103 3毫安毫安( (mAmA) )10106 6微安微安( (AA).).5 5微观表达式：对于金属导体有微观表达式：对于金属导体有I I_，其中，其中n n为单位体积内为单位体积内的自由电子个数，的自由电子个数，S S为导线的横截面积，为导线的横截面积，v v为自由电子的定向移动为自由电子的定向移动速率，这个公式只适用于金属导体速率，这个公式只适用于金属导体nqvSnqvS公式中的公式中的v v是电子定向移动的是电子定向移动的平均速率平均速率( (约为约为10105 5m/s)m/s)，不是，不是电子做电子做热运动的速度热运动的速度( (约为约为10105 5m/s)m/s)，也不是，也不是电流的传播速率电流的传播速率( (为光速为光速c c3 310108 8m/s).m/s).注意：注意：此式是金属导体中电子流动时的此式是金属导体中电子流动时的电流决定式电流决定式；4.电流的分类电流的分类(1)交流电：电流的大小和方向随时间作周期性变化的电流交流电：电流的大小和方向随时间作周期性变化的电流.(2)直流电：电流方向不随时间变化的电流直流电：电流方向不随时间变化的电流.(3)恒定电流：电流的大小和方向都不随时间变化的电流恒定电流：电流的大小和方向都不随时间变化的电流.产生恒定电流的条件是：导体两端电压保持恒定产生恒定电流的条件是：导体两端电压保持恒定.2横截面的直径为横截面的直径为d、长为、长为l的导线，两端电的导线，两端电压为压为U，当这三个量中一个改变时，对自由电，当这三个量中一个改变时，对自由电子定向运动的平均速率的影响是子定向运动的平均速率的影响是()A电压电压U加倍，自由电子定向运动的平均速加倍，自由电子定向运动的平均速率不变率不变 B导线长度导线长度l加倍，自由电子定向运加倍，自由电子定向运动的平均速率加倍动的平均速率加倍C导线横截面的直径加倍，自由电子定向运导线横截面的直径加倍，自由电子定向运动的平均速率不变动的平均速率不变D以上说法均不正确以上说法均不正确C二、电阻定律二、电阻定律 是反映材料导电性能的物理量，叫材料的电阻率单位是是反映材料导电性能的物理量，叫材料的电阻率单位是m m. .1、纯金属的电阻率小，合金的电阻率大于组成它的任何一种、纯金属的电阻率小，合金的电阻率大于组成它的任何一种金属的电阻率材料的电阻率与温度的关系为：金属的电阻率材料的电阻率与温度的关系为：(1)金属的电阻率随温度的升高而增大金属的电阻率随温度的升高而增大(2)半导体的电阻率随温度的升高而减小半导体的电阻率随温度的升高而减小(3)有些物质当温度接近有些物质当温度接近0 K时，电阻率突然减小到零时，电阻率突然减小到零这种这种现象叫超导现象，发生超导现象的物体叫超导体，材料由正常现象叫超导现象，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超导材料的转变温度，氧化物的状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度，氧化物的转化温度较高，称为高温（相对较高的低温）超导体转化温度较高，称为高温（相对较高的低温）超导体 在温度不变的情况下，导体的电阻在温度不变的情况下，导体的电阻R跟它的跟它的长度长度成正比，跟成正比，跟它的它的横截面积横截面积成反比成反比L为沿电流方向的长度。为沿电流方向的长度。热敏特性、光敏特性、搀杂特性热敏特性、光敏特性、搀杂特性2、RU/I与与Rl/S的比的比较3.3.滑动变阻器滑动变阻器(2)(2)原理：利用改变连入电路的电阻丝的长度来改变电阻原理：利用改变连入电路的电阻丝的长度来改变电阻. .（1)1)构造：构造：ABAB是一根纯金属杆，其电阻可视为零是一根纯金属杆，其电阻可视为零. .CDCD是电阻较大、是电阻较大、长度较长且均匀的电阻丝，长度较长且均匀的电阻丝，P P是滑片，能将是滑片，能将ABAB杆与电阻丝连通杆与电阻丝连通. .