08第八章 恒定电流.doc

2007-2008年度第一阶段高考总复习2007.11
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第八章恒定电流
一、基本概念
1．电流
电流的定义式：，适用于任何电荷的定向移动形成的电流。
对于金属导体有I=nqvS（n为单位体积内的自由电子个数，S为导线的横截面积，v为自由电子的定向移动速率，约10-5m/s，远小于电子热运动的平均速率105m/s，更小于电场的传播速率3×108m/s），这个公式只适用于金属导体，不能到处套用。
2．电阻定律
导体的电阻R跟它的长度l成正比，跟它的横截面积S成反比。
⑴ρ是反映材料导电性能的物理量，叫材料的电阻率。单位是Ωm。
⑵纯金属的电阻率小，合金的电阻率大。
⑶材料的电阻率与温度有关系：
①金属的电阻率随温度的升高而增大（可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧，对自由电子的定向移动的阻碍增大。）铂较明显，可用于电阻温度计；锰铜、镍铜的电阻率几乎不随温度而变，可用于标准电阻。
②半导体的电阻率一般随温度的升高而减小（可以理解为半导体靠自由电子和空穴导电，温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大，导电能力提高）。
③有些物质当温度接近0K时，电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。能够发生超导现象的物体叫超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度TC。现在科学家们正努力做到室温超导。
3．半导体
有些材料，它们的导电性能介于导体和绝缘体之间，而且电阻随温度的升高而减小，这种材料称为半导体。
⑴有的半导体，在温度升高时电阻减小得非常迅速，利用这种材料可以制成体积很小的热敏电阻，它能将温度变化转化为电信号，测量这种电信号，就可以知道温度变化的情况。
⑵有的半导体，在光照下电阻大大减小，利用这种半导体材料可以作成体积很小的光敏电阻。光敏电阻可以起到开关的作用，在需要对光照有灵敏反应的自动控制设备中有广泛应用。
⑶在纯净的半导体中掺入微量的杂质，会使半导体的导电性能大大增强。
4．欧姆定律
（适用于金属导体和电解质溶液，不适用于气体和半导体导电。）
OUOI
1212
R1<R2R1>R2
I
U
电阻的伏安特性曲线：注意I-U曲线和U-I曲线的区别。还要注意：当考虑到电阻率随温度的变化时，电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。
OUOUOUOU
IIII
例1．实验室用的小灯泡灯丝的I-U特性曲线可用以下哪个图象来表示：
A．B．C．D．

解：通过灯丝的电流越大灯丝的温度将越高，当温度达到一定值时灯丝发出可见光，这时温度能达到几千度，因此必须考虑到灯丝的电阻率随温度的变化。U越大I-U曲线上的对应点跟原点连线的斜率应当越小，选A。
5．电功和电热
电功就是电场力做的功，因此是W=UIt；由焦耳定律，电热Q=I2Rt。其微观解释是：电流通过金属导体时，自由电子在加速运动过程中频繁与正离子相碰，使离子的热运动加剧，而电子速率减小，可以认为自由电子只以某一速率定向移动，电能没有转化为电子的动能，只转化为内能。
⑴对纯电阻而言，电功率等于热功率：W=Q=UIt=I2Rt=，因此
⑵对非纯电阻电路（如电动机和电解槽），由于电能除了转化为电热以外还同时转化为机械能或化学能等其它能，所以电功必然大于电热：W>Q，这时电功只能用W=UIt计算，电热只能用Q=I2Rt计算，两式不能通用。电功率和热功率的关系也变为P电=P热+P其。
例2．某电动机，当电压U1=10V时带不动负载，因此不转动，这时电流为I1=2A。当电压为U2=36V时能带动负载正常运转，这时电流为I2=1A。不考虑电动机线圈的电阻随温度的改变，求这时电动机的机械功率是多大？
解：电动机不转时可视为为纯电阻，由欧姆定律得，，这个电阻可认为是不变的。电动机正常转动时，输入的电功率为P电=U2I2=36W，内部消耗的热功率P热==5W，所以机械功率P=31W
由这道例题可知：电动机在启动时电流较大，容易被烧坏；正常运转时电流反而较小。
二、串并联电路与混联电路
1．应用欧姆定律须注意对应性
选定研究对象电阻R后，I必须是通过这只电阻R的电流，U必须是这只电阻R两端的电压。该公式只能直接用于纯电阻电路，不能直接用于含有电动机、电解槽等用电器的电路。
2．公式选取的灵活性
⑴计算电流，除了用外，还经常用并联电路总电流和分电流的关系：I=I1+I2
⑵计算电压，除了用U=IR外，还经常用串联电路总电压和分电压的关系：U=U1+U2
⑶计算电功率，无论串联、并联还是混联，总功率都等于各电阻功率之和：P=P1+P2
以上关系式I=I1+I2、U=U1+U2和P=P1+P2既可用于纯电阻电路，也可用于非纯电阻电路。既可以用于恒定电流，也可以用于交变电流。
L1L2L1L2L1L2L1
RRRL2
R
例3．已知如图，两只灯泡L1、L2分别标有“110V，60W”和“1