高三物理总复习A(恒定电流)

恒定电流

一、电流

1．电流的概念：电荷的定向移动形成电流。

2．产生持续电流的条件：

（1）有能自由移动的电荷——自由电荷（内因）

载流子：金属和碳——自由电子，电解液——正负离子，导电气体——正负离子和自由电子。

（2）保持导体两端的电势差（外因）

在电路中，电源的作用就是保持导体两端的电压，使导体内部有电场。

3．电流的方向和强弱

（1）方向：习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流方向。

（2）电流强度：表示电流的强弱的物理量。

定义——通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用时间的比值叫做电流强度（简称电流），I=Q/t ，标量，单位是安培（A ）。

4．金属导体中电流强度的微观表达式：I=neSv

其中，n 表示自由电子密度（单位体积内的自由电子数），v 表示自由电子定向移动的速率（数量级为10-5m/s ，比较：蜗牛爬行速率为10-3m/s ）。

5．电流的分类：直流和交流，恒定电流为强弱不变的直流电。

二、电阻 欧姆定律 电阻定律

1．电阻：反映导体对电流阻碍作用大小的

物理量。定义式为R=U/I ，单位是欧姆（Ω）。

2．欧姆定律：导体中的电流跟它两端的电

压成正比，跟它的电阻成正比，即I=U/R 。

适用条件：适用于金属、电解液导电，不

适用于气体导电。

导体的伏安特性曲线（I-U 图）如图所示。

3．电阻定律：在温度不变时，导线的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比，R=ρL/S 。

其中，ρ是一个与导体材料本身有关的物理量，叫做材料的电阻率，单位是Ω·m 。纯电阻的电阻率小，合金的电阻率较大；金属的电阻率随着温度的升高而增大。

了解超导现象和超导体。

三、电功 电功率 焦耳定律

1．电功

U

由W=qU，q=It可推出W=UIt。电功即电场力做的功、电流做的功。

电流通过用电器做功的过程，实际上是电能转化为其它形式能的过程。

常用单位：度（千瓦时）

2．电功率：P=UI

额定功率和实际功率。

3．焦耳定律（电热）

电流通过导体产生的热量，跟电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比，Q=I2Rt。

在纯电阻电路中，电功等于电热；在非纯电阻电路中（如含有电动机、电解槽的电路），电功大于电热。

四、电阻的串并联

1．串联电路的基本特点

（1）电路中各处的电流强度相等。

（2）电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和。

（3）串联电路的总电阻等于各个导体的电阻之和。

（4）串联电路的分压作用：串联电路中电阻两端的电压跟它的阻值成正比，即U∝R。

（5）串联电路的功率分配：串联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成正比，即P∝R。

2．并联电路的基本特点

（1）电路中各支路两端的电压相等。

（2）并联电路的总电流等于各支路的电流之和。

（3）并联电路的总电阻的倒数等于各个导体的电阻的倒数之和。

（4）并联电路的分流作用：并联电路中通过各个电阻的电流跟它的阻值成反比，即I∝1/R。

（5）并联电路的功率分配：并联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成反比，即P∝1/R。

五、电源的电动势

表征电源把其它形式的能转化为电能（非静电力做功）的本领大小的物理量。

电源的电动势等于在电源内部非静电力移送电荷所做的功跟移送的电量的比值，即E=W非/q。

六、闭合电路欧姆定律

1．闭合电路：包含电源在内的整个电路。电源内部的电路叫做内电路，电源以外的电路叫做外电路。

2．外电压和内电压：当闭合电路中有电流通过时，内、外电路上都有电压，内电路上的电压叫做内电压，外电路上的电压叫做外电压，也叫路端电压。

3．内电阻：内电路上的电阻称为内电阻。

4．闭合电路欧姆定律内容：闭合电路里的电流，跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比，I=E /（R+r ）。

证明：

（1）实验验证：E =U+U ’，又U=IR ，U ’=Ir ，则I=E /（R+r ）。

（2）理论推导：其它形式的能转化为电能。

由W 非=W 电，W 非/q=W 电外/q+ W 电内/q ，E It=UIt+U ’It ，可得E =U+U ’。 适用条件：适用于金属、电解液导电，不适用于气体导电；外电路是纯电阻电路。

闭合电路的U-I 图线如图所示。

说明：理想无内阻电源U=E ，如图中虚线；

有内阻的电源，如图中实线。

A ：I=0，断路状态，U=E 。可用伏特表粗

测电源电动势。

B ：U=0，短路状态，I=E /r 。会烧毁电源。

七、关于电源的三个功率

1．三个功率

电源的功率（电源的总功率，电路消耗的功率）：P 总=E I

电源的输出功率（外电路消耗的功率）：P 出=UI （=I 2R=U 2/R ）

电源的损耗功率（内电路消耗的功率）：P 内=U ’I=I 2r

三个功率间的关系：P 总=P 出+P 内

2．电源的效率：η=P 出/P 总=U/E

3．电源的最大输出功率

P 出=UI=I 2R=2)r R E (+R=Rr 2r R R E 222++ =r 2R r R E 2

2

++ 由平均值定理可知，当R=r 时，P 出最大，为r

4E 2

，此时η=50%。 P 出-R 图线如图所示。

I

出R

O

P 出