1.电源和电流；2.导体的电阻；3.实验：导体电阻率的测量；4.串联电路和并联电路；5.实验：练习使用多用电表

1. 电源和电流

（1）电源(power source)

定义：能把电子在电源内部从电源正极搬运到负极的装置。

(资料图)

作用：移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差，保持电路中有持续电流。

（2）恒定电流(steady current)

恒定电场(steady electric field)：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。

恒定电场的形成：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。

恒定电场的特何位置的电荷分布和电场分布都不随时间变化，其基本性质与静电场相同。

【恒定电流】

定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，电流的强弱程度用电流这个物理量表示。

公式：，I表示电流大小，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量。该式是电流的定义式，计算出的 电流是时间t内的平均值。对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等。

单位：安培，简称安，符号为A；常见的电流单位还有毫安(mA)、微安(μA)。。

电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反。

电流是标量：虽然有方向，但它是标量，它遵循代数运算法则。

【电流的微观表示式】

电流的微观表示式：。n为导体单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷的电荷量，S为导体的横截面积，v为自由电荷沿导体定向移动的速率。

是电流的 定义式，是电流的决定式，因此与通过导体横截面的电荷量及时间无关，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量大小、定向移动的速率，还与导体的横截面积有关。

v表示电荷定向移动的速率。自由电荷在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是自由电荷在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的。

【三种速率的对比】

电子定向移动速率：中的，大小约为。

电流的传导速率：就是导体中建立电场的速率，等于光速，为?。闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。

电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为。由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流。

2. 导体的电阻

（1）电阻(resistance)

概念：导体两端的电压与通过导体的电流大小之比。

定义式：。

单位：欧姆()，常用的单位还有：千欧()、兆欧()，且。

物理意义：反映导体对电流阻碍作用的大小。对给定的导体，它的电阻是一定的，与导体两端是否加电压，导体中是否有电流无关。导体U-I图像的斜率反映电阻大小。

欧姆定律：。表示通过导体的电流I与电压U成正比，与电阻R成反比。适用于金属或电解质溶液导电(纯电阻电路)。

（2）影响导体电阻的因素

影响导体电阻的因素：导体的长度、横截面积、材料有关。可以采用控制变量法进行实验探究。

（3）导体的电阻率

电阻定律：同种材料的导体，其电阻R与它的长l成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻还与构成它的材料有关。

公式：，式中是比例系数，称为这种材料的电阻率。

电阻率是反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关。单位是欧姆·米，符号。

（4）电阻率与温度的关系及应用

①金属的电阻率随温度的升高而增大，可用于制作电阻温度计。

②大部分半导体的电阻率随温度的升高而减小，半导体的电阻率随温度的变化较大，可用于制作热敏电阻。

③有些合金，电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻。

④一些导体在温度特别低时电阻率可以降到零，这个现象叫作超导现象。

【和的区别与联系】

（5）导体的伏安特性曲线

伏安特性曲线：用纵坐标表示电流I，用横坐标表示电压U，这样画出的导体的I-U图像叫作导体的伏安特性曲线。

【线性元件和非线性元件】

①线性元件：伏安特性曲线是一条过原点的直线、欧姆定律适用的元件，如金属导体、电解质溶液。

②非线性元件：伏安特性曲线是一条曲线(如图1)、欧姆定律不适用的元件，如气态导体(日光灯、霓虹灯管中的气体)和半导体元件。

注意：I-U图像是曲线时，根据公式，电阻等于图线上点与坐标原点之间连线的斜率的倒数，而不是该点切线斜率的倒数。

3. 实验：导体电阻率的测量

（1）实验1：长度的测量及测量工具的选用

【游标卡尺】

构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺，如下图所示。

用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。

原理：利用主尺的单位刻度(1mm)与游标尺的单位刻度之间固定的差值来制成。

常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种，如下表。

使用方法：先读出主尺上的整毫米数a，再从游标尺上读出与主尺某一刻度线对齐的游标的格数n，则结果为：a+n×精确度 mm。以下图为例，最后结果为23+7×0.1=23.7mm。

