《恒定電流》課件(新人教版選修3-1)

1、第二章第二章 恒定電流恒定電流一一 、導體中的電場和電流、導體中的電場和電流 1、導線中的電場、導線中的電場形成因素：是由形成因素：是由 、 等電路元件所積累的等電路元件所積累的電荷電荷共同形成的。共同形成的。方向：導線與電源連通后，導線內很快形成了方向：導線與電源連通后，導線內很快形成了沿導線方向沿導線方向的的恒定電場。恒定電場。性質：導線中恒定電場的性質與靜電場的性質不同。性質：導線中恒定電場的性質與靜電場的性質不同。2、電流、電流導體形成電流的條件：導體形成電流的條件： ； 。電流定義：通過導體電流定義：通過導體 跟這些電荷量所用跟這些電荷量所用 的的比值叫電流。公式：比值叫電流。公式：

2、電流是電流是 但有方向，規(guī)定但有方向，規(guī)定 的方向為電流的的方向為電流的方向（或方向（或 ）單位：）單位： 電源電源導線導線要有自由電荷要有自由電荷 導體兩端存在電壓導體兩端存在電壓橫截面的電量橫截面的電量時間時間)()()(StCQAI標量標量正電荷定向移動正電荷定向移動A1A=101A=103 3mA=10mA=106 6AA與與負電荷負電荷定向移動的方向定向移動的方向相反相反二、電動勢二、電動勢1、非靜電力：根據(jù)靜電場知識可知，靜電力不可能使電流從低電、非靜電力：根據(jù)靜電場知識可知，靜電力不可能使電流從低電勢流向高電勢，因此電源內部必然存在著從勢流向高電勢，因此電源內部必然存在著從 指向

3、指向 的非的非靜電力靜電力2、電源電動勢：在電源、電源電動勢：在電源內部內部，非靜電力非靜電力把把正電荷正電荷從從負極負極送到送到正極正極所做的功跟被移送所做的功跟被移送 的比值，即：的比值，即： 。說明：從說明：從能量轉化能量轉化的角度看，的角度看，電源電源是通過是通過非靜電力做功非靜電力做功把把其其他形式的能他形式的能轉化為轉化為 的裝置。的裝置。微觀表達式微觀表達式:I=:I= ，n n是是 的自由電荷數(shù)，的自由電荷數(shù)，q q是是 ，s s是是 ，v v是是 速率速率。（適用于金屬導體）。（適用于金屬導體）電流的分類：電流的分類： 方向不改變方向不改變的電流叫的電流叫 電流，電流，方向和

4、大小方向和大小都不改變都不改變的電流叫的電流叫 電流，電流，方向改變方向改變的電流叫的電流叫 電流。電流。nqsv會推導會推導單位體積內單位體積內每個自由電荷電荷量每個自由電荷電荷量導體的橫截面積導體的橫截面積自由電荷的定向移動自由電荷的定向移動直流直流恒定恒定交變交變負極負極正極正極電荷量電荷量)()()(CQJWVE非靜電力說明：導體中三種速率（說明：導體中三種速率（定向移動速率非常小定向移動速率非常小約約10-5m/s，無規(guī)律的熱運動速率較大無規(guī)律的熱運動速率較大約約105m/s，電場傳播速率非常大電場傳播速率非常大為為光速光速例如電路合上電鍵遠處的電燈同時亮）例如電路合上電鍵遠處的電燈

5、同時亮）電能電能 長度長度橫截面積橫截面積材料、溫度材料、溫度。SlR3、物理意義：反映電源把的能、物理意義：反映電源把的能其他形式其他形式轉化為轉化為電勢能電勢能本領的大小，在數(shù)值上本領的大小，在數(shù)值上等于非靜電力把等于非靜電力把1C的的正電荷在電源內部從負極送到正極正電荷在電源內部從負極送到正極所做的功。所做的功。四、歐姆定律四、歐姆定律三、電阻定律、電阻率三、電阻定律、電阻率1、電阻定律：同種材料的導體，其電阻與它的、電阻定律：同種材料的導體，其電阻與它的 成正比與成正比與它的它的 成反比，導體的電阻還與構成它的材料及溫度成反比，導體的電阻還與構成它的材料及溫度有關，公式：有關，公式：2

