第5章电路和电流.doc

第五章 电流与电路
知识摘要
1.电荷
1.1带电体：物体有了吸引轻小物体的性质，我们就说是物体带了电（荷）。这样的物体叫做带电体。
轻小物体指碎纸屑、头发、通草球、灰尘、轻质球等。
1.2电荷：电荷的多少叫做电荷量，简称电荷，符号是Q。电荷的单位是库仑（C）。
在各种带电微粒中，电子电荷量的大小是最小的。人们把最小电荷叫做元电荷，常用符号e表示。e＝1.6×10-19 C。任何带电体所带电荷都是e的整数倍。
1.3正负电荷：自然界只有两种电荷——被丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷是正电荷（＋）；被毛皮摩擦过的橡胶棒上带的电荷叫做负电荷（－）。
具有正电荷的实质是物质中的原子失去了电子；具有负电荷的实质是物质中的原子得到了多余的电子。
1.4电荷间的相互作用：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。
两个物体相互吸引有两种情况——可能是它们带异种电荷而互相吸引，还可能是一个物体带电而吸引另一个不带电的轻小物体。
1.5使物体带电的方法
摩擦起电
定义：用摩擦的方法使物体带电。
原因：不同物质原子核束缚电子的本领不同。
实质：电荷从一个物体转移到另一个物体使正负电荷分开。
能量转化：机械能→电能
接触带电：物体和带电体接触带了电。如带电体与验电器金属球接触使之带电。
感应带电：由于带电体的作用，使带电体附近的物体带电。
1.6检验物体带电的方法
使用验电器
验电器的构造：金属球，金属杆，金属箔。
验电器的原理：同种电荷相互排斥。
从验电器张角的大小，可以判断所带电荷的多少。但验电器不能检验带电体带的是正电荷还是负电荷。
利用电荷间的相互作用。
利用带电体能吸引轻小物体的性质。
中和：放在一起的等量异种电荷完全抵消的现象。
如果物体所带正。负电量不等，也会发生中和现象。这时，带电量多的物体先用部分电荷和带电量少的物体中和，剩余的电荷可使两物体带同种电荷。
中和不是意味着等量正负电荷被消灭，实际上电荷总量保持不变，只是等量的正负电荷使物体整体显不出电性。
2.摩擦起电
2.1原子的结构：原子是由位于中心的原子核和核外的电子组成的；原子核的质量比电子的质量大得多，几乎集中了原子的全部质量；原子核带正电，电子带负电，电子在原子核的吸引下，绕核高速运动。
原子核带正电，电子带负电。电子绕核运动。但整个原子呈中性。
2.2摩擦起电：摩擦过的物体具有吸引轻小物体的现象，就是摩擦起电现象。
摩擦的两个不同物体同时分别带上等量异种电荷。
2.3摩擦起电的原因：不同物质的原子核束缚电子的本领不同，两个物体互相摩擦时，哪个物体的原子核束缚电子的本领弱，它的一些电子就会转移到另一个物体上；失去电子的物体因缺少电子而带正电，得到电子的物体因为有了多余电子而带等量的负电。
摩擦起电不是创造了电荷，只是电子从一个物体转移到另一个物体上。
由同种物质组成的两物体摩擦不会起电。
3.导体和绝缘体
3.1导体和绝缘体：善于导电的物体叫做导体；不善于导电的物体叫做绝缘体。
