part 3-2（課堂PPT）

1、12一 非靜電力設(shè)想有一個(gè)已充好電的電容器C,用導(dǎo)線將兩極板相聯(lián)。如圖：在導(dǎo)體兩端有一定電勢(shì)差，沿導(dǎo)線從正極板至負(fù)極板產(chǎn)生一電場(chǎng)。在靜電力作用下，導(dǎo)線內(nèi)的自由電子將沿導(dǎo)線從負(fù)極板至正極板作定向運(yùn)動(dòng)，即相當(dāng)正電荷反向移動(dòng)。因而導(dǎo)線內(nèi)形成電流i=i(t)。AB+q-q但隨最終，達(dá)到靜電平衡整個(gè)導(dǎo)體成為一等勢(shì)體0;( )0ABVVi t, qq對(duì)應(yīng); ( )ABVVi t3所以，僅有靜電力的作用，只能產(chǎn)生瞬時(shí)電流，不可能產(chǎn)生穩(wěn)恒電流。即穩(wěn)恒電流的電流線是閉合曲線；而靜電場(chǎng)遵從環(huán)路定理：?jiǎn)慰快o電力不可能沿閉合回路移動(dòng)電荷而始終作正功。如何才能在導(dǎo)體中維持穩(wěn)恒的電場(chǎng)(或電勢(shì)差)及穩(wěn)恒的電流？提供非靜電力

2、的裝置稱(chēng)為電源。電源外部：只有靜電力。電源內(nèi)部：有靜電力和非靜電力。0E dl必須有非靜電力)(EKj4 要想在導(dǎo)線中維持恒定電流，必須依靠非靜電力將B極板的正電荷抵抗電場(chǎng)力搬到A極板。這種提供非靜電力將其它形式的能量轉(zhuǎn)為電能裝置稱(chēng)為電源。 恒定電流的形成 電源有兩級(jí)：正極和負(fù)極。非靜電力由負(fù)極指向正極。 電源外部：靜電力作用正電荷從正到負(fù)形成電流。電源內(nèi)部：非靜電力使正電荷從負(fù)到正，形成閉合的循環(huán)。5電源內(nèi)部電流從負(fù)極板到正極板叫內(nèi)電路。電源外部電流從正極板到負(fù)極板叫外電路。從受力方面分析：靜電力把正電荷q從電源正極板經(jīng)外電路送至負(fù)極板；內(nèi)電路一定有非靜電力克服靜電力將正電荷從負(fù)極板搬至正極

3、板。由外電路內(nèi)電路構(gòu)成一個(gè)閉合電路叫全電路。從能量方面分析：非靜電力把正電荷從低電位移至高電位，克服靜電力作功所消耗能量由電源提供。所以，電源是一種能源。它將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。如化學(xué)電池、硅（硒）太陽(yáng)能電池，發(fā)電機(jī)等。6二 電動(dòng)勢(shì)電源內(nèi)：+正電荷+q通過(guò)電源繞閉合電路一周時(shí)，靜電力、非靜電力對(duì)正電荷所作的功為：靜電場(chǎng)為保守場(chǎng)則：存在 靜電力、非靜電力即：定義電源的電動(dòng)勢(shì)：靜電力場(chǎng)強(qiáng)E非靜電力場(chǎng)強(qiáng)KldKEqW)(ldKqWldKqWldKqW0ldE7將單位正電荷繞閉合電路一周時(shí)，非靜電力所作的功的大小稱(chēng)為電源電動(dòng)勢(shì)。把單位正電荷從負(fù)極板經(jīng)內(nèi)電路搬至正極板，電源非靜電力做的功電源電動(dòng)勢(shì)