若将若将ABAB直接接入电路当中，其电阻为零；直接接入电路当中，其电阻为零；接法选择接法选择接法选择接法选择 当用电器的电阻当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值远大于滑动变阻器的最大值R0，且实，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压接法须采用分压接法（1）下列三种情况必须选用分压式接法）下列三种情况必须选用分压式接法 要求回路中某部分电路电流或电压实现从要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调零开始可连续调节节 若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过值仍超过RL的额定值时，只能采用分压的额定值时，只能采用分压 如：测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），如：测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法即大范围内测量时，必须采用分压接法没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法采用时，可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法（2）下列情况可选用限流式接法）下列情况可选用限流式接法 测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且只是小范围内测量，且RL与与R0接近或接近或RL略小于略小于R0，采用限流，采用限流式接式接 电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式满足分压式接法的要求时，采用限流式3 3、两根完全相同的金属裸导线，如果把其中的一根均匀地、两根完全相同的金属裸导线，如果把其中的一根均匀地拉长到原来的两倍，把另一根对折后绞合起来，然后给它们拉长到原来的两倍，把另一根对折后绞合起来，然后给它们分别加上相同的电压，则在相同时间内通过它们的电荷量之分别加上相同的电压，则在相同时间内通过它们的电荷量之比为比为( ( ) ) A A1 14 4B B1 18 8 C C1 1 1616 D D16 1C4 4、如图所示，厚薄均匀的矩形金属片，边长、如图所示，厚薄均匀的矩形金属片，边长abab10 cm10 cm，bcbc5 cm5 cm，当，当A A与与B B之间接入的电压为之间接入的电压为U U时，电流为时，电流为1 A1 A，若，若C C与与D D间接入的电压为间接入的电压为U U时，其电流为时，其电流为( ( ) )A A4 A4 A B B2 A2 AC C0.5 A D0.5 A D0.25 A0.25 AA三、部分电路欧姆定律三、部分电路欧姆定律导体中的电流跟导体两端的导体中的电流跟导体两端的电压电压成正比，跟导体的成正比，跟导体的电阻电阻成反比成反比1 1适用范围：适用于金属导电和电解液导电，对于气体导电适用范围：适用于金属导电和电解液导电，对于气体导电不适用不适用 适用适用纯电阻电路纯电阻电路(不含电源、电动机、电解槽不含电源、电动机、电解槽)2 2伏安特性曲线：通过导体中的电流伏安特性曲线：通过导体中的电流I I跟加在两端的电压跟加在两端的电压U U的关系图如图所示的关系图如图所示(1)线性元件：伏安特性曲线是线性元件：伏安特性曲线是直线直线的电学元件，适用于欧姆定的电学元件，适用于欧姆定律律 (2)非线性元件：伏安特性曲线为非线性元件：伏安特性曲线为曲线曲线的电学元件，的电学元件，不适用不适用 于于欧姆定律欧姆定律3、线性元件、线性元件图线图线a、b表示线性元件图线表示线性元件图线c、d表示非线性元件表示非线性元件3、线性元件、线性元件说明：利用物理图象求斜率时，说明：利用物理图象求斜率时，切忌运用直线倾角的正切切忌运用直线倾角的正切来求来求，因为物理图象坐标轴单位长度是可以表示不同大小，因为物理图象坐标轴单位长度是可以表示不同大小的物理量，不同的物理量，不同I-UI-U图象上表示同一电阻的伏安特性曲线图象上表示同一电阻的伏安特性曲线时，直线倾角可能不同时，直线倾角可能不同. .答案：答案：C9917.56 6、两个额定电压为、两个额定电压为220V220V的白炽灯的白炽灯L L1 1和和L L2 2的的U-IU-I特性曲线如图特性曲线如图所示所示.L.L2 2的额定功率约为的额定功率约为 W W；现将；现将L L1 1和和L L2 2串联后接串联后接在在220V220V的电源上，电源内阻忽略不计的电源上，电源内阻忽略不计. .此时此时L L2 2的实际功率约为的实际功率约为 W W . .