6、 2、電阻率：上式中的比例系數(shù)、電阻率：上式中的比例系數(shù)（單位是（單位是 m m） ，它與導體，它與導體的的 有關，是有關，是表征材料導電性質表征材料導電性質的一個重要的物理量，的一個重要的物理量，數(shù)值上等于長度數(shù)值上等于長度1m1m，截面積為，截面積為1m1m2 2導體的電阻值。導體的電阻值。金屬導體金屬導體的的電阻率隨溫度電阻率隨溫度的的升高而變大可以做電阻溫度計用升高而變大可以做電阻溫度計用，半導體半導體的的電阻率隨溫度電阻率隨溫度的的升高而減小，升高而減小，有些合金的電阻率不受有些合金的電阻率不受溫度影響。溫度影響。1、內容：導體中的電流、內容：導體中的電流I I跟導體兩端的電壓跟導體

7、兩端的電壓U U成成 ，跟它的，跟它的電阻電阻R R成成 。正比正比反比反比五、電功和電功率、焦耳定律五、電功和電功率、焦耳定律1、電功、電功 ：在電路中，導體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生：在電路中，導體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動而形成定向移動而形成 ，在此過程中電場力對自由電荷做功，在此過程中電場力對自由電荷做功，在一段電路中電場力所做的功，用在一段電路中電場力所做的功，用W= = 來計算。來計算。2、電功率：單位時間內電流所做的功，、電功率：單位時間內電流所做的功，P= =3、焦耳定律：電流流過導體產(chǎn)生的熱量，有、焦耳定律：電流流過導體產(chǎn)生的熱量，有Q= 來計算來計算4、

8、導體的伏安特性曲線：用表示、導體的伏安特性曲線：用表示 電壓電壓U，表示，表示 電流電流I I，畫出的畫出的I-UI-U關系圖線，它直觀地反映出導體中的電流與電壓的關系。關系圖線，它直觀地反映出導體中的電流與電壓的關系。線性元件：伏安特性曲線是線性元件：伏安特性曲線是 的電學元件，的電學元件，適用于適用于歐姆定律。歐姆定律。非線性元件：伏安特性曲線不是非線性元件：伏安特性曲線不是 的電學元件，的電學元件， 于于歐姆定律。歐姆定律。2、公式：、公式：3、適用條件：適用與、適用條件：適用與 導電和導電和 導電，導電，對對 導體和導體和 元件并不適用。元件并不適用。)()()(RVUAI金屬金屬電解

9、液電解液氣體氣體半導體半導體橫坐標橫坐標縱坐標縱坐標過坐標原點過坐標原點直線直線不適用不適用電流電流UqUIRtI2UItUItw/t正確理解有關電功和電功率的幾個公式正確理解有關電功和電功率的幾個公式W=UItUIt普遍普遍適用于計算適用于計算任何一段電路任何一段電路上的電功上的電功,P=UI,P=UI普遍普遍適適用于用于計算計算任何一段電路任何一段電路上消耗的電功率。上消耗的電功率。Q=I I2Rt，僅適用于僅適用于計算電熱計算電熱對對純電阻電路純電阻電路來說，由于電能全部轉化為內能，所以有關來說，由于電能全部轉化為內能，所以有關電功、電功率的電功、電功率的所有公式和形式都適用所有公式和形

10、式都適用，即，即 適用適用，tRURtIIUtW22RURIIUP22在在非純電阻電路非純電阻電路中，總電能中有中，總電能中有一部分轉化為熱能一部分轉化為熱能，另一另一部分轉化為其他形式的能部分轉化為其他形式的能，電熱仍用，電熱仍用Q=I I2Rt計算，這時計算，這時W總總=UI It Q=I I2Rt，同理，同理P總總P熱熱從定義從定義R=U/IR=U/I六、閉合電路歐姆定律六、閉合電路歐姆定律閉合電路歐姆定律閉合電路歐姆定律1、內容、內容:閉合電路里的電流跟電源的電動勢成正比，跟閉合電路里的電流跟電源的電動勢成正比，跟整個回路的電阻成反比。整個回路的電阻成反比。2、表達式：、表達式：rRE

11、I1、物理意義：反映電源把的能、物理意義：反映電源把的能其他形式其他形式轉化為轉化為電勢能電勢能本領的大小的物理量，它由電源本身的性質決定。本領的大小的物理量，它由電源本身的性質決定。電動勢電動勢在電源內部把在電源內部把1C的正電荷在從負極送到正極非靜電力的正電荷在從負極送到正極非靜電力所做的功。所做的功。 電源電源沒有接入沒有接入電路時電路時兩極間的電壓兩極間的電壓。在在閉合電路中內外電勢降落之和。閉合電路中內外電勢降落之和。2、大?。ㄔ跀?shù)值上等于）、大?。ㄔ跀?shù)值上等于）靜電力靜電力非靜電力非靜電力閉合電路的功率閉合電路的功率1、電源的總功率、電源的總功率 P P總總= = = 。2、電源的

