高中物理教学课件第4章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,4,章直 流 电 路,4.1,导体的电阻,4.1.1,电阻,如图,4-1,所示，用电压表测量导体,A,两端的电压，用电流表测量通过导体,A,的电流。调节滑动变阻器,R,的滑片，可以得到关于导体,A,的几组电压和电流数据。然后换用另一个导体,B,代替导体,A,进行实验，同样调节滑动变阻器,R,得到关于导体,B,的几组电压和电流数据。,演示实验,图,4-1,4.1,导体的电阻,4.1.1,电阻,演示实验,对于同一个导体，不管其电压和电流的大小怎样变化，它们的比值都是恒定的；而对于不同的导体，电压和电流的比值一般是不同的。比值越大，导体在同一电压下通过的电流越小。这个比值反映了导体对电流的阻碍作用，称为导体的电阻，用,R,表示。,4.1,导体的电阻,4.1.1,电阻,演示实验,电阻的国际单位是欧姆，简称欧（,）。常用的电阻单位还有千欧（,k,）和兆欧（,M,）等。,1 k=1,103,1 M=1,106,4.1,导体的电阻,4.1.2,欧姆定律,德国物理学家欧姆（,1789,1854,）通过大量的实验得出：导体中的电流,I,与导体两端的电压,U,成正比，与导体的电阻,R,成反比。这就是欧姆定律，用公式表示为：,4.1,导体的电阻,4.1.2,欧姆定律,根据欧姆定律，如果导体两端的电压为,1 V,，通过导体的电流为,1 A,，则这段导体的电阻就为,1,。,实验表明，除金属外，欧姆定律对电解质溶液也适用，但对气态导体（如日光灯管中的气体）、某些导电器件（如晶体管）和某些电器（如电动机、电解槽等）并不适用。,4.1,导体的电阻,4.1.3,电阻定律,电阻是导体本身的一种性质，是由导体本身的物理因素决定的。实验证明，由同种材料做成的横截面积相同的金属导线，其长度越长，则电阻越大；由同种材料做成的相同长度的金属导线，其横截面积越大，则电阻越小。,4.1,导体的电阻,4.1.3,电阻定律,在温度不变时，同种材料的导体，其电阻,R,与它的长度,l,成正比，与它的横截面积,S,成反比，这就是电阻定律，用公式表示为：,式中，,为比例系数，称为电阻率，单位为欧,米（,m,）。它是表征材料性质的一个物理量。对于不同的材料，其电阻率是不同的。,4.1,导体的电阻,4.1.3,电阻定律,各种材料的电阻率都随温度而变化。纯金属的电阻率随温度的升高而增大。电阻温度计就是利用金属的这种特性制成的，可以用来测量很高的温度。精密的电阻温度计是用铂做的，如图,4-2,所示。,图,4-2,4.1,导体的电阻,4.1.3,电阻定律,精选例题,例,4-1,：一条康铜丝的横截面积,S=0.2 mm2,，长,l=2.5 m,，在它的两端加上电压,U=0.6 V,时，通过它的电流,I=0.1 A,，求这种康铜丝的电阻率。,分析,：,由电阻定律可知，要求电阻率，必须知道导体的R、l、S才行。题目中已给出了S、l两个物理量，所以要先求出R才能解决问题。电阻R可以运用欧姆定律求出。,4.1,导体的电阻,4.1.3,电阻定律,精选例题,解：根据欧姆定律可得该康铜丝的电阻为：,则根据电阻定律可得康铜丝的电阻率,为,:,4.1,导体的电阻,4.1.4,超导体,随后科学家们又发现了其他许多金属或合金在低温下都有这种现象，我们把这种现象称为超导现象，将电阻为零的导体称为超导体。导体由普通状态转向超导体时的转变温度称为超导转变温度或临界温度，用,Tc,表示。,4.1,导体的电阻,4.1.4,超导体,如果把超导现象应用于实际，会给人类带来很大的好处。,在电力工业中，用超导材料的电缆输电不但可以大大降低电能的损失，而且不需要高压输电，用电会更安全，且占用空间也很小。,4.1,导体的电阻,4.1.4,超导体,如果把超导现象应用于实际，会给人类带来很大的好处。,由超导线圈产生的强磁场可以使列车悬浮在铁轨上，而不用车轮，这样列车与铁轨之间就没有摩擦，且噪声小，速度快。