寧鄉(xiāng)市職業(yè)中專學(xué)校精品系列課程《電工技術(shù)應(yīng)用》項(xiàng)目1：簡單直流電路的連接與檢測主講：董艷芳

電路是將電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接而成的整體，它是電流通過的路徑，最簡單的電路由電源、用電器（負(fù)載）、導(dǎo)線和開關(guān)組成。直流電路就是電流方向不變，電流大小可以變化的電路。本項(xiàng)目以簡單直流電路的連接與檢測為目標(biāo)，重點(diǎn)介紹電路的組成及工作狀態(tài)、電學(xué)的基本物理量及測量方法、簡單直流電路的連接與檢測。1.1項(xiàng)目描述1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.1庫侖定律任務(wù)導(dǎo)引在初中物理學(xué)中我們就知道同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引，那么電荷間的這種作用力的大小跟哪些因素有關(guān)呢？1785年法國物理學(xué)家?guī)靵鐾ㄟ^反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出了結(jié)論。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.1庫侖定律做中學(xué)、做中教拿絲綢摩擦玻璃棒或毛皮摩擦橡膠棒，然后去靠近羽毛、紙屑等輕小物體，會(huì)看到什么現(xiàn)象？1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.1庫侖定律羽毛、紙屑等輕小物體會(huì)被吸引起來。是因?yàn)椴ＡО舻囊恍╇娮右频浇z綢上，玻璃棒上帶正電荷；而毛皮上的一些電子轉(zhuǎn)移到橡膠棒上，橡膠棒上帶負(fù)電荷；電荷具有吸引輕小物體的特性。自然界中只存在這兩種電荷，并且同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引?，F(xiàn)象基本概念電學(xué)上，我們把處于帶電狀態(tài)的物體稱為帶電體。帶電體所帶電荷的數(shù)量，叫做電荷量，也叫電量，用字母Q表示。在國際單位制中電量的單位叫庫侖，簡稱庫，用字母C表示。自然界中最小的電量是電子的電量(最小的負(fù)電荷)和質(zhì)子的電量(最小的正電荷)，它們的電量絕對(duì)值相等。一個(gè)電子的電量為e=1.6×10-19C。實(shí)驗(yàn)證明，任何帶電粒子所帶的電量等于電子或質(zhì)子電量的整數(shù)倍。因此把1.6×10-19C叫做基本電荷，也稱元電荷。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.1庫侖定律基本概念將帶有等量異種電荷的物體接觸時(shí)，由于正、負(fù)電荷的數(shù)量相等，相互抵消，因此它們對(duì)外既不顯示帶正電，也不顯示帶負(fù)電，呈電中性，這種現(xiàn)象叫做電荷中和。電荷守恒定律在正常情況下，無論什么物質(zhì)，所帶正電荷的總數(shù)與負(fù)電荷的總數(shù)相等。正、負(fù)電荷是物體固有的，它既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅。它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一個(gè)部分轉(zhuǎn)移到另一部分。這個(gè)規(guī)律叫做電荷守恒定律。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.1庫侖定律庫侖定律在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力的大小跟它們所帶電荷量的乘積成正比，跟它們之間距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。靜止的點(diǎn)電荷之間的這種作用力叫靜電力或庫侖力。對(duì)于電荷量分別為q1、q2的兩個(gè)點(diǎn)電荷，他們之間的距離為r,F表示它們之間的靜電力，則庫侖定律可用公式表示為：式中，F(xiàn)表示靜電力，單位是牛頓（N）；k表示靜電恒量，k=9.0×109N·m2/C2；q1、q2表示點(diǎn)電荷的電荷量，單位是庫侖（C）；r表示兩個(gè)點(diǎn)電荷間的距離，單位是米（m）。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.1庫侖定律注意1.庫侖定律只適用于計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力，非點(diǎn)電荷間的相互作用力，庫侖定律不適用。2.應(yīng)用庫侖定律計(jì)算時(shí)，不用把表示正、負(fù)電荷的“+”“-”符號(hào)代入公式中，其結(jié)果可根據(jù)電荷的正、負(fù)確定作用力為引力或斥力以及作用力的方向。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.1庫侖定律【例1－1】真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷，電荷量分別是+2×10-8C和-4×10-8C，它們之間相距10cm,求電荷間的相互作用力是多大？是引力還是斥力？解：由庫侖定律可得：因?yàn)閮蓚€(gè)點(diǎn)電荷帶的是異種電荷，所以其相互作用力是引力。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.2電場和電場強(qiáng)度任務(wù)導(dǎo)引從庫侖定律我們已經(jīng)知道，真空中的點(diǎn)電荷之間存在著作用力，那么，這種相互作用力是通過什么發(fā)生的呢?電學(xué)上又是如何描述的呢？從庫侖定律我們已經(jīng)知道，真空中的點(diǎn)電荷之間存在著作用力，那么，這種相互作用力是通過什么發(fā)生的呢?電學(xué)上又是如何描述的呢？1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.2電場和電場強(qiáng)度做中學(xué)、做中教