四、电功、电热和电功率四、电功、电热和电功率1 1电功电功(1)(1)实质：实质：电场力电场力对电荷做正功是电势能转化为其他形式的对电荷做正功是电势能转化为其他形式的能的过程能的过程(2)(2)公式：公式：W WqUqUUItUIt，这是计算电功普遍适用的公式，这是计算电功普遍适用的公式2 2电热电热(1)(1)定义：电流流过一段导体时产生的热量定义：电流流过一段导体时产生的热量(2)(2)公式：公式：Q QI I2 2RtRt( (焦耳定律焦耳定律) )3 3电功率电功率(1)(1)定义：单位时间内电流做的功叫电功率定义：单位时间内电流做的功叫电功率(2)(2)公式：公式：P P UIUI ( (计算电功率普遍适用的公式计算电功率普遍适用的公式) )对于纯电阻对于纯电阻普遍适用普遍适用4、电功与电热的关系、电功与电热的关系 总之，从能量守恒的角度看，电功是电能转化为其他形式总之，从能量守恒的角度看，电功是电能转化为其他形式的能的总和，电热是电能中仅转化为内能的部分，二者不同的能的总和，电热是电能中仅转化为内能的部分，二者不同 5用电器的额定功率和实际功率用电器的额定功率和实际功率(1)(1)用电器正常工作条件下所加的电压叫做额定电压，额定用电器正常工作条件下所加的电压叫做额定电压，额定电压时消耗的功率是额定功率，即电压时消耗的功率是额定功率，即P P额额I I额额U U额额(2)(2)实际功率是指用电器在实际电压下消耗的功率，即实际功率是指用电器在实际电压下消耗的功率，即P P实实I I实实U U实实，P P实实不一定等于不一定等于P P额额，若，若U U实实U U额额，则，则P P实实P P额额，用电，用电器可能被烧毁器可能被烧毁 注意注意：有电动机的电路不一定是非纯电阻电路有电动机的电路不一定是非纯电阻电路，当电动，当电动机不转动时，仍为纯电阻电路，欧姆定律仍适用，电能全部机不转动时，仍为纯电阻电路，欧姆定律仍适用，电能全部转化为内能只有在电动机转动时才为非纯电阻电路，转化为内能只有在电动机转动时才为非纯电阻电路，U UIRIR，欧姆定律不适用，此时大部分电能转化为机械能，欧姆定律不适用，此时大部分电能转化为机械能 额定电压、额定功率是用电器的重要参数，分别表示用电额定电压、额定功率是用电器的重要参数，分别表示用电器正常工作电压和在正常电压下用电器的功率例：器正常工作电压和在正常电压下用电器的功率例：“220 220 V,40 WV,40 W”的白炽灯的白炽灯 用电器的工作电压不一定等于额定电压，用电器的实际用电器的工作电压不一定等于额定电压，用电器的实际功率不一定等于额定功率功率不一定等于额定功率7(2011年江苏盐城模拟年江苏盐城模拟)用如图所示的实验电路研用如图所示的实验电路研究微型电动机的性能当调节滑动变阻器究微型电动机的性能当调节滑动变阻器R，让电，让电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.50 A和和2.0 V；重新调节；重新调节R，使电动机恢复正常运，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和和24 V则这台电动机则这台电动机(不计温度对电阻的影响不计温度对电阻的影响)()A正常运转时的输出功率为正常运转时的输出功率为32 WB正常运转时的输出功率为正常运转时的输出功率为48 WC正常运转时的发热功率为正常运转时的发热功率为1 WD正常运转时的发热功率为正常运转时的发热功率为47 WA8、一台电风扇，内阻为、一台电风扇，内阻为20 20 ，接上，接上220 V220 V电压后正常工作，电压后正常工作，消耗功率消耗功率66 W66 W，求：，求：(1)(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？(2)(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化为内电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？能的功率是多少？电动机的效率是多少？(3)(3)如果接上电源后，电风扇的扇叶被卡住，不能转动，这时如果接上电源后，电风扇的扇叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流以及电动机消耗的电功率和发热功率是多通过电动机的电流以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？少？