恆定電流
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按照考綱的要求，本章內容可以分成三部分，即：基本概念和定律；串並聯電路、電表的改裝；閉合電路歐姆定律。其中重點是對基本概念和定律的理解、熟練運用歐姆定律和其他知識分析解決電路問題。
難點是電路的分析和計算。
基本概念和定律
教學目標：
1．掌握電流、電阻、電功、電熱、電功率等基本概念；
2．掌握部分電路歐姆定律、電阻定律
3．知道電阻率與溫度的關係，了解半導體及其應用，超導及其應用
教學重點：部分電路歐姆定律、電阻定律
教學難點：部分電路歐姆定律、電阻定律的應用
教學方法：講練結合，計算機輔助教學
教學過程：
一、基本概念和定律
1.電流
電流的定義式：，適用於任何電荷的定向移動形成的電流。
對於金屬導體有i=nqvs（n為單位體積內的自由電子個數，s為導線的橫截面積，v為自由電子的定向移動速率，約10 -5m/s，遠小於電子熱運動的平均速率105m/s，更小於電場的傳播速率3×108m/s），這個公式只適用於金屬導體，千萬不要到處套用。
注意：在電解液導電時，是正負離子向相反方向定向移動形成電流，在用公式i＝q／t計算電流強度時應引起注意。
2.電阻定律
導體的電阻r跟它的長度l成正比，跟它的橫截面積s成反比。
（1）ρ是反映材料導電性能的物理量，叫材料的電阻率（反映該材料的性質，不是每根具體的導線的性質）。單位是ω m。
（2）純金屬的電阻率小，合金的電阻率大。
⑶材料的電阻率與溫度有關係：
①金屬的電阻率隨溫度的公升高而增大（可以理解為溫度公升高時金屬原子熱運動加劇，對自由電子的定向移動的阻礙增大。）鉑較明顯，可用於做溫度計；錳銅、鎳銅的電阻率幾乎不隨溫度而變，可用於做標準電阻。
②半導體的電阻率隨溫度的公升高而減小（可以理解為半導體靠自由電子和空穴導電，溫度公升高時半導體中的自由電子和空穴的數量增大，導電能力提高）。
③有些物質當溫度接近0 k時，電阻率突然減小到零——這種現象叫超導現象。能夠發生超導現象的物體叫超導體。材料由正常狀態轉變為超導狀態的溫度叫超導材料的轉變溫度tc。
我國科學家在2023年把tc提高到130k。現在科學家們正努力做到室溫超導。
注意：公式r＝是電阻的定義式，而r=ρ是電阻的決定式r與u成正比或r與i成反比的說法是錯誤的，導體的電阻大小由長度、截面積及材料決定，一旦導體給定，即使它兩端的電壓u＝0，它的電阻仍然照舊存在。
3.歐姆定律
（適用於金屬導體和電解液，不適用於氣體導電）。
電阻的伏安特性曲線：注意i-u曲線和u-i曲線的區別。還要注意：當考慮到電阻率隨溫度的變化時，電阻的伏安特性曲線不再是過原點的直線。
【例1】 實驗室用的小燈泡燈絲的i-u特性曲線可用以下哪個圖象來表示：
解：燈絲在通電後一定會發熱，當溫度達到一定值時才會發出可見光，這時溫度能達到很高，因此必須考慮到燈絲的電阻將隨溫度的變化而變化。隨著電壓的公升高，電流增大，燈絲的電功率將會增大，溫度公升高，電阻率也將隨之增大，電阻增大，。
u越大i-u曲線上對應點於原點連線的斜率必然越小，選a。
【例2】下圖所列的4個圖象中，最能正確地表示家庭常用的白熾電燈在不同電壓下消耗的電功率p與電壓平方u 2之間的函式關係的是以下哪個圖象
abcd.
解：此圖象描述p隨u 2變化的規律，由功率表示式知：，u越大，電阻越大，圖象上對應點與原點連線的斜率越小。選c。
4.電功和電熱
電功就是電場力做的功，因此是w=uit；由焦耳定律，電熱q=i2rt。其微觀解釋是：電流通過金屬導體時，自由電子在加速運動過程中頻繁與正離子相碰，使離子的熱運動加劇，而電子速率減小，可以認為自由電子只以某一速率定向移動，電能沒有轉化為電子的動能，只轉化為內能。
（1）對純電阻而言，電功等於電熱：w=q=uit=i 2r t=
（2）對非純電阻電路（如電動機和電解槽），由於電能除了轉化為電熱以外還同時轉化為機械能或化學能等其它能，所以電功必然大於電熱：w>q，這時電功只能用w=uit計算，電熱只能用q=i 2rt計算，兩式不能通用。
為了更清楚地看出各概念之間區別與聯絡，列表如下：
注意：1、電功和電熱的區別：
（1）純電阻用電器：電流通過用電器以發熱為目的，例如電爐、電熨斗、電飯鍋、電烙鐵、 白熾燈泡等。
（2）非純電阻用電器：電流通過用電器是以轉化為熱能以外的形式的能為目的，發熱不是目的，而是不可避免的熱能損失，例如電動機、電解槽、給蓄電池充電、日光燈等。
在純電阻電路中，電能全部轉化為熱能，電功等於電熱，即w=uit=i2rt=t是通用的，沒有區別，同理p=ui=i2r=也無區別，在非純電阻電路中，電路消耗的電能，即w=uit分為兩部分，一大部分轉化為其它形式的能；另一小部分不可避免地轉化為電熱q=i2rt，這裡w=uit不再等於q=i2rt，應該是w=e其它+q，電功就只能用w=uit計算，電熱就只能用q=i2rt計算。
2、關於用電器的額定值問題
額定電壓是指用電器在正常工作的條件下應加的電壓，在這個條件下它消耗的功率就是額定功率，流經它的電流就是它的額定電流。
如果用電器在實際使用時，加在其上的實際電壓不等於額定電壓，它消耗的功率也不再是額定功率，在這種情況下，一般可以認為用電器的電阻與額定狀態下的值是相同的，並據此來進行計算。
【例3】 某一電動機，當電壓u1=10v時帶不動負載，因此不轉動，這時電流為i1=2a。當電壓為u2=36v時能帶動負載正常運轉，這時電流為i2=1a。求這時電動機的機械功率是多大？
解：電動機不轉時可視為為純電阻，由歐姆定律得，，這個電阻可認為是不變的。電動機正常轉動時，輸入的電功率為p電=u2i2=36w，內部消耗的熱功率p熱==5w，所以機械功率p=31w
由這道例題可知：電動機在啟動時電流較大，容易被燒壞；正常運轉時電流反而較小。
【例4】某一直流電動機提公升重物的裝置，如圖所示，重物的質量m=50kg，電源提供給電動機的電壓為u=110v，不計各種摩擦，當電動機以v=0.9m/s的恆定速率向上提公升重物時，電路中的電流強度i=5.0a，求電動機的線圈電阻大小（取g=10m/s2）.