12、內耗功率、電源的內耗功率 P P內內= = = 。3、電源的輸出功率、電源的輸出功率 P P出出= = = 。rREIU U外外=E-Ir=E-IrU U內內=Ir=Ir減小減小3、路端電壓（、路端電壓（U外外）即電源的輸出電壓）即電源的輸出電壓U U外外=E-Ir=E-Ir4、路端電壓與負載、路端電壓與負載R R（外電路電阻的關系）（外電路電阻的關系）負載負載R R增大增大I IU U內內減小減小U U外外增大增大外電路外電路斷路斷路時（時（R=R=無窮無窮），），I=I= ,U,U外外= = 。0 0E EU U內內=Ir=Ir增大增大負載負載R R減小減小I IU U內內增大增大U U外

13、外外電路外電路短路短路時（時（R=0R=0），），I=I= ,U,U內內= = 。E ErREI減小減小rEU U外外=E-Ir=E-IrIEIEIUIU內內+IU+IU外外P P內內+P+P外外I I2 2r rIUIU內內P P總總-P-P外外IUIU出出IE-IIE-I2 2r rP P總總-P-P內內4、電源的效率、電源的效率=P=P出出/P/P總總100%=U100%=U出出/E/E100%=R/(R+r)100%=R/(R+r)100%100%（外電路為純電阻）（外電路為純電阻）1 1、如圖、如圖15-315-3電路中，當滑動變阻器的滑片電路中，當滑動變阻器的滑片P P向上端向上端

14、a a滑動滑動過程中，兩表的示數(shù)情況為（過程中，兩表的示數(shù)情況為（ ） A.A.電壓表示數(shù)增大，電流表示數(shù)減少電壓表示數(shù)增大，電流表示數(shù)減少B.B.電壓表示數(shù)減少，電流表示數(shù)增大電壓表示數(shù)減少，電流表示數(shù)增大C.C.兩電表示數(shù)都增大兩電表示數(shù)都增大D.D.兩電表示數(shù)都減少兩電表示數(shù)都減少R1R2VPAab圖15-3題型一、電路的動態(tài)變化問題題型一、電路的動態(tài)變化問題A題型題型二、二、U U外外與與R R外外、與、與I I總總，P P出出與與R R外外，與與R R外外， 伏安特性曲線圖像問題伏安特性曲線圖像問題圖像問題的說明圖像問題的說明1、2、會寫、會寫，結合數(shù)學知識推圖像，結合數(shù)學知識推圖像

15、3、認識圖像，并能從圖像中、認識圖像，并能從圖像中某些某些 U U外外RR外外R R外外U U外外0 0rRRE外外E E U U外外III IU U外外0 0IrE E E）即（kxbyK K的絕對值的絕對值=r=r電源斷路電源斷路電源短路電源短路I=E/rI=E/r 電源的電源的P P出出-R-R外外電功率：電功率：電源的輸出功率電源的輸出功率電源內部消耗的功率電源內部消耗的功率電源的總功率電源的總功率電源的輸出功率，電源的輸出功率，可見電源輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖所示，可見電源輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖所示，O RP出出Pmr而當而當內外電阻相等內外電阻相等時，時，電源的電源的

16、輸出功率最大輸出功率最大為為rEPm42 P P總總= =EIEIP P出出= =UIUIP Pr r=I=I2 2r r 電源的電源的-R-R外外電源的效率：電源的效率：（最后一個等號只適用于純電阻電路）（最后一個等號只適用于純電阻電路）R R外外0 0100%100% 閉合電路的閉合電路的U U外外-I -I 圖象與伏安特性曲線的結合圖象與伏安特性曲線的結合 右圖中右圖中a a為電源的為電源的U-IU-I圖象；圖象；b b為外電阻的為外電阻的U-I U-I 圖象；圖象； a a的斜率的絕對值表示的斜率的絕對值表示 ；a a與縱軸的交點坐與縱軸的交點坐標表示標表示 ；b b的斜率的絕對值表示

17、的斜率的絕對值表示 ；兩者的交點坐標表示；兩者的交點坐標表示 該點和原點之該點和原點之間的矩形的面積表示間的矩形的面積表示UO I Im IEb當兩個斜率大小相等時（即內、外電阻當兩個斜率大小相等時（即內、外電阻相等時相等時) )圖中矩形面積最大，即圖中矩形面積最大，即 最大（最大（可以看出這時路端電壓是電動勢的一半可以看出這時路端電壓是電動勢的一半，電流是最大電流的一半）。，電流是最大電流的一半）。內阻大小內阻大小電源的電動勢電源的電動勢外電阻的大小外電阻的大小該電阻接入電路時電路的總電流和路端電壓該電阻接入電路時電路的總電流和路端電壓電源的輸出功率電源的輸出功率電源的輸出功率電源的輸出功率

