电路基础.docx
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电路基础
第一节电源和电流
一、电源
使电路中保持____的电流,能把____从一个位置搬运到另一位置的装置就是电源.
二、恒定电场
1.导线中的电场是由____________等电路元件所积累的电荷共同形成的.
2.尽管这些电荷在运动,但电荷的分布是_____的,这种由稳定分布的电荷所产生的______的电场,称为恒定电场.
三、恒定电流
1.把______、______都不随时间变化的电流称为恒定电流.
2.电流:
(1)定义:
通过导体横截面的_______与通过这些电荷量所用_____的比值,叫做电流强度,简称电流.
(2)公式表达:
I=_______.
(3)单位:
在国际单位制中是_____,简称安,符号是A.
更小的单位还有______(mA)、_____(μA),换算关系为:
1A=103mA=106μA.
(4)物理意义:
表示电流_____的物理量.
(5)标量:
电流虽然有方向,但不是矢量,不符合矢量对方向的要求.电流的方向是这样规定的:
导体内______定向移动的方向为电流的方向.
第二节电动势
一、电源
1.定义
电源是通过_________做功把其他形式的能转化为_____的装置.
2.作用
电源有正、负两个极,两极间有一定的电压,将一段导体(或一段电路)接到电源两极间,在导体(或一段电路)两端就有了一定的电压,可见电源能在导体(或电路)两端保持一定的电压.
3.非静电力
(1)定义:
电源内部存在着从低电势处指向高电势处的某种力.
(2)作用:
驱使正电荷逆着静电力方向从_______极流向___极.
(3)来源:
干电池、蓄电池等电池中,非静电力是化学作用,发电机中非静电力的作用是电磁作用.
二、电动势
1.物理意义:
表征电源把_________能转化为_____本领的物理量.
2.定义:
电动势指在电源内部,非静电力把正电荷由____极移送到____极,非静电力所做的功W与___的比值,用E表示.即E=____,单位是______.
3.大小的决定因素:
由电源中_________特性决定,跟电源的体积无关,跟内外电路也无关.
三、内阻
电源内部也是由导体组成的,所以也有电阻,这个电阻叫电源的______.
第三节欧姆定律
一、欧姆定律
1.电阻
(1)定义:
加在导体两端的______跟通过该导体的______的比值叫做该导体的电阻.
(2)定义公式:
R=.
(3)单位:
在国际单位制中是:
_____,符号是Ω,常用的电阻单位还有千欧(kΩ)和兆欧(MΩ).1MΩ=____Ω,1kΩ=_____Ω.
(4)标量:
电阻只有大小,没有方向.
(5)物理意义:
反映导体对电流_____作用的物理量,是导体本身的特性.
2.欧姆定律
(1)表述:
导体中的电流跟导体两端的电压成_____,跟导体的电阻成_____.
(2)公式:
__________.
(3)适用范围:
欧姆定律对金属导体和_______溶液导电适用,但对__________和半导体元件并不适用.
二、导体的伏安特性曲线及测绘
1.导体的伏安特性曲线
(1)定义:
建立平面直角坐标系,用纵轴表示电流I,用横轴表示电压U,画出导体的I-U图线.
(2)线性元件:
导体的伏安特性曲线为过原点的_____,即电流与电压成______的线性关系的元件,如金属导体,电解液等.
(3)非线性元件:
伏安特性曲线不是_____的,即电流与电压不成正比的电学元件,如气态导体、二极管等.
2.测绘小灯泡的伏安特性曲线
(1)实验器材:
小灯泡、_______、电流表、__________、学生电源(或电池组)、开关、导线、坐标纸、铅笔等.
(2)实验电路如图所示.
(3)实验操作
①按电路原理图连接好电路,开关闭合前,将滑动变阻器滑片滑至R的____端.
②闭合开关,向右移动变阻器的滑片到不同位置,并分别记下_______、________的示数.
③依据实验数据作出小灯泡的______图线.
