高中物理专题复习6恒定电流.doc

- --- 高中物理专题复习 6—— 恒定电流 一、基本概念 1.电流 电流的定义式： I q ，适用于任何电荷的定向移动形成的电流。 t 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，千万不要到处套用。 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。 R l s ⑴ρ是反映材料导电性能的物理量，叫材料的电阻率（反映该材料的性质，不是每根具体的导线的性质）。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，可用于做温度计；锰铜、镍铜的电阻率几乎不随温度而变，可用于做标准电阻。 ②半导体的电阻率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 0 K 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。我国科学家在 1989年把 TC提高到 130K。现在科学家们正努力做到室温超导。 3.欧姆定律 U （适用于金属导体和电解液，不适用于气体导电）。 R I U R1R2R1R2 电阻的伏安特性曲线：注意 I-U 曲线和 U-I 曲线的区别。还 1 2 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。 O 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：  1 2 U O I A. I B. I C. I I D. o U o U o U o U 解：灯丝在通电后一定会发热，当温度达到一定值时才会发出可见光，这时温度能达到很高，因此必须考虑到灯丝的电阻将随温度的变化而变化。随着电压的升高，电流增大，灯丝的电功率将会增大，温度升高，电阻率也将随之增大，电阻增大，。U 越大 I-U 曲线上对应点于原点连线的斜率必然越小，选 A。 例 2.下图所列的 4 个图象中，最能正确地表示家庭常用的白炽电灯在不同电压下消耗的电功率 - 1 - P 与电压平方 U2 之间的函数关系的是以下哪个图象 A. P B. P C. P D. P o U2 o U2 o U2 o U2 解：此图象描述 P 随 U 2变化的规律，由功率表达式知： P U 2 ，U 越大，电阻越大，图象上 R 对应点与原点连线的斜率越小。选 C。 4.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，电功等于电热： W=Q=UIt=I2Rt=U 2 t R 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： WQ，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。 例 3. 某一电动机，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。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，R U 1 5 ，这个电阻可认为是不变的。 I 1 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=I 22 R =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。 4. 来自质子源的质子（初速度为零），经一加速电压为 800kV的直线加速器加速，形成电流强度为 1mA 的细柱形质子流。已知质子电荷 e=1.60×10-19C。这束质子流每秒打到靶上的质子数为_________。假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距 L 和 4L 的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为 n1 和 n2，则 1∶n2 = 。 v1v2 n 质子源 ne , n I 6.25 1015. 解：按定义， I L 4L t t e 由于各处电流相同，设这段长度为 l，其中的质子数为 n 个，