3.2常见的导体：金属、石墨、人体、大地、酸碱盐的水溶液等。
3.3常见的绝缘体：橡胶、玻璃、塑料、油、陶瓷等。
3.4半导体：导电能力在绝缘体和导体之间的物体，叫做半导体。
常见的半导体：硅、锗。
3.5半导体的应用：集成电路（包括二极管、三极管）、热敏电阻、光敏电阻等。
3.6 超导体：有些物质，当温度降到某一温度以下，电阻会突然变为零，这种现象叫做超导现象。能够发生超导现象的物体叫做超导体。
超导体的实际应用：磁悬浮列车。
超导体可以用作输电线或制造电子元件，并且无需考虑散热的问题。凡是利用电流的热效应来工作的电路中都不能使用超导体。
3.7导体容易导电的原因：里面有大量的自由电荷，它们可以脱离原子核的束缚，而在导体内部自由移动。
3.8“导电”与“带电”的区别：导电过程是自由电荷定向移动的过程，导电体是导体；带电过程是电子得失的过程，能带电的物体可以是导体，也可以是绝缘体。
导体和绝缘体之间并没有绝对的界限，在一定条件下可相互转化。一定条件下，绝缘体也可变为导体。
4.电流和电路
4.1电流的形成：电荷在导体中定向移动形成电流。
自由电荷在金属导体中是自由电子，在酸、碱、盐水溶液中是正、负离子。
4.2电流的方向：把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。
在电源外部，电流的方向是从电源的正极流向负极。在金属导体中，电流的方向跟自由电子的移动方向相反。
4.3电源：能够提供持续电流的装置，叫做电源。
干电池、蓄电池供电时，化学能转化为电能；发电机发电时，机械能转化为电能。
4.4持续电流形成的条件：① 必须有电源； ② 电路必须闭合（通路）。
只有两个条件都满足时，才能有持续电流。
4.5电流的三种效应
① 电流的热效应：如白炽灯，电饭锅等。
② 电流的磁效应：如电铃、电磁继电器等。
③ 电流的化学效应：如电解、电镀等。
注：电流看不见，摸不着，我们可以通过各种电流的效应来判断它的存在,这里体现了转换法的科学思想。物理学中，对于一些看不见，摸不着的物质或物理问题我们往往要抛开事物本身，通过观察和研究它们在自然界中表现出来的外显特性现象或产生的效应等，去认识事物的方法，在物理学上称这种方法叫转换法。
5.电路和电路图
5.1电路：由电源、用电器、开关、导线等元件组成的电流的路径，叫做电路。
5.2电源——能够提供电流的装置，或把其他形式的能转化为电能的装置（干电池将化学能转化为电能）。
5.3用电器——消耗电能，将电能转化为其他形式能的装置。
5.4开关——控制电路的通断。
5.5导线——传导电流，输送电能。
5.6电路的三种状态：
通路——处处连通的电路叫通路，此时电路中有电流通过，电路是闭合的。
断路（开路）——某处断开的电路叫断路，此时电路不闭合，电路中无电流。
短路——不经过用电器而直接用导线把电源正、负极连在一起，电路中会有很大的电流，可能把电源烧坏。
用电器两端直接用导线连接起来的情况也属于短路。
5.7电路图：用符号表示电路连接的图，叫做电路图。
5.8常用电路元件的符号：
符号
意义
符号
意义
＋
交叉不相连的导线

