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1、清华学子补习班高二物理第二十一讲电阻定律 串并联电路焦耳定律【要点归纳】一、电流的微观解释1.电流的微观表达式图1(1)建立微观模型：如图1所示，粗细均匀的一段导体长为1,横截面积为S,导体单位体积内的自由电荷数为 n,每个自由电荷的电荷量为q,当导体两端加上一定的电压时，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v.(2)在时间t内有长度1 = vt的自由电荷全部通过了截面 D.(3)这些电荷的总电荷量为Q= nvt S q.Q c(4)电流的表达式：I = *=nqSv.(5)结论：从微观上看，电流由导体中自由电荷的密度、电荷定向移动的速率、导体的横截面积共同决定.2.与电流有关的三种速率的比
2、较名称电荷定向移动速率电流的传导速率电荷无规则热运动速 率概念自由电荷沿某一方向 运动的速率电场的传播速率自由电荷做无规则运 动的速率速率大小金属导体中约为10 5m/s等于光速3X 108 m/s约为105 m/s【例1】一根粗细均匀的金属导线， 两端加上恒定电压 U时，通过金属导线的电流为 I, 金属导线中自由电子定向移动的平均速率为v,若将金属导线均匀拉长，使其长度变为原来的2倍，仍给它两端加上恒定电压U,则此时()A.通过金属导线的电流为 2b.通过金属导线的电流为4C.自由电子定向移动的平均速率为 2D.自由电子定向移动的平均速率为v4二、对电阻、电阻率的理解1.电阻与电阻率的区别(
3、1)电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量.电阻率是反映制作导体的材料导电 性能好坏的物理量.(2)导体电阻与电阻率无直接关系，即电阻大，电阻率不一定大；电阻率小，电阻不一 定小.(3)金属的电阻率随温度的升高而增大.2.电阻的定义式和决定式对比公式R=U I- lR Ps适用条件适用于任何纯电阻导体只适用于粗细均匀的金属导 体和浓度均匀的电解液字母含义U :导体两端的电压I:通过 导体的电流p:材料电阻率1:沿电流方向导体的长度 S:垂直电流方向导体的横截 面积公式含义U反映了导体对电流的阻碍.一 1作用，不能说R8U、RyR的决定式，R由仍1、S共 同决定3.应用电阻定律的解题技巧R=
4、2是电阻的决定式，对于同一段导体，l与S往往是相关联的，分析求解时应全面S考虑.【例2】金属材料的电阻率有以下特点：一般而言，纯金属的电阻率小，合金的电阻率大；有的金属的电阻率随温度变化而显著变化，有的合金的电阻率几乎不受温度的影响.根据以上的信息，判断下列说法中正确的是()A.连接电路用的导线一般用合金来制作B.电炉、电热器的电阻丝一般用合金来制作C.电阻温度计一般用电阻率几乎不受温度影响的合金来制作D.标准电阻一般用电阻率随温度变化而显著变化的金属材料制作三、欧姆定律及伏安特性曲线的应用1 .欧姆定律(1)公式1 = 9,是电流的决定式，I正比于电压，反比于电阻. R(2)公式中的k U和
5、R三个量必须对应同一段电路或同一段导体.(3)适用范围：适用于金属、电解液等纯电阻电路.对于气体导电，含有电动机、电解 槽等非纯电阻电路不适用.2 .对伏安特性曲线的理解(如图2甲、乙所示)(1)图线a、e、d、f表示线性元件，b、c表示非线性元件.(2)在图甲中，斜率表示电阻的大小，斜率越大，电阻越大，RaRe.在图乙中，斜率表示电阻倒数的大小.斜率越大，电阻越小，RdQ = I2Rt,同理P总P热.六、用电器正常工作的分析方法用电器正常工作的条件：(1)用电器两端的实际电压等于其额定电压.(2)用电器中的实际电流等于其额定电流.(3)用电器的实际电功率等于其额定功率.如果以上三个条件中的任
6、何一个得到满足，其余两个条件必定同时满足.【例6】如下图所示，额定电压都是110 V,额定功率Pa= 100 W, Pb=40 W的两灯泡， 接在220 V电路上使用，使电灯能够正常发光，且电路中消耗电能最小的电路是哪一个()C七、电流表、电压表的改装1 .电流表G(表头)(1)原理：当线圈中有电流通过时，线圈在安培力作用下带动指针一起偏转，电流越大， 指针偏转的角度越大，可以证明I8 2所以根据表头指针偏转的角度可以测出电流的大小,且表盘刻度是均匀的.(2)三个参数：内阻 Rg,满偏电流Ig,满偏电压Ug,关系是Ug=IgRg.2 .电压表及大量程电流表(由表头改装而成)改装为电压表改装为大
