1、第七章 恒定电流 内容要求欧姆定律电阻定律电阻的串、并联电源的电动势和内阻闭合电路的欧姆定律电功率、焦耳定律第1讲 电流 电阻及电功 梳理基础强化训练 基础知识清单一、有关电流的三个基本概念1电流三个方程式(1)电流的定义式：Iqt.【名师点拨】在通电导线中任取一个横截面，单位时间内通过该截面的电量叫做电流(2)电流的微观决定式：InqvS【名师点拨】其中 n 为单位体积内所含有的自由电荷的个数，q 为每个自由电荷所带的电荷量，v 为自由电荷定向移动的速度，S 为导线的横截面积 证明：如图所示，设时间 t 内通过横截面积 S0的电量为 Q，哪些定向移动的电子能在时间 t内通过面积 S0呢？应为
2、横截面积S0 左侧长为 vt 的导体内所有做定向移动的电子，其电量为 QnvtS0q，其中 n 为单位体积内含有电子的个数，q 为一个电子所带的电量，根据电流的定义式 IQt，可得 InqvS.(3)三种速率的区分：电荷定向移动速率、导体中铺设电场的速率、电荷无规则热运动速率电荷定向移动速率：InqSv 中的 v 是电荷的定向移动速率，金属导体中约为 105 m/s.导体中铺设电场的速率：电流的传导速率是电场的传播的速率，等于光速，大小为 3108 m/s.电荷无规则热运动速率：自由电荷无规则热运动的速率约为105 m/s.(4)电流的宏观决定式：IUR.部分电路欧姆定律：通过导体的电流 I
3、与导体两端的电压 U成正比，与导体的电阻 R 成反比适用条件：金属导体、通常情况下的电解液；对于半导体二极管、三极管、真空二极管及许多气体导电管等元件不适用2伏安特性曲线定义：以电压为横坐标，以电流为纵坐标画出函数曲线，这种曲线叫做这种元器件的伏安特性曲线，简称伏安特性(1)伏安特性曲线是直线的原件叫做线性元件、不是直线的原件叫做非线性元件(2)在温度不变的情况下，满足欧姆定律的元器件的伏安特性曲线为过原点的直线(3)对于金属由于温度的变化，造成电阻变化从而使得伏安特性曲线为非线性的，依然可以应用欧姆定律，如图所示 P 点的电阻为 RPUPIP.3电阻(1)电阻定义式：RUI.(2)电阻决定式
4、：RlS，其中 为导体的电阻率，导体的电阻率仅取决于导体的材料及温度【名师点拨】对于金属而言，随着温度的升高其电阻率变大，如白炽灯里的钨丝对于半导体而言，随着温度的升高其电阻率减小，如光敏电阻、热敏电阻；对于一些合金材料，随着温度的变化电阻率几乎不变，该材料适合做定值电阻 二、电功、电功率、焦耳定律1电功(1)电功定义式：WUIt.(2)电功：电路闭合后在导体中铺设电场，自由移动电荷在电场力的作用下定向移动，电场力对自由移动电荷做了功，从而形成了电流，电场力对自由移动电荷做功使电荷的电势能减少，电场力做功在宏观上又称为电流做功，简称电功，自由电荷电势能的减少量，我们又称为该段电路消耗的电能【名
5、师点拨】电场力做功衡量电势能的减少量，在电路中电势能又称为电能，电势能的减少又认为是消耗了电能因此对某部分电路(也可以是某个用电器)，电功衡量的是该部分电路消耗的电能 2焦耳热(1)焦耳热计算式：QI2Rt.(2)焦耳定律：电流通过导体时放出的热量 Q 与电流的平方成正比，与导体的电阻 R 及通电的时间 t 也成正比(3)焦耳热现象解释：在一段金属两端加上电压后，金属内部形成了电场，自由移动的电子将在电场力的作用下做定向移动，在该过程中不断的与带电离子产生相互作用，将定向移动的动能转化为带电离子的动能，使带电离子围绕平衡位置的振动加剧，其宏观效果便是金属的温度升高，即金属放出热量可见焦耳热实际
6、是通过电场力做功将电势能转化成的导体的内能3额定功率额定电压是指用电器在正常工作的条件下应加的电压，在这个条件下它消耗的功率就是额定功率，流经它的电流就是它的额定电流 基础随堂训练1(2015安徽)一根长为 L、横截面积为 S 的金属棒，其材料的电阻率为，棒内单位体积自由电子数为 n，电子的质量为m，电荷量为 e.在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为 v，则金属棒内的电场强度大小为()A.mv22eL B.mv2SneC nev D.evSL解析 根据电流的微观表达式 IneSv、欧姆定律 IUR、电阻定律 RLS及电势差与电场强度的关系 UEL 可得金属棒内的
7、电场强度大小 Enev，故选 C 项 答案 C设置目的 考查电路和电场知识2(2015浙江)下列说法正确的是()A电流通过导体的热功率与电流大小成正比B力对物体所做的功与力的作用时间成正比C电容器所带电荷量与两极板间的电势差成正比D弹性限度内，弹簧的劲度系数与弹簧伸长量成正比解析 根据公式 PI2R 可得在电阻一定时，电流通过导体的发热功率与电流的平方成正比，A 项错误，根据公式 WFs可得力对物体所做的功与力的作用时间无关，B 项错误；根据公式 CQU可得电容器所带电荷量与两极板间的电势差成正比，C项正确；弹簧的劲度系数与弹簧的伸长量无关，和弹簧的材料等自身因素有关，D 项错误 答案 C3下