將小金屬箔球、金屬懸線（銅線）、金屬桿、鐵架臺(tái)、導(dǎo)線和范式起電機(jī)按圖1-2所示連接，啟動(dòng)起電機(jī)，觀察小金屬箔球如何運(yùn)動(dòng)？用絕緣棒移動(dòng)懸掛點(diǎn)的位置，觀察小金屬箔球偏角有何不同？1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.2電場和電場強(qiáng)度現(xiàn)象啟動(dòng)起電機(jī)后，兩個(gè)小金屬箔球向左右兩側(cè)偏離。用絕緣棒移動(dòng)懸掛點(diǎn)的位置，小金屬箔球偏轉(zhuǎn)的角度不同，離場源越近偏角越大，離場源越遠(yuǎn)偏角越小。原因啟動(dòng)起電機(jī)后，場源和小金屬箔球帶同種電荷，場源周圍的一種特殊的物質(zhì)，那就是電場，電場對(duì)任何處在其中的電荷或帶電體都有力的作用，即電場力，按照同種電荷相互排斥，因此出現(xiàn)了小金屬箔球向左右兩側(cè)偏離。又為什么懸掛點(diǎn)的位置不同偏角不同呢？是因?yàn)殡x場源距離不同的地方電場強(qiáng)度不同；離場源越近電場強(qiáng)度越大，離場源越遠(yuǎn)電場強(qiáng)度越小，因此出現(xiàn)了不同偏角。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.2電場和電場強(qiáng)度基本概念

實(shí)驗(yàn)表明，在電場中的同一點(diǎn)，比值F/q是恒定的；在電場中的不同點(diǎn)，比值F/q一般是不同的。這個(gè)比值由檢驗(yàn)電荷q在電場中的位置所決定，與檢驗(yàn)電荷q無關(guān)，是反映電場性質(zhì)的物理量，用來表示電場的強(qiáng)弱。

檢驗(yàn)電荷在電場中某一點(diǎn)所受電場力F與檢驗(yàn)電荷電荷量q的比值，叫做該點(diǎn)的電場強(qiáng)度，簡稱場強(qiáng)。用公式表示為：

式中，E表示電場強(qiáng)度，單位是牛頓每庫侖(N/C)；F表示電場力，單位是牛頓(N)；q表示檢驗(yàn)電荷的電荷量，單位是庫侖(C)。

電場強(qiáng)度是矢量，既有大小又有方向。電學(xué)中規(guī)定，電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)方向，就是正電荷在該點(diǎn)所受電場力的方向。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.2電場和電場強(qiáng)度【例1－2】在電場中的某點(diǎn)放入電荷量為6×10-9C的點(diǎn)電荷，受到的電場力為3×10-5N。該點(diǎn)的電場強(qiáng)度是多大?如果改用電荷量為8×10-9C的點(diǎn)電荷，該點(diǎn)的電場強(qiáng)度又是多大?點(diǎn)電荷所受的電場力變?yōu)槎嗌?解：由電場強(qiáng)度公式可得：因?yàn)殡妶鲋心滁c(diǎn)的電場強(qiáng)度與檢驗(yàn)電荷無關(guān)，所以該點(diǎn)的電場強(qiáng)度不變，仍為5000N/C。點(diǎn)電荷所受的電場力：F′=Eq′=5×103×8×10-9=4×10-5N。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.2電場和電場強(qiáng)度做中學(xué)、做中教

