第七部分-恒定电流-课件

第七部分恒定电流ppt课件概述概述本章内容是在初中学过的本章内容是在初中学过的“电流的定律电流的定律”和和“电功、电功、电功率电功率”的基础上的加深和扩展，主要讨论了的基础上的加深和扩展，主要讨论了电源的作用，电源的作用，电路的组成和结构，有关电流的规律，电流、电压和功率电路的组成和结构，有关电流的规律，电流、电压和功率的分配以及电路中的能量转化关系等内容的分配以及电路中的能量转化关系等内容。其中电流、电。其中电流、电压、电阻、电动势等物理概念以及部分电路欧姆定律、闭压、电阻、电动势等物理概念以及部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律、电阻的串并联规律等物理规律，既是电合电路欧姆定律、电阻的串并联规律等物理规律，既是电磁学的基础，也是处理电路问题应用频率最高的知识点。磁学的基础，也是处理电路问题应用频率最高的知识点。在本章复习中要讲究分析、解决问题的方法，比如在本章复习中要讲究分析、解决问题的方法，比如充充分利用定量动态分析、等效法的运用，模型的转化，非电分利用定量动态分析、等效法的运用，模型的转化，非电学量的转化，以及极限法、赋值法等运用学量的转化，以及极限法、赋值法等运用，都是学会、学，都是学会、学活本章所需的。复习中还要注意能量的转化问题，要从能活本章所需的。复习中还要注意能量的转化问题，要从能量转化和守恒的角度去解决这些问题。量转化和守恒的角度去解决这些问题。本单元的复习主要分两部分本单元的复习主要分两部分一、电流、电阻、欧姆定律、焦耳定律一、电流、电阻、欧姆定律、焦耳定律 二、电路、闭合电路欧姆定律二、电路、闭合电路欧姆定律 电流电流1、电流的产生：电荷的定向移动形成电流。、电流的产生：电荷的定向移动形成电流。2、产生持续电流的条件：、产生持续电流的条件：（1）内因：存在自由电荷。）内因：存在自由电荷。金属导体金属导体自由电子，电解液自由电子，电解液正负离子。正负离子。（2）外因：导体两端存在电势差）外因：导体两端存在电势差导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动，形成电的自由电荷在电场力作用下发生定向移动，形成电流。流。电源的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持电源的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持续的电流。续的电流。3、电流的方向：、电流的方向：人们规定正电荷移动的方向为电流的方向。人们规定正电荷移动的方向为电流的方向。（1）在金属导体中，电流的方向与自由电荷）在金属导体中，电流的方向与自由电荷（电子）的定向移动方向相反。（电子）的定向移动方向相反。在电解液中，电流的方向与正离子定向移动方在电解液中，电流的方向与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反。向相同，与负离子定向移动方向相反。（2）在外电路中正）在外电路中正负，内电路中负负，内电路中负正正（3）电流是标量，它的运算不遵循平行四边形）电流是标量，它的运算不遵循平行四边形定则。定则。4、电流的强弱、电流的强弱电流电流I（1）定义：过导体横截面的电量）定义：过导体横截面的电量q与通过这些与通过这些电量所用的时间电量所用的时间t的比值。即的比值。即（2）单位：电流是物理学中七个基本物理量之）单位：电流是物理学中七个基本物理量之一，相应的单是基本单位，在国际单位制中，电一，相应的单是基本单位，在国际单位制中，电流的单位是安培，符号是流的单位是安培，符号是A，通常单位还有毫安、，通常单位还有毫安、微安微安 1A=103mA=106A5、决定电流大小的微观量、决定电流大小的微观量如图所示，在加有电压的一如图所示，在加有电压的一段粗细均匀的导体段粗细均匀的导体AD上取上取两个截面两个截面B和和C，设导体的，设导体的横截面是横截面是S，导体每单位体，导体每单位体积内的自由电荷数是积内的自由电荷数是n，每，每个电荷的电量为个电荷的电量为e，电荷定，电荷定向移动的速率为向移动的速率为v，则在时，则在时间间t内处于相距为内处于相距为vt的两截面的两截面B、C间的所有自由电荷将间的所有自由电荷将通过截面通过截面C 由由 得得I=neSvA B C Dvt6、区分三种速率：、区分三种速率：（1）电流传导速率：既电场的传播速率，等）电流传导速率：既电场的传播速率，等于光速于光速3108m/s。