1、第四章,直流電路,模塊一,電阻定律,雷鳴電閃時,強大的電流使天,空發出耀眼的閃光,但它只能存在,于一瞬間,而手電筒中的小燈泡卻,能持續發光,這是為什么,?,一、電源,1,、電流的形成,導體中的自由電荷在電場力的作用下發生,定向移動形成電流,. (,瞬時電流,),2,、持續電流的形成,倘若在,A,B,之間連接一個裝置,P,作用是不斷地把電子從,A,搬運到,B,，使,AB,之間始終存在一定的電場，從而保持持續電流。,裝置,P,?,電源,導體中產生電流的條件,:,導體兩端存在,電勢差,-,+,+,+,+,A,+,+,+,+,_,_,_,_,B,_,_,_,_,-,A,B,等勢體,A,抽水機,水池,導

2、體中自由電子的定向,B,移動使兩個帶電體成為,等勢體,達到靜電平衡，,導線,R,中會產生一個瞬時,電流,電源,1.,能把自由電子從正極搬到負極的裝置,.,2.,作用,:,保持導體兩端的電勢差,(,電壓,),使電路有持續的電流,.,-,-,-,+,_,+,+,_,_,+,A,+,_,_,B,_,+,+,_,_,+,-,-,P,二,.,導線中的電場,假設在電源正、負極,之間連一根導線,F,t,F,F,n,N,M,E,0,+,+,+,+,A,+,+,+,+,-,P,_,_,_,_,B,_,_,_,_,-,二,.,導線中的電場,假設在電源正、負極,之間連一根導線,F,t,F,F,n,N,M,N,E,0

3、,E,0,+,+,+,+,A,+,+,+,+,-,P,_,_,_,_,B,_,_,_,_,-,E,M,N,M,導線內很,快形成沿,導線方向,的電場,E,E,0,導體內的電場線保持和導線平行,小結,:,形成電流的條件,（,1,）存在自由電荷,金屬導體,自由電子,電解液,正、負離子,（,2,）導體兩端存在電壓,當導體兩端存在電壓時，導體內建立了,電場，導體中的自由電荷在電場力的作用下,發生定向移動，形成電流,電源的作用是保持導體兩端的電壓，使,導體中有持續的電流,思考題,我們在上一章中曾經得出結,論,:,在靜電平衡時,導體內部的場強,為零,導體上任意兩點之間的電勢,差為零,(,等勢體,).,這與我

4、們現在的,說法有矛盾嗎,?,為什么,?,導線內的電場，是由電源、,導線等電路元件所積累的電荷,共同形成的。盡管這些電荷也,在運動，但有的流走了，另外,的又來補充，所以電荷的分布,是穩定的，電場的分布也穩定。,-,恒定電場,恒定電場,由穩定分布的電荷產生,穩定的電場稱為恒定電場,.,恒定電場,電場強度不變,自由電子在各個位置的定向運動速率也不變,串一個電流表,讀數不會變,(,恒定電流,),三,恒定電流,電流：,1,、,定義：,大小、方向都不隨時間變化的電流,用單位時間內通過導體橫截面的電量表示電流強弱,q,2,、,公式：,q,?,It,可得,I,?,t,3,、,單位：安培,A,其他單位,mA,A

5、,4,、,方向：正電荷定向移動的方向,金屬導體中電流的方向與自由電子定向移動的方向相反。,說明,（,1,）電流為標量，電流雖有方向但是標量,（,2,）電解液中正負離子定向移動方向雖然相反，但正、負離子定向移動形,成的電流方向是相同的，此時,q,為正電荷總電荷量和負電荷總電荷量的絕對,值之和。,18,例題,1,:,某電解池，如果在,1s,中內共有,5.0,10,個二,價正離子和,5.0,10,18,個一價負電子通過某橫截面，,那么通過這個橫截面的電流強度是多大？,答案：,1.6A,例題,2,有一條橫截面積,S=1mm,2,的銅導線，通過的電流,I=1A,。已知銅的密,度,=8.9,10,3,kg

6、/m,3,，銅的摩爾質量,M=6.4,10,-2,kg/mol,，阿伏加德羅常數,N,A,=6.62,10,23,mol,-1,，電子的電量,e=-1.6,10,-19,C,。求銅導線中自由電子定,向移動的速率。,解：設自由電子定向移動的速率是,v,vtS,通過橫截面的電荷量是,q,?,ne,?,N,A,e,M,q,vSN,A,e,由,I,?,得,I,?,t,M,從中解出,IM,v,?,SN,A,e,代入數值后得,v,=7.5,10,-5,m/s,四、電流的微觀表達式,推導：,一段粗細均勻的導體長為,l,兩端加一定的電壓，自由電,荷定向移動的速率為,v,設導體的橫截面積為,s,，導體每,單位體