【螺旋测微器(千分尺)】

构造：测砧、测微螺杆、尺架、锁紧装置、微调旋钮，如下图所示。

原理：精密螺纹的螺距是0.5 mm，即旋钮D每转一周，测微螺杆F前进或后退0.5 mm，可动刻度分成50等份，因此每旋转一格，对应测微螺杆F前进或后退0.01mm。0.01mm即为螺旋测微器的精确度。

使用方法：先使A与F接触，可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间，再顺时针旋转旋钮D，当F快要接触被测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D′，听到“喀喀”声时停止，然后读数。

读数：先读取固定刻度B上的刻度a，再读取E上的刻度n，考虑到每一个对应0.01mm，可以得到结果为a+n×0.01 mm，即L＝固定刻度示数＋可动刻度示数(估读一位)×分度值。以下图为例，其结果为：6.5+22.5×0.01=6.725mm。

注意：读数时要准确到0.01 mm，估读到0.001 mm，测量结果若用毫米做单位，则小数点后面必须保留三位；注意固定刻度上半毫米刻度线是否露出。

【电压表、电流表的读数】

①确定电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值。

②根据表盘总的刻度数确定精确度，即每一小格表示的值，同时确定读数有效数字所在的位数。

③按照指针的实际位置进行读数。

0～3 V的电压表和0～3 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V和0.1 A，读到0.1的下一位，即读到小数点后面两位。

0～15 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V。

0～0.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A。

两种电表对应两种量程以下图举例，对应结果为

0～0.6 A量程的电流表：0.44 A；0～3 A量程的电流表：2.20 A。

0～3 V量程的电压表：1.70 V； ? 0～15 V量程的电压表：8.5 V。

（2）实验2：金属丝电阻率的测量

【实验原理】

①按照如下电路将金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻。

②用毫米刻度尺测出金属丝的有效长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，算出横截面积。

③由电阻定律，得到电阻。

【实验器材】

螺旋测微器或游标卡尺、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、待测金属丝、电池、滑动变阻器。

【实验步骤】

①测金属丝的直径：用螺旋测微器在待测金属丝上三个不同位置各测一次直径并记录。

②连接电路：按如图7所示的电路图连接实验电路。

③测量金属丝的有效长度：用毫米刻度尺测量接入电路中的待测金属丝的有效长度，重复测量3次并记录。

④求解电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S。改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S。

⑤拆除实验电路，整理好实验器材。

【实验数据处理】

计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果。

图像法：可建立U-I坐标系，将测量的U、I值描点作出图像，利用图像的斜率来求出电阻值R。

【注意事项】

①一般金属丝电阻较小，为了减小实验的系统误差，必须选择电流表外接法；

②测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度，且金属丝伸直)；在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d；

(3)电流不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化。

4. 串联电路和并联电路

串联电路：把几个导体或用电器依次首尾连接，接入电路的连接方式，如图8甲所示。

并联电路：把几个导体或用电器的一端连在一起，另一端也连在一起，再将两端接入电路的连接方式，如图8乙所示。

（1）串、并联电路的特点

串联电路中的电压分配：串联电路中各电阻两端的电压跟它们的阻值成正比，即。

并联电路中的电流分配：并联电路中通过各支路电阻的电流跟它们的阻值成反比，即。

【串、并联电路中的电阻】

滑动变阻器的两种接法：分压式、限流式。

（2）电压表和电流表的电路结构

常用电压表和电流表由表头(小量程电流表)改装而成。

【表头G的三个参量】

电流表的内阻：表头的电阻叫作电流表的内阻。

满偏电流：指针偏到最大刻度时的电流叫作满偏电流。

满偏电压：表头通过满偏电流时，加在它两端的电压叫作满偏电压。

【电表改装原理】

①电压表改装：将表头与一个较大的电阻串联，如下图

②电流表改装：将表头与一个较小的电阻并联，如下图

③电表改装及其特点

【电流表的内接法和外接法】

①两种接法比较

②电流表内、外接法的选择

直接比较法

当时，采用内接法，当时，采用外接法。可用“大内偏大、小外偏小”来辅助记忆。对应解释为：大电阻用内接法，得到的电阻阻值会大于电阻的实际值；小电阻用外接法，得到电阻阻值会小于电阻的实际值。