电铃

交叉相连接的导线

电动机
(负极)(正极)
电池

电流表

电池组

电压表

开关

电阻

小灯泡

滑动变阻器
由电路图连接实物：首先按电路图摆好元件位置。其中开关S应是断开的。若有滑动变阻器，应将其滑片P调到变阻器的阻值最大端。
若为串联电路，可从电源正极出发，逐个顺次连接各个元件，然后回到电源负极。
若为并联电路，可先选一支路与开关、电源和干路上的其他元件按串联方法连成回路，再把与该支路并联的各支路依次并联在该支路上；也可先把并联部分按首首相接.尾尾相接的接法接好，再从分叉点和会合点与开关、电源连成回路。
若为混联电路，可参照串、并联的方法连接。
按连接顺序检查，确定无误后，可试触开关，看看有无异常，如有问题可断开开关检查。
实物图的连接中，要注意每个元件的位置和它与电路图中符号位置的对应关系。
由实物图画电路图：参照实物图画出电路图时，要用规定的符号表示相应的元件，要分清元件间的连接关系，要画成规则的方框图（导线要画直，拐弯处要画成直角）。
6.串联和并联
6.1串联电路：两个用电器首尾相连，然后接到电路中，就说这两个用电器是串联的。
6.2并联电路：两个用电器的两端分别连在一起，然后接到电路中，就说这两个用电器是并联的。
6.3识别串联电路、并联电路的方法：
让电流从电源正极出发经过各用电器回到电源负极，途中不分流就是串联，否则就是并联。
将用电器接线柱编号，电流流入端为“首”电流流出端为“尾”，观察各用电器，若“首→尾→首→尾”连接为串联；若“首→首”，“尾→尾”相连，为并联。
识别不规范的电路过程中，不论导线多长，只要其间没有电源、用电器等，导线两端点均可看成同一个点，从而找出各用电器两端的公共点。
对实际看不到连接的电路，如路灯、家庭电路，可根据他们的某些特征判断连接情况。
7.电流的强弱
7.1电流：电流是表示电流强弱的物理量，用符号I表示。电流的单位为安培（安，A）。
7.2电流的定义式：I=Q/t其中I表示电流，单位为安培（A）；Q表示电荷，单位为库伦（C）；t表示通电的时间，单位为秒（s）。
1A＝103mA＝106μA
7.3电流表：测量电流的仪表叫电流表。符号为，其内阻很小，可看做零，电流表相当于导线。
7.4电流表的示数：
量程
使用接线柱
表盘上刻度位置
大格代表值
小格代表值
0～0.6A
“-”和“0.6”
下一行
0.2A
0.02A
0～3A
“-”和“3”
上一行
1A
0.1A
在上一行读出的示数是指针指向相同位置时，在下一行读出的示数的5倍。
部分电流表的三个接线柱分别是“+”，“0.6”和“3”。这时“0.6”和“3”是负接线柱，电流要从“+”流入，再从“0.6”或“3”流出。
7.5正确使用电流表的规则：
电流表必须和被测的用电器串联。
如果电流表与用电器并联，不但测不出流经此用电器的电流，如果电路中没有别的用电器还会因为电流表直接连到电源的两极上使电流过大而烧坏电流表。
电流必须从“＋”接线柱流进去，从“－”接线柱流出来。否则电流表的指针会反向偏转。
被测电流不能超过电流表量程。任何情况下都不能使电流表直接连到电源的两极。
7.6无法估测待测电流的大小时，可先用大量程试触，若指针偏转超过最大值则应断开开关检查；如果指针偏转幅度太小，会影响读数的准确性，应选用小量程档。
7.7使用电表前，如果指针不指零，可调整中央调零螺旋使指针调零。
7.8常见的电流（估计数字）：
计算器中电源的电流
100μA
半导体收音机电源的电流
50mA
手电筒中的电流
200mA
房间灯泡中的电流
0.2A
家用电冰箱的电流
1A
家用空调器的电流
5A
雷电电流
几万安至几十万安

例题精讲
例1、四个悬挂着的带电通草球，相互作用情况如图所示，那么D球（ ）
A．带与A球不同种的电荷
B．带与B球不同种的电荷
C．带与C球不同种的电荷
D．一定带正电荷
例2、现有A、B、C三个轻质小球，已知A带负电，A和B互相吸引，C和A互相排斥，则（ ）

A．
B一定不带电，C带正电
B．
B可能带正电，C带正电

C．
B一定带正电，C带负电
D．
B可能不带电，C带负电
例3、如图所示的甲、乙两个实物电路中，两个小灯泡的接法（ ）

A．
甲是串联
B．
乙是串联
C．
甲、乙都是串联
D．
甲、乙都是并联
一、选择题
1．下列电路连接正确的是（ ）

A．

B．

C．

D．

2．高铁每节车厢都有两间洗手间，只有当两间洗手间的门都关上时（每扇门的插销都相当于一个开关），车厢中指示牌内的指示灯才会发光提示旅客“洗手间有人”。下列所示电路图能实现上述目标的是（ ）

A B C D
3．如图是某取暖器的工作电路图。为了安全起见，取暖器一般都要安装一个跌倒开关S，使取暖器倾倒时整个电路断开。则跌倒开关S应安装在（ ）
A．a处 B．b处
C．c处 D．d处
4．如图所示的电路，要使两个小灯泡L1，L2串联，应（ ）
A.断开开关S1，S2，闭合开关S3
B.断开开关S1，S3，闭合开关S2
C.断开开关S1，闭合开关S2，S3
D.断开开关S2，闭合开关S1，S3
5．新交通法规于2013年1月1日施行，驾驶员不系安全带记3分，罚100元。汽车上设置了“安全带指示灯”，提醒驾驶员系好安全。当安全带系好时，相当于闭合开关，指示灯不亮；安全带未系好时，相当于断开开关，指示灯发光。图中符合上述要求的电路图是（ ）

