1、2.6 电路的基本概念与规律【课程分析】课程标准1观察并尝试识别常见的电路元器件，初步了解它们在电路中的应用。2初步了解多用电表的原理。通过实际操作学会使用多用电表。3通过实验，探究决定导线电阻的因素，知道电阻定律。4知道电源的电动势和内阻，理解闭合电路的欧姆定律。5测量电源的电动势和内阻。6知道焦耳定律，了解焦耳定律在生活、生产中的应用。7通过实验，观察门电路的基本作用。初步了解逻辑电路的基本原理以及在自动控制中的应用。8初步了解集成电路的作用。关注我国集成电路以及元器件研究的发展情况。标准分析1认识电流。知道电动势。从能量转化的角度了解电源在电路中的作用。2理解欧姆定律，用它进行有关电路问
2、题的计算。知道导体的伏安特性。3理解串、并联电路中的电流、电压、电阻的关系。4了解电流表中并联电阻的分流作用。了解电压表中串联电阻的分压作用。会用电流表和电压表测量电流、电压。5理解电功、电功率的概念，并用其表达式进行有关计算。认识焦耳定律，用其表达式进行有关计算。知道电功与电热的区别。了解焦耳定律在生活、生产中的应用。6通过探究决定导线电阻大小的因素，体验运用控制变量法研究物理问题的方法。知道电阻定律和电阻率，用电阻定律进行有关的计算。了解半导体二极管的伏安特性。7认识内电路和外电路。理解闭合电路欧姆定律，并用它进行有关电路问题的分析与计算。理解路端电压与负载的关系。8了解多用表的基本工作原
3、理。会使用多用电表测量电路中的电流、电压和电阻。观察并尝试识别常见的电路元器件，初步了解它们在电路中的应用。9理解测定电源的电动势和内阻的基本原理，体验测定电源的电动势和内阻的探究过程。能用解析法和图象法求解电动势和内阻。体验实验研究中获取数据、分析数据、寻找规律的科学思维方法。10通过实验，观察门电路的基本作用。初步了解逻辑电路的基本原理以及在自动控制中的应用。初步了解集成电路的作用，关注集成电路以及元器件研究的发展情况。专题六 电路的基本概念与规律【基本内容】一、电流（I）1电流形成条件：当导体两端存在电压时，导体内自由电荷在电场力作用下定向移动形成电流。2电流强度：电流的强弱称为电流强度
4、。若通电时间为t，通过导体某一横截面的电量是Q，则导体中电流强度I为：3电流强度的单位：是“安培”（A），它是国际单位制中基本单位之一。4电流的方向：电流是标量，规定正电荷定向移动的方向为电流方向。负电荷定向移动等效于等量正电荷向相反方向移动。金属导体中有电流时导体中自由电子沿电流的反方向移动。5 电流与微观电荷定向移动的关系：若导体截面积是S，单位体积内自由电荷数（电荷密度）是n， 自由电荷电量是q，自由电荷定向移动速率是v ，则导体中的电流强度为InqvS 。 6三种速率：自由电子定向移动速率约为10-5m/s，自由电子热运动的平均速率约为105m/s，电场的传播速率（电流速率）为108m
5、/s。7恒定电流：大小、方向均不随时间变化的电流称为恒定电流。仅有方向不随时间变化的电流称为直流电。二、电压（U）8定义：电路中两点间的电势差。9电压是产生电流的条件：因导体中两点间存在电压，使电荷在电势不等的两点间定向移动，就产生了电流。电场力对电荷所做的功：W=qU 。10单位：伏特。三、电阻（R）11电阻的概念：导体对电流的阻碍作用称为导体的电阻。定义为R=U/I 。12影响电阻的因素：导体的材料、长度、横截面积以及导体的温度。13电阻率：导体的电阻率是与材料、温度有关的量。其大小等于单位长度、单位横截面积的材料电阻值。14电阻定律：导体的电阻与导体的长度成正比，与导体横截面积成反比，还