,4.1,导体的电阻,4.1.4,超导体,在实际中应用超导体是非常困难的，主要是由于目前发现的超导体都只有在极低的温度下才会产生超导现象，如银在,9.2K,可变为超导体，铝的转变温度是,1.2K,，要产生这样的低温需要非常复杂的设备，这在实际技术中很难实现。各国科学家一直在积极寻找,“,高温,”,超导体，目前已经开发出一些,“,高温,”,超导材料，其转变温度最高已达,135K,，但是对实际应用来说，温度还是太低了。,4.1,导体的电阻,练习,4.1,1,某电流表可测量的最大电流是,10 mA,。已知一个电阻两端的电压是,8 V,时，通过的电流是,2 mA,。如果给这个电阻加上,50 V,的电压，能否用该电流表测量通过这个电阻的电流？,2,一根导线原来的电阻是,4,，把它对折起来使用，它的电阻变为多少？如果把它均匀拉长到原来的,2,倍，电阻又变为多少？,3.,小强买了一卷长为,100 m,、直径为,2 mm,的铜导线，用来安装家庭电路。你能计算出这卷导线的电阻是多少吗？（已知,铜,=1.7,10-8,m,）,4.2,串联电路和并联电路,4.2.1,串联电路,把电阻一个接一个无分支地依次连接起来，在其两端接上电源，就组成了串联电路。图,4-3,所示是三个电阻组成的串联电路。,图,4-3,4.2,串联电路和并联电路,4.2.1,串联电路,在串联电路中，各处的电流相等，电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和，即：,I=I1=I2=I3,U=U1+U2+U3,4.2,串联电路和并联电路,4.2.1,串联电路,如果把串联电路中的三个电阻用一个电阻,R,来代替，使得在相同的电压下通过电路的电流与原来相同。那么，我们就把电阻,R,称为串联电路的总电阻或等效电阻。,如图,4-3,所示，在保持电路中,U,、,I,不变的情况下，由欧姆定律可得,U=IR,，则可得,IR=I1R1+I2R2+I3R3,所以：,R=R1+R2+R3,这说明串联电路的总电阻等于各个串联电阻之和。,1.,串联电路的总电阻,4.2,串联电路和并联电路,4.2.1,串联电路,在串联电路中，总电压是被分配到各个串联的电阻上的，因此串联电路又称为分压电路。串联电路的这种作用称为分压作用。,在串联电路中，通过各电阻的电流相等，根据欧姆定律，有,这表明，串联电路中各个串联电阻两端的电压与其电阻成正比，即电阻值大的电阻分得的电压大，电阻值小的电阻分得的电压小。,2.,串联电路的电压分配,4.2,串联电路和并联电路,4.2.1,串联电路,2.,串联电路的电压分配,图,4-4,所示是用滑动变阻器连接成的分压器，通过它可以得到一定数值范围内连续变化的电压。滑动变阻器的两个固定端,A,、,B,连接在电源上，其中一个固定端和滑动片,P,与用电器或工作电路的两端,C,、,D,相连。当滑片,P,上下移动时，输出电压的数值就可以在,0,U,连续变化。,图,4-4,4.2,串联电路和并联电路,4.2.1,串联电路,2.,串联电路的电压分配,电压表都是利用电流表改装的，电流表本身的电阻很小，所能承受的电压也很小，无法直接测量较大的电压，必须进行改装后才能扩大它的量程。,电流表,4.2,串联电路和并联电路,4.2.1,串联电路,2.,串联电路的电压分配,根据串联电路的分压原理，在电流表上串联一个分压电阻，让这个电阻分担一部分电压，这样，电流表和分压电阻一起就成为一个能够测量较大电压的电压表了。,电压表,4.2,串联电路和并联电路,4.2.1,串联电路,精选例题,例,4-2,：一个量程为,10 V,、内阻为,5.0 k,的电压表，要把它的量程扩大到,50 V,，应该串联一个多大的电阻？,图,4-5,分析：根据题意可以画出改装电路，如图,4-5,所示。,4.2,串联电路和并联电路,4.2.1,串联电路,精选例题,解,:,根据欧姆定律，电压表满偏时的电流值,IV,为,设应串联的电阻为,R,，由串联电路的分压作用可知，该电阻应分担的电压为,:UR=U-UV=50-10=40,（,V,）,再根据欧姆定律可得分压电阻为,:,即要把该电压表的量程扩大到,50 V,，应串联,20 k,的电阻。