（2）电荷定向移动速率：）电荷定向移动速率：I=neSv中的中的v是电是电荷定向移动的速率约为荷定向移动的速率约为10-5m/s（机械运动速（机械运动速率）。率）。（3）电荷无规则热运动的速率大约是）电荷无规则热运动的速率大约是105m/s7、电流的分类：、电流的分类：（1）直流电：方向保持恒定的电流。）直流电：方向保持恒定的电流。（2）恒定电流：大小和方向均保持不变的电流。）恒定电流：大小和方向均保持不变的电流。（3）交流电：方向均随时间周期性变化的电流。）交流电：方向均随时间周期性变化的电流。（4）正弦交流电：大小方向均随时间按正弦规律）正弦交流电：大小方向均随时间按正弦规律变化的电流。变化的电流。电阻、电阻定律电阻、电阻定律一、电阻：一、电阻：1、定义：、定义：导体导体对电流的阻碍作用就叫电阻。对电流的阻碍作用就叫电阻。2、大小：加在导体两端的电压与通过导体的电流强度的、大小：加在导体两端的电压与通过导体的电流强度的比值。比值。3、定义式：、定义式：R=U/I(比值定义比值定义)4、在国际单位制中，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号、在国际单位制中，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是是。常用的电阻单位还有千欧（常用的电阻单位还有千欧（k）和兆欧（）和兆欧（M）：）：1 k=103 1 M=106 1的物理意义是：如果在某段导体的两端加上的物理意义是：如果在某段导体的两端加上1 V的电压，的电压，通过导体的电流是通过导体的电流是1 A，这段导体的电阻就是，这段导体的电阻就是1。所以。所以1=1 V/A。二、电阻定律：二、电阻定律：1、内容：温度一定时导体的电阻、内容：温度一定时导体的电阻R与它的长度与它的长度L成成正比，与它的横截面积正比，与它的横截面积S成反比。这就是电阻定律。成反比。这就是电阻定律。2、公式：、公式：R=(决定式决定式)比例常数比例常数跟导体的材料有关，是一个反映跟导体的材料有关，是一个反映材料材料（不是每根具体的导线的性质）导电性能的物理量，（不是每根具体的导线的性质）导电性能的物理量，称为材料的电阻率。称为材料的电阻率。3、电阻率：电阻率、电阻率：电阻率是反映材料导电性能的物理是反映材料导电性能的物理量，由材料决定，但受温度的影响单位是量，由材料决定，但受温度的影响单位是:m电阻率在数值上等于这种材料制成的长为电阻率在数值上等于这种材料制成的长为1m，横截面积为横截面积为1m2的柱形导体的电阻。的柱形导体的电阻。纯金属的电阻率小，合金的电阻率大纯金属的电阻率小，合金的电阻率大材料的电阻率与温度有关系材料的电阻率与温度有关系金属的电阻率随着温度的升高而增大金属的电阻率随着温度的升高而增大,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。三、半导体三、半导体1、金属导体的电阻率约为、金属导体的电阻率约为10-810-6m。绝缘体的电阻。绝缘体的电阻率约为率约为1081018m。半导体的电阻率介于导体和绝缘体之间，而且电阻不随随半导体的电阻率介于导体和绝缘体之间，而且电阻不随随的增加而增加，反随温度的增加而减小的材料称为半导体。的增加而增加，反随温度的增加而减小的材料称为半导体。常见的半导体材料：锗、硅、砷化镓、锑化铟等。常见的半导体材料：锗、硅、砷化镓、锑化铟等。2、半导体的特性：、半导体的特性：半导体的导电性能：介于导体和绝缘体之间半导体的导电性能：介于导体和绝缘体之间半导体的热敏特性：当温度升高时，电阻变小半导体的热敏特性：当温度升高时，电阻变小半导体的光敏特性：当有光照时，电阻变小半导体的光敏特性：当有光照时，电阻变小半导体的掺杂特性：掺入杂质时，电阻变大。半导体的掺杂特性：掺入杂质时，电阻变大。3、半导体的应用：、半导体的应用：（1）利用半导体材料可以制成热敏电阻、光敏电阻、传）利用半导体材料可以制成热敏电阻、光敏电阻、传感器、晶体二极管、晶体三极管等电子元件感器、晶体二极管、晶体三极管等电子元件（2）制成集成电路、超大规模集成电路，开辟了微电子）制成集成电路、超大规模集成电路，开辟了微电子技术的新时代技术的新时代四、超导体四、超导体1、超导现象和超导体：当温度降低到绝对零、超导现象和超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻突然减小到无法度附近时，某些材料的电阻突然减小到无法测量的程度，可以认为电阻突然变为零，这测量的程度，可以认为电阻突然变为零，这种现象叫做超导现象，能够发生超导现象的种现象叫做超导现象，能够发生超导现象的导体称为超导体。