高二物理选修31知识点.docx

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高二物理选修31知识点

第一章恒定电流

一、电源和电流

1、电流产生的条件：

（1）导体内有大量自由电荷（金属导体——自由电子；电解质溶液——正负离子；导电气体——正负离子和电子）

（2）导体两端存在电势差（电压）

（3）导体中存在持续电流的条件：

是保持导体两端的电势差。

2电流的方向

电流可以由正电荷的定向移动形成，也可以是负电荷的定向移动形成，也可以是由正负电荷同时定向移动形成。

习惯上规定：

正电荷定向移动的方向为电流的方向。

说明：

（1）负电荷沿某一方向运动和等量的正电荷沿相反方向运动产生的效果相同。

金属导体中电流的方向与自由电子定向移动方向相反。

（2）电流有方向但电流强度不是矢量。

（3）方向不随时间而改变的电流叫直流；方向和强度都不随时间改变的电流叫做恒定电流。

通常所说的直流常常指的是恒定电流。

二、电动势

1．电源

（1）电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。

（2）非静电力在电源中所起的作用：

是把正电荷由负极搬运到正极，同时在该过程中非静电力做功，将其他形式的能转化为电势能。

【注意】在不同的电源中，是不同形式的能量转化为电能。

2．电动势

（1）定义：

在电源内部，非静电力所做的功W与被移送的电荷q的比值叫电源的电动势。

（2）定义式：

E=W/q

（3）物理意义：

表示电源把其它形式的能（非静电力做功）转化为电能的本领大小。

电动势越大，电路中每通过1C电量时，电源将其它形式的能转化成电能的数值就越多。

【注意】：

①电动势的大小由电源中非静电力的特性（电源本身）决定，跟电源的体积、外电路无关。

②电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压。

③电动势在数值上等于非静电力把1C电量的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。

3．电源（池）的几个重要参数

①电动势：

它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质，与电池的大小无关。

②内阻（r）:

电源内部的电阻。

③容量：

电池放电时能输出的总电荷量。

其单位是：

A·h，mA·h.

【注意】：

对同一种电池来说，体积越大，容量越大，内阻越小。

三、欧姆定律

1、导体的电阻

①定义：

导体两端电压与通过导体电流的比值，叫做这段导体的电阻。

②公式：

R=U/I（定义式）

说明：

A、对于给定导体，R一定，不存在R与U成正比，与I成反比的关系，R只跟导体本身的性质有关

B、这个式子（定义）给出了测量电阻的方法——伏安法。

C、电阻反映导体对电流的阻碍作用

2、欧姆定律

①定律内容：

导体中电流强度跟它两端电压成正比，跟它的电阻成反比。

②公式：

I=U/R

③适应范围：

一是部分电路，二是金属导体、电解质溶液

3、导体的伏安特性曲线

（1）伏安特性曲线：

用纵坐标表示电流I，横坐标表示电压U，这样画出的I-U图象叫做导体的伏安特性曲线。

（2）线性元件和非线性元件

线性元件：

伏安特性曲线是通过原点的直线的电学元件。

非线性元件：

伏安特性曲线是曲线，即电流与电压不成正比的电学元件

4、导体中的电流与导体两端电压的关系

（1）对同一导体，导体中的电流跟它两端的电压成正比。

（2）在相同电压下，U/I大的导体中电流小，U/I小的导体中电流大。

所以U/I反映了导体阻碍电流的性质，叫做电阻（R）

（3）在相同电压下，对电阻不同的导体，导体的电流跟它的电阻成反比。

四、串联电路和并联电路

1、串联电路

①电路中各处的电流强度相等。

I=I1=I2=I3=…

②电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和U=U1+U2+U3+…

③串联电路的总电阻，等于各个电阻之和。

R=R1+R2+R3+…

④电压分配：

U1/R1=U2/R2U1/R1=U/R

⑤n个相同电池（E、r）串联：

En=nErn=nr

⑥串联电路的功率分配：

P=I2R

P1/R1=P2/R2=P3/R3=…=Pn/Rn

2、并联电路

1并联电路中各支路两端的电压相等。

U=U1=U2=U3=…

2电路中的总电流强度等于各支路电流强度之和。

I=I1+I2+I3+…

3并联电路总电阻的倒数，等于各个电阻的倒数之和。

1/R=1/R1+1/R2+1/R3+对两个电阻并联有：

R=R1R2/（R1+R2）

4电流分配：

I1/I2=R1/R2I1/I=R1/R

⑤n个相同电池（E、r）并联：

En=Ern=r/n

⑥并联电路的功率分配：

P1R1=P2R2=P3R3=…=PnRn=U2

3、几点注意事项：

①几个相同的电阻并联，总电阻为一个电阻的几分之一；

②若不同的电阻并联，总电阻小于其中最小的电阻；

③若某一支路的电阻增大，则总电阻也随之增大；

④若并联的支路增多时，总电阻将减小；

⑤当一个大电阻与一个小电阻并联时，总电阻接近小电阻。

4、分压作用和电压表:

说明:

如果给电流表串联一个分压电阻,分担一部分电压,就可以用来测量较大的电压了.加了分压电阻并在刻度板上标出电压值,就把电流表改装成了电压表.电压表的量程越大，串联的电阻R越大。

因为电流一定。

5、分流作用和电流表（安培表）:

说明:

并联电阻可以分担一部分电流,并联电阻的这种作用叫做分流作用,作这种用途的电阻又叫做分流电阻.为了使电流表能够测量几个安培甚至更大的电流,可能给它并联个分流电阻,分掉一部分电流,这样在测量大电流时,通过电流表的电流也不致超过满偏电流Ig.电流表的量程越大，并联的电阻越小。