6、与导体材料的电阻率有关。用R表示电阻，L表示导体长度，S表示导体横截面积，表示导体材料的电阻率，则：。四、电功（W）15定义：在一段电路中电场力所做的功。即通常说的电流所做的功。16公式：W=qU=IUt。17单位：焦耳。五、电功率（P）18定义：电流所做的功与做功所需时间的比值。19公式：P=W/t ；P=UI。20单位：瓦特。六、焦耳定律21内容：电流通过纯电阻电路时发出的热量Q等于通过该电路的电流的二次方、电路的电阻和通电时间的比值。22公式：Q=I2Rt 。23电功与电热：（1）在任何电路，电功恒为W=IUt，电热恒为Q=I2Rt 。（2）在纯电阻电路中，电流做的功全部转化成电热：IU
7、t=I2Rt。（3）在非纯电阻电路中，电流做的功除很少一部分转化成电热外，绝大部分转化成其它能（机械能、化学能等）：IUt=I2Rt+E其它 。【典例分析】例1氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动；已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电子绕核运动的等效电流多大？解析电子做匀速圆周运动的路径是电子定向移动的电路，此电路中的电流强度可以根据电流强度的定义来求。取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的时间T内，通过这个截面的电量q=e，由圆周运动的知识有：T=根据电流的定义式得：I=例2设横截面积为1.0mm2的铜导线中通过1.0A电流铜在单位体积中的自由电
8、子数为8.51028m3，电子的电荷量为1.61019C，试计算这时自由电子的定向移动速率为多少？而常温下金属中自由电子热运动平均速率约为105ms，通过有关资料，我们还可知道：形成电流的速率不是自由电子的定向速率，而是电场的传播速率，且电场的传播速率是光速，为3.0108ms，就这些知识，你能否描述一下电路接通后金属导体中自由电子运动的情景解析（1）根据题意，由InqvS得v=I/neS据此可以算出自由电子的定向移动的速率约为7.4105m/s。（2）电路一旦接通，导线中便以电场的传播速率3.0108m/s在各处迅速地建立起电场，在这个电场的作用下，导线各处自由电子几乎同时开始以很小的定向移
9、动速率7.4105m/s做定向运动，整个电路几乎同时形成了电流但同时，由于金属中自由电子的热运动平均速率约为105m/s，显然这个速率远大于自由电子的定向移动速率，所以金属导体通电后，导体各处的自由电子几乎同时开始在速率巨大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动例3对于常温下一根从灯上取下的阻值为R的均匀电阻丝，下列说法中正确的是 ( )A常温下，若将电阻丝均匀拉长为原来的10倍，则电阻变为10RB常温下，若将电阻丝从中点对折起来，电阻变为RC给电阻丝加上的电压逐渐从零增大到U0，则任一状态下的比值不变D把电阻丝温度降低到绝对零度附近，电阻率会突然变为零解析A错误。电阻变为R100 正确
10、。从中点对折起，相当于两个阻值为的电阻并联，其总值为 错误。由于电流的热效应会使电阻率随温度升高而增大，因而将逐渐增加。 正确。这种现象叫超导现象。注意：仅是电阻的定义式。是电阻的决定式，反映了电阻大小取决于、。是由导体材料和温度决定的，与、无关。例4设小开型直流电动机的内阻一定，当加在电动机上的电压为0.3V时，电流为0.3A，此时电动机不转动；当加在电动机上的电压为2.0V时，电流为0.8A，电动机正常工作，试分析当电动机正常工作时电能的转化情况，并求出机械效率。解析（1）不转动时：电动机的主要部件之一是一只导电线圈，当流过导线圈的电流达不到电动机的启动电流时，电动机不转动，此时电能全部转