我們來做個(gè)實(shí)驗(yàn)：把奎寧晶?；蚴扌嫉绕≡诜彩苛钟突虮吐橛瓦@類粘滯物質(zhì)的表面上，再放入電場。我們發(fā)現(xiàn)那些本來雜亂無章的小東西好似聽到嚴(yán)厲的命令，都一個(gè)個(gè)按某一和諧的圖案排起隊(duì)來了。如圖1-4所示的圖案就是電場“藝人”的作品。其中的一條條細(xì)枝代表了電場力作用的線，我們把它叫做電力線。圖1-4用實(shí)驗(yàn)?zāi)M的電力線注意：電力線的形狀雖然可以用實(shí)驗(yàn)?zāi)M，但電力線并不是電場里實(shí)際存在的線，而是形象地描繪電場假想的曲線。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.2電場和電場強(qiáng)度圖1-5幾種常見的電力線1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.2電場和電場強(qiáng)度

幾種常見的電力線如圖1-5所示，從中可以看出電力線的特征如下：

1.電力線總是起始于正電荷(或無窮遠(yuǎn))終止于負(fù)電荷(或無窮遠(yuǎn))，它不是閉合曲線。

2.電力線可以大致表示電場強(qiáng)弱。電力線越密，電場越強(qiáng)；電力線越稀，電場越弱。

3.任何兩條電力線都不會(huì)相交。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓任務(wù)導(dǎo)引

打開手電筒開關(guān)，小燈泡點(diǎn)亮；關(guān)閉手電筒開關(guān)，小燈泡熄滅。手電筒的電路是怎樣的呢？小燈泡為什么會(huì)亮呢？1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓做中學(xué)、做中教將干電池、導(dǎo)線、開關(guān)和小燈泡按圖1－6所示連接起來，拔動(dòng)開關(guān)，觀察小燈泡亮、滅情況。圖1-6手電筒照明電路1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓基本概念一、電路

1.電路的組成

電路是將電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接而成的整體，它是電流通過的路徑，最簡單的電路由電源、用電器（負(fù)載）、導(dǎo)線和開關(guān)等組成。

（1）電源：向電路提供能量的設(shè)備。它能把其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，常見的電源有干電池、蓄電池、光電池等。

（2）用電器：即負(fù)載，它是各種用電設(shè)備的總稱。其作用是將電能轉(zhuǎn)換成其它形式的能，如電燈、電動(dòng)機(jī)、電加熱器等。

（3）導(dǎo)線：把電源和負(fù)載接成閉合回路，輸送和分配電能。一般常用的導(dǎo)線是銅線和鋁線。

（4）開關(guān)：開關(guān)起到把用電器與電源接通或斷開的作用。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓基本概念

2.電路的狀態(tài)電路的狀態(tài)有通路、開路和短路三種。（1）通路（閉路）通路又叫閉路，是電路各部分連接成閉合回路。此時(shí)開關(guān)閉合，電路中有電流通過，負(fù)載能正常工作。正常發(fā)光的燈泡、轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，都處于通路狀態(tài)。（2）開路（斷路）開路又叫斷路，是電路某處或開關(guān)處于斷開狀態(tài)，電源與用電器沒有形成閉合回路。電路中沒有電流通過。開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，電路開路是正常狀態(tài)；但當(dāng)開關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，電路仍然開路，就屬于故障狀態(tài)了，需要進(jìn)行檢修。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓基本概念

（3）短路（捷路）

當(dāng)電源兩端或電路中某些部分被導(dǎo)線直接相連，這時(shí)電源輸出的電流不經(jīng)過負(fù)載，只經(jīng)過連接導(dǎo)線直接流回電源，這種狀態(tài)稱為短路狀態(tài)，簡稱短路，又叫捷路。