(4)应注意的问题
①由于小灯泡的电阻较小,为减小误差,采用电流表外接法.
②滑动变阻器的接法:
描绘小灯泡的伏安特性曲线,需要从零开始的连续变化的电压,因此滑动变阻器要采用分压式连接,实验电路图见前面图所示.
③接线顺序为“先串后并”,即先将电源、开关、滑动变阻器的全部电阻组成串联电路,再将电流表和小灯泡串联后两端接滑动变阻器的滑动触点和另一固定接线柱,最后把电压表并联到小灯泡两端.
④电表量程选择的原则是在保证测量不超过量程的情况下,指针偏转角度越大,测量值的精确度通常越高.
⑤电路接好后合上开关前要检查滑动变阻器滑动触点的位置,通常在开始实验时,应通过调整滑动变阻器的滑动触头位置,使小灯泡两端的电压或流经小灯泡的电流最小.
第四节串联电路与并联电路
一、串联电路与并联电路
电路
内容
串联电路
并联电路
电路图
电流关系
电路各处电流______
I=I1=I2=I3
总电流等于各支路电流之___
I=I1+I2+I3
电压关系
总电压等于各部分电路电压之____
U=U1+U2+U3
总电压_____各支路电压
U=U1=U2=U3
电阻关系
总电阻______各部分电路电阻之和
R=R1+R2+R3
总电阻的倒数______各支路电阻的倒数之和
二、电压表和电流表
1.小量程电流表G(表头)
(1)主要部分:
永久磁铁和可转动的______
(2)工作原理:
通电后,线圈在磁场力的作用下带动指针偏转,指针的偏角与通过指针的电流成_______
(3)表头三个主要参数:
①内阻Rg:
小量程电流表G的电阻.
②满偏电流Ig:
小量程电流表G指针偏转到__________时的电流.
③满偏电压Ug:
小量程电流表G通过满偏电流时,加在它两端的电压.则欧姆定律可知:
Ug=IgRg.
2.改装原理
(1)将表头______一个电阻改装成了电压表.
(2)将表头______一个电阻改装成了大量程的电流表.
二、电表的改装
第五节焦耳定律
一、电功和电功率
1.电功
(1)定义:
________对电荷做的功.
(2)表达式:
W=qU=IUt.
即电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积.
(3)单位:
_____,符号为J.
(4)物理意义:
反映电能转化为其他形式能的多少
(5)对电功的理解:
电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功.自由电荷在静电力作用下沿静电力的方向做定向移动,结果电荷的电势能减小,其他形式的能增加,即电流做功的过程是电能转化为其他形式能的过程,电流做了多少功就有多少电能转化为其他形式的能.
2.电功率
(1)定义:
_________内电流所做的功.
(2)表达式:
P==_____.
(3)单位:
_____,符号为W.
(4)物理意义:
表示电流做功的_____.
(5)用电器的额定功率和实际功率
①额定功率:
用电器长期正常工作时的_________,也就是用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率.
②实际功率:
用电器__________时消耗的电功率.为了保证用电器不被损坏,要求实际功率不能大于其额定功率.
二、焦耳定律
1.焦耳定律
(1)内容:
电流通过导体产生的热量跟_____的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成____.
(2)表达式:
Q=_______.
2.热功率
(1)定义:
单位时间内放出的_____.
(2)表达式:
P==_____.
第六节导体的电阻
一、影响导体电阻的因素
1.电阻丝横截面积、长度和电阻的测量
(1)用刻度尺分别直接和间接测出电阻丝的____和_________,进而计算出电阻丝的_____.
(2)用________测出电阻丝的电阻.
二、导体的电阻
1.内容:
同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成_____,与它的横截面积S成_____;导体电阻与构成它的材料有关.
2.公式:
R=______
3.符合意义:
l表示导体沿电流方向的长度,S表示垂直电流方向的横截面积,ρ是电阻率,表征材料的导电性能.