,4.2,串联电路和并联电路,4.2.1,串联电路,学习提示,用电流表测量电流时，必须把它串联在电路中，并使电流从其,“,”,接线柱流入，从,“,-,”,接线柱流出。,4.2,串联电路和并联电路,4.2.2,并联电路,把两个或两个以上电阻并列连接在电路中的两个共同端点之间，即电阻的输入端和输出端分别连接在一起，这样组成的电路称为并联电路，如图,4-6,所示。,图,4-6,4.2,串联电路和并联电路,4.2.2,并联电路,在并联电路中，有几个电阻并联，就有几条支路。并联电路中各支路两端的电压相等，且电路中的总电流等于各支路的电流之和（见图,4-6,），用公式可以表示为,U=U1=U2=U3,I=I1+I2+I3,4.2,串联电路和并联电路,4.2.2,并联电路,由欧姆定律和并联电路的电流特点可得,I=I1+I2+I3,则根据并联电路中的电压特点可得,即并联电路中的总电阻的倒数等于各个并联电阻的倒数之和。,1.,并联电路的总电阻,4.2,串联电路和并联电路,4.2.2,并联电路,在并联电路中，因各支路两端的电压相等，则根据欧姆定律可得,这说明，在并联电路中，通过各电阻的电流与它的电阻值成反比，即电阻的阻值越大，通过它的电流越小。在并联电路中，各个并联电阻可以分担一部分电流，并联电阻的这种作用称为分流作用，这种用途的电阻称为分流电阻。,2.,并联电路中电流的分配,4.2,串联电路和并联电路,4.2.2,并联电路,精选例题,例,4-3,：一个内阻,RA=1 00,，满偏电流,IA=100A,的电流表要改装成量程为,1A,的电流表，需要并联多大的分流电阻？,图,4-7,分析：根据题意可画出电路，如图,4-7,所示。,4.2,串联电路和并联电路,4.2.2,并联电路,精选例题,解：根据并联电路分流作用的特点可知，分流电阻需要分担的电流为,IR=I-IA=1-0.000 1=0.999 9,（,A,）,因分流电阻两端的电压与电流表两端的电压相等，所以,UR=UA=IA RA=0.000 1,1 000=0.1,（,V,）,则由欧姆定律可得,即要把该电流表的量程扩大到,1A,，应并联,0.1,的电阻。,4.2,串联电路和并联电路,4.2.2,并联电路,家庭中的电器一般都是通过插座并联入家庭主电路当中的，如图,4-8,所示。,图,4-8,4.2,串联电路和并联电路,1,已知由两个电阻串联组成的电路两端的电压是,100V,，其中一个电阻的电阻值是,80,，它两端的电压是,40V,，求另一个电阻的电阻值。,2,有一只微安电流表，表头内阻,Rg=1 000,，满偏电流,Ig=100A,。要把它改装成量程是,3V,的电压表，应串联多大的电阻？,3,把阻值为,5,、,5,、,10,的三个电阻任意连接，得到的等效电阻的阻值（）。,A,在,5,和,10,之间,B,在,2,和,20,之间,C,小于,2,D,大于,20,练习,4.2,4.3,电功电功率,4.3.1,电功,导体内的电荷在电场力的作用下发生定向移动，因此电场力做了功。这个功称为电流做的功，简称电功。如果导体两端的电压为,U,，通过导体的电流为,I,，通电时间为,t,，则电流做的功为：,W=UIt,即电流流过一段电路时所做的功等于这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间三者的乘积。,4.3,电功电功率,4.3.1,电功,图,4-9,所示为日常生活中的,1,度电的使用情况。,图,4-9,4.3,电功电功率,4.3.2,电功率,电流所做的功,W,与完成这些功所用时间,t,的比值称为电功率，通常用,P,表示。其表达式为：,在国际单位制中，电功率的单位是瓦特，简称瓦（,W,）。,1 W=1 J/s=1 V,A,将,W=UIt,代入电功率的表达式可得：,P=UI,上式表明，一段电路上的电功率等于这段电路两端的电压和电路中的电流的乘积。,4.3,电功电功率,4.3.3,焦耳定律,实验得出这样的结论：电流通过导体时产生的热量等于电流的平方导体的电阻和通电时间三者的乘积。这就是焦耳定律，用公式表示为：,式中，,Q,表示热量，单位是,J,；,I,表示电流强度，单位是,A,；,R,表示电阻，单位是,；,t,表示时间，单位是,s,。