一般情況下，短路時(shí)的大流過會(huì)損壞電源和導(dǎo)線，應(yīng)該盡量避免。但有些時(shí)候，例如：在調(diào)試電子設(shè)備的過程中，將電路某一部分短路，這是為了使與調(diào)試過程無關(guān)的部分沒有電流通過而采取的一種方法。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓基本概念3.電路圖用規(guī)定的圖形符號(hào)表示電路連接情況的圖，稱為電路圖。如圖1-7所示為手電筒電路圖。電路圖是用來說明電氣設(shè)備之間連接方式的圖。任何電路都可以用電路圖表示。圖1-7手電筒電路圖1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓表1-1電路圖中部分常用圖形符號(hào)1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓基本概念二、電流1.電流的形成和大小電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。金屬導(dǎo)體中的自由電子在電場力作用下的定向運(yùn)動(dòng)，電解液中的正、負(fù)離子在電場力作用下向著相反方向的運(yùn)動(dòng)等都叫電流。電流的流動(dòng)如同水在水管中流動(dòng)一樣，有多有少。衡量電流大小或強(qiáng)弱的物理量叫做電流強(qiáng)度，簡稱電流。電流的大小等于通過導(dǎo)體橫截面的電荷量與通過這些電荷量所用的時(shí)間的比值。用公式表示為（式1-3）式中，I表示電流，單位是安培(A)；q表示通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，單位是庫侖(C)；t表示通過電荷量所用的時(shí)間，單位是秒(S)。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓基本概念

在國際單位制中，電流的基本單位是安[培]，符號(hào)為A，如果在1S內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為1C，則導(dǎo)體中的電流為1A。常用的電流單位還有毫安（mA）、微安（μA），它們之間的換算關(guān)系為：1A=103mA=106μA1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓基本概念2.電流的方向

規(guī)定正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?。在金屬?dǎo)體中，電流的方向與自由電子運(yùn)動(dòng)方向相反，在電解液中電流的方向與正離子移動(dòng)的方向相同，與負(fù)離子移動(dòng)的方向相反。但在進(jìn)行電路分析計(jì)算時(shí)，電流的實(shí)際方向有時(shí)難以確定，這時(shí)可任意假定一個(gè)電流方向，在電路圖中用箭頭表示，稱為電流的參考方向，當(dāng)電流的實(shí)際方向與參考方向一致時(shí)，則電流為正值；反之，當(dāng)電流的實(shí)際方向與參考方向相反時(shí)，則電流為負(fù)值。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓

方向不隨時(shí)間變化的電流叫直流電流。大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流叫穩(wěn)恒電流，如圖1-8(a)所示。大小隨時(shí)間變化，但方向不隨時(shí)間變化的電流叫脈動(dòng)電流，如圖1-8(b)所示。直流電的文字符號(hào)用字母“DC”表示，圖形符號(hào)用“－”表示。大小和方向都隨時(shí)間周期性變化的電流叫交流電流，如圖1-8(c)所示。交流電的文字符號(hào)用字母“AC”表示。圖形符號(hào)用“～”表示。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓【例1－3】某導(dǎo)體在0.5min的時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量是120C，求導(dǎo)體中的電流是多大？解：由電流公式可得1.2知識(shí)準(zhǔn)備

在手電筒電路中，閉合開關(guān)小燈泡發(fā)光是因?yàn)橛须娏髁鬟^燈泡，此時(shí)燈泡兩端有電壓。

俗話說：“水往低處流”。水總是從水位高的地方流向水位低的地方。如圖1-9所示，如果高處的水槽A裝滿了水，水流自然流向了低處的水槽B。在這個(gè)過程中，水會(huì)做功。1.2.3電路、電流和電壓1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓

電與水類似，如圖1-10所示，如果帶正電體A和帶負(fù)電體B之間存在一定的電位差（電壓），只要用導(dǎo)線連接帶電體A、B，就會(huì)有電流流動(dòng)，電流也會(huì)做功，即電荷在電場中受到電場力的作用而做功。電壓就是衡量電場力做功能力大小的物理量。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓基本概念三、電壓

A、B兩點(diǎn)間的電壓UAB在數(shù)值上等于電場力把電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn)所做的功WAB與被移動(dòng)電荷的電荷量q的比值。用公式表示為式中，q表示由A點(diǎn)移到B點(diǎn)的電荷量，單位是庫[侖]，符號(hào)為C；WAB表示電場力將q由A移到B所做的功，單位是焦[耳]，符號(hào)為J；UAB表示A、B兩點(diǎn)間的電壓，單位是伏[特]，符號(hào)為V。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.3電路、電流和電壓

在國際單位制中，電壓的單位是伏特，簡稱伏，符號(hào)是V。常用的電壓單位還有千伏（kV）、毫伏（mV），它們之間的換算關(guān)系為：

1kV=10３V

1V=10３mV1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.4電源與電動(dòng)勢(shì)任務(wù)導(dǎo)引

發(fā)生閃電時(shí)，強(qiáng)大的電流在天空中產(chǎn)生耀眼的閃光，但它只能存在極短的時(shí)間。而手電筒中的電池卻可以讓小燈泡持續(xù)發(fā)光，這是什么原因呢？1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.4電源與電動(dòng)勢(shì)

圖1-11所示為一個(gè)閉合的水路，水槽B處的水由水泵從低處送到高處的水槽A，再由水槽A從高處流向低處的水槽B。在這個(gè)水路中，如果水泵不工作，水路中就沒有水流，也就是說水泵是這個(gè)水路的水源。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.4電源與電動(dòng)勢(shì)

電路也類似，圖1-12所示為一個(gè)閉合的電路。當(dāng)正電荷由干電池正極A經(jīng)外電路移到負(fù)極B時(shí)，與負(fù)極B上的負(fù)電荷中和，使A、B兩極板上聚集的正、負(fù)電荷數(shù)減少，兩極板間電壓隨之減小，電流隨之減小，直至正、負(fù)電荷完全中和，電流中斷。為保證電路中有持續(xù)不斷的電流，就需要干電池把正電荷從負(fù)極B源源不斷地移到正極A，保證A、B兩極間電壓不變，電路中才能有持續(xù)不斷的電流，干電池是這個(gè)電路的電源。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.4電源與電動(dòng)勢(shì)

電源是把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，電源種類很多，如干電池、蓄電池、發(fā)電機(jī)、光電池等。

在電路中，電源以外的部分叫外電路，電源以內(nèi)的部分叫內(nèi)電路，如圖1-13所示。電源的作用就是把正電荷由低電位的負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路送到高電位的正極，內(nèi)電路和外電路連接成閉合電路，這樣外電路中就有了電流。基本概念1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.4電源與電動(dòng)勢(shì)

在外電路中，電場力把正電荷由高電位經(jīng)過負(fù)載移動(dòng)到低電位。那么，在內(nèi)電路中，也必定有一種力能夠不斷地把正電荷從低電位移到高電位，這種力叫做電源力。

因此，在電源內(nèi)部，電源力不斷地把正電荷從低電位移到高電位。在這個(gè)過程中，電源力要反抗電場力做功，這個(gè)做功過程就是電源將其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的過程。對(duì)于不同的電源，電源力做功的性質(zhì)和大小不同，衡量電源力做功能力大小的物理量叫做電源電動(dòng)勢(shì)?；靖拍?.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.4電源與電動(dòng)勢(shì)

在電源內(nèi)部，電源力把正電荷從低電位（負(fù)極）移到高電位（正極），反抗電場力所做的功W與被移動(dòng)電荷的電荷量q的比，叫做電源的電動(dòng)勢(shì)E。用公式表示為

式中W表示電源力移動(dòng)正電荷做的功，單位是焦[耳]，符號(hào)為J；q表示電源力移動(dòng)的電荷量，單位是庫[侖]，符號(hào)為C；E表示電源電動(dòng)勢(shì)，單位是伏[特]，符號(hào)為V。