4.材料特性应用
(1)连接电路的导线一般用电阻率小的金属制作.
(2)金属的电阻率随温度的升高而增大,可用来制作电阻温度计,精密的电阻温度计用铂制作.
(3)有些合金的电阻率较大,且电阻率几乎不受温度的影响,常用来制作标准电阻.
第七节 闭合电路的欧姆定律
一、闭合电路的欧姆定律
1.闭合电路组成
(1)外电路:
是指电源外部的电路,在外电路中,沿电流方向电势_____.
(2)内电路:
是指电源内部的电路,在内电路中,沿电流方向电势_____.
2.闭合电路中的能量转化
如图2-7-1所示,电路中电流为I,在时间t内,非静电力所做的功等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和,即EIt=_________.
3.闭合电路的欧姆定律
(1)内容:
闭合电路里的电流,跟电源的电动势成______,跟内、外电路的电阻之和成_____.
(2)公式:
I=______.
(3)适用范围:
________电路.
(4)常用的变形公式及适用范围
①公式:
E=____+U内或U=______.
②适用范围:
任何闭合电路.
二、路端电压与负载的关系
1.路端电压与电流的关系
(1)公式:
U=______.
(2)图象(U-I图象):
如图所示是一条倾斜的直线,该直线与纵轴交点的坐标表示_______,斜率的绝对值表示______.
2.路端电压随外电阻的变化规律
(1)外电阻R增大时,电流I_____,外电压U_____,当R增大到无限大(断路)时,I=___,U=___.
(2)外电阻R减小时,电流I_____,外电压U_____,当R减小到零时,I=____,U=___.
第九节多用电表
一、欧姆表
1.欧姆表是由_______改装而成,它内部主要有_____、_____、_______.
2.欧姆表内部电路如图所示,已知电流表内阻Rg.
(1)当A、B间电阻R=0时,调节R1
使电流表恰好指针满偏,将此时
指针所指的刻度线标为___Ω,由闭
合电路欧姆定律知Ig=__________.
(2)保持R1不变,在A、B间接一电阻R时,使电流表指针恰指到满刻度的一半,即
处,则此时R=___________,此处电阻刻度为____称为中值电阻.
(3)当A、B间断开时,电路不闭合,电流表指针指在电流__刻度上,表示此时A、B间的电阻为____.
(4)由闭合电路欧姆定律I=
知,每一个电流值都对应一电阻值R,将电流刻度换成电阻标度,即将电流表改装成______表,就可直接测电阻了.
三、练习使用多用电表
1.测电压
(1)选择直流电压挡合适的_____.
(2)将电表与被测电路____,并要注意电表的极性.
2.测电流
(1)选择直流电流挡合适的量程.
(2)将被测电路导线卸开一端,把多用表___联在电路中.
(3)读数时,首先要认清刻度盘上的_________.
3.测电阻
(1)要将选择开关扳到_____挡上,此时红表笔连接表内电源的___极,黑表笔连接表内电源的__极.选好量程后,先_____,然后测量.测量完毕,应把选择开关旋转到______挡.
(2)用多用电表测电压测电流及测电阻时,电流都是从___表笔流入电表,从___表笔流出电表.
4.二极管的特点及其电阻测量
(1)特点:
如图所示,它由_______材料制成,有两个电极.电流从___极流入时电阻较小,从___极流入时电阻较大,即二极管具有单向导电性.
(2)电阻测量:
正向电阻_____,反向电阻_____,可用多用电表判断它的_____或区分它的_____.
①测正向电阻:
选低倍率欧姆挡,调整欧姆零点之后将黑表笔接触二极管___极,红表笔接触二极管___极.读数乘以倍率即为正向电阻.
②测反向电阻方法与测正向电阻类似,但应选择高倍率的欧姆挡.