导体称为超导体。2、转变温度、转变温度(TC)：材料由正常状态转变为超：材料由正常状态转变为超导状态的温度，叫做超导材料的转变温度导状态的温度，叫做超导材料的转变温度 部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律一、欧姆定律一、欧姆定律1、内容：导体中的电流、内容：导体中的电流I跟导体两端的电压跟导体两端的电压 U成正比，跟导体的电阻成正比，跟导体的电阻R成反比成反比2、公式：、公式：I=U/R或或R=U/I3、适用条件：金属导体，电解质溶液，不、适用条件：金属导体，电解质溶液，不适用于空气导体和某些半导体器件适用于空气导体和某些半导体器件二、导体的伏安特性：二、导体的伏安特性：1、伏安特性曲线：导体中的电流、伏安特性曲线：导体中的电流I随导体两端的电压随导体两端的电压U变化的图线，变化的图线，叫做导体的伏安特性曲线。叫做导体的伏安特性曲线。用纵轴表示电流用纵轴表示电流I，用横轴表示电，用横轴表示电压压U，画出的，画出的IU图线叫做导体的图线叫做导体的伏安特性曲线。伏安特性曲线。如图所示，是金属导体的伏安特性如图所示，是金属导体的伏安特性曲线。曲线。在在IU图中，图线的斜率图中，图线的斜率表示导体电阻的倒数。即表示导体电阻的倒数。即 k=图线的斜率越大，电阻越小。图线的斜率越大，电阻越小。IU2、线性元件和非线性元件、线性元件和非线性元件 符合欧姆定律符合欧姆定律的导体的伏安特性曲线是一条通的导体的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件过坐标原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。叫做线性元件。不符合欧姆定律不符合欧姆定律的导体和器件，电流和电压不的导体和器件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线，这种电学元件叫成正比，伏安特性曲线不是直线，这种电学元件叫做非线性元件。做非线性元件。对于线性元件伏安特性曲线是对于线性元件伏安特性曲线是直线直线，对于非线性元，对于非线性元件，伏安特性曲线是件，伏安特性曲线是非线性非线性的的电功和电功率电功和电功率一、电功：一、电功：1、定义：电功即导体内的自由电荷在导体内的电场中定、定义：电功即导体内的自由电荷在导体内的电场中定向移动时电场力对其所做的功，也常说成电流做的功，简向移动时电场力对其所做的功，也常说成电流做的功，简称电功。称电功。2、实质：、实质：是电场力对电荷做功是电场力对电荷做功，反映了电能和其它形式，反映了电能和其它形式能的相互转化。电流做了多少功，就有多少电能转化为其能的相互转化。电流做了多少功，就有多少电能转化为其它形式的能。它形式的能。3、定义式：定义式：W=UIt即电流在一段电路上所做的功等于即电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压这段电路两端的电压U，电路中的电流，电路中的电流I和通电时间和通电时间t三者三者的乘积。的乘积。4、在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号、在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号是是J。电功的常用单位有：电功的常用单位有：千瓦时，俗称千瓦时，俗称“度度”，符号是，符号是kWh。1kWh表示功率为表示功率为1 kW的用电器正常工作的用电器正常工作1h所消耗的电所消耗的电能。能。1kWh=1000W3600s=3.6106J二、电功率二、电功率1、定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。、定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。用用P表示电功率表示电功率2、定义式：、定义式：P=W/t=UI3、单位：瓦（、单位：瓦（W）、千瓦（）、千瓦（kW）4、额定功率：用电器正常工作的（最大）功率。