物理选修3-1

I=q(定义)= ne(s?vt)=?q ； I=nesv(微观)

tt?tI?UR；I?E；I?W?P；I?FBLUtUR?r

2．电阻、电阻定律

(1)电阻：加在导体两端的电压与通过导体的电流强度的比值。R=体的电阻是由导体本身的性质决定的,与U.I无关.

(2)电阻定律：温度一定时导体的电阻R与它的长度L成正比,与它的横截面积S成反比。R=?(3)电阻率：电阻率ρ是反映材料导电性能的物理量，由材料决定,但受温度的影响． ①电阻率在数值上等于这种材料制成的长为1m,横截面积为1m的柱形导体的电阻.

②单位是:Ω·m.有些材料ρ随t↑而↑(金属)铂用来做温度计；有些材料ρ随t↑而↓(半导体)；有些材料ρ几

乎不受温度影响(康铜、锰铜)。

3．半导体与超导体 特性：光敏特性、热敏特性和掺杂特性。可制作光敏电阻和热敏电阻。 (1)半导体的导电特性介于导体与绝缘体之间,电阻率约为10Ω·m ～10Ω·m

(2)半导体的应用: ①热敏电阻:能够将温度的变化转成电信号,测量这种电信号,就可以知道温度的变化.

②光敏电阻:光敏电阻在需要对光照有灵敏反应的自动控制设备中起到自动开关的作

用.

③晶体二极管、晶体三极管、电容等电子元件可连成集成电路. ④半导体可制成半导体激光器、半导体太阳能电池等.

（3）超导体 ①超导现象：某些物质在温度降到绝对零度附近时,电阻率突然降到几乎为零的现象.这种现象

叫超导现象，处于这种状态下的导体叫超导体。③应用:超导电磁铁、超导电机等

②转变温度(TC):材料由正常状态转变为超导状态的温度 我国1989年TC=130K 二、部分电路欧姆定律

(1)内容：导体中的电流I跟导体两端的电压成正比，跟它的电阻R成反比。

(2)公式：I?U

RU R1R2 I 1 2 1 2 O U O I －5

6

2

u(定义)(比值定义)； U-I图线的斜率，导IL(决定) S(3)适用范围：适用于金属导电体、电解液导体，不适用于空气导体和某些半导体器件．

(4)图象：导体的伏安特性曲线-------导体中的电流随随导体两端电压变化图线，叫导体的伏安特性曲线。 常画成I～U或U～I图象,对于线性元件伏安特性曲线是直线,对于非线性元件,伏安特性曲线是非线性的. 注意：①我们处理问题时，一般认为电阻为定值，不可由R=U/I认为电阻R随电压大而大，随电流大而小．

②I、U、R必须是对应关系（对应于同一段电路）．即I是过电阻的电流，U是电阻两端的电压．

三、电功、电功率

1．电功：电流做功的实质：电场力移动电荷做功，(只有力才能做功)；电荷的电势能?其它形式的能。

电流做功的过程是电能?其它形式的能的过程. 单位：J；kwh 电场力做的功W＝qu=UIt?= I2Rt=U2t/R(只适于纯电阻电路)

2．电功率：电流做功的快慢，即电流通过一段电路电能转化成其它形式能对电流做功的总功率,P=UI；单位：w；

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3．焦耳定律：电流通过一段只有电阻元件的电路时，在 t时间内的热量Q=I2Rt．

纯电阻电路中W＝UIt=U2t/R=I2Rt，P=UI=U2/R=I2R；非纯电阻电路W＝UIt，P=UI 4．电功率与热功率之间的关系

纯电阻电路中，电功率等于热功率，非纯电阻电路中，电功率只有一部分转化成热功率． 纯电阻电路：电路中只有电阻元件，如电熨斗、电炉子等．

非纯电阻电路：电机、电风扇、电解槽等，其特点是电能只有一部分转化成内能． 规律方法 (1)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．由于以上三个条件中的任何一个得到满足时，其余两个条件必定满足，因此它们是用电器正常工作的等效条件． (2)用电器接入电路时：

①纯电阻用电器接入电路中，若无特别说明，应认为其电阻不变． ②用电器实际功率超过其额定功率时,认为它将被烧毁. 一、串联电路

①电路中各处电流相同．I=I1=I2=I3=……

②串联电路两端的电压等于各电阻两端电压之和.U=U1+U2+U3…… ③串联电路的总电阻等于各个导体的电阻之和，即R=R1＋R2＋…＋Rn

④串联电路中各个电阻两端的电压跟它的阻值成正比(串联电阻具有分压作用——制电压表)，即U1U2??R1R2Un?I RnPP1?2?R1R2Pn

?I2Rn⑤串联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成正比，即

注意:⑴允许通过的最大电流=各串联电阻额定电流的最上值；允许加的最大电压=允许通过的最大电流×R总

⑵电路的总功率=各电阻消耗的功率之和. 二、并联电路

① 并联电路中各支路两端的电压相同．U=U1=U2=U3……

② 并联电路总电路的电流等于各支路的电流之和I=I1＋I2＋I3=…… ③ 并联电路总电阻的倒数等于各个导体的电阻的倒数之和。1R?111??...?R1R2Rn

n个相同的电阻R并联R总= ； 总电阻比任一支路电阻小 两个支路时R总= 特别注意：在并联电路中 增加支路条数，总电阻变小 三个支路时R总= 增加任一支路电阻，总电阻增大 ④ 并联电路中通过各个电阻的电流跟它的阻值成反比(并联电阻具有分流作用——改装电流表)， 即I1R1＝I2R2=…＝InRn= U．支路电阻越小，通过的电流越大。