7、積內的自由電荷數為,n,，每個自由電荷量為,q,。,B,A,總電量,電荷總數,Q,Nq,nlSq,?,?,nqSv,I,?,?,t,l/,v,l/,v,2,例,3.,有一條橫截面積,S=1mm,的銅導線，通過的電,流,I=1A .,已知銅的密度,=8.9,10,3,kg/m,3,，銅,-2,的摩爾質量,M=6.02,10,kg/mol,，阿伏加德羅,常數,NA=6.62,10,23,mol-1,，電子的電量,-19,e=-1.6,10,C,。,求,:,銅導線中自由電子定向移動的速率,答案：,IM,v,?,?,SN,A,e,v,s,v,?,7.5,?,10,m,/,s,vt,?,5,思考題,如果

8、認為電子的定向運動速率就是,電流的傳導速率，和我們的生活經,驗是否相符？怎樣解釋？,-5,電子定向移動的速率約,10,m/s,，,5,電子熱運動的平均速率,10,m/s,，,8,電場的傳播速率,3,10,m/s.,三種速度的區別,（,1,）電流傳導速率等于光速，電路一接通，導體中的電子立即,受到電場力作用而定向移動形成電流。（對整體而言）,（,2,）電子定向移動速率，其大小與電流有關，一般每秒為,10,-2,-10,-3,m,的數量級。（對每個電子而言）,(3),電子熱運動速率，任何微觀粒子都做無規則運動，其速度與,溫度有關，通常情況為每秒幾百米。,1,、形成電流的條件：,（,1,）存在自由電

9、荷（,2,）導體兩端存在電壓,2,、電源的作用：提供持續的電壓,3,、導線中的電場,:,導線內的電場線保持和導線平行,.,(,恒定電場,),4,、恒定電流,:,大小方向都不隨時間變化的電流,.,5,、電流,:,表示電流的強弱程度的物理量,.,（,1,）定義式,I=q / t,（,2,）金屬導體中電流的計算式,I,?,nqsv,小結,:,n,為單位體積內自由電荷數目，,S,為導體橫截面積，,v,為電荷定向移動速率,q,為每個自由電荷的電量,二、部分電路歐姆定律,一、電流是怎樣形成的,金屬棒導電,干木棒不導電,潮濕的木棒導電,為什么？,金屬棒和潮濕的木棒中存在,能自由移動的電荷,自由電荷,1,、,

10、自由電荷,：能夠自由移動的電荷,（,1,）,金屬導體中：自由電子,（,2,）電解液中：正負離子,一般情況下，金屬導體中的自,5,由電子大約以,10,m/s,的速率做永不,停息的無規律熱運動,宏觀上無,電流,怎么才能使導體中產生電流呢？,金屬導線,電,解,液,電流是怎樣產生的呢？,電流形成的原理：,導體兩端存在電壓時，導體內建立,了電場，導體中的自由電荷在電場力,的作用下發生定向移動，形成電流,請同學們總結形成電流的條件？,2,、,形成電流的條件,（,1,）存在自由電荷,內因,（,2,）導體兩端存在持續電壓,外,因,電路中有持續電流的條件：,a,、電路要閉合,b,、要有電源,3,、,電流的方向,

11、：,（,1,）規定正電荷定向移動的方向為電,流的方向,（,2,）在金屬導體中，電流的方向與自,由電子的定向移動方向相反；在電解,液中，電流的方向與正離子定向移動,的方向相同，與負離子定向移動的方,向相反。,4,、,電流的強弱,電流強度,（,1,）定義：通過導體橫截面的電荷,量,q,跟通過這些電量所用的時間,t,的比,值。,（,2,）公式：,I = q/t,單位時間內通過導體橫截面的電荷,量越多，電流越大,（,3,）國際單位：安培,簡稱：,安，符號：,A,3,6,常用單位：,1A = 10,mA = 10,A,（,4,）性質：標量,（,5,）恒定電流：方向和強弱不隨時,間變化而變化的電流,案例分

12、析：如圖所示：,A,D,AD,表示粗細均勻的,一段導體長為,L,，兩端加有一定電壓，導,體中的自由電荷沿導體定向移動的平均,速率為,v,，設導體的橫截面積為,S,，導體,中每單位體積的自由電荷數為,n,，每個自,由電荷的電量為,q,，請寫出在,t,內通過該截,面的電荷量,Q =,電流,I =,二、電阻,電阻定律,1,、,電阻產生的根本原因,金屬導體中的自由電子在電場,力的作用下定向移動過程中，不斷,地與原子實碰撞，形成對電子定向,移動的阻礙作用,2,、什么是導體的電阻,導體兩端的電壓,與通過導體的電流的,比值叫導體的電阻,。,導體的電阻與哪些因素有關呢？,長,度,橫截面積,材,料,3,、,電阻