第十节 实验:
测定电池的电动势和内阻
实验原理:
测定电池的电动势和内阻,根据闭合电路的欧姆定律,可以采用以下几种方法:
方法1:
如图所示,由闭合电路的欧姆定律得:
E=IR+Ir,改变__________的阻值,读出几组电流表的示数和电阻箱的阻值,组成方程组可求解E,r.
方法2:
如图所示,由闭合电路的欧姆定律得:
E=U+
r,改变____________的阻值,读出几组电压表的示数和电阻箱的阻值,组成方程组可求解E,r.
方法3:
如图所示,由闭合电路的欧姆定律得:
E=U+Ir,改变__________的阻值,从电流表、电压表中读出几组U和I值,组成____________可求解E,r.
3.实验步骤:
(1)确定电流表、电压表的量程,按图所示电路把器材连接好,如图所示.
(2)把变阻器的滑动片移到一端使电阻值______________.
(3)闭合电键,调节__________,使电流表有明显__________,记录一组电流表和电压表的示数,用同样方法测量并记录几组I和U值.
(4)断开电键,整理好器材.
4.数据处理:
(1)公式法:
运用解方程组求解E和r.为了减小实验的偶然误差,应该利用U、I值多求几组E和r的值,算出它们的__________.
(2)图象法:
对于E、r一定的电源,路端电压U与通过干路的电流I组成的U-I图象应该是__________,这条直线与纵轴的交点表示____________,与横轴I的交点表示__________,图线的斜率的绝对值表示电源的__________.
5、误差分析:
E测E真r测r真
注意事项:
1、为使电池的路端电压有明显变化,应选取内阻较大的旧干电池,内阻较大的电压表。
2、实验中不能将电流调得过大,且读数要快,读完后立即切断电源,防止干电池大电流放电时内阻明显变化
3、若干电池的路端电压变化不很明显,作图象时,纵轴单位可取得小一些,纵轴起点可不从零开始。
图像与纵轴交点仍然是电源电动势,与横轴交点不是短路电流,内阻:
4、实验误差的来源主要是电压表分流,所以在满足量程的情况下,应选内阻大的电压表和小调节范围的滑动变阻器。
5、求内阻时要在图像上选相距较远的两个点计算内阻
6、数据处理时可用图像法(U—I图象、或
—R图像)
所有公式
欧姆定律的应用:
①同一电阻的阻值不变,与电流和电压无关,其电流随电压增大而增大.(R=U/I)
②当电压不变时,电阻越大,则通过的电流就越小.(I=U/R)
③当电流一定时,电阻越大,则电阻两端的电压就越大.(U=IR)
电阻的串联有以下几个特点:
(指R1,R2串联,串得越多,电阻越大)
①电流:
I=I1=I2(串联电路中各处的电流相等)
②电压:
U=U1+U2(总电压等于各处电压之和)
③电阻:
R=R1+R2(总电阻等于各电阻之和)如果n个等值电阻串联,则有R总=nR
④分压作用:
=;计算U1,U2,可用:
;
⑤比例关系:
电流:
I1:
I2=1:
1(Q是热量)
电阻的并联有以下几个特点:
(指R1,R2并联,并得越多,电阻越小)
①电流:
I=I1+I2(干路电流等于各支路电流之和)
②电压:
U=U1=U2(干路电压等于各支路电压)
③电阻:
(总电阻的倒数等于各电阻的倒数和)如果n个等值电阻并联,则有R总=R
④分流作用:
;计算I1,I2可用:
;
⑤比例关系:
电压:
U1:
U2=1:
1,(Q是热量)
六,电功和电功率
1.电功(W):
电能转化成其他形式能的多少叫电功,
2.功的国际单位:
焦耳.常用:
度(千瓦时),1度=1千瓦时=3.6×106焦耳.
3.测量电功的工具:
电能表
4.电功公式:
W=Pt=UIt(式中单位W→焦(J);U→伏(V);I→安(A);t→秒).
