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08高中物理奥赛-第八讲恒定电流


奥赛辅导讲座 第八讲 恒定电流 第八讲 恒定电流 知识要点: 恒定电流部分:欧姆定律。电阻率和温度的关系。电功和电功率。电阻的串、并联。 电动势。闭合电路的欧姆定律。一段含源电路的欧姆定律。电流表。电压表。欧姆表。惠 斯通电桥,补偿电路。 物质的导电性部分:金属中的电流。欧姆定律的微观解释。液体中的电流。法拉第电 解定律。气体中的电流。被激放电和自激放电(定性) 。真空

中的电流。示波器。半导体 的导电特性。 P型半导体和N型半导体。 晶体二极管的单向导电性。 三极管的放大作用 (不 要求机理) 。超导现象。 一、恒定电流的概念 1、电流—电荷的定向移动形成电流。 导体中能够在电场力作用下定向移动的带电粒子叫做载流子。不同种类的导体内部可 以存在不同性质的载流子,在金属导体中,载流子是自由电子;大酸、碱、盐的水溶液中, 载流子是正离子和负离子;在导电的气体中,载流子是正、负离子和电子。 实验表明,除霍尔效应外,负电荷运动引起的电流与等量正电荷沿反方向运动引起的 电流是等效的。按照电磁学发展的历史,我们在讨论电流时,习惯上把任何电荷的运动都 等效地看作正电荷的运动,并把正电荷运动的方向规定为电流的方向。 2、电流强度 在导线中任取一横截面,单位时间内通过该横截面的电量叫做该截面的电流强度,用 △q I 表示,有 I= △t 注意:这一概念可以扩展到任意曲面上。即对于任意曲面,单位时间内通过该曲面的 电量叫该曲面的电流强度,公式与上面一样。 二、恒定电流的基本定律 1、均匀电路的欧姆定律 (1)均匀电路的欧姆定律:I=U/R (2)电阻定律 实验指出,不含电源的金属导体两端的电压和流过它的电流的比值是一个常数,这个 常数叫做电阻。电阻是导体的一个重要属性,大小可用电阻定律来计算:R=ρ L ,其中 ρ 叫 S 做电阻的电阻率,它是温度的函数,即 ?=?0(1+?t) 式中?0 为该导体在 0?C 时的电阻率,?为电阻率的温度系数,一般金属导体的温度系 数都是正的,但有些材料的温度系数是负值。 【例 1】为了使一圆柱形导体棒的电阻不随温度变化,可将两根截面积相同的碳棒和 铁棒串联起来,求这两棒的长度之比是多少?(已知碳在 0?C 时的电阻率为 3.5?10-5??m, 温度系数为-5?10-4℃-1,碳在 0?C 时的电阻率为 8.9?10-8??m ,温度系数为 5?10-3℃-1) 1 xzlu@qq.com 奥赛辅导讲座 第八讲 恒定电流 解析:将 R=ρ L 代入?=?0(1+?t),可得 S R=R0(1+?t),式中 R0 为材料在 0?C 时的电阻。 将碳棒和铁棒串联,总电阻为 R=R 碳+R 铁=R0 碳+R0 铁+R0 碳?碳 t+ R0 铁?铁 t 要 R 不随温度变化,必须有: R0 碳?碳 t+ R0 铁?铁 t=0 由 R=ρ L 可知,截面积相同的两棒的长度之比为 S L铁 ?0碳??碳 3.5?10-5?(-5)?10-4 39.3 === 1 L碳 ?0铁??铁 8.9?10-8?5?10-3 2、含源电路的欧姆定律 不论电路多少复杂,其中的每一点都有确定的电势,电路中的任意两点都应有确定的 电势差。如图为一段含源电路,其 a、b 两点间的电势差和连接这两点的线路上的电流、 电阻及电动势满足如下的关系: R E1,r1 E2,r2 a I b Ua-IR-Ir1-E1-Ir2+E2=Ub 或:Uab= Ua-Ub=IR+Ir1+E1+Ir2-E2 这就是一段含源电路的欧姆定律。 3、闭合电路

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