公式计算法

当，即时，用电流表内接法；当，即当时，用电流表外接法；当时，两种接法效果相同。

试触法

如下图，把电压表的可动接线端分别试接b、c两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流作用对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法。

5. 实验：练习使用多用电表

（1）认识多用电表

多用电表可以用来测量直流电流、直流电压、交变电流、交变电压以及电阻。

构造如下图

表的上半部分为表盘，标有电压、电流和电阻的刻度线，用于读取这些电学量的测量；表中央的指针定位螺丝用于使指针指到零刻度；表下半部分中间的旋钮是选择开关，周围标有测量功能的区域及量程。

（2）使用多用电表

【测电压】

①选择直流电压挡合适的量程，并将选择开关旋至相应位置。

②将多用电表并联在待测电路两端，注意红表笔接触点的电势应比黑表笔接触点的电势高。

③根据表盘上的直流电压刻度读出电压值，读数时注意最小刻度所表示的电压值。

【测电流】

①选择直流电流挡合适的量程，并将选择开关旋至相应位置。

②将被测电路导线拆开一端，把多用电表串联在电路中。

③读数时，要认清刻度盘上的最小刻度。

注意：电流应从红表笔流入多用电表。

【测电阻】

①将选择开关旋至欧姆挡，此时表内电源接通，红表笔连接表内电源的负极，黑表笔连接表内电源的正极．电流从欧姆表的黑表笔流出，经过被测电阻，从红表笔流入。

②测量步骤：

选挡：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆挡的合适挡位。

欧姆调零：将红、黑表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指向“0 Ω”。

测量、读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，指针示数乘以倍率即为待测电阻阻值。

实验完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。

注意：测电阻必须把待测电阻隔离；牢记两个调零过程，切记换挡需进行欧姆调零；合理选择量程，使指针尽可能指在中间刻度附近；读数时应乘以相应的倍率；欧姆表的表盘刻度不均匀，一般不估读。

【使用多用电表的注意事项】

①使用前要机械调零；②电流都是从红表笔流入，从黑表笔流出；③电压、电流的读数要看清选择开关所选择的量程，搞清楚每一小格表示多少，及应读到的有效数字位数。

（3）多用电表检查电路故障

【故障种类及特点】

电路故障一般有两种情况，即短路和断路．

短路的特点：电路中有电流，但短路部分电压为零；被短路的用电器不工作，与之串联的用电器工作电流增大。

断路的特点：在电源正常的情况下，断路部分电流为零，但断路处有电压，若干路断路则断路处电压等于电源电压。

【分析与检测方法】

①电压表检测法

若电路断路，将电压表与电源并联，若有电压说明电源完好，然后将电压表逐段与电路并联，若某一段电压表指针偏转，说明该段电路中有断点。若电路短路，则用电压表逐段与电路并联，某一段电压表示数为零，则该段被短路。

②欧姆表检测法

断开电路，用多用电表的欧姆挡测量待测部分的电阻，若检测部分示数正常，说明两点间电路正常；若检测部分电阻很小(几乎为零)，说明该部分短路；若检测部分指针几乎不动，说明该部分有断路。

（4）用多用电表测二极管的电阻

二极管由半导体材料制成，如下图所示，左端为正极，右端为负极。

特点：电流从正极流入时电阻很小，而从正极流出时电阻很大。

测二极管正向电阻：将多用电表的选择开关选至低倍率的欧姆挡，欧姆调零之后将黑表笔接触二极管的正极，红表笔接触二极管的负极。

测二极管反向电阻：将多用电表的选择开关选至高倍率的欧姆挡，欧姆调零之后将黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的正极。

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