電源內(nèi)部電源力由負(fù)極指向正極，因此電源電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)定為由電源的負(fù)極（低電位）指向正極（高電位）。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.4電源與電動(dòng)勢(shì)注意：

特別應(yīng)當(dāng)指出的是電動(dòng)勢(shì)與電壓是兩個(gè)物理意義不同的物理量。電動(dòng)勢(shì)存在于電源內(nèi)部，是衡量電源力做功本領(lǐng)的物理量；電壓存在于電源的內(nèi)、外部，是衡量電場力做功本領(lǐng)的物理量：電動(dòng)勢(shì)的方向從負(fù)極指向正極；電壓的方向是從正極指向負(fù)極。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.5電阻和電阻定律任務(wù)導(dǎo)引

觀察滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)（如圖1-14所示），滑動(dòng)變阻器是通過改變電路中電阻絲的長度來改變電阻值的器件，那么決定導(dǎo)體電阻值的因素還有哪些呢？1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.5電阻和電阻定律

一、物質(zhì)的分類

根據(jù)物質(zhì)導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，一般可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。導(dǎo)體的原子核對(duì)外層電子吸引力很小，電子較容易掙脫原子核的束縛，形成大量自由電子。一切導(dǎo)體都能導(dǎo)電，如銀、銅、鋁等是電的良導(dǎo)體。

絕緣體的原子核對(duì)外層電子有較大的吸引力，電子很難掙脫原子核的束縛而形成自由電子。絕緣體不能導(dǎo)電，如玻璃、膠木、陶瓷、云母等。

半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，如硅、鍺等。基本概念1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.5電阻和電阻定律

二、電阻

導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下定向運(yùn)動(dòng)，形成電流。做定向運(yùn)動(dòng)的自由電子，要與在平衡位置附近不斷振動(dòng)的原子發(fā)生碰撞，阻礙自由電子的定向運(yùn)動(dòng)。這種阻礙作用使自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速度降低，自由電子的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成分子熱運(yùn)動(dòng)熱能。導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用叫電阻，用字母R表示。任何物體都有電阻，當(dāng)有電流流過時(shí)，都要消耗一定的能量。基本概念1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.5電阻和電阻定律做中學(xué)、做中教1.用萬用表電阻擋對(duì)粗細(xì)相同，長度不同的兩根鎳鉻絲的電阻進(jìn)行測量，觀察測量結(jié)果與長度的關(guān)系。2.用萬用表電阻擋對(duì)長度相同，粗細(xì)不同的兩根鎳鉻絲的電阻進(jìn)行測量，觀察測量結(jié)果與粗細(xì)的關(guān)系。

3.用萬用表電阻擋分別對(duì)長度相同，粗細(xì)相同的錳銅絲和鎳鉻絲的電阻進(jìn)行測量，觀察測量結(jié)果有何不同。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.5電阻和電阻定律粗細(xì)相同、長度相對(duì)較長的鎳鉻絲的電阻大；長度相等、相對(duì)細(xì)的鎳鉻絲的電阻大；長度相同，粗細(xì)相同的錳銅絲電阻比鎳鉻絲電阻小。

導(dǎo)體電阻的大小不僅和導(dǎo)體的材料有關(guān)，還和導(dǎo)體的尺寸有關(guān)。在溫度不變時(shí)，一定材料制成的導(dǎo)體的電阻跟它的長度成正比，跟它的截面積成反比，這個(gè)規(guī)律叫做電阻定律。用公式表示為

式中ρ表示電阻率，其值由電阻材料的性質(zhì)決定，單位是歐[姆]米，符號(hào)為Ω·m；L表示導(dǎo)體的長度，單位是米，符號(hào)為m；S表示導(dǎo)體的截面積，單位是平方米，符號(hào)為m2；R表示導(dǎo)體的電阻，單位是歐[姆]，符號(hào)為Ω；現(xiàn)象結(jié)論1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.5電阻和電阻定律

