第二章恒定电流知识点总结.doc

第二章《恒定电流》知识点总结
一、电流
1、电流形成的条件：
电荷的定向移动。规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
2、电流强度I
①定义式： 单位：安培（A）
②微观表达式： 其中：n为自由电荷的体密度；q为自由电荷的电量；S为导体的横截面积；v为自由电荷定向移动的速度。

二、电源
1、电源的作用：
①电源相当于搬运工，把负电荷从电源正极搬到电源负极，使正极积累正电荷，负极积累负电荷；
②电源使导体两端存在一定的电势差（电压）；
③电源使电路中有持续电流。
2、电动势E
①物理意义：
电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量。
②定义式：
单位：伏特（V），其大小是由电源本身决定的。
③电动势E与电势差U的区别：
电动势，非静电力做功，其他形式的能转化为电能；电势差，电场力做功，电势能转化为其他形式的能。做多少功，就转化了多少能量。

三、欧姆定律
1、电阻R
①物理意义：导体对电流的阻碍作用。
②定义式： 单位：欧姆（Ω），其大小是由导体本身决定的。
③决定式：，其中ρ为电阻率，反映材料的导电性能的物理量。金属导体的电阻率随着温度的升高而增大；合金的电阻率随着温度的变化而变化不明显；半导体的电阻率随着温度的升高而减小。
2、欧姆定律
注意：这是一个实验规律，I、U、R三者之间并无决定关系。
3、伏安特性曲线
I-U图像：图像越靠近U轴，导体的电阻越大。

①线性元件：
I-U图像是过原点O的直线。如R1，R2等，并且R1<R2。
②非线性元件：
I-U图像不是过原点O的直线。如A、B等

四、串并联电路的特点
电路的总功率P=P1+P2+P3
1、串联电路
①定义：用电器首尾相连的电路。
②串联电路的特点
；；；
2、并联电路
电路的总功率P=P1+P2+P3
①定义：用电器并排相连的电路。
②并联电路的特点
；；；

五、焦耳定律
1、电功W与电功率P
电功，单位：焦耳（J）；电功率，单位：瓦特（W）
2、电热Q
电热，单位：焦耳（J）；热功率，单位：瓦特（W）
其中：以上四式适用于任何电路，r为用电器的内阻。
3、纯电阻电路与非纯电阻电路
①纯电阻电路：
消耗的电能全部转化为电热，即W=Q；部分电路欧姆定律可以使用。
②非纯电阻电路：
消耗的电能转化为电热和其他形式的能量，即W=Q＋Q其他；部分电路欧姆定律不能使用。由能量守恒可得，P其他=P－PQ 。

六、闭合电路欧姆定律
如图所示，
1、流过电源的电流，此公式仅适用于纯电阻电路。
2、电源电动势E=U外＋U内，此公式适用于任何电路。
注意：U外=IR，只适用于外电路是纯电阻电路，U外又称作路端电压U；U内=Ir，适用于任何电路。因此，闭合电路欧姆定律的另一种表达形式为

3、路端电压U与回路电流I的关系
表达式： 回路电流I越大，路端电压U就越小。

其中U-I图像的截距代表电源的电动势E；U-I图像的斜率代表电源的内阻；如果U轴坐标是从0开始的，U-I图像与I轴的交点代表短路电流。
4、路端电压U与外电路电阻R的关系
对于纯电阻电路，
路端电压，U-R图像如下图所示：

5、功率与效率
1）电源
①电源的总功率P总=EI
②电源的输出功率P出=UI
③电源的内热功率PQ=I2r
④电源的效率；由能量守恒可得，P总=P出＋PQ 。对于纯电阻电路， 。电源的效率随着外电阻的增大而增大。
2）电动机
①电动机消耗电能的功率P=UI
②电动机的热功率PQ=I2r
③电动机输出的机械功率P机=P－PQ
④电动机的效率
注意：电动机正常工作时，电动机为非纯电阻电路，部分电路欧姆定律不能使用，即I≠U/r。由能量守恒可得，电动机的机械功率P机=P－PQ 。电动机不转动时，电动机可视为纯电阻电路，部分电路欧姆定律可以使用，即I=U/r 。