,4.3,电功电功率,4.3.3,焦耳定律,如果电路中只含有电阻，即为纯电阻电路，根据欧姆定律可得：,在这种情况下，电流所做的功,UIt,与产生的热量,I2Rt,是相等的，电能完全转化为电路的热力学能。这时，计算电功也可以用下面的公式：,4.3,电功电功率,4.3.3,焦耳定律,高 压 输 电,在输电线路中，焦耳热损耗与电流的平方成正比，所以远距离输电时，需要用电力变压器把电压升高以减小电流，从而可降低焦耳热损耗。通常根据输电距离的远近可将电压升到,10kV,、,35kV,、,110kV,、,220kV,等，经高压线传送到用电地区后，再用降压变压器把电压降到几百伏，以保证用电安全。,课堂阅读,4.3,电功电功率,练习,4.3,1,在用电器功率为,2.4kW,、电源电压为,220 V,的电路中，能不能选用熔断电流为,10A,的保险丝？,2,额定电压为,220V,，额定功率分别为,40 W,、,60W,、,100W,的灯泡，其电阻各是多少？,3.,一台额定电压为,220V,、电阻为,24.2,的电热水器，在正常工作时，它的电功率有多大？工作,0.5h,所产生的热量是多少？,4.4,全电路欧姆定律,4.4.1,电源电动势,不接用电器时，电源两极间的电压就等于电源的电动势，用符号,E,表示，国际单位制中的单位是伏（,V,）。例如，干电池的电动势为,1.5V,，铅蓄电池的电动势为,2V,，大型发电机的电动势可达几十千伏。电动势仅由电源本身的性质决定，与外电路的情况无关。,4.4,全电路欧姆定律,4.4.2,闭合电路欧姆定律,外电路的电阻称为外电阻，用,R,表示；内电路的电阻称为内电阻（简称内阻），用,Ri,表示，如图,4-10,所示。,图,4-10,4.4,全电路欧姆定律,在闭合电路中，电源内部电势升高的数值E等于电路中电势降落的数值，即电源的电动势E等于U外和U内之和：EU外U内,设闭合电路中的电流为I，外电阻为R，内电阻为Ri，由部分电路欧姆定律可知，U外IR，U内IRi。因此EIRIRi，则,上式表明，全电路中的电流与电源的电动势成正比，与整个电路的电阻成反比。这个规律称为闭合电路欧姆定律，也称全电路欧姆定律。,4.4.2,闭合电路欧姆定律,4.4,全电路欧姆定律,4.4.3,路端电压,外电路两端的电压,U,外，通常称为路端电压，常用,U,表示，它是电源加在负载（用电器）上的实际电压。,图,4-11,图,4-11,所示为汽车蓄电池组的简化供电电路。,4.4,全电路欧姆定律,电路断开时即为断路。断路时，电流I0，IRi也变为零，路端电压就等于电源的电动势。因此，可在断路的情况下把电压表接在电源两极来近似测量电源的电动势。由于电压表的电阻很大，电路中的电流I很小，IRi也很小，因此，电压表所指示的路端电压非常接近于电源的电动势。,4.4.4,断路和短路,1.,断路,4.4,全电路欧姆定律,当外电路如图,4-12,所示连接时，闭合开关，外电阻等于零，这种情况称为短路。一般来说，电源的内电阻都很小，因此短路时，电流很大，路端电压等于零。,4.4.4,断路和短路,2.,短路,图,4-12,4.4,全电路欧姆定律,例4-7,：,在图4-13所示的电路中，外电阻R1=8.0，R2=5.0，电源的内电阻为Ri。当单刀双掷开关S扳到位置1时，测得电流I1=0.2A；当S扳到位置2时，测得电流I2=0.3A。电源电动势E和内阻Ri各是多少？,4.4.4,断路和短路,图,4-13,精选例题,4.4,全电路欧姆定律,解,：,根据全电路欧姆定律可得,代入数据可得,解得,即电源电动势为1.8 V，内阻为1.0。,4.4.4,断路和短路,精选例题,4.4,全电路欧姆定律,1,在图,4-14,所示电路中，外电阻,R,9.0,，当开关,S,打开时，电压表的示数是,2.0V,；合上开关,S,时，电压表的示数是,1.8V,，则电源的内电阻是多少？,练习,4.4,图,4-14,4.4,全电路欧姆定律,2.,在图,4-15,所示电路中，当滑动变阻器的滑片在某一位置时，电流表和电压表的示数分别为,I1,0.20A,，,U1,1.98 V,；改变滑片的位置后，两表的读数分别为,I2,0.40A,，,U2,1.96V,。