⑤ 并联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成反比，即P1R1=P2R2=…=PnRn=U． 注意:⑴几条支路并联，允许加的最大电压=和支路额定电压的最小值；

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允许的最大电流?最小的额定电压总

R总2

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⑵电路的总功率=各电阻消耗的功率之和

一、电源

1．电源：是将其它形式的能转化成电能的装置．

2．电动势：单位：V。非静电力搬运电荷所做的功跟搬运电荷

电量的比值，E=W/q。

表示电源把其它形式的能?电能本领的大小，等于电路中通过1 C电量时电源所提供的电能的数值 在数值上= 电源没有接入电路时两极板间的电压， 内外电路上电势降落之和E＝U外＋U内． 3．电动势是标量．要注意电动势不是电压；

电动势与电势差的区别(见表格) 物理意义 电动势 反映电源内部非静电力做功把其它形式的能量转化为电能的情况 E=W/q W为电源的非静电力把正电荷从电源内由负极移到正极所做的功 E=IR+Ir=U外+U内 动用欧姆定律间接测量 与电源的性质有关 当电源断开时路端电压值=电源的电动势 电势差 反映电路中电场力做功把电能转化为其它形式能的情况 U=W/q W为电场力把正电荷从电源外部由正极移到负极所做的功 U=IR 用伏特表测量 与电源、电路中的用电器有关 定义 式 量度式 测量 决定因素 特殊情况 二、闭合电路的欧姆定律 (对于给定电源：一般认为E，r不变，但电池用久后，E略变小，r明显增大。) (1)内、外电路

①内电路：电源两极(不含两极)以内，如电池内的溶液、发电机的线圈等．内电路的电阻叫做内电阻r．内电路分得的电压称为内电压，

②外电路：电源两极间包括用电器和导线等,外电路的电阻叫做外电阻R,外电路分得的电压称为外电压(在电闭合电路中两源两极的电压是外电压)

(2) 闭合电路的欧姆定律 适用条件：纯电阻电路

①内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，与内、外电路的电阻之和成反比，即I=E/（R+r）

研究闭合电路，主要物理量有E、r、R、I、U，前两个是常量，后三个是变量。

E?U外?U内U?E?Ir(U?I关系)

EI?(I?R关系)R?rRU?E(U?R关系)R?r第 11 页 共 24 页

②表达形式：

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③讨论：1外电路断开时(I=0),路端电压等于电源的电动势(即U=E);而这时用电压表测量时,其读数略小于电动势(有微弱电流)

2外电路短路时(R=0,U=0)电流最大为 (一般不允许这种情况,会把电源烧坏)

(3)路端电压跟负载的关系

①路端电压：外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压． U＝E－Ir, 路端电压随着电路中电流的增大而减小； 路端电压随外电阻变化的情况：R↓→I↑→U↓，反之亦然。

②电源的外特性曲线——路端电压Ｕ随电流Ｉ变化的图象：(U一I关系图线) 图象的函数表达：U＝E－Ir

当外电路断路时 (即R→∞,I＝0)，纵轴上的截距表示电源 的电动势Ｅ(Ｅ＝Ｕ端)；

当外电路短路时(R＝0,U＝0)，横坐标的截距表示电源的短路电流I短=E/r； 图线的斜率的绝对值为电源的内电阻．

某点纵坐标和横坐标值的乘积为电源的输出功率，在图中的那块矩形的“面积”表示电源的输出功率， 该直线上任意一点与原点连线的斜率表示该状态时外电阻的大小；当Ｕ＝E/2(即R=r)时，Ｐ出最大。η＝50％

注意：坐标原点是否都从零开始：若纵坐标上的取值不从零开始取，则该截距不表示短路电流。 (4).闭合电路的输出功率

①电源的总功率：P总=IE=IU外十IU内= IU＋I2r，(闭合电路中内、外电路的电流相等，所以由Ｅ＝Ｕ外＋Ｕ内)

②电源的输出功率与电路中电流的关系:Ｐ=Ｕ×Ｉ；当Ｉ↑时Ｕ↓，当Ｉ↓时Ｕ↑，表明ＵＩ有极值存大。 EEE2E2E2E2 2P?IE?Ir??r(I?I)??r[I?2I?()]???r(I?)?r2r2r4r2r4r22当I?E时,电源的输出功率最大，Pm?E

2r4r③电源的输出功率与外电路电阻的关系: (等效于如图所示的电路)

E2E2RE2P)R??出?P总?P内?IE?Ir?IU?IR?(R?r(R?r)2?4Rr?R?r?2?4rR222

2当R＝r时(I=E/2r), 电源有最大输出功率： Pmax?E

4r结论：当外电路的电阻等于电源的内阻时，电源的输出功率最大。?要使电路中某电阻R的功率最大；条件R=电路中其余部分的总电阻

例：电阻R的功率最大条件是：R= R0+r

输出功率随外电阻Ｒ变化的图线(如图所示)；由图象可知，

I.对应于电源的非最大输出功率P可以有两个不同的外电阻Rl和R2，不难证明r?R1R2．

II.当Rr时，若R增大，则P出减小．

IV.在电源外特性曲线上某点纵坐标和横坐标值的乘积为电源的输出功率，在图中的那块矩形的面积表示电

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