利用W=UIt计算时注意:
①式中的W.U.I和t是在同一段电路;②计算时单位要统一;③已知任意的三个量都可以求出第四个量.还有公式:
=I2Rt
电功率(P):
表示电流做功的快慢.国际单位:
瓦特(W);常用:
千瓦
公式:
式中单位P→瓦(w);W→焦;t→秒;U→伏(V),I→安(A)
利用计算时单位要统一,①如果W用焦,t用秒,则P的单位是瓦;②如果W用千瓦时,t用小时,则P的单位是千瓦.
10.计算电功率还可用右公式:
P=I2R和P=U2/R
11.额定电压(U0):
用电器正常工作的电压.另有:
额定电流
12.额定功率(P0):
用电器在额定电压下的功率.
13.实际电压(U):
实际加在用电器两端的电压.另有:
实际电流
14.实际功率(P):
用电器在实际电压下的功率.
当U>U0时,则P>P0;灯很亮,易烧坏.
当U 当U=U0时,则P=P0;正常发光. 15.同一个电阻,接在不同的电压下使用,则有;如: 当实际电压是额定电压的一半时,则实际功率就是额定功率的1/4.例"220V100W"如果接在110伏的电路中,则实际功率是25瓦.) 16.热功率: 导体的热功率跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比. 17.P热公式: P=I2Rt,(式中单位P→瓦(W);I→安(A);R→欧(Ω);t→秒.) 18.当电流通过导体做的功(电功)全部用来产生热量(电热),则有: 热功率=电功率,可用电功率公式来计算热功率.(如电热器,电阻就是这样的.) 补充: 电场 1.两种电荷、电荷守恒定律、元电荷: (e=1.60×10-19C);带电体电荷量等于元电荷的整数倍 2.库仑定律: F=kQ1Q2/r2(在真空中){F: 点电荷间的作用力(N),k: 静电力常量k=9.0×109N? m2/C2,Q1、Q2: 两点电荷的电量(C),r: 两点电荷间的距离(m),方向在它们的连线上,作用力与反作用力,同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引} 3.电场强度: E=F/q(定义式、计算式){E: 电场强度(N/C),是矢量(电场的叠加原理),q: 检验电荷的电量(C)} 4.真空点(源)电荷形成的电场E=kQ/r2{r: 源电荷到该位置的距离(m),Q: 源电荷的电量} 5.匀强电场的场强E=UAB/d{UAB: AB两点间的电压(V),d: AB两点在场强方向的距离(m)} 6.电场力: F=qE{F: 电场力(N),q: 受到电场力的电荷的电量(C),E: 电场强度(N/C)} 7.电势与电势差: UAB=φA-φB,UAB=WAB/q=-ΔEAB/q 8.电场力做功: WAB=qUAB=Eqd{WAB: 带电体由A到B时电场力所做的功(J),q: 带电量(C),UAB: 电场中A、B两点间的电势差(V)(电场力做功与路径无关),E: 匀强电场强度,d: 两点沿场强方向的距离(m)} 9.电势能: EA=qφA{EA: 带电体在A点的电势能(J),q: 电量(C),φA: A点的电势(V)} 10.电势能的变化ΔEAB=EB-EA{带电体在电场中从A位置到B位置时电势能的差值} 11.电场力做功与电势能变化ΔEAB=-WAB=-qUAB(电势能的增量等于电场力做功的负值) 12.电容C=Q/U(定义式,计算式){C: 电容(F),Q: 电量(C),U: 电压(两极板电势差)(V)} 13.平行板电容器的电容C=εS/4πkd(S: 两极板正对面积,d: 两极板间的垂直距离,ω: 介电常数) 常见电容器〔见第二册P111〕 14.带电粒子在电场中的加速(Vo=0): W=ΔEK或qU=mVt2/2,Vt=(2qU/m)1/2 15.