A B C D
6．如图所示，为保证司乘人员的安全，轿车上设有安全带未系提示系统。当乘客坐在座椅上时，座椅下的开关S1闭合。若未系安全带，则开关S2断开，仪表盘上的指示灯亮起；若系上安全带，则开关S2闭合，指示灯熄灭。下列设计比较合理的电路图是（ ）
A B C D

7．一根锰铜线的电阻为R，要使这根连入电路的导线电阻变小，可采用的方法是( )
A．减小导线两端的电压 B．增大导线中的电流
C．将导线对折后连入电路 D．将导线拉长后连入电路
8.某取暖器在只闭合开关S1时送冷风，同时闭合开关S1、S2时送热风。为了安全起见，取暖器一般都要安装一个跌倒开关S，使取暖器倾倒时整个电路断开。下列符合该取暖器工作要求的电路是（ ）

9．有一种“浴霸”，具有照明、吹风和加热三个功能，其中照明灯和吹风机（用表示），均可以单独控制，电热丝（用 表示）只有在吹风机启动后才可以工作。如图所示电路图中，符合上述要求的是（ ）

A
B
C
D

10．小云家卫生间安装了换气扇和照明灯，换气扇和照明灯的电路连接如图所示，下列说法中正确的是（ ）
A．换气扇和照明灯不能同时工作
B．换气扇和照明灯只能同时工作
C．换气扇和照明灯工作时，通过它们的电流一定相等
D．换气扇和照明灯工作时，它们两端的电压一定相等
11.某同学在探究“电阻上的电流跟两端电压的关系”时，利用如图所示电路，在a、b两点间分别接入定值电阻R1，R2，通过调节滑动变阻器测得了多组数据，并根据数据绘制了两个电阻的U-I关系图像，如图所示，若将R1，R2组成并联电路，当通过R1的电流为1A时，通过R2 的电流为（ ）
A．0.5A B．1A C．2A D．3A
12．在右图所示的电路中，当开关S闭合后 ( )
A.若A表是电流表，B表是电压表，则电阻R1、R2并联
B.若A表是电流表，B表是电压表，则电阻R1、R2串联
C.若A表是电压表，B表是电流表，则电阻R1、R2并联
D.若A表示电压表，B表示电流表，则电阻R1、R2串联
13．某家庭电路的部分组成如图所示，下列说法正确的是（ ）

A．
图中三个插座是串联的

B．
控制灯泡的开关S要接在火线上

C．
三脚插头的用电器也可插入两孔插座

D．
闭合开关S时，灯泡不亮，一定是零线某处断路
14．如图所示的电路中，闭合开关时，下列说法正确的是（ ）
A． 两灯泡串联
B． 电流表测的是总电流
C．电流表测的是L1的电流
D．开关只能控制L2
15．如图是安装在潜水器上的深度表的电路简图，其中，显示器由电流表改装，压力传感器的电阻随所受压力的增大而减小，电源电压不变，R0是定值电阻．在潜水器下潜过程中，电路中有关物理量的变化情况是（ ）
A. 通过显示器的电流减小 B. RO两端的电压增大
C. 传感器两端的电压减小 D. 电路的总功率减小
16．如图所示，闭合开关S，电路正常工作，过了一段时间，灯泡L熄灭，两只电表的示数都变大。则下列判断正确的是（ ）
A.电阻R断路
B.电阻R短路
C.灯泡L短路
D.灯泡L断路
17．小明学习了电路知识后，想利用发光二极管设计一个开关有指示灯的照明电路，晚间关闭照明灯后，利用二极管发出的光指示开关所在的位置．他共设计了4个电路，如图所示，其中L为白炽灯，规格为“220V 60W”；D为发光二极管，规格为“1.2V 0.002A”；S为单刀双掷开关，R为限流电阻，图中能够满足要求的电路是（ ）

A．

B．

C．

D．

18．某同学在探究串联电路电流规律的实验中，按下左图接好电路，闭合开关后，发现灯L1、L2都不发光，电流表示数为零。他用电压表分别接到电流表、灯L1、灯L2两端测量电压，发现电流表，灯L1两端电压均为零，灯L2两端电压不为零。电路的故障可能是（ ）