13、定律,(1),、內容：,導體的電阻,R,跟它的長度,L,成,正比，跟它的橫截面積,S,成反,比。,L,(2),、表達式：,R=,S,(3),、,電阻率,a,、物理意義：電阻率是反映材料導電性能,的物理量。,面積的情況下,，導體的電阻越大,。,c,、單位：歐,米（,m),其意義為：用該材料,b,、電阻率越大，表明在相同長度、相同橫截,制成長,1m,、橫截面積為,1m,2,的導體的電阻值。,二、部分電路歐姆定律,(1),、內容：,通,過導體的電流跟導體兩,端的電壓成正比,跟它的電,阻成反比,U,(2),、表達式：,I =,R,三、電,阻,定,律,請仔細觀察兩只燈泡的照片,說出它們有,哪些,不同之處

14、,?,回顧初中知識,:,影響電阻大小的因素有哪些,?,猜測,:,這些因素怎么影響電阻大小的？,如何驗證？,實驗驗證,實驗方法：,控制變量法,測電阻,R,方法,:,伏安法,實驗電路圖,:,實驗方案：,同種材料，,S,一定，改變,L,，測,R,同種材料，,L,一定，改變,S,，測,R,不同材料，,L,一定，,S,一定，測,R,實驗電路圖,實驗示意圖,結論,:,同種材料,S,一定,電阻,R,與,L,成正比,R,L,同種材料,L,一定,電阻與,S,成反比,1,R,?,S,理論探究和驗證,電阻串聯,R,L,電阻并聯,1,R,?,S,電阻定律,同種材料的導體,其電阻,R,與它的長,1.,內容：,度,L,成

15、正比,與它的橫截面積,S,成反比,;,導體電阻與構成它的材料有關,.,2.,表達式,:,l,R,?,?,S,?,是比例常數，它與導體的材料,有關，是一個反映材料導電性能的,物理量，稱為材料的電阻率。,電阻率,1,、反映材料導電性能的物理量,2,、單位：歐姆,米,m,3,、純金屬的電阻率小，合金的電阻率大,4,、金屬的電阻率隨溫度的升高而增大,演示,電阻溫度計,錳銅合金和鎳銅合金的電阻率隨溫度變化,極小，,利用它們的這種性質，常用來制作標,準電阻。,兩,個,導,體,材料相同,厚度相同,上表面是正方形,電流方向,R,1,a,h,R,2,這兩個導體的電阻,有什么樣的關系？,b,h,R,1,= R,2

16、,CCTV -,每周質量報告,消息引用檢驗負責人的話：“不合格產品中，大,部分存在電阻不合格問題，主要是銅材質量不合格，,使用了再生銅或含雜質很多的銅。再一個就是銅材質,量合格，但把截面積縮小了，買,2.5,平方（毫米）的線，,拿到手的線可能是,1.5,或,1.5,多一點的，載流量不夠。另,一個問題是絕緣層質量不合格，用再生塑料制作電線,外皮，電阻率達不到要求,上述講話中體現了那些物理原理？,思考題,1,、,有人說電阻是導體阻礙電流的性質，電,阻率是由導體的性質決定的，所以電阻,率越大，則電阻越大，對嗎？為什么,?,不對,電阻率反映導體導電性能的優劣,電阻,率大,不一定電阻大,由電阻定律,電阻

17、還,與,L,和,S,有關,思考題,2,、一白熾燈泡銘牌顯示“,220V,，,100W,”,字樣，由計算得出燈泡燈絲電阻,R=484,?,，該阻值是工作時的電阻值還,是不工作時的電阻值，兩者一樣嗎？為,什么？,不一樣,100W,是額定功率,是燈泡正常工作時,的功率,所以,484,?,是工作時的電阻,;,當燈,泡不工作時,由于溫度低,電阻比正常工,作時的電阻小，所以小于,484,?,。,課堂訓練,1,、一段均勻導線對折兩次后并聯在一起，,測得其電阻為0.5 ，導線原來的電阻,多大？若把這根導線的一半均勻拉長為,三倍，另一半不變，其電阻是原來的多,少倍？,8 5倍,課堂訓練,2,、同一半圓形金屬片，如圖所示，從不同方向測,量其電阻,(1),Ra,、,Rb,是否相等？,(2),如果不等，,Ra,、,Rb,誰大？,Ra,、,Rb,比值是多少？,（,1,）不等,(a),又短又“胖”,(b),又長又“瘦”,;,R,a,R,b,（,2,）若,1/4,圓形金屬片電阻為,R,0,則,(a),為兩,R,0,并聯,R,a,= R,0,/2;(b),為兩電阻串聯,R,b,=2 R,0,所以,R,a,:,R,b,=1:4,四超導,?,概念,?,超導現象,?,一些物質當溫度下降到某一溫度時，電阻會,變為零，這種