(2)公式表示:。
(3)電阻的單位:歐姆,簡稱歐,符號是ω,1ω=1v/a,常用的單位還有千歐(kω)和兆歐(mω), 1mω=103kω=106ω。
(4)適用範圍:金屬導電和電解液導電。對氣體導電不適用。
三、導體的伏安特性
1、伏安特性曲線:導體中的電流i隨導體兩端的電壓u變化的圖線,叫做導體的伏安特性曲線,如圖所示。圖線斜率的物理意義:斜率的倒數表示電阻。
2、線性元件和非線性元件
符合歐姆定律的導體的伏安特性曲線是一條通過座標原點的直線,具有這種伏安特性的電學元件叫做線性元件;不符合歐姆定律的導體和器件,電流和電壓不成正比,伏安特性曲線不是直線,這種電學元件叫做非線性元件。
四、電阻定律電阻率
1、電阻定律
(1)表述: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。
(2)公式表示:。
2、電阻率ρ
(1)意義:電阻率跟導體的材料有關,是反映材料導電性能好壞的物理量,在數值上等於用該材料製成的1m長,橫截面積為1m2的導體電阻值,電阻率大表示導電性能差。
注意:電阻和電阻率有區別,電阻是反映對電流阻礙作用的大小。電阻率是反映導電性能好壞,電阻率是影響電阻的乙個因素。
(2)單位:歐姆公尺,簡稱歐公尺,符號是ω·m。
(3)電阻率與溫度有關
金屬的電阻率隨溫度的公升高而增大,利用這一特性可製成電阻溫度計,但有的合金電阻率幾乎不受溫度的影響,可製成標準電阻。
注意:電阻率與溫度有關也是導體材料本身的屬性。
五、半導體
1、半導體:導電性能介於導體和絕緣體之間,而且電阻不隨溫度的增加而增加,反隨溫度的增加而減小的材料稱為半導體。
2、特性:改變半導體的溫度、受光照射、在半導體中摻入微量雜質等,都會使半導體的導電性能發生顯著的變化,這些效能是導體和絕緣體沒有的。
3、應用及發展:製作半導體感測器、晶體二極體、三極體等電子器件,製作積體電路。半導體製造技術的發展為推進微電子技術的應用開闢了廣闊的前景。
六、超導體
1、超導體現象和超導體:當溫度降低到絕對零度附近時,某些材料的電阻率突然減小到無法測量的程度,可以認為其電阻率突然變為零,這種現象叫做超導現象,能夠發生超導現象的物質稱為超導體。
2、轉變溫度tc:材料由正常狀態轉變為超導狀態的溫度,叫做超導材料的轉變溫度。
第二講串、併聯電路電功和電功率
一、串聯和併聯電路
1、電阻的串聯
(1)基本特點
①電路中各處的電流相等:ii=i2。
②總電壓等於分電壓之和: u=u1+u2。
(2)重要推論
①總電阻等於各個分電阻之和:r=r1+r2。
②電壓按跟電阻成正比分配:。
③功率按跟電阻成正比分配:。
④總功率等於各電阻功率之和:p=p1 +p2。
2、電阻的併聯
(1)基本特點
①各支路兩端電壓相等:u=u1=u2。
②總電流等於各支路電流之和:i=i1+i2。
(2)重要推論
①總電阻的倒數等於各支路電阻的倒數之和:。
②電流按跟電阻成反比分配:ir=i1r1=i2r2。
③功率按跟支路電阻成反比分配:pr=p1r1=p2r2。
④總功率等於各支路功率之和:p=p1 +p2。
二、電路的識別和簡化
在併聯中必有節點,可用節點電流法來分析。在串聯中隨著電流的流向,電阻上的電勢逐漸降低,可胡電勢法來分析。
1、理想的電流錶內阻為零,看成短路。
2、理想的電壓表內阻無窮大,看成斷路。
1、 電容器在電路達穩定時,看成斷路。
2、 凡等勢的點,既可看成短路,又可看成斷路。
三、電功和電功率
1、電功
(1)定義:在一段電路中電場力所做的功,也就是通常說的電流所做功,簡稱為電功。
(2)公式:p=uit。
電流在一段電路上所做的功等於這段電路兩端的電壓u、電路中的電流i和通電時間t三者的乘積。
注意:電功的計算式p=uit對在恆定電流下的任何一段電路或用電器均成立。
(3)單位:在國際單位制中是焦(j),常用單位有千瓦時(kwh),1kwh=3.6×106j.