、额定功率：用电器正常工作的（最大）功率。用电器上通常标明的功率即指其额定功率。用电器上通常标明的功率即指其额定功率。5、实际功率：用电器工作时其两端的电压往往不、实际功率：用电器工作时其两端的电压往往不等于额定电压，此时用电器的功率即为实际功率，等于额定电压，此时用电器的功率即为实际功率，不等于额定功率。不等于额定功率。三、焦耳定律三、焦耳定律1、电热：其微观解释是：电流通过金属导体时，、电热：其微观解释是：电流通过金属导体时，自由电子在加速运动过程中频繁与正离子相碰，使自由电子在加速运动过程中频繁与正离子相碰，使离子的热运动加剧，而电子速率减小，可以认为自离子的热运动加剧，而电子速率减小，可以认为自由电子只以某一速率定向移动，电能没有转化为电由电子只以某一速率定向移动，电能没有转化为电子的动能，只转化为内能。子的动能，只转化为内能。2、焦耳定律：电流通过导体时产生的热量（电热）、焦耳定律：电流通过导体时产生的热量（电热），跟电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比，跟电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比，公式为公式为Q=I2Rt4、热功率：单位时间内发热的功率叫做热功率、热功率：单位时间内发热的功率叫做热功率 P热热I2R5、电功率与热功率之间的关系、电功率与热功率之间的关系 在纯电阻电路在纯电阻电路（纯电阻元件：电流通过用电器（纯电阻元件：电流通过用电器做功以发热产生内能为目的的电学元件中，如电熨做功以发热产生内能为目的的电学元件中，如电熨斗、电炉子等），电功率和热功率相等。斗、电炉子等），电功率和热功率相等。在非纯电阻电路在非纯电阻电路（非纯电阻元件：电流通过（非纯电阻元件：电流通过用电器做功以转化为除内能以外的其它形式的能为用电器做功以转化为除内能以外的其它形式的能为目的，发热不是目的，而是不可避免的能量损失。目的，发热不是目的，而是不可避免的能量损失。电机、电风扇、电解槽等）中，电功率和热功率不电机、电风扇、电解槽等）中，电功率和热功率不相等：由于相等：由于电能除了转化为电热以外还同时转化为电能除了转化为电热以外还同时转化为机械能或化学能等其它能，所以电功必然大于电热机械能或化学能等其它能，所以电功必然大于电热：WQ，这时电功只能用，这时电功只能用W=UIt计算，电热只能用计算，电热只能用Q=I 2Rt计算，两式不能通用。计算，两式不能通用。一、串联电路与并联电路一、串联电路与并联电路1、串联电路、串联电路电路中各处电流相同电路中各处电流相同I=I1=I2=I3=串联电路两端的电压等于各电阻两端电压之和。串联电路两端的电压等于各电阻两端电压之和。U=U1+U2+U3串联电路的总电阻等于各个导体的电阻之和，串联电路的总电阻等于各个导体的电阻之和，即即R=R1R2Rn电压分配：串联电路中各个电阻两端的电压跟它的阻值电压分配：串联电路中各个电阻两端的电压跟它的阻值成正比成正比(串联电阻具有分压作用串联电阻具有分压作用制电压表制电压表)，即，即功率分配：串联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值功率分配：串联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成正比，即成正比，即2、并联电路、并联电路并联电路中各支路两端的电压相同并联电路中各支路两端的电压相同U=U1=U2=U3并联电路总电路的电流等于各支路的电流之和并联电路总电路的电流等于各支路的电流之和I=I1I2I3=并联电路总电阻的倒数等于各个导体的电阻的并联电路总电阻的倒数等于各个导体的电阻的倒数之和。倒数之和。n个相同的电阻个相同的电阻R并联并联R总总=_；两个支路时两个支路时R总总=_特别注意：特别注意：总电阻比任一支路电阻小总电阻比任一支路电阻小在并联电路中在并联电路中 增加支路条数，总电阻变小增加支路条数，总电阻变小增加任一支路电阻，总电阻增大增加任一支路电阻，总电阻增大电流分配：并联电路中通过各个电阻的电流跟它电流分配：并联电路中通过各个电阻的电流跟它的阻值成反比的阻值成反比(并联电阻具有分流作用并联电阻具有分流作用改装电改装电流表流表)功率分配：并联电路中通过各个电阻消耗的功率功率分配：并联电路中通过各个电阻消耗的功率跟它的阻值成反比跟它的阻值成反比二、闭合电路欧姆定律二、闭合电路欧姆定律1、电路、电路（1）组成：内电路和外电路）组成：内电路和外电路内电路：电源两极内电路：电源两极(不含两极不含两极)以内，如电池内的以内，如电池内的溶液、发电机的线圈等内电路的电阻叫做溶液、发电机的线圈等内电路的电阻叫做内电阻内电阻r内电路分得的电压称为内电路分得的电压称为内电压内电压，外电路：电源两极间包括用电器和导线等，外电外电路：电源两极间包括用电器和导线等，外电路的电阻叫做路的电阻叫做外电阻外电阻R，外电路分得的电压称为，外电路分得的电压称为外外电压电压。