4、注意： 單位：焦耳/庫(kù)侖；即：V (伏特) 反映的是非靜電力對(duì)電荷作功的本領(lǐng)，即電源將其它形式能量轉(zhuǎn)換為電能的本領(lǐng)。其大小僅與電源本身性質(zhì)有關(guān)，與外電路無(wú)關(guān)。由于外電路無(wú)非靜電力場(chǎng)，ldKldK8 為標(biāo)量，與電流一樣有方向。規(guī)定 的方向由負(fù)極板經(jīng)內(nèi)電路指向正極板，即正電荷運(yùn)動(dòng)的方向。目的是為了解決電路問(wèn)題的方便。+對(duì)于處處有非靜電力的情形，如發(fā)電機(jī)、溫差電流：普遍定義式電源內(nèi)部也有電阻電源的內(nèi)阻，用符號(hào)r表示ldK+iRr9電源接到電路中有兩種情況:放電時(shí)電源內(nèi)部的方向:+rR負(fù)極正極充電時(shí)電源內(nèi)部的方向:+r r正極負(fù)極10路端電壓路端電壓:電源兩端的電壓。指靜電力把單位正電荷從 正極移到負(fù)

5、極所作的功。ldEUUU)(KEj)(1內(nèi)l djl dKUUUjKE)(cos 內(nèi)jdll dK（充電）（放電） 0IrSdlI) 1(（充電）（放電）11IrUUUIrUUU（充電）（放電）UIUUIr, 0,充電時(shí)放電時(shí)電源內(nèi)阻上的電位降，的電阻的串聯(lián)阻值為個(gè)理想電壓源和實(shí)際電源可以等效于一源這樣的電源叫理想電壓時(shí)rUr,0BrA放電放電rAB充電充電12rIIUIrIUIIrIIUI222或功率是電源內(nèi)阻上消耗的熱功率電源中非靜電力提供的的功率，表示電源向外電路輸出rIIUI2非靜電典能的功率，轉(zhuǎn)化成為是抵抗電源中非靜電力功率，表示外電路輸給電源的在充電時(shí)：IUI13電路和消耗在內(nèi)阻上

6、輸出給外放電時(shí)電源的非靜電能消耗在內(nèi)阻上。靜電能和充電時(shí)能量：化成為非14四、 全電路歐姆定律 從圖中A出發(fā)，繞閉合電路順時(shí)針一周，各部分電勢(shì)降落總和為0 ；即：0lldUE dl0ACCDDBBEEAUUUUU略去導(dǎo)線電阻： 含有電源的簡(jiǎn)單閉合電路的歐姆定律RIABiRCDE電源：iR外電阻：R0ACDBUUCDUIRBEiUIREAU 150iIRIR電源的端電壓 iIRR 電源正、負(fù)極之間的電勢(shì)差 ABABUUU全電路歐姆定律 ABABiUUUIRABUUC一般 電流很大。路端電壓越小大小，rIURUIR, 0, 0,。小大，UIR,)(0)()(3222匹配條件出rRrRRrdRdPR

7、rRRIUIP短路 16當(dāng)不能忽略電源內(nèi)阻時(shí)，可把電源等效成一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為 ，內(nèi)電阻為零和一個(gè)電阻為 的串聯(lián)。rrr我們將內(nèi)阻為0的電源理想電壓源，其端電壓=；保持不變。 當(dāng) I=0 R； 斷路 ABUU r0 ABUU一般電源r較小但0 17由穩(wěn)恒條件和歐姆定律有： Ej0Sdj0SdESdj0SdE為常數(shù)0 由高斯定理,均勻?qū)w內(nèi)的任一閉合曲面內(nèi)q=0。非均勻?qū)w或不同電導(dǎo)率的分界面上，高斯定理不成立，所以電荷分布在導(dǎo)體的非均勻處和分界面上。穩(wěn)恒情況下的電場(chǎng)來(lái)自這些電荷。 18在穩(wěn)恒條件下，電力線和電流線與導(dǎo)體表面平行。 在穩(wěn)恒條件下電場(chǎng)的作用：一方面：靜電場(chǎng)與非靜電力和在一起保證了電流的閉