A．
电流表断路
B．
灯L1断路
C．
灯L2断路
D．
灯L2短路
19．小明“测量小灯泡的电功率”，根据右上图所示的电路连好电路后，闭合开关S，发现灯泡不发光，电压表无示数，电流表有示数但超出量程，则产生这一现象的原因可能是（ ）
A. 小灯发生了短路 B. 小灯泡发生了断路
C. 滑动变阻器发生了短路 D. 滑动变阻器的滑片接触不良
二、填空题
1.自然界只有两种电荷，同种电荷相互　　 ，异种电荷相互　　 。
2．2013年春晚运用了许多新技术，其中主要利用发光二极管工作的全息LED屏幕组合成唯美的3D画面。发光二极管具有 导电特性，它的主要材料是 。
3．PM2.5是指大气中直径不大于2.5的颗粒悬浮物，能被肺泡吸收并进入血液，影响人体健康。某科研队伍成功研制出PM2.5净化器，其原理如图6所示。闭合开关S1、S2后，风扇旋转吸入含有颗粒物空气，当颗粒物接近带有负电荷的光洁金属网C时会被快速吸引过来，这是因为带电体具有吸引_________的性质；当颗粒物快速通过光洁金属网C后，会带上负电荷，然后被带有正电荷的棉芯D吸附住，这是因为 。
4．宾馆的房卡只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才能有电，房卡的作用相当于一个　　 （填电路元件）接在电路中。
5．与丝绸摩擦的A分别靠近悬挂的轻质带电小球B和C，发现B被排斥，C被吸引，则 带正电；用久的风扇扇叶上布满灰尘主要是由于风扇旋转与空气发生 ，带电体具有 的性质。
6．如图所示是电吹风的简化电路图，A是风扇的电动机，B是电热丝。要吹热风应闭合开关 ，此时A与B 联在电路中。
7．干电池是日常生活中使用最多的直流电源，它正常工作时，把______能转化为电能，并在其内部不断地把正电荷运送到干电池的________极。
8．工厂里经常使用静电除尘技术，用一块带电的金属板，把浮尘吸附在金属板上。静电除尘的原理是___________________。
三、作图、实验探究题
1．电冰箱的压缩机（电动机）是由温控开关控制的，冷藏室中的照明灯是由门控开关控制的，即开冰箱门时照明灯亮，关冰箱门时照明灯灭。请在图中用笔画线连接好符合上述特点的电冰箱工作电路图.

2．根据如图所示的实物连线图，画出对应的电路图。（要求连线要横平竖直，尽量使电路图简洁美观）学科王
L1
L2
S1
S2

3．要测量一个阻值约为几百欧的电阻Rx，实验室提供的器材有：电源（电压为3V），学生用电流表（量程为0～0.6A；0～3A），学生用电压表（量程为0～3V；0～15V）.滑动变阻器R1和电阻箱R2（0～9999Ω；5A）各一个，开关、导线若干。

（1）小明用伏安法测量该电阻，上左图是小明连接的电路。连接电路时，小明注意到了开关应　　 ；接通电路前，小明还应将滑动变阻器滑至最　　 （左/右）端。接通电路后，观察到电流表指针不偏转，示数为零，电压表示数为3V．请你判断：
①电路中哪一个元件有故障？答：　　 ；
②该元件发生了什么故障？答：　 　。
（2）在排出故障更换新元件后，经检查电路完好，闭合开关，逐渐减小滑动变阻器的接入电阻至最小，电压表有示数，但电流表的指针几乎不偏转，电流太小的原因是　 　。所以按小明所选的器材不能用伏安法测出该电阻的值。
（3）请你帮助小明在实验室所提供的器材中选择合适的器材，设计实验方案测出该电阻的值。
（a）在图所示虚线方框中画出实验电路图；
（b）简述实验步骤：　 ；（用相应的字母表示各个测出的物理量）
（c）写出待测电阻Rx的表达式：　 　．
4．在“电阻上的电流跟两端电压的关系”的实验中，小莉将实物连接成如图甲所示的电路。