2. 電功率:表示電流做功的快慢
(1)定義:單位時間內電流所做的功叫做電功率。
(2)公式:p=ui
一段電路上的電功率p等於這段電路兩端的電壓u和電路中電流i的乘積。
(3)單位:在國際單位制中是瓦(w),常用單位還有毫瓦(mw),千瓦(kw)。
1kw=103w=106w。
(4)額定功率和實際功率
用電器銘牌上所標稱的功率是額定功率,用電器在實際電壓下工作的功率是實際功率,用電器只有在額定電壓工作實際功率才等於額定功率。
四、電功率和熱功率
1、電流做功的過程,是電能轉化為其他形式能量的過程,電動機把電能轉化為機械能;電解槽把電能轉化為化學能;電熱器把電能轉化為熱能。
2、焦耳定律、熱功率
在真空中,電場力對電荷做正功時,減少的電勢能轉化為電荷的動能;在金屬導體中,在電場力作用下做加速運動的自由電子頻繁地與離子碰撞。把定向移動的動能傳給離子,使離子熱運動加劇,將電能完全轉化為內能。
(1)焦耳定律:電流通過導體時產生的熱量q等於電流i的二資助方、導體的電阻r和通電時間t三者的乘積:q=i 2 r t。
焦耳定律不僅適用於純電阻電路,還適用於非純電阻電路。
純電阻電路:只含有電阻的電路,如電爐、電烙鐵等電熱器件組成的電路,白熾燈及轉子被卡住的電動機也是純電阻器件。
非純電阻電路:電路中含有電動機在轉動或有電解槽在發生化學反應的電路。
(2)熱功率:單位時間內導體的發熱功率叫做熱功率,熱功率等於通電導體中電流i的二次方與導體電阻r的乘積。。
3、電功率與熱功率
(1)區別:電功率是指某段電路的全部電功率,或這段電路上消耗的全部電功率,決定於這段電路兩端電壓和通過的電流強度的乘積;熱功率是指在這段電路上因發熱而消耗的功率。決定於通過這段電路電流強度的平方和這段電路電阻的乘積。
(2)聯絡:對純電阻電路,電功率等於熱功率,p電=p熱;對非純電阻電路,電功率等於熱功率與轉化為除熱能外其他形式的功率之和:p電=p熱+p其他。
4、電功與電熱區別:
電功是指某段電路上消耗的全部電能 ,決定於這段電路兩端電壓、通過的電流強度和時間的乘積,w功=uit;電熱是指在這段電路上因發熱而消耗的電能。決定於通過這段電路電流強度的平方、這段電路電阻和時間的乘積,q熱=i2rt,對引出電阻電路,電功等於電熱;q電=q熱;對非純電阻電路,電功等於電熱與轉化為除熱能外其他形式的能之和,q電=q熱+q其他。
第三講閉合電路歐姆定律含電容電路黑盒問題
一、電動勢
1、電動勢的概念,電源兩端的電壓由電源本身的性質決定,同種電源兩極間電壓相同,不同種電源兩極間電壓不同,為了表徵電源的這種特性,引入電動勢的概念。電動勢用符號e表示,單位是伏特(v)。
2、電動勢的數值
(1)電源的電動勢等於電源沒有接入電路時兩極間的電壓(電動勢等於電源的開路電壓)。
(2)電源接有外電路時,電動勢等於外電壓與內電壓之和,e=u外+u內。
3、從能量角度理解電動勢的物理意義。
(1) 電源的電動勢在數值上等於電路中移動單位電荷時,電源提供的電能。
(2)電動勢的物理意義:電動勢是描述電源把其他形式的能量轉化為電能本領大小的物理量。
二、閉合電路歐姆定律
1、表述:閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比。跟內、外電路的電阻之和成反比。