8、合性。另一方面：在外電路中，電場(chǎng)決定了電流的分布。歐姆定律的微分形式就說(shuō)明了這點(diǎn)。電源+-+-電源+-1920R1R2RnUU1U3U2III串聯(lián)電路特點(diǎn)：nIIII 21nUUUU 21nRRRR 21nnnRIIUP2在電流計(jì)上串聯(lián)一個(gè)電阻可形成伏特表（電壓表） 21R1R2RnUI1I2InInUUUU 21nIIII 21RnRRR111121 nnnRUUIP/2在電流計(jì)上并聯(lián)一個(gè)電阻可形成電流表 22測(cè)量的范圍很小。23例：電流計(jì)的滿(mǎn)度電流為：Ig=50uA,rg=1K,改裝成量程為10毫安的安培表，那么并聯(lián)多大的分流電阻？ gsIII滿(mǎn)刻度時(shí)的電流為IgggRIU sgsssRI

9、IRIU)( ggRIIgRsGIsIgggsRIIIR24GR1R2IR3R4AIBCD電橋不平衡。反之，電橋平衡。電位相等時(shí)，當(dāng)點(diǎn)的電位。之間接檢流計(jì)，比較兩, 00BDBDggIIIIIIIIIUUUUgDCBCADAB4321, 0)(,43214231平衡條件RRRRRIUIRURIUIRUDCBCADAB 25平衡條件4321RRRR2431RRRR RRxGABC例：R=40，AB是一段均勻的滑線電阻，當(dāng)C處于AB的2/5位置時(shí)，檢流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，求Rx。ABCBABACRRRR5352、BCACxRRRR6023RRRRRACCBx26測(cè)量準(zhǔn)確度：用平衡電橋測(cè)量電阻時(shí)，誤差的來(lái)

10、源主要有二方面：（1）檢流計(jì)不夠靈敏帶來(lái)的誤差；）檢流計(jì)不夠靈敏帶來(lái)的誤差；（2）其他電阻不夠準(zhǔn)確引起的誤差。）其他電阻不夠準(zhǔn)確引起的誤差。因此，從誤差的來(lái)源看，只要檢流計(jì)和電阻選得合適，用這種方法測(cè)電阻可以有很高的準(zhǔn)確度。還可以用電橋來(lái)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)。27例題例題：下圖是電位差計(jì)的原理圖，求待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)X。.G(a)x0GxABCR(b)28 分析分析 ：電位差計(jì)是用來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量電源：電位差計(jì)是用來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)的儀器，也可以用它準(zhǔn)確地測(cè)量電電動(dòng)勢(shì)的儀器，也可以用它準(zhǔn)確地測(cè)量電壓、電流和電阻。壓、電流和電阻。我們知道直接用伏特計(jì)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)我們知道直接用伏特計(jì)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)是不準(zhǔn)確

11、的。要準(zhǔn)確的測(cè)量一個(gè)電源的電是不準(zhǔn)確的。要準(zhǔn)確的測(cè)量一個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì)，必須在沒(méi)有任何電流通過(guò)該電源的動(dòng)勢(shì)，必須在沒(méi)有任何電流通過(guò)該電源的情況下測(cè)定它的路端電壓。解決這個(gè)問(wèn)題情況下測(cè)定它的路端電壓。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法就是利用的辦法就是利用補(bǔ)償法補(bǔ)償法。補(bǔ)償法的原理見(jiàn)。補(bǔ)償法的原理見(jiàn)下圖（下圖（a a），當(dāng)調(diào)節(jié)電動(dòng)勢(shì)），當(dāng)調(diào)節(jié)電動(dòng)勢(shì)0 0的大小，使的大小，使檢流計(jì)的指針不偏轉(zhuǎn)時(shí)，得檢流計(jì)的指針不偏轉(zhuǎn)時(shí)，得X X=0 0，這時(shí)，這時(shí)，我們稱(chēng)電路達(dá)到平衡，知道了平衡狀態(tài)，我們稱(chēng)電路達(dá)到平衡，知道了平衡狀態(tài)下下0 0的大小，就可以測(cè)定的大小，就可以測(cè)定x x29 為了得到準(zhǔn)確、穩(wěn)定、便于調(diào)節(jié)的為了得到準(zhǔn)