8、列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是()A电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多BWUIt 适用于任何电路，而 WI2RtU2R t 只适用于纯电阻的电路C在不是纯电阻的电路中，UII2RD焦耳热 QI2Rt 适用于任何电路解析 要正确区分电功和电功率电功率公式 PWt，功率越大，表示电流做功越快对于一段电路，有 PIU，IPU，焦耳热 Q(PU)2Rt，可见 Q 与 P、U、t 都有关所以，P 越大，Q不一定越大，A 项不对WUIt 是电功的定义式，适用于任何电路，而 IUR只适用于纯电阻的电路，B 项对在不是纯电阻的电路中，电流所做的功焦耳热其他形式的能，所以 WQ，
9、即 UII2R，C 项正确QI2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D 项正确 答案 BCD规律方法技巧 高考调研 纯电阻电路、非纯电阻电路比较分析电路中有电流通过时，电路中就发生一系列的能的转化，其中电源把其他形式的能转化为电场能用电器把电场能转化为其他形式的能，根据能量转化形式的不同，用电器有纯电阻性的和非纯电阻性的(1)纯电阻电路分析纯电阻性的用电器的电能全部转化为热能，即 WQ.在纯电阻电路(如白炽灯、电炉、电饭锅、电烙铁、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等)中，消耗的电能全部转化为内能电功等于电热，即 WQPtUItI2RtU2R t，也就是可以通过不同形式计算电
10、功和电热(2)非纯电阻电路在非纯电阻电路中，消耗的电能除转化为内能外，还转化为机械能或化学能等，因此有 WQ，此时 UIR(欧姆定律不成立)，因此电功和电热只能通过定义计算在非纯电阻电路(含有电动机、电解槽、给蓄电池充电及日光灯等)中消耗的电能除转化成内能外，还有一部分转化成机械能(如电动机)或化学能(如电解槽)，即：电动机：WE 机Q(UItE 机I2Rt)电解槽：WE 化Q(UItE 化I2Rt)此时：WQ(UItI2Rt)在非纯电阻电路中，U2R t 既不能表示电功，也不能表示电热，因为欧姆定律不再成立【考题随练 1】有一个直流电动机，把它接入 0.2 V 电压的电路时，电动机不转测得流
11、过电动机的电流是 0.4 A若把电动机接入 2.0 V 电压的电路中，电动机工作正常工作电流是1.0 A求电动机正常工作时的输出功率多大？如果在发动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多少？【解析】含有电动机的电路是非纯电阻电路，但当电动机卡住不转动时，不能对外输出机械功率，电能全部转化为内能，此时等效为纯电阻电路，只有在电动机转动时为非纯电阻电路，UIR，欧姆定律不再适用 接 U0.2 V 电压时，电机不转，I0.4 A，由欧姆定律，线圈电阻 RUI 0.20.40.5.当接 U2.0 V 时，电流 I1.0 A，故输入电功率 P 电UI2.01.0 W2.0 W，热功率P 热I
12、2R120.5 W0.5 W，故输出功率 P 出P 电P 热(2.00.5)W1.5 W 如果正常工作时，转子被卡住则电能全部转化为内能，故其发热功率 P热U2R 220.5W8 W.【答案】1.5 W 8 W【考题随练 2】四川省“十二五”水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，我省供水缺口极大，蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一某地要把河水抽高 20 m，进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为 80%的皮带，带动效率为 60%的离心水泵工作工作电压为 380 V，此时输入电动机的电功率为 19 kW，电动机的内阻为 0.4 .已知水的密度为 1103 kg/m3，重力加速度取 10
13、m/s2.求：(1)电动机内阻消耗的热功率；(2)将蓄水池蓄入 864 m3 的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)【解析】(1)设电动机的电功率为 P，则 PUI 设电动机内阻 r 上消耗的热功率为 Pr，则 PrI2r 代入数据解得 Pr1103 W(2)设蓄水总质量为 M，所用抽水时间为 t.已知抽水高度为 h，容积为 V，水的密度为，则 MV 设质量为 M 的河水增加的重力势能为Ep，则 EpMgh 设电动机的输出功率为 P0，则 P0PPr 根据能量守恒定律，得 P0t60%80%Ep 代入数据解得 t2104 s【答案】(1)1103 W(2)2104 s请做：题组层级快练（二十六）