则电源的电动势和内电阻各是多少？,练习,4.4,图,4-15,4.5,安 全 用 电,当人体触及带电设备中的相线而又不与大地绝缘时，相线、人体与大地组成回路，便会有电流通过人体，这种触电现象称为单相触电，如图,4-16,所示。,图,4-16,4.5.1,人体触电的类型,1.,单相触电,4.5,安 全 用 电,人体同时触及带电设备或线路中的两根导线而发生的触电称为两相触电。如图4-17所示，人体同时接触到相线和零线，相线、人体与零线便构成一条闭合回路，从而会造成触电事故。两相触电是最危险的。,图,4-17,4.5.1,人体触电的类型,2.,两相触电,4.5,安 全 用 电,若相线发生断线落地或电气设备由于绝缘损坏发生接地故障，接地电流便以落地点为中心向大地流散。如果人在落地点周围行走，其两脚之间的电压，就是跨步电压。由跨步电压引起的人体触电，称为跨步电压触电，如图4-18所示。,图,4-18,4.5.1,人体触电的类型,3.,跨步电压触电,4.5,安 全 用 电,高压带电体会在周围形成强大的电场，在人体离它们较近时，高压线或高压设备所带高电压有可能击穿其与人体之间的空气，于是产生放电的现象，在电流通过人体时便会造成电烧伤，甚至死亡，这就是所谓的高压电弧触电，如图4-19所示。,图,4-19,4.5.1,人体触电的类型,4.,高压电弧触电,4.5,安 全 用 电,4.5.2,电气火灾的防范,因此可从以下几个方面来采取防范措施：,（1）电力变压器应装设熔断器或继电保护装置，变压器的容量较大时还应附装瓦斯继电器，以便在变压器发生故障时及时将其与电网切断。,（2）加强绝缘监测，定期进行变压器绝缘的预防性试验和轮换检修。,（3）做好绝缘油的管理，发现油老化、,进,1.,变压器故障引起火灾的防范措施,4.5,安 全 用 电,4.5.2,电气火灾的防范,水,、绝缘强度不够等问题时，应及时更换合格的新油或进行滤油处理。,（4）加强变压器的运行管理，经常在高峰负荷时间内对变压器的负荷进行监测，如发现过负荷运行应采取转移负荷的措施或将其更换为较大容量的变压器。,（5）定期检查避雷器是否正常工作，应及时更换易导致故障的产品。,1.,变压器故障引起火灾的防范措施,4.5,安 全 用 电,4.5.2,电气火灾的防范,因此可从以下几个方面来采取防范措施：,（1）要根据电路中实际负荷的大小合理地选择导线，防止线路严重过负荷运行。,（2）正确选择自动断路器或熔丝的额定电流，要和导线的安全载流量相匹配。,（3）要由合格的电工安装线路，不可用废旧电线私拉乱接；电路中的接头一定要按规定铰接，使其接触良好；室内外导线连接处应包上绝缘胶布，不可破损或裸露。,2.,线路故障引起火灾的防范措施,4.5,安 全 用 电,4.5.2,电气火灾的防范,电动机故障一般是由长时间过负荷运行、绕组绝缘损坏发生匝间或相间短路、电动机机械部件故障造成转轴卡住及电动机转子电刷火花等引起的。电动机故障会引起周围易燃物质燃烧而发生火灾。,3.,电动机故障引起火灾的防范措施,4.5,安 全 用 电,4.5.2,电气火灾的防范,其防范措施如下：,（1）根据不同用电场合选择不同的用电灯具（易,燃易爆的场所应选用防爆型灯具）。,（2）灯泡与可燃物之间应保持一定的安全距离，,不可贴近可燃物。,（3）荧光灯不应紧贴安装在可燃的天花板上。,（4）家用电器停用时要及时拔掉插头，同时插头,与连线处应用锡焊焊接处理。,（5）选择合适的漏电保护器，并定期检验。,4.,照明灯具故障引起火灾的防范措施,4.5,安 全 用 电,4.5.3,用电安全措施,（1）不接触低压带电体，不靠近高压带电体。,（2）不能私自乱拉乱接电线和使用超大功率用电器。,（3）更换灯泡、搬动电器前应断开电源开关。,（4）不弄湿用电器，更不能用湿布擦拭或用水冲洗正在使用的电器。,（5）保险装置、插座、导线、家用电器等达到使用寿命应及时更换。,4.5,安 全 用 电,1.在日常生活中，树立安全用电意识十分重要，下列各图中符合安全用电原则的是（）。,练习,4.5,A.,B.,C.,D.,谢谢大家,