在國際單位制中，電阻的常用單位還有千歐（kΩ）和兆歐（MΩ），它們之間的換算關(guān)系是1kΩ=103Ω，1MΩ=103kΩ=106Ω

幾種常用材料在20℃時(shí)的電阻率見表1-2。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.5電阻和電阻定律

導(dǎo)體的電阻不僅和材料性質(zhì)、尺寸有關(guān)，還和溫度有關(guān)。對(duì)金屬導(dǎo)體而言，溫度升高使分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，而自由電子數(shù)幾乎不隨溫度變化，電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)碰撞次數(shù)增多，受到的阻礙作用加大，導(dǎo)體的電阻增加。有些半導(dǎo)體和電解液，溫度升高自由電荷數(shù)目增加所起的作用超過分子熱運(yùn)動(dòng)加劇所起的阻礙作用，電阻減小。在一般情況下，電阻隨溫度的變化不大，其影響可不用考慮。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.5電阻和電阻定律【例1－4】

一根銅導(dǎo)線長L=2000m，截面積S=2mm2，導(dǎo)線的電阻是多少？解：查表可知銅的電阻率ρ=1.75×10-8Ω·m，由電阻定律可求得1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.5電阻和電阻定律【例1－5】有一根阻值為lΩ的電阻絲，將它均勻拉長為原來的2倍，拉長后電阻絲的阻值為多少？解：設(shè)電阻絲長L，截面積S，則它的體積V=SL。在均勻拉長過程中，體積V一定，長度變?yōu)?L后，截面積就為0.5S。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.6部分電路歐姆定律任務(wù)導(dǎo)引

在手電筒電路中，閉合開關(guān)，小燈泡兩端加上了電壓，小燈泡中才有持續(xù)的電流，那么，所加的電壓與燈泡的電流又有什么關(guān)系呢？德國物理學(xué)家——?dú)W姆1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.6部分電路歐姆定律

將學(xué)生電源、開關(guān)、電壓表、電流表、電阻器按圖1-15(a)所示連接電路，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)學(xué)生電源至不同檔位，觀察電壓表與電流表讀數(shù)，作好記錄，分析電壓表、電流表讀數(shù)與電阻阻值的關(guān)系。做中學(xué)、做中教1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.6部分電路歐姆定律實(shí)驗(yàn)結(jié)論

觀察上述數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：電路中的電流I與電阻兩端的電壓U成正比，與電阻R成反比，這就是部分電路的歐姆定律。用公式表示為

式中，I表示電流，單位為A；U表示電壓，單位為V；R表示電阻，單位為Ω。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.6部分電路歐姆定律【例1－6】某段電路的電壓是一定的，當(dāng)接上10Ω的電阻時(shí)，電路中產(chǎn)生的電流是1.5A；若用25Ω的電阻代替10Ω的電阻，電路中的電流為多少？

解：電路中電阻為10Ω時(shí)，由歐姆定律得

U=IR=1.5×10=15V

用25Ω的電阻代替10Ω的電阻，電路中電流I＇為1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.6部分電路歐姆定律基本概念

如果以電壓為橫坐標(biāo)，電流為縱坐標(biāo)，可畫出電阻的U-I關(guān)系曲線，稱為電阻元件的伏安特性曲線，如圖1-16所示。圖1-16電阻伏安特性曲線電阻元件的伏安特性曲線是過原點(diǎn)的直線時(shí)，稱為線性電阻。即此電阻元件的電阻值可以認(rèn)為是不變的常數(shù)，直線斜率的倒數(shù)表示該元件的電阻值。如果不是直線，則稱為非線性電阻。通常所說的電阻都是線性電阻。1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.7電能與電功率任務(wù)導(dǎo)引

圖1-17（a）所示為某電熱水器銘牌，銘牌上標(biāo)注的額定功率2600W的含義是什么？圖1-17（b）單相電度表面板上的KW·h含義是什么？每個(gè)月的電費(fèi)是怎樣計(jì)算出來的？1.2知識(shí)準(zhǔn)備1.2.7電能與電