12、確、穩(wěn)定、便于調(diào)節(jié)的0 0，實(shí)際，實(shí)際中采用電路圖（中采用電路圖（b b），供電電源），供電電源、制流電阻、制流電阻R R和和電阻電阻ABAB所組成的回路，叫做輔助回路，它實(shí)質(zhì)上所組成的回路，叫做輔助回路，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)分壓器，是一個(gè)分壓器，U UACAC就是用來(lái)代替可調(diào)電動(dòng)勢(shì)就是用來(lái)代替可調(diào)電動(dòng)勢(shì)0 0的。的。AAX XGCGC一段支路叫做一段支路叫做補(bǔ)償回路補(bǔ)償回路，它和（，它和（a a）中）中的的X X和和G G所組成的一段相當(dāng)，當(dāng)撥動(dòng)滑動(dòng)接觸頭所組成的一段相當(dāng)，當(dāng)撥動(dòng)滑動(dòng)接觸頭C C，找到一個(gè)位置，使找到一個(gè)位置，使G G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這時(shí)的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這時(shí)x x=U=UACA

13、C=IR=IRACAC, I, I表示流過(guò)滑線電阻表示流過(guò)滑線電阻ABAB的電流，通的電流，通常叫做輔助回路的常叫做輔助回路的工作電流工作電流。 電位差計(jì)就是根據(jù)上述補(bǔ)償原理來(lái)測(cè)定電動(dòng)電位差計(jì)就是根據(jù)上述補(bǔ)償原理來(lái)測(cè)定電動(dòng)勢(shì)的。要準(zhǔn)確的測(cè)定電動(dòng)勢(shì)勢(shì)的。要準(zhǔn)確的測(cè)定電動(dòng)勢(shì)x x，就要準(zhǔn)確測(cè)定平，就要準(zhǔn)確測(cè)定平衡時(shí)衡時(shí)ACAC一段的電阻一段的電阻R RACAC和輔助回路的工作電流和輔助回路的工作電流I I。 30 在實(shí)際的電位差計(jì)中，校準(zhǔn)和測(cè)量采用的是同一個(gè)電路，在實(shí)際的電位差計(jì)中，校準(zhǔn)和測(cè)量采用的是同一個(gè)電路，如圖（如圖（C C）所示，圖中）所示，圖中S S是標(biāo)準(zhǔn)電池，它的電動(dòng)勢(shì)是很穩(wěn)定的，是標(biāo)

14、準(zhǔn)電池，它的電動(dòng)勢(shì)是很穩(wěn)定的，而且準(zhǔn)確地已知（鎘汞電池的電動(dòng)勢(shì)是而且準(zhǔn)確地已知（鎘汞電池的電動(dòng)勢(shì)是1.01861.0186伏）。校準(zhǔn)時(shí)伏）。校準(zhǔn)時(shí)K K撥撥到位置到位置“1 1”，測(cè)量時(shí)，測(cè)量時(shí)K K撥到位置撥到位置“2 2”。 GxABCR。12Ks(c)II1I2r0rx校準(zhǔn)時(shí)，即把標(biāo)準(zhǔn)電池接入補(bǔ)償校準(zhǔn)時(shí)，即把標(biāo)準(zhǔn)電池接入補(bǔ)償回路。把滑動(dòng)接頭回路。把滑動(dòng)接頭C C拔到對(duì)應(yīng)于標(biāo)拔到對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)熟知的位置上，觀準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)熟知的位置上，觀察檢流計(jì)察檢流計(jì)G G的指針有無(wú)偏轉(zhuǎn)。如果的指針有無(wú)偏轉(zhuǎn)。如果檢流計(jì)檢流計(jì)G G的指針有偏轉(zhuǎn)，則表明這的指針有偏轉(zhuǎn)，則表明這時(shí)工作電流時(shí)工作電流I I