2、表示式:。
三、電壓跟負載的關係
1、路端電壓隨外電阻變化的情況:r↓→i↑→u↓,反之亦然。
2、兩個特例:
(1)外電路斷路時:r端;
(2)外電路短路時:r=0,i=,u端=0。
3、電源的外特性曲線——路端電壓u隨電流i變化的圖象。
(1)圖象的函式表達:u=e-ir。其圖象如圖所示。
(2)圖象的物理意義:
①在縱軸上的截距表示電源的電動勢e。
②在橫軸上的截距表示電源的短路電流。
注意:若縱座標上的取值不從零開始取,則該截距不表示短路電流。
③圖象斜率的絕對值表示電源的內阻。
四、閉合電路中的功率
由於閉合電路中內、外電路的電流相等,所以由e=u外+u內得ei=u外i+u內i。
1、電源提供的功率(電源功率)p=ei;
2、電源的輸出功率(外電路得到的功率)p外=u外i;
3、電源內阻上的熱功率:p內=u內i=i2r。
五、電源的最大輸出功率
電源的輸出功率p等於路端電壓u跟電流強度i的乘積,由閉合電路歐姆定律來分析可知,i增大時u減小,i減小時u增大,表明ui有極值存大。
1、電源的最大輸也功率
乙個外電路是純電阻的閉合電路總可以等效於如圖所示的電路,電源的輸出功率為:
p=ui=i2r==
可見r=r時,電源有最大輸出功率:pmax=。
結論:當外電路的電阻等於電源的內阻時,電源的輸出功率最大。
2、從圖線來看電源的輸出功率
(1)輸出功率隨外電阻r變化的圖線如圖所示;
(2)在電源外特性曲線上某點縱座標和橫座標值的乘積為電源的輸出功率,在圖中的那塊矩形的面積表示電源的輸出功率,當u=時,p最大。
3、電源的效率
由於電源內阻的存在,電源的輸出功率僅佔電源功率的一部分,另一部分為內阻上的發熱功率。
(1)電源效率的定義:輸出功率ui跟電源功率ie的比值叫做電源的效率;
因為u=ir,e=i(r+r),所以電源效率可表示為:=。
(2)當電源的輸出功率達最大時,η=50%。
在電工和電子技術中,根據具體情況。有時要求電源的輸出功率盡可能性大些,有時又要求在保證一定功率輸出的前提下盡可能提高電源的效率,這就要根據實際需要來選擇適當的阻值。以充分發揮電源的作用。
六、電源的外特性曲線和導體的伏安特性曲線
1、聯絡:它們都是電壓和電流的關係圖線;
2、區別:它們存在的前提不同,遵循的物理規律不同,反映的物理意義不同;
(1)電源的外特性曲線是在電源的電動勢用內阻r一定的條件下,通過改變外電路的電阻r使路端電壓u隨電流i變化的圖線,遵循閉合電路歐姆定律。u=e-ir,圖線與縱軸的截距表示電動勢e,斜率的絕對值表示內阻r。
(2)導體的伏安特性曲線是在給定導體(電阻r)的條件下,通過改變加在導體兩端的電壓而得到的電流i隨電壓u變化的圖線,遵循(部分電路)歐姆定律。i=,圖線斜率的倒數值表示導體的電阻r。
重難點突破
二、含有電容器的直流電路的分析與計算
對於乙個電容器要清楚以下幾點:
1、穩態:根據c=,當電容器上的電壓穩定後,電容器所帶電荷量就是不變的,這時既無充電電流,也無放電電流,電容器相當於電路中的一處斷路。
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