7、量程电流表原理串联电阻分压并联电阻分流改装原理图*- 5 .卜 a111 !11pi-AI II1C-L J1分压电阻 或分流电阻U = Ig(R + Rg)所以 R=RgigIgRg=(I Ig)R 所以R=的R9 I - ig改装后 电表内阻RV = Rg + RRgRA=-RRg-RgR + Rg g【课堂练习】如图6所示的图线分别为某金属温度能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能，导体和某半导体的电阻随温度变化的关系曲线，则（）A.图线1反映半导体材料的电阻随温度的变化关系B.图线2反映金属导体的电阻随温度的变化关系C.图线1反映金属导体的电阻随温度的变化关系D.图线2反映半导体材
8、料的电阻随温度的变化关系2.某用电器与供电电源的距离为L,线路上的电流为I,若要求线路上的电压降不超过U,已知输电导线的电阻率为p,那么，该输电导线的横截面积的最小值是（）p LA. 丁2 p LI B.UD.2ULI P3.如图7所示，两个截面不同,长度相等的均匀铜棒接在电路中,两端电压为U ,则（）A.通过两棒的电流不相等B.两棒的自由电子定向移动的平均速率不同C.两棒内的电场强度不同，细棒内场强Ei大于粗棒内场强 E2D.细棒的电压 Ui大于粗棒的电压 U24. 口小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图8所示，P为图线上一点，PN为 图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线
9、，下列说法中正确的是 （）A.随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大UiB.对应P点，小灯泡的电阻为 R=fUic.对应p点，小灯泡的电阻为 r=；r12 iiD.对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围“面积”5 . 一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36 W和36 V .若把此灯泡接到输出电压为18 V的电源两端，则灯泡消耗的电功率（）A.等于36 WB.小于36 W,大于9 WC,等于9 WD,小于36 W八6.图9是改装并校准电流表的电路图.已知表头的量程为Ig = 600只、内阻为Rg,是标准电流表.要求 11改装后的电流表量程为I = 60 mA.完成下列填空图9中分流电阻Rp
10、的阻值应为 （Ig、Rg和I表示）.图9图10（2）在电表改装完成后的某次校准测量中，表的示数如图10所示，由此读出流过国电流表的电流为 mA.此时流过分流电阻 Rp的电流为 mA（保留1位小数）.7 .如图11所示，把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等.则这两个电路中的U甲、U乙，R甲、R乙之间的关系，正确的是 （）甲UA. U甲2U乙C. R甲=4R乙图11B. U甲=2U乙D. R甲=2R乙8 .如图12所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的IU关系曲线图.图12(1)为了通过测量得到图 择的是图;简要说明理由：10.11
11、所示IU关系的完整曲线，在图12甲和乙两个电路中应选;(已知电源电动势为 9 V,内阻不计，滑动变阻器的阻值为 0100 Q)(2)在图丙电路中，电源电压恒为9 V,电流表读数为70 mA,定值电阻R=250 由热 敏电阻的I U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为 V;电阻R2的阻值为图13有一种“电测井”技术，用钻头在地上钻孔， 通过在钻孔中进行电特性测量，可以反映地下的有关情况，如图 13所示为一钻孔，其形状为圆柱体，半径为 10 cm,设里面充满浓 度均匀的盐水，其电阻率p= 0.314 孤现在钻孔的上表面和底部加上电压测得U=100 V,I = 100 mA.求该钻孔的深度.图149
12、.如图14所示，有一个提升重物用的直流电动机，电阻为r=0.6 R电路中的固定电阻R=10 0,电路两端的电压 U= 160 V,电压表的示数 U = 110 V,则通过电动机的电流 是多少？电动机的输入功率和输出功率又各是多少？10 .用一个标有“ 12 V,24 W”的灯泡做实验，测得灯丝电阻随灯泡两端电压变化关系 图象如图15所示.(1)在正常发光条件下，灯泡的电功率为多大？(2)设灯丝电阻与绝对温度成正比，室温为300 K,求正常发光条件下灯丝的温度.(3)将一定值电阻与灯泡串联后接到20 V电压上，要使灯泡能正常发光，串联的电阻为多大？(4)当合上开关后，需要 0.5 s灯泡才能达到正常亮度，为什么这时电流比开始时小？计 算电流的最大值.
第二十一讲电阻定律串并联电路焦耳定律讲义