解析：電動機的輸入功率p＝ui，電動機的輸出功率p1=m**，電動機發熱功率p2=i2r
而p2=p - p1，即i2r= ui－m**
代入資料解得電動機的線圈電阻大小為r=4ω
【例5】 來自質子源的質子（初速度為零），經一加速電壓為800kv的直線加速器加速，形成電流強度為1ma的細柱形質子流。已知質子電荷e=1.60×10-19c。
這束質子流每秒打到靶上的質子數為假定分布在質子源到靶之間的加速電場是均勻的，在質子束中與質子源相距l和4l的兩處，各取一段極短的相等長度的質子流，其中的質子數分別為n1和n2，則n1∶n2=_______。
解：按定義，
由於各處電流相同，設這段長度為l，其中的質子數為n個，
則由。而
串並聯電路電表的改裝
教學目標：
1．熟練掌握串並聯電路的特點，能夠化簡電路
2．掌握含容電路的分析與計算
3．掌握電流錶、電壓表的改裝原理，掌握伏安法測電阻的兩種解法，並能夠分析測量誤差
4．掌握滑動變阻器的兩種用法
教學重點：串並聯電路的特點
教學難點：滑動變阻器的兩種用法的選擇、伏安法測電阻內外置法的選擇
教學方法：講練結合，計算機輔助教學
教學過程：
一、串並聯與混聯電路
1.應用歐姆定律須注意對應性。
選定研究物件電阻r後，i必須是通過這只電阻r的電流，u必須是這只電阻r兩端的電壓。該公式只能直接用於純電阻電路，不能直接用於含有電動機、電解槽等用電器的電路。
2.公式選取的靈活性。
（1）計算電流，除了用外，還經常用併聯電路總電流和分電流的關係：i=i1+i2
（2）計算電壓，除了用u=ir外，還經常用串聯電路總電壓和分電壓的關係：u=u1+u2
（3）計算電功率，無論串聯、併聯還是混聯，總功率都等於各電阻功率之和：p=p1+p2
對純電阻，電功率的計算有多種方法：p=ui=i 2r=
以上公式i=i1+i2、u=u1+u2和p=p1+p2既可用於純電阻電路，也可用於非純電阻電路。既可以用於恆定電流，也可以用於交變電流。
【例1】 已知如圖，r1=6ω，r2=3ω，r3=4ω，則接入電路後這三隻電阻的實際功率之比為
解：本題解法很多，注意靈活、巧妙。經過觀察發現三隻電阻的電流關係最簡單：
電流之比是i1∶i2∶i3=1∶2∶3；還可以發現左面兩隻電阻併聯後總阻值為2ω，因此電壓之比是u1∶u2∶u3=1∶1∶2；在此基礎上利用p=ui，得p1∶p2∶p3=1∶2∶6
【例2】 已知如圖，兩隻燈泡l1、l2分別標有「110v，60w」和「110v，100w」，另外有乙隻滑動變阻器r，將它們連線後接入220v的電路中，要求兩燈泡都正常發光，並使整個電路消耗的總功率最小，應使用下面哪個電路？
abcd
解：a、c兩圖中燈泡不能正常發光。b、d中兩燈泡都能正常發光，它們的特點是左右兩部分的電流、電壓都相同，因此消耗的電功率一定相等。
可以直接看出：b圖總功率為200w，d圖總功率為320w，所以選b。
【例3】 實驗表明，通過某種金屬氧化物製成的均勻棒中的電流i跟電壓u之間遵循i =ku 3的規律，其中u表示棒兩端的電勢差，k=0.02a/v3。現將該棒與乙個可變電阻器r串聯在一起後，接在乙個內阻可以忽略不計，電動勢為6.
0v的電源上。求：（1）當串聯的可變電阻器阻值r多大時，電路中的電流為0.
16a？（2）當串聯的可變電阻器阻值r多大時，棒上消耗的電功率是電阻r上消耗電功率的1/5？
解：畫出示意圖如右。
（1）由i =ku 3和i=0.16a，可求得棒兩端電壓為2v，因此變阻器兩端電壓為4v，由歐姆定律得阻值為25ω。
（2）由於棒和變阻器是串聯關係，電流相等，電壓跟功率成正比，棒兩端電壓為1v，由i =ku3得電流為0.02a，變阻器兩端電壓為5v，因此電阻為250ω。
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