15、偏離標(biāo)定值。偏離標(biāo)定值。31 于是，調(diào)節(jié)制流電阻于是，調(diào)節(jié)制流電阻R,R,直到檢流計(jì)直到檢流計(jì)G G的指針沒(méi)有偏的指針沒(méi)有偏轉(zhuǎn)，即電流達(dá)到平衡。這時(shí)，工作電流準(zhǔn)確地達(dá)到標(biāo)轉(zhuǎn)，即電流達(dá)到平衡。這時(shí)，工作電流準(zhǔn)確地達(dá)到標(biāo)定值，校準(zhǔn)工作就完成了。定值，校準(zhǔn)工作就完成了。 測(cè)量時(shí)，即把待測(cè)電源接入補(bǔ)償回路。這時(shí)不應(yīng)測(cè)量時(shí)，即把待測(cè)電源接入補(bǔ)償回路。這時(shí)不應(yīng)再動(dòng)制流電阻再動(dòng)制流電阻R,R,而只需撥動(dòng)滑動(dòng)接頭而只需撥動(dòng)滑動(dòng)接頭C C，找到平衡位置，找到平衡位置，就可以從儀器的面板上直接讀出待測(cè)電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值。就可以從儀器的面板上直接讀出待測(cè)電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值。 總結(jié)上面所說(shuō)，使用電位差計(jì)時(shí)，總是先校準(zhǔn)后總結(jié)上面所

16、說(shuō)，使用電位差計(jì)時(shí)，總是先校準(zhǔn)后測(cè)量，不論校準(zhǔn)或測(cè)量，所根據(jù)的都是同樣的補(bǔ)償原測(cè)量，不論校準(zhǔn)或測(cè)量，所根據(jù)的都是同樣的補(bǔ)償原理。理。 用電位差計(jì)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)，要求標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻用電位差計(jì)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)，要求標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值和標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)都很準(zhǔn)確，如果再選用高靈敏值和標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)都很準(zhǔn)確，如果再選用高靈敏度的檢流計(jì)，那么測(cè)量結(jié)果就可以有很高的準(zhǔn)確度。度的檢流計(jì)，那么測(cè)量結(jié)果就可以有很高的準(zhǔn)確度。32非平衡電橋的作用：電阻溫度計(jì)測(cè)量溫度、 用于自動(dòng)控制系統(tǒng)。自動(dòng)化的生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中常需要對(duì)某些條件和因素進(jìn)行自動(dòng)控制，利用一些轉(zhuǎn)換元件（壓力傳感器）可以將這些條件和因素轉(zhuǎn)換成電阻值，當(dāng)條件和因素變化

17、時(shí)，引起相應(yīng)的電阻變化，從而通過(guò)非平衡電橋引起橋路中電流的變化，將此電流放大并用以控制機(jī)構(gòu)，可以控制實(shí)驗(yàn)中的。 33R1R2IR3R4IR5GH被測(cè)量等于零時(shí)，電橋平衡G 和 H指向零。被測(cè)量變化時(shí)，電橋失去平衡調(diào)節(jié)H,改變R5的值，電橋平衡，H的標(biāo)度與橋臂電阻成正比，所以H的值可以直接表達(dá)被測(cè)量的數(shù)值。零位測(cè)量法34GR1R2IRxR4AIBCDRx 變化0gI35自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成給定環(huán)節(jié)：給定環(huán)節(jié)：產(chǎn)生給定的輸入信號(hào)。產(chǎn)生給定的輸入信號(hào)。反饋環(huán)節(jié)：反饋環(huán)節(jié)：對(duì)系統(tǒng)輸出（被控制量）進(jìn)行測(cè)量，將它轉(zhuǎn)對(duì)系統(tǒng)輸出（被控制量）進(jìn)行測(cè)量，將它轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)。換成反饋信號(hào)。比較環(huán)節(jié)：比較環(huán)節(jié)：將給定的輸入信號(hào)和反饋信號(hào)加以比較，產(chǎn)將給定的輸入信號(hào)和反饋信號(hào)加以比較，產(chǎn)生生“誤差誤差”信號(hào)。信號(hào)?？刂破鳎ㄕ{(diào)節(jié)器）控制器（調(diào)節(jié)器）：根據(jù)誤差信號(hào)，按一定規(guī)律產(chǎn)生相：根據(jù)誤差信號(hào)，按一定規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令。應(yīng)的控制指令。放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)：將控制信號(hào)進(jìn)行功率放大