6、电源的输出功率P出与回路电流I的关系
电源的输出功率，此公式适用于任何电路。
P出-I图像如下图所示：

当I=E/2r时，电源的输出功率最大为Pm=E2/4r 。此时电源的效率为

7、电源的输出功率P出与外电阻R的关系
对于纯电阻电路，电源的输出功率为

当R=r时，电源的输出功率最大为Pm=E2/4r 。此时电源的效率为

七、电路分析
1）动态电路分析
外电阻R的变化→，→回路电流I的变化，路端电压U的变化→→各部分电流与电压的变化。

2）含容电路分析
分析含容电路的关键：与电容器C串联的电阻R可以看做导线；电容器C的电压UC等于与之并联的电阻R的电压U。

3）故障电路分析
①断路：电压不为0，电流为0，即电路不导通。
②短路：电压为0，电流不为0，即电路是导通的。

八、多用电表
1、电流表的改装
1）电流表的内部结构

2）当电流表的量程扩大n倍时，并联的分流电阻 。此时，电流表的内阻为 。
2、电压表的改装
1）电压表的内部结构

2）当电压表的量程扩大n倍时，串联的分压电阻 。此时，电压表的内阻为 。

3、欧姆表的改装
1）欧姆表的内部结构
红表笔
黑表笔

2）欧姆调零之后，欧姆表的内阻为，由闭合电路欧姆定律可得， 。接上待测电阻Rx之后，由闭合电路欧姆定律可得， 。红表笔接在电源的负极；黑表笔接在电源的正极。
3）测量电阻的主要步骤
①机械调零；
②选倍率（使指针尽量指在表盘的中央位置）；
③欧姆调零；
④读数＝示数×倍率。
注意：每次换倍率之后，必须重新欧姆调零。

4、多用电表的使用
1）红表笔插入多用电表的正插孔；黑表笔插入多用电表的负插孔。
2）电流总是从红表笔流入，从黑表笔流出。
3）当测量电流、电压时，红表笔的电势高于黑表笔的电势；当测量电阻时，黑表笔的电势高于红表笔的电势。
4）使用欧姆表时，被测电阻必须孤立出来。
5）读数＝精度（每一小格代表的数值）×格数n 。
6）二极管
①二极管的特性：
二极管具有单向导通性。
②正向导通时，二极管的电阻比较小；反向导通时，二极管的电阻非常大。

九、实验设计
1、指导原则
安全可行、测量准确、便于操作。
2、电路设计
1）控制电路的设计
①限流式
调压范围：～E

②分压式
调压范围：0～E

③选择原则
（1）待测电阻Rx远大于滑动变阻器的总电阻R，须用分压式接法；
（2）要求待测电阻Rx上电压或者电流变化范围较大，且从零开始连续可调，须用分压式接法；
（3）待测电阻Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不多，且电压、电流变化不要求从零调起时，可采用限流式接法；
（4）两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法总能耗较小。
（5）一般情况下，当R＞10Rx时，选用限流式接法；当R＜10Rx时，选用分压式接法。
2）测量电路的设计
①电流表外接法

误差分析：
由于电压表的分流导致电流的测量值偏大，由可知，R测＜R真。Rx越小，电压表分流越小，误差越小，即，因此外接法适合测量小电阻。
②电流表内接法

误差分析：
由于电流表的分压导致电压的测量值偏大，由可知，R测＞R真。Rx越大，电流表的分压越小，误差越小，即，因此内接法适合测量大电阻。
③选择原则
当时，即，选用电流表外接法；当时，即，选用电流表内接法。

3、描绘小灯泡的伏安特性曲线
实验电路图：

注意：（1）电压的变化范围较大，且从零开始连续变化，选择分压式控制电路；（2）小灯泡的电阻一般较小，选择电流表外接法测量电路。（3）连接实物时，滑片应置于滑动变阻器的最左端。

4、测定电池的电动势和内阻
实验原理：
闭合电路欧姆定律（伏安法），，
实验电路图：

注意：由E=U1+I1r，E=U2+I2r可得，，所以。故电流变化量相同时，电源内阻大的路端电压的变化量较大。电池的内阻远远小于电压表的内阻，故此实验电路图应该选择外接法。
实验误差分析：
①外接法误差分析

根据串并联电路的特点，电压表的示数；电流表的示数。所以，I测总是小于I真，并且U测越小，I测与I真的差别越小，如图所示。当U测＝0时，I测＝I真。根据图像可以得到以下结论：（1）；（2）。

②内接法误差分析

根据串并联电路的特点，电压表的示数；电流表的示数。所以，U测总是小于U真，并且I测越小，U测与U真的差别越小，如图所示。当I测＝0时，U测＝U真。根据图像可以得到以下结论：（1）；（2）。