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第十章 恒定电流 PAGE PAGE 20 高三物理讲义：赵春光 第一单元 部分电路的分析计算 高考要求： 理解电流强度、电压、电流等物理量的定义； 理解欧姆定律、电阻定律的内容及适用范围； 知道电阻率及超导体； 掌握分析和计算部分电路的方法。 知识要点： 电流、电阻、电阻定律 电流： 电流：电荷的定向移动形成电流。 电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。 电流的形成条件：自由电荷与电压。 电流强度：通过导体裁横截面的电荷量q与通过这些电荷量所用的时间t的比值称为电流强度。 公式为I＝q/t。 其单位是安培（A），1A＝1C/s。安培是国际单位制中七个基本单位之一。 电流强度是标量，其大小用电流表测量。 电流强度的微观表达式：I＝nqsv。 n为单位体积内自由电荷数； q为每个自由电荷的电量； s为导体横截面积； v为电荷定向移动速率。 计算电流的几种方法： ①对恒定电流：I＝q/t ②对金属导体：I＝nqsv ③对电解液：I＝（Q＋＋︱Q－︱）/ t ④对环形电流：I＝q/T（T为环绕周期） 正确理解三种速率 ①电流传导速率：即电场传播速率，其值为光速。电路一接通，用电器上立即就有电流，这是因为电源在电路各处以光速建立电场，整个电路上的自由电荷几乎同时受到电场力的作用开始定向移动形成电流。 ②热运动速率：由分子动理论可知，导体内的自由电荷总是在做无规则的热运动，这种无规则运动的速率称为热运动速率，其值约为105m/s数量级。 ③定向移动速率：导体中有电流时，自由电荷并不是以同样速率运动，每个自由电子的速度方向也不尽相同，它们在电场力作用下加速，又频繁地与金属正离子碰撞受到阻碍而减速，它们只是在不断的无规则运动的基础上产生了一个整体的“定向移动”。这种定向移动的速率一般都很小，其数量级约为10－4～10－5m/s。 电阻： 定义：导体对电流（定向移动电荷）的阻碍作用叫做电阻。 定义式：R＝U/I。此式电阻的度量式，不是决定式。导体的电阻由导体本身决定。电阻的国际制单位是欧姆（Ω），1Ω＝1V/A。 导体电阻的测量方法有：伏安法和欧姆表测量。 电阻定律： 内容：在温度一定的情况下，导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比。 公式：R＝ρL/S，其中ρ为电阻率。 电阻率ρ：反映材料导电性能的物理量，单位这欧·米（Ωm）。金属材料的电阻率随温度升高而增大，半导体的电阻率随温度升高而减小。 超导： 超导现象：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到零，这种现象叫做超导现象。 超导体：处于超导状态的物体叫做超导体。 部分电路欧姆定律 内容：导体中的电流强度I跟它两端的电压U成正比，跟它的电阻R成反比。 表达式：I＝U/R 适用范围：纯电阻电路，即适用于金属和电解液导电，对气体导电不适用。 注意：U、I、R是同一电路和同一时刻的三个量。 导体的伏安特性曲线：以电流I为纵轴，电压U为横轴画出导体上的电流随电压的变化曲线称为导体的伏安特性曲线。曲线的斜率为电阻的倒数。 若为直线：该元件为线性元件； 若为曲线：该元件为非线性元件 关于含电容器电路的分析：含电容器的直流电路的工作状态有稳态和动态两种 稳态时，由于电容的阻断作用，电容所在的支路没有电流通过，可视为断路；在进行电路结构分析时，可将电容器拿去，而需要计算电容所带电量时，可将电容器再接入相应位置，电容器上的电压等于与之并联的支路上的电压，若与电源直接相连接，则等于电源电动势。 动态时，电容器将被充电或放电，在充电和放电过程中，电容器两极的电压和电量将发生变化，要正确判断电压是升高还是降低，电量是增加还是减少，并由此推断电路中的电流方向。电容器被击穿后在电路中起“短路”作用，可将近电容器用一根导线代替。 关于电路的故障的分析与排除 电路出现故障的原因有：短路和断路（包括接线断路或接触不良，电器损坏等情况） 一般用电压表检测故障： 如果电压表示数为0，说明电压表上无电流通过，可能在并联路段之外有断路，或并联路段内有短路。 如果电压表有示数，说明电压表上有电流通过，则在并联路段之外无断路，或并联路段内无短路。 当电压表的示数等于电源电动势时，则意味着电源处于开路，与电压表并联的一段电路内一定有断路情形。 典型例题 例1、在NaCl水溶液中：⑴若2s内沿相反方向通过面积为0.5m2的横截面的正负离子的数量均为1.0×1018个，则电解液中电流强度为________A；⑵若5s内到达阳极的负离子和到达阴极有正离子数量均为1.0×1018个，则电解液中电流强度为__________A。 例2、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的细柱质子流，已知质子电荷e＝1.6×10－19C，这束质子流每