因为电压一定。

五、焦耳定律

1、电功

定义：

电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。

用W表示。

实质：

是能量守恒定律在电路中的体现。

即电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程，在转化过程中，能量守恒，即有多少电能减少，就有多少其他形式的能增加。

【注意】功是能量转化的量度，电流做了多少功，就有多少电能减少而转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少，这是电路中能量转化与守恒的关键表达式：

W=Iut

【说明】：

①表达式的物理意义：

电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压、电路中电流强度和通电时间成正比。

②适用条件：

I、U不随时间变化——恒定电流

2、电功率

①定义：

单位时间内电流所做的功

②表达式：

P=W/t=UI（对任何电路都适用）

上式表明：

电流在一段电路上做功的功率P，和等于电流I跟这段电路两端电压U的乘积。

③额定功率和实际功率

额定功率：

用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。

实际功率：

用电器在实际电压下的功率。

实际功率P实=IU，U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。

3、焦耳定律：

电流通过导体产生的热量，跟电流的二次方，导体的电阻和通电时间成正比公式：

Q=I2Rt

说明：

a.

（1）式表明电流通过导体时要发热,焦耳定律就是研究电流热效应定量规律的。

b.

（1）式中各量的单位.

4、电功和电热的关系:

设问:

电流通过电路时要做功,同时,一般电路都是有电阻的,因此电流通过电路时也要生热.那么,电流做的功跟它产生的热之间,又有什么关系呢?

（1）、纯电阻电路.

如图所示,电阻R,电路两端电压U,通过的电流强度I.

电功即电流所做的功:

W=UIt.

电热即电流通过电阻所产生的热量:

Q=I2Rt

由部分电路欧姆定律:

U=IR

W=UIt=I2Rt=Q

表明:

在纯电阻电路中,电功等于电热.也就是说电流做功将电能全部转化为电路的内能

电功表达式:

W=UIt=I2Rt=（U2/R）/t

电功率的表达式:

P=UI=I2R=U2/R

（2）非纯电阻电路.

如图所示,电灯L和电动机M的串联电路中,电能各转化成什么能?

电流通过电灯L时,电能转化为内能再转化为光能.电流通过电动机时,电能转化为机械能和内能.

电流通过电动机M时

电功即电流所做的功（电动消耗的电能）:

W=UIt

电热即电流通过电动机电阻时所产生的热量:

Q=I2Rt

W（=UIt）=机械能+Q（=I2Rt）

表明:

在包含有电动机,电解槽等非纯电阻电路中,电功仍等于UIt,

电热仍等于I2Rt.但电功不再等于电热而是大于电热了.UIt＞I2Rt

电功表达式:

W=UIt≠Q=I2Rt

电功率表达式:

P=UI≠I2R

发热功率表达式:

P=I2R≠UI

5、应用欧姆定律须注意对应性。

（1）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。

①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

②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

③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

对纯电阻，电功率的计算有多种方法：

P=UI=I2R=

以上公式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。

六、电阻定律

1、电阻定律R=ΡL/S

2、电阻率是反映材料导电性能的物理量.材料的电阻率随温度的变化而改变；某些材料的电阻率会随温度的升高而变大（如金属材料）；某些材料的电阻率会随温度的升高而减小（如半导体材料、绝缘体等）；而某些材料的电阻率随温度变化极小（如康铜合金材料）

3、式中ρ是比例常数，它与导体的材料有关，是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率。

（1）电阻率是反映材料导电性能的物理量。

（2）单位：

欧·米（Ω·m）

4、纯金属的电阻率小,合金的电阻率较大,橡胶的电阻率最大

电阻率小用作导电材料,电阻率大的用作绝缘材料.

改变电阻可以通过改变导体的长度，改变导体横截面积或是更换导体材料等途径。

5、材料的电阻率跟温度有关系：

各种材料的电阻率都随温度而变化.a,金属的电阻率随温度的升高而增大,用这一特点可制成电阻温度计（金属铂）.b,康铜,锰铜等合金的电阻率随温度变化很小,故常用来制成标准电阻.c,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,处于这种状态的物体叫做超导体

七、闭合电路的欧姆定律

1．闭合电路欧姆定律

ε=U+U′，I=

或ε=IR+Ir，都称为闭合电路欧姆定律。

式中：

ε：

若电源是几个电池组成的电池组，应为整个电池组的总电动势，r为总内阻，R为外电路总电阻，I为电路总电流强度。

应注意：

ε=U+U′和ε=IR+Ir，两式表示电源使电势升高等于内外电路上的电势降落总和，ε理解为电源消耗其它形式能使电荷电势升高。

IR、Ir理解为在内外电路上电势降落。

（也称为电压降）

2．讨论路端电压，电路总电流随外电路电阻变化而变化的规律

根据：

ε=U+U′、U′=Ir、I=

，ε、r不变

R↑→I↓，U↑、U′↓，当R→∞时，I=0、U=ε、U′=0（也称为断路时）

R↓→I↑，U↓、U′↑，当R=0时，I=E/r（短路电流强度）U=0、U′=ε

3．在闭合电路中的能量转化关系

从功率角度讨论能量转化更有实际价值

电源消耗功率（有时也称为电路消耗总功率）：

P总=εI

外电路消耗功率（有时也称为电源输出功率）：

P出=UI

内电路消耗功率（一定是发热功率）：

P内=I2r

εI=UI+I2r

4．电源输出功率随外电路电阻变化关系

ε、r为定值，R为自变量，P出为因变量。

P出=UI=

·R·

=

·R，讨论该函数极值可知，R=r时，输出功率有极大值；

P出=

，电源输出功率与外阻关系图象如图2所示，R＜r时，随R增大输出