第13讲 恒定电场与恒定电流 认识多用电表【学生版】-新高二物理暑假预习讲义（人教版）.docxVIP

第13讲恒定电场与恒定电流认识多用电表

学习目标

1.知道导体中的恒定电场与恒定电流。

2.会推导电流的微观表达式，了解表达式中各量的意义。

3.了解多用电表的测量功能，会根据测量需要正确选择挡位。

知识点一恒定电场与恒定电流

如图所示，AD表示粗细均匀的一段长为l的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，导体每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。

(1)AD导体中有多少个自由电荷？总电荷量是多少？

(2)这些电荷都通过横截面D所需的时间是多少？

(3)导体AD中的电流是多大？

1.恒定电场

(1)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。

(2)形成：导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。

2.恒定电流

(1)概念：大小、方向都不随时间变化的电流。

(2)形成：在恒定电场的作用下，导体中的自由电荷沿电场线方向加速，同时在运动过程中又不断地与导体内不能自由移动的粒子发生碰撞而减速，从宏观上看，这些自由电荷定向移动的速率保持不变。

【思考】

(1)从微观上看，流过金属导体的电流与导体的横截面积、单位体积内自由电子数目和电子定向移动的平均速率成正比。那么在其他条件不变的情况下，导电性能好的导体在单位体积内的自由电子数是多还是少？形成的电流会怎样呢？

(2)自由电子定向移动的速率非常慢。为什么闭合开关的瞬间电路中同时形成了电流？

对电流微观表达式和三种速率的理解

(1)从微观上看，电流取决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、定向移动的平均速率、导体的横截面积。

(2)电流的微观表达式：I＝nSvq。式中n为导体中单位体积内的自由电荷数、q为每个自由电荷的电荷量、v为自由电荷定向移动的平均速率、S为导体的横截面积。

(3)三种速率的比较

自由电荷定向移动的速率

自由电荷定向移动形成电流，其中电荷定向移动的平均速率约为10－4m/s

无规则热运动速率

导体中的自由电子在不停地做无规则运动，由于沿各个方向无规则运动的机会相等，故不能形成电流。常温下自由电子热运动的速率约为105m/s

电场传播速率(或电流传导速率)

就是导体中建立电场的速率，等于光速，为3×108m/s。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

例1(多选)横截面积为S的导线中，通有大小为I的电流，已知导线单位体积内有n个自由电子，每个自由电子的电荷量为e，自由电子定向移动的平均速率为v，则在时间t内通过导线横截面的电子数是()

A.It B.nvt C.nSvt D.eq\f(It,e)

训练1(多选)甲、乙为同种材料做成的两柱状导体，横截面积之比为1∶2，长度之比为2∶1。相同时间内，通过甲、乙两导体某一横截面的电荷量之比为1∶2，则甲、乙两导体中()

A.电流之比为1∶2

B.电流之比为1∶1

C.自由电荷定向移动的平均速率之比为1∶1

D.自由电荷定向移动的平均速率之比为1∶2

知识点二认识多用电表

如图是多用电表的原理图，旋转电阻调零旋钮时，改变的是什么？

多用电表的原理

提示改变的是图中的调零电阻的阻值。

1.多用电表的用途：可以测量电压、电流和电阻等(电流和电压又分直流和交流)。

2.外形构造

如图所示，选择开关周围有不同的测量功能区域及量程，选择开关旋到不同的位置，多用电表内对应的仪表电路被接通，就相当于对应的仪表。在不使用时，应把选择开关旋转到OFF挡或交流电压最高挡。

3.多用电表中电流的流向：红表笔接“＋”插孔，黑表笔接“－”插孔。

(1)电流挡串联接入电路，电流从红表笔流进电表，从黑表笔流出电表。

(2)电压挡并联接入电路，红表笔接高电势点，黑表笔接低电势点，电流仍然是“红进黑出”。

(3)使用欧姆挡时，红表笔连接表内电源的负极，黑表笔连接表内电源的正极，电流还是“红进黑出”。

【思考】

(1)表头的内阻Rg，满偏电流Ig和满偏电压Ug间存在什么定量关系？

(2)由于表头的满偏电流Ig、满偏电压Ug很小，不能满足于实际测量。怎样利用表头来测量大电压和大电流呢？

电压表、电流表的改装及其特点

项目

小量程电流表G改装成大量程电压表V

小量程电流表G改装成大量程电流表A

电路结构

R的作用

分压

分流

扩大量程的计算

U＝IG(R＋RG)

R＝eq\f(U,IG)－RG

IGRG＝(I－IG)R

R＝eq\f(IG,I－IG)RG

电表的总内阻

RV＝RG＋R

RA＝eq\f(RRG,R＋RG)

例2有一电流表，内阻Rg＝100Ω，满偏电流Ig＝1mA。

(1)要把它改装成量程为0～3V的电压表，应串