带电粒子沿垂直电场方向以速度Vo进入匀强电场时的偏转(不考虑重力作用的情况下) 类平垂直电场方向: 匀速直线运动L=Vot(在带等量异种电荷的平行极板中: E=U/d) 抛运动平行电场方向: 初速度为零的匀加速直线运动d=at2/2,a=F/m=qE/m 注: (1)两个完全相同的带电金属小球接触时,电量分配规律: 原带异种电荷的先中和后平分,原带同种电荷的总量平分; (2)电场线从正电荷出发终止于负电荷,电场线不相交,切线方向为场强方向,电场线密处场强大,顺着电场线电势越来越低,电场线与等势线垂直; (3)常见电场的电场线分布要求熟记〔见图[第二册P98]; (4)电场强度(矢量)与电势(标量)均由电场本身决定,而电场力与电势能还与带电体带的电量多少和电荷正负有关; (5)处于静电平衡导体是个等势体,表面是个等势面,导体外表面附近的电场线垂直于导体表面,导体内部合场强为零,导体内部没有净电荷,净电荷只分布于导体外表面; (6)电容单位换算: 1F=106μF=1012PF; (7)电子伏(eV)是能量的单位,1eV=1.60×10-19J; (8)其它相关内容: 静电屏蔽〔见第二册P101〕/示波管、示波器及其应用〔见第二册P114〕等势面〔见第二册P105〕。 恒定电流 1.电流强度: I=q/t{I: 电流强度(A),q: 在时间t内通过导体横载面的电量(C),t: 时间(s)} 2.欧姆定律: I=U/R{I: 导体电流强度(A),U: 导体两端电压(V),R: 导体阻值(Ω)} 3.电阻、电阻定律: R=ρL/S{ρ: 电阻率(Ω? m),L: 导体的长度(m),S: 导体横截面积(m2)} 4.闭合电路欧姆定律: I=E/(r+R)或E=Ir+IR也可以是E=U内+U外 {I: 电路中的总电流(A),E: 电源电动势(V),R: 外电路电阻(Ω),r: 电源内阻(Ω)} 5.电功与电功率: W=UIt,P=UI{W: 电功(J),U: 电压(V),I: 电流(A),t: 时间(s),P: 电功率(W)} 6.焦耳定律: Q=I2Rt{Q: 电热(J),I: 通过导体的电流(A),R: 导体的电阻值(Ω),t: 通电时间(s)} 7.纯电阻电路中: 由于I=U/R,W=Q,因此W=Q=UIt=I2Rt=U2t/R 8.电源总动率、电源输出功率、电源效率: P总=IE,P出=IU,η=P出/P总{I: 电路总电流(A),E: 电源电动势(V),U: 路端电压(V),η: 电源效率} 9.电路的串/并联串联电路(P、U与R成正比)并联电路(P、I与R成反比) 电阻关系(串同并反)R串=R1+R2+R3+1/R并=1/R1+1/R2+1/R3+ 电流关系I总=I1=I2=I3I并=I1+I2+I3+ 电压关系U总=U1+U2+U3+U总=U1=U2=U3 功率分配P总=P1+P2+P3+P总=P1+P2+P3+ 10.欧姆表测电阻 (1)电路组成 (2)测量原理 两表笔短接后,调节Ro使电表指针满偏,得 Ig=E/(r+Rg+Ro) 接入被测电阻Rx后通过电表的电流为 Ix=E/(r+Rg+Ro+Rx)=E/(R中+Rx) 由于Ix与Rx对应,因此可指示被测电阻大小 (3)使用方法: 机械调零、选择量程、欧姆调零、测量读数{注意挡位(倍率)}、拨off挡。 (4)注意: 测量电阻时,要与原电路断开,选择量程使指针在中央附近,每次换挡要重新短接欧姆调零。 11.伏安法测电阻 电流表内接法: 电压表示数: U=UR+UA 电流表外接法: 电流表示数: I=IR+IV Rx的测量值=U/I=(UA+UR)/IR=RA+Rx>R真
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- 电路 基础