高中物理组 选修3--1 恒定电流知识点
恒定电流
一、知识网络
电流：定义、微观式：I=q/t，I=nqSv
电压：定义、计算式：U=W/q，U=IR。导体产生电流的条件：导体两端存在电压 基本 电阻：定义、计算式：R=U/I，R=ρl/s。金属导体电阻值随温度升高而增大 概念
半导体：热敏、光敏、掺杂效应 超导：注意其转变温度
电动势：由电源本身决定，与外电路无关，是描述电源内部非静电力做功将其它形
式的能转化为电能的物理量
电阻定律：R=ρl/s
部分电路：I=U/R
欧姆定律： 闭合电路：I=E/(R+r)，或E=U内+U外=IR+Ir
适用条件：用于金属和电解液导电 恒公式：W=qU=Iut
规律
电功： 纯电阻电路：电功等于电热
定非纯电阻电路：电功大于电热，电能还转化为其它形式的能
用电器总功率：P=UI，对纯电阻电路：P=UI=I2R=U2/R 电电源总功率：P总=EI 电源输出功率：P出=UI 流 电功率 ：
电源损失功率：P损=I2r 电源的效率：P出 P100%U100%， 总E 对于纯电阻电路，效率为100%
伏安法测电阻：R=U/I，注意电阻的内、外接法对结果的影响
描绘小灯泡的伏安特性
实验
测定金属的电阻率 ：ρ=R s / l 测定电源电动势和内阻 电表的改装：
多用电表测黑箱内电学元件
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恒定电流知识点总结
一、部分电路欧姆定律 电功和电功率 (一)部分电路欧姆定律 1．电流
(1)电流的形成：电荷的定向移动就形成电流。形成电流的条件是： ①要有能自由移动的电荷； ②导体两端存在电压。
(2)电流强度：通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用时间t的比值，叫电流强度。 ①电流强度的定义式为： ②电流强度的微观表达式为：
n为导体单位体积内的自由电荷数，q是自由电荷电量，v是自由电荷定向移动的速率，S是导体的横截面积。
(3)电流的方向：物理学中规定正电荷的定向移动方向为电流的方向，与负电荷定向移动方向相反。在外电路中电流由高电势端流向低电势端，在电源内部由电源的负极流向正极。
2．电阻定律
(1)电阻：导体对电流的阻碍作用就叫电阻，数值上：
(2)电阻定律：公式：
，式中的
为材料的电阻率，由导体的材料和温度决定。纯金属的电
。
阻率随温度的升高而增大，某些半导体材料的电阻率随温度的升高而减小，某些合金的电阻率几乎不随温度的变化而变化。
(3)半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间，如锗、硅、砷化镓等。
半导体的特性：光敏特性、热敏特性和掺杂特性，可以分别用于制光敏电阻、热敏电阻及晶体管等。
(4)超导体：有些物体在温度降低到绝对零度附近时。电阻会突然减小到无法测量的程度，这种现象叫超导；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做转变温度Tc。
3．部分电路欧姆定律
内容：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比。 公式：
适用范围：金属、电解液导电，但不适用于气体导电。 欧姆定律只适用于纯电阻电路，而不适用于非纯电阻电路。
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伏安特性：描述导体的电压随电流怎样变化。若件； 若
图线为曲线叫非线性元件。
图线为过原点的直线，这样的元件叫线性元
(二)电功和电功率 1．电功
(1)实质：电流做功实际上就是电场力对电荷做功，电流做功的过程就是电荷的电势能转化为其他形式能的过程。
(2)计算公式：
适用于任何电路。
只适用于纯电阻电路。
2．电功率
(1)定义：单位时间内电流所做的功叫电功率。
(2)计算公式：
适用于任何电路。
只适用于纯电阻电路。
3．焦耳定律
电流通过电阻时产生的热量与电流的平方成正比，与电阻大小成正比，与通电时间成正比，即
(三)电阻的串并联 1．电阻的串联 电流强度： 电 压： 电 阻：
电压分配：，
功率分配：，
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3．电源的输出功率随外电阻变化的讨论 (1)电源的工作功率：，这个功率就是整个电路的耗电功率，通常叫做电源的供电功率。