（1）根据实物图请在图乙方框中画出对应的电路图。
（2）实验室，调节滑动变阻器，测出电阻R两端的电压和对应的电流值如下表所示。由表中数据可知，小莉实验时所选用电阻R的阻值为　 　Ω，分析实验数据可以得出的结论是：　 　。
U/V
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
I/A
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
（3） 将图甲中的电阻R换成一个额定电压为3.8V，阻值约为10Ω的小灯泡后，还可以测小灯泡的电功率，若要测该小灯泡的额定功率，则在图甲电路中必须改动的地方是：
①　 　 ②　 　 。
5．小明和小丽在研究导体中电流与导体两端电压的关系时，除了电源（3V）、开关、导线、电流表、电压表、滑动变阻器外，还有可供选择的（A）定值电阻；（B）小灯泡；
（1）为了完成研究还应选择的器材（填序号）　 　；理由是：　 　。
（2）用笔划线完成图中的实物电路连接（你所选的器材在图中用接线板代替），并使滑动变阻器接入电路的阻值最大。
（3）小明通过实验得出了下表（一）中的数据，请读出图中两表的示数，记在表中最后一列的空格处．
表（一）
电压U/V
0.5
1.0
1.5
2.0

电流I/A
0.05
0.1
0.15
0.2

（4）小丽通过实验得出了下表（二）中的数据，并且通过分析实验数据得出了：“在电阻一定时，导体中的电流随电压的增大而减少”的结论。小明观察并检查了小丽所连接的电路后，告诉小丽…． 你认为原因可能是　 　．
表（二）
电压U/V
0.5
1.0
1.5
2.0
电流I/A
0.25
0.2
0.15
0.1

四、计算题
1．在图1所示的电路中，电源电压保持6伏不变，R1的阻值为10欧。闭合电键S，电压表的示数如图2所示．

图（1） 图（2）
（1）求通过电阻R1的电流；
（2）求电阻R2的阻值；
（3）现有阻值分别为2欧、10欧、50欧、100欧的四个定值电阻，请选择其中一个定值电阻替换电路中的电阻R2，要求：电压表选择合适的量程后，闭合电键S，能使电压表指针偏离零刻度线的角度是原来的一半。
请判断：所提供的四个定值电阻是否符合要求，若有符合，请具体说明是哪个电阻，并指出电压表所选用的量程；若不符合，请说明理由。

2．为了防止酒驾事故的出现，酒精测试仪已被广泛应用。交警使用的某型号酒精测试仪的工作原理如图所示，电源电压恒为8V，传感器电阻R2的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，当酒精气体的浓度为0时，R2的电阻为60Ω，使用前要通过调零旋扭（即滑动变阻器R1的滑片）对酒精测试仪进行调零，此时电压表的为6V。
（1）电压表的示数为6V时，电流表的示数为多少？
（2）电压表的示数为6V时，滑动变阻器R1的电阻值为多少？
（3）调零后，R1的电阻保持不变。某驾驶员对着酒精测试仪吹气10s，若电流表的示数达到0.2A，表明驾驶员酒驾，此时电压表的示数为多少？

家庭作业
1.如图是常用手电筒的剖面图，筒内每节干电池的电压为1.5V，按下按键前，小灯泡不亮，电路为 （选填“通路”、“短路”或“断路”）；按下按键后，小灯泡发光，它两端的电压为 V。
2.如图所示，汽车在转向前。司机会拨动转向横杆，汽车同侧的前后两个转向灯就会同时闪亮，同时熄灭，但其中一个损坏时。另一个仍能正常工作，这两个转向灯在电路中的连接方式为 ，转向杆相当干电路中的　　。
3．某新型手电筒由电池，开关和三粒相同的LED灯珠连接而成，工作时每粒灯珠都正常发光且电压都为U。为探究三粒灯珠的连接方式，小明从正在发光的手电筒中取下其中一粒灯珠，发现另外两粒灯珠不亮，则手电筒中三粒灯珠是 联的，手电筒正常工作时通过三粒灯珠的电流 （相等/不相等），手电筒电池的电压为 。
4.小满暑假坐火车去北京，在火车上发现车厢后面有两个厕所，只有当两个厕所的门都关上时，车厢指示灯才会发光，指示牌才会显示“厕所有人”字样，提醒旅客两个厕所都有人。请你把图中的各元件符号连接成符合上述设计要求的电路图。