（2）关于电源的概念）关于电源的概念电源：使导体两端存在持续电压，将其他电源：使导体两端存在持续电压，将其他形式的能转化为电源的装置形式的能转化为电源的装置电动势：电动势：（）定义：非静电力搬运电荷所做的功跟）定义：非静电力搬运电荷所做的功跟搬运电荷电量的比值，搬运电荷电量的比值，（）单位：伏（）单位：伏（V）（）物理意义：电动势表征了电源把其它形式的）物理意义：电动势表征了电源把其它形式的能转换为电能的本领的物理量。电动势大，说明电能转换为电能的本领的物理量。电动势大，说明电源把其它形式的能转化为电能的本领大，电动势小，源把其它形式的能转化为电能的本领大，电动势小，说明电源把其他形式的能转化为电能的本领小。说明电源把其他形式的能转化为电能的本领小。电电动势在数值上等于电路中通过动势在数值上等于电路中通过1C的电量时电源所的电量时电源所提供的电能。提供的电能。（）电动势的方向：电动势虽是标量，但为了研）电动势的方向：电动势虽是标量，但为了研究电路中电势分布的需要，究电路中电势分布的需要，我们规定由负极经电源我们规定由负极经电源内部指向正极的方向内部指向正极的方向（即（即电势升高的方向电势升高的方向）为电动为电动势的方向。势的方向。（）电动势的决定因素）电动势的决定因素电源的电动势是由电源的本身性质决定的，在数值电源的电动势是由电源的本身性质决定的，在数值上等于电源没有接入电路时电源两极间的电压。上等于电源没有接入电路时电源两极间的电压。（）电动势与电压的区别）电动势与电压的区别 这两个物理量虽然有相同的单位和相似的计算这两个物理量虽然有相同的单位和相似的计算式，而且都是描述电路中能量转化的物理量，但在式，而且都是描述电路中能量转化的物理量，但在以能量转换方式上有着本质的区别：以能量转换方式上有着本质的区别：电动势电动势是表示电源非静电力做功，将其他形式的能是表示电源非静电力做功，将其他形式的能量转化为电能本领的物理量量转化为电能本领的物理量，在数值上等于非静电，在数值上等于非静电力在电源内部把单位正电荷从负极移送到正极所做力在电源内部把单位正电荷从负极移送到正极所做的功的功电压电压是表示静电力做功，将电能转化为其他形式能是表示静电力做功，将电能转化为其他形式能量的物理量量的物理量，在数值上等于电场力移送单位正电荷，在数值上等于电场力移送单位正电荷所做的功所做的功 电动势在工作过程中是不变的，而路端电压将电动势在工作过程中是不变的，而路端电压将随外电阻的减小而减小随外电阻的减小而减小 电源与外电路组成闭合电路时：如电源与外电路组成闭合电路时：如图所示，图所示，在外电路中在外电路中，电流由电势高的一端，电流由电势高的一端流向电势低的一端，在外电阻上沿流向电势低的一端，在外电阻上沿电流方向有电势降落电流方向有电势降落U外外，在内阻，在内阻上也有电势降落上也有电势降落U内内；在电源内部在电源内部，由负极到正极电势升高，升高的数由负极到正极电势升高，升高的数值等于电源的电动势值等于电源的电动势E。理论分析表明：在闭合电路中，电理论分析表明：在闭合电路中，电源内部电势升高的数值等于电路中源内部电势升高的数值等于电路中电势降落的数值，即电源的电动势电势降落的数值，即电源的电动势E=U内内+U外外2、闭合电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律（1）闭合电路欧姆定律）闭合电路欧姆定律推导：根据欧姆定律，外电压推导：根据欧姆定律，外电压U外外=IR，内电压，内电压U内内=Ir，代入，代入E=U内内+U外外可得，可得，E=Ir+IR整理得：整理得：闭合电路欧姆定律的内容：闭合电路欧姆定律的内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比，这个结论叫做闭合电路外电路的电阻之和成反比，这个结论叫做闭合电路的欧姆定律。的欧姆定律。数学表达式：数学表达式：（2）路端电压跟负载的关系：）路端电压跟负载的关系：