11、化为内能，即电动机可看作一纯电阻，得其内阻大小为，（2）正常工作时：电动机耗电功率为，这时电流流过内阻，其发热功率即电能转化为内能的功率为，因此转化为机械能的电功率为（3）电动机是非线性元件在正常工作时，欧姆定律对电动机不适用。电动机中有部分电能转化为内能，如果机械能占所耗电能的比例越大，电能的利用率就越高，本题中当电动机正常工作时，电能的利用率即电动机的工作效率为【知识检测】1关于公式I=q/t，下列说法中正确的是（ ）Aq表示单位时间内通过导体横截面的电量Bq表示通过导体单位横截面积的电量C比值q/t能表示电流的强弱D此式表明电流强度跟通过导体横截面积的电量成正比,跟通电时间成反比2有一横
12、截面积为S的铜导线，流经其中的电流强度为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电量为q，此时电子的定向移动速度为v，在t时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为（ ）A B C D 3某电解池中，若在2s内各有101019个二价正离子和201019个一价负离子通过某截面，则通过这个截面的电流是（ ）A0 B0.8A C1.6A D3.2A4甲、乙两根电阻丝的长度之比为1：5，横截面积之比为2：3，加上相同的电压后流过的电流强度之比为5：2，则两根电阻丝材料的电阻率之比为( )A2：3 B3：4C4：3 D8：35截面直径为d、长为L的导线，两端所加电压为U，当这三个量中的一个改变时
13、，对自由电子定向运动平均速率的影响是( ）A电压加倍时速率不变 B长度加倍时速率不变C截面直径加倍时速率不变 D截面直径加倍时速率加倍6.下列求解电热的公式中,对所有电路均适用的是（ ）A.Q=UIt B.Q=I2Rt C.Q=U2t/R D.W=Pt7.某一用直流电动机提升重物的装置如图所示，重物的质量m50 kg，稳定电压110 V，不计各处摩擦，当电动机以0.90 的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度5 A，试计算电动机的线圈电阻为多少欧?（取10m/s2）. 8大量实验表明，通过某一金属氧化物制成的棒中的电流I遵循IkU3的规律（其中U表示棒两端的电势差，k0.02AV3）。现将
14、该棒与一个遵从欧姆定律的电阻器串联在一起后，接在一个内阻可忽略、电动势为6.0V的电源上。求：（1）当串联的电阻器阻值R1为多少欧时，电路中的电流为0.16A?（2）当串联的电阻器阻值R2为多少欧时，棒上消耗的电功率是电阻R2上消耗电功率的2倍? 答案1CD 2AC 3D 4C 5C 6B 74 89. 25 25/16【课外阅读】 “巨磁电阻”效应2007年10月9日，瑞典皇家科学院宣布，将2007年诺贝尔物理学奖授予法国科学家阿尔贝费尔和德国科学家彼得格林贝格尔，以表彰他们发现了“巨磁电阻”效应。瑞典皇家科学院说：“今年的物理学奖授予用于读取硬盘数据的技术，得益于这项技术，硬盘在近年来迅速
15、变得越来越小。”伴随着信息数字化的大潮，人们开始寻求不断缩小硬盘体积同时提高硬盘容量的技术。1988年，费尔和格林贝格尔各自独立发现了“巨磁电阻”效应：非常弱小的磁性变化就能导致巨大的电阻变化的特殊效应。这一发现解决了制造大容量小硬盘最棘手的问题：当硬盘体积不断变小，容量却不断变大时，势必要求磁盘上每一个被划分出来的独立区域越来越小，这些区域所记录的磁信号也就越来越弱。借助“巨磁电阻”效应，人们才得以制造出更加灵敏的数据读出头，使越来越弱的磁信号依然能够被清晰读出，并且转换成清晰的电流变化。1997年，第一个基于“巨磁电阻”效应的数据读出头问世，并很快引发了硬盘的“大容量、小型化”革命。如今，笔记本电脑、音乐播放器等各类数码电子产品中所装备的硬盘， 窗体顶端窗体底端基本上都应用了“巨磁电阻”效应，这一技术已然成为新的标准。