18、 aM（I I，U）1.1.在如圖所示的在如圖所示的U U- -I I圖象中，直線圖象中，直線I I為某一電路的路端電壓與電流的為某一電路的路端電壓與電流的關系圖象，直線關系圖象，直線IIII為某一電阻為某一電阻R R的伏安特性曲線。用該電源直接與的伏安特性曲線。用該電源直接與電阻電阻R R相連組成閉合電路。由圖象可知相連組成閉合電路。由圖象可知( )( )A A電源的電動勢為電源的電動勢為3V3V，內阻為，內阻為0.5 0.5 B B電阻電阻R R的阻值為的阻值為11C C電源的輸出功率為電源的輸出功率為2W2WD D電源的效率為電源的效率為66.7%66.7%ABDABD2322325 .

19、 0112如圖如圖5所示的是甲、乙、丙三個電源的所示的是甲、乙、丙三個電源的UI圖線，圖線，甲和丙兩圖線平行，下列判斷正確的是甲和丙兩圖線平行，下列判斷正確的是 ( )A甲電源的電動勢比乙大甲電源的電動勢比乙大B乙電源的電動勢和內阻都比丙電源大乙電源的電動勢和內阻都比丙電源大C甲和丙電源的內阻相等甲和丙電源的內阻相等D甲電源內阻最大，丙電源內阻最小甲電源內阻最大，丙電源內阻最小 0IU甲甲丙丙乙乙圖圖5B C1.1.如圖所示的實驗電路當調節(jié)滑動變阻器如圖所示的實驗電路當調節(jié)滑動變阻器R R使電動機停使電動機停止轉動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為止轉動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.50A 2

20、.0V0.50A 2.0V重重新調節(jié)新調節(jié)R R使電動機恢復正常運轉，此時電流表和電壓表的使電動機恢復正常運轉，此時電流表和電壓表的示數(shù)分別為示數(shù)分別為2.0A2.0A和和24.0V24.0V，則這臺電動機正常運轉時的輸，則這臺電動機正常運轉時的輸出功率為（出功率為（ ）A A32W32WB B44W C44W C47W47WD D48W48W題型三、閉合電路中的功率計算題型三、閉合電路中的功率計算1 1、電動機的功率和效率計算、電動機的功率和效率計算2 2、電源的功率和效率的計算、電源的功率和效率的計算A2.2.如圖所示，電源電動勢如圖所示，電源電動勢E E=8V=8V，內電阻為，內電阻為r

21、 r=0.5=0.5，“3V,3W”3V,3W”的燈泡的燈泡L L與電動機與電動機M M串聯(lián)接在電源上，燈泡剛好串聯(lián)接在電源上，燈泡剛好正常發(fā)光，電動機剛好正常工作，電動機的線圈電阻正常發(fā)光，電動機剛好正常工作，電動機的線圈電阻R R0 0=1.5=1.5。下列說法正確的是。下列說法正確的是( )( )A A通過電動機的電流為通過電動機的電流為1.6A 1.6A B B電動機的效率是電動機的效率是62.5%62.5%C C電動機的輸入功率為電動機的輸入功率為1.5W 1.5W D D電動機的輸出功率為電動機的輸出功率為3W3WD1、當它們、當它們一切公式適用一切公式適用2、當它們除發(fā)熱之外還有、當它們除發(fā)熱之外還有時，時，的電路的電路即：求解即：求解，其他電路照常用歐姆定律，其他電路照常用歐姆定律小結小結含有電解槽、電動機含有電解槽、電動機電路電路題型四、含容直流電路的分析與計算題型四、含容直流電路的分析與計算用到的知識點、方法、注意點的說明：用到的知識點、方法、注意點的說明：1 1、首先、首先弄清電路弄清電路結構（電容器穩(wěn)定時為斷路）結構（電容器穩(wěn)定時為斷路）2 2、知曉電容器、知曉電容器與誰并聯(lián)與誰并聯(lián)( (串聯(lián)電阻串聯(lián)電阻相當于相當于導線導線）就就為誰電壓為誰電壓，Q=CUQ=CU3 3、會、會分析分析電容器電容器兩板電勢高低兩板電勢高低，有