【答案】【答案】(1)0.3 A(2)64.2 W1.8 W97.3%(3)11 A2420 W2420 W五、串联电路和并联电路五、串联电路和并联电路1串联电路的特点串联电路的特点2并联电路的特点：并联电路的特点：D9 9、如图所示，、如图所示，P P为一块均匀的半圆形薄电阻合金片，先将它为一块均匀的半圆形薄电阻合金片，先将它按图甲方式接在电极按图甲方式接在电极A A、B B之间，测出电阻为之间，测出电阻为R R，然后再将它按，然后再将它按图乙方式接在图乙方式接在C C、D D之间，这时之间，这时P P的电阻为的电阻为( )( )A.R A.R B.1/2RB.1/2RC.R/4 C.R/4 D.4RD.4R9、一个、一个T型电路如图所示，电路中的电阻型电路如图所示，电路中的电阻R110 ，R2120 ，R340 .另有一测试电源，电动势为另有一测试电源，电动势为100 V，内阻忽略不，内阻忽略不计则计则( )A A当当cdcd端短路时，端短路时，abab之间的等效电阻是之间的等效电阻是40 40 B B当当abab端短路时，端短路时，cdcd之间的等效电阻是之间的等效电阻是40 40 C C当当abab两端接通测试电源时，两端接通测试电源时，cdcd两端的电压为两端的电压为80 V80 VD D当当cdcd两端接通测试电源时，两端接通测试电源时，abab两端的电压为两端的电压为80 V80 VACAC六、小量程电流表六、小量程电流表G(表头表头)的改装的改装1、表头的构造和原理表头的构造和原理(1)构造：构造：永磁铁，永磁铁，放入其中的可转动的线圈放入其中的可转动的线圈（2)原理：电流表和电压表都是由表头改装而成的其中的原理：电流表和电压表都是由表头改装而成的其中的辐向磁场，保证线圈转动时，磁场情况不变，如上图辐向磁场，保证线圈转动时，磁场情况不变，如上图表头用符号表头用符号表示表示 当电流流经线圈时，线圈因受当电流流经线圈时，线圈因受安培力安培力而转动，弹簧通过而转动，弹簧通过转轴转轴阻碍阻碍线圈的转动，线圈停止转动时，线圈转过的角度线圈的转动，线圈停止转动时，线圈转过的角度I，所以根据表头指针偏转的角度可以测出电流的大小，且刻，所以根据表头指针偏转的角度可以测出电流的大小，且刻度是均匀的度是均匀的 线圈在磁场力作线圈在磁场力作用下带动指针一起用下带动指针一起偏转，电流越大，偏转，电流越大，指针偏角越大，且指针偏角越大，且I1、当电流通过、当电流通过线圈时导线受到线圈时导线受到安培力的作用线安培力的作用线圈转动，螺旋弹圈转动，螺旋弹簧扭转，安培力簧扭转，安培力越大，弹簧型变越大，弹簧型变量越大，角度越量越大，角度越大。大。2、电流反向，、电流反向，扭转反向，指针扭转反向，指针偏转反向。偏转反向。六、小量程电流表六、小量程电流表G(表头表头)的改装的改装改改装装类类型型电压表电压表串联电阻串联电阻分压分压UIg(RgR)所以所以R Rg大量程电大量程电流表流表并联电阻并联电阻分流分流IgRg(IIg)R所以所以R Rg2、参数、参数内阻内阻Rg，满偏电流，满偏电流Ig，满偏电压，满偏电压Ug，关系是，关系是UgIgRg3、改装、改装 注意：注意：当电流表和电压表不能看成理想的电表时，电流当电流表和电压表不能看成理想的电表时，电流表看成一个小电阻，电压表看成一个大电阻表看成一个小电阻，电压表看成一个大电阻C13.13.如果两个电流表的满偏电流如果两个电流表的满偏电流I Ig g均为均为3 3 mAmA，内阻，内阻R Rg g均均为为100100，欲将其改装成量程分别为，欲将其改装成量程分别为3 V3 V和和15 V15 V的电压的电压表，则：表，则：(1)(1)分别串联的电阻分别串联的电阻R R1 1和和R R2 2有多大？有多大？(2)(2)将改将改装后的电压表串联后测电路中电阻的电压时，指针的装后的电压表串联后测电路中电阻的电压时，指针的偏角偏角1 1和和2 2有何关系，示数有何关系，示数U U1 1和和U U2 2有何关系？如果并有何关系？如果并联呢？联呢？(2)将两只电压表串联后测电压，即如图所示连接，将两只电压表串联后测电压，即如图所示连接，因流过表头的电流相同，故偏角因流过表头的电流相同，故偏角12，而电压表，而电压表内阻之间的关系为内阻之间的关系为RV1/RV21/5，故电压表示数之比，故电压表示数之比也为也为U1 U21 5.如果并联，则流过两个电流表的电流不同，故偏角如果并联，则流过两个电流表的电流不同，故偏角不同，且不同，且152，但电压，但电压(即示数即示数)相同，即相同，即U1U2.答案：答案：(1)900 4900 (2)12，U1 U21 5 152，U1U2