(2)内耗功率：。
(3)输出功率：
，式中U为路端电压。
特别地，当外电路为纯电阻电路时，
由得，，故R=r（内、外电阻相等）时最大，且最大值
为，图线如图所示。
可见，当R＜r时，R增大，输出功率增大。 当R＞r时，R增大，输出功率减小。 三、电阻的测量 (一)伏安法测电阻
1．原理
，其中U为被测电阻两端电压，I为流经被测电阻的电流。
2．两种测量电路——内接法和外接法 (1)内接法
电路形式：如图所示。
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误差：
适用条件：当R＞＞RA，即内接法适用于测量大电阻。
(2)外接法
电路形式：如图所示。
测量误差：
，即R测＜Rx
适用条件：R＜＜Rv即外接法适用于测小电阻。
3．怎样选择测量电路
(1)当被测电阻Rx的大约阻值以及伏特表和电流表内阻RVRA已知时； 若
，用内接法。
若，用外接法
(2)当Rx的大约阻值未知时．采用试测法，将电流表、电压表及被测电阻Rx按下图方式连接成电路；接线时，将电压表左端固定在a处，而电压表的右端接线柱先后与b和c相接，与b相接时，两表示数为(U1，I1)，当与c接触时，两表示数变为(U2，I2)；
若即电压表示数变化大．宜采用安培表外接法。
若即电流表示数变化较显著时，宜采用安培表内接法。
4．滑动变阻器的两种接法——限流式和分压式
(1)限流式：如图所示，即将变阻器串联在电路中。在触头P从变阻器左端移动到右端过程中，电阻Rx上的电压变化范围为：
（忽略电源内阻）
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(2)分压式：如图所示，当触头P从变阻器左端移动到右端过程中，电阻Rx上的电压变化范围是0～E(忽略电源内阻)。
若要求待测电阻的电压从0开始变化时，变阻器一定采用分压式。 (二)用欧姆表测电阻 1．欧姆表的构造
欧姆表构造如图所示，其内部包括电流表表头G、电池E和调零电阻R
2．原理
当红、黑两表笔短接时．如图 (甲)所示，调节R，使电流表指针达到满偏电流(即调零)，此时指针
所指表盘上满刻度处．对应两表笔间电阻为0，这时有：
当红、黑表笔断开，如图 (乙)所示，此时，指针不偏转，指在表盘最左端，红、黑表笔间的电阻相当于无穷 大，R=。
当两表笔间接入待测电阻R，时，如图 (丙)所示，电流表的电流为：
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当Rx改变，Ix随之改变，即每一个Rx都有一个对应的Ix，将电流表表盘上Ix 处标出对应Rx的Rx值，就制成欧姆表表盘，只要两表笔接触待测电阻两端，即可在表盘上直接读出它的阻值。由于Ix 不随Rx均匀变化，故欧姆表表盘刻度不均匀。
3．合理地选择挡位
由于欧姆表表盘中央部分的刻度较均匀，读数较准，故选用欧姆表挡位时，应使指针尽量靠近中央刻度。
4．欧姆表使用时须注意
(1)使用前先机械调零，使指针指在电流表的零刻度。
(2)要使被测电阻与其他元件和电源断开，不能用手接触表笔的金属杆。 (3)合理选择量程，使指针尽量指在刻度的中央位置附近。 (4)换用欧姆挡的另一量程时，一定要重新调零。
(5)读数时，应将表针示数乘以选择开关所指的倍数。
(6)测量完毕，拔出表笔，开关置于交流电压最高挡或OFF挡。若长期不用，须取出电池。
说明：
对于电源，有三种意义的电功率： （1）总电功率P总=P出+P内=EI。
（2）输出功率P出=UI
（3）电源内阻发热损耗的电功率P内=I2r
电源的效率则是=
×100%=×100%=×100%
电源的输出功率最大时是否是效率最高呢？
下面我们来讨论这个问题
当电源电动势E和内电阻r一定时，电源的输出功率（外电路的总功率）P出=I2R 随负裁电阻R的变化是非单调的变化。
将I=
代入上式可得P出=I2R=
R==，
由上式可得，当R=r时，P出最大，且P出m==。
P出随负载电阻及变化的曲线，如图所示，由图可见，对于同一输出功率（P出m除外），有两个可能的外电阻值。
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当电源有最大输出功率时，电源的效率=×100%=50%
而当R时（外电路断路），1，
当R
0时（外电路短路），
0 所以并非电源有最大输出功率时，效率就高。
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