1.電源和電壓；2.導(dǎo)體的阻值；3.實(shí)驗(yàn)：導(dǎo)體內(nèi)阻率的檢測(cè)；4.串聯(lián)電路和并聯(lián)電路；5.實(shí)驗(yàn)：練習(xí)使用多用水表
1.電源和電壓
（1）電源(power)
定義：能把電子在電源內(nèi)部從電源負(fù)極搬運(yùn)到正極的裝置。
作用：移送電荷，維持電源正、負(fù)極間有一定的電勢(shì)差，保持電路中有持續(xù)電壓。
（2）恒定電壓()
恒定電場(chǎng)(field)：由穩(wěn)定分布的電荷所形成的穩(wěn)定的電場(chǎng)。
恒定電場(chǎng)的產(chǎn)生：當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，導(dǎo)線中的電場(chǎng)是由電源、導(dǎo)線等電路器件所積累的電荷共同產(chǎn)生的。
恒定電場(chǎng)的特何位置的電荷分布和電場(chǎng)分布都不隨時(shí)間變化，其基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同。
【恒定電壓】
定義：大小、方向都不隨時(shí)間變化的電壓稱為恒定電壓，電壓的強(qiáng)弱程度用電壓這個(gè)數(shù)學(xué)量表示。
公式：
，I表示電壓大小，q表示在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量。該式是電壓的定義式，估算出的電壓是時(shí)間t內(nèi)的平均值。對(duì)于恒定電壓，電壓的瞬時(shí)值與平均值相等。
單位：安培，簡(jiǎn)稱安，符號(hào)為A；常見(jiàn)的電壓?jiǎn)挝贿€有毫安(mA)、微安(μA)。
。
電壓的方向：規(guī)定正電荷定向聯(lián)通的方向?yàn)殡妷旱姆较颍瑒t負(fù)電荷定向聯(lián)通的方向與電壓的方向相反。
電壓是標(biāo)量：盡管有方向，但它是標(biāo)量，它遵守代數(shù)運(yùn)算法則。
【電流的微觀表示式】
電壓的微觀表示式：
。n為導(dǎo)體單位容積內(nèi)的自由電荷數(shù)，q為每位自由電荷的電荷量，S為導(dǎo)體的橫截面積，v為自由電荷沿導(dǎo)體定向聯(lián)通的速度。
是電壓的定義式，
是電壓的決定式，因而
與通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量
及時(shí)間
無(wú)關(guān)，從微觀上看，電壓決定于導(dǎo)體中單位容積內(nèi)的自由電荷數(shù)
、每個(gè)自由電荷的電荷量大小
、定向聯(lián)通的速度
，還與導(dǎo)體的橫截面積
有關(guān)。
v表示電荷定向聯(lián)通的速度。自由電荷在不停地做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，其速度為熱運(yùn)動(dòng)的速度，電壓是自由電荷在熱運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上向某一方向定向聯(lián)通產(chǎn)生的。
【三種速度的對(duì)比】
電子定向聯(lián)通速度：
中的
，大小約為
。
電壓的傳導(dǎo)速度：就是導(dǎo)體中構(gòu)建電場(chǎng)的速度，等于光速，為
。閉合開關(guān)的頓時(shí)，電路中各處以光速建立恒定電場(chǎng)，電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)定向聯(lián)通，整個(gè)電路也幾乎同時(shí)產(chǎn)生了電壓。
電子熱運(yùn)動(dòng)速度：電子做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速度，大小約為
。因?yàn)闊徇\(yùn)動(dòng)向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相等，甚或運(yùn)動(dòng)不能產(chǎn)生電壓。
2.導(dǎo)體的阻值
（1）內(nèi)阻()
概念：導(dǎo)體兩端的電流與通過(guò)導(dǎo)體的電壓大小之比。
定義式：
。
單位：歐姆(
)，常用的單位還有：千歐(
)、兆歐(
)，且
。
化學(xué)意義：反映導(dǎo)體對(duì)電壓制約作用的大小。對(duì)給定的導(dǎo)體，它的阻值是一定的，與導(dǎo)體兩端是否加電流，導(dǎo)體中是否有電壓無(wú)關(guān)。導(dǎo)體U-I圖象的斜率反映內(nèi)阻大小。
歐姆定理：
。表示通過(guò)導(dǎo)體的電壓I與電流U成反比電阻的測(cè)量知識(shí)點(diǎn)整理，與內(nèi)阻R成正比。適用于金屬或電解質(zhì)堿液導(dǎo)電(純內(nèi)阻電路)。
（2）影響導(dǎo)體內(nèi)阻的誘因
影響導(dǎo)體內(nèi)阻的誘因：導(dǎo)體的寬度、橫截面積、材料有關(guān)。可以采用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。
（3）導(dǎo)體的內(nèi)阻率
內(nèi)阻定理：同種材料的導(dǎo)體，其內(nèi)阻R與它的長(zhǎng)l成反比，與它的橫截面積S成正比；導(dǎo)體內(nèi)阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)。
公式：
，式中
是比列系數(shù)，
稱為這些材料的內(nèi)阻率。
內(nèi)阻率是反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能的化學(xué)量，是導(dǎo)體材料本身的屬性，與導(dǎo)體的形狀、大小無(wú)關(guān)。單位是歐姆·米，符號(hào)
。
（4）內(nèi)阻率與氣溫的關(guān)系及應(yīng)用
①金屬的內(nèi)阻率隨氣溫的下降而減小，可用于制做內(nèi)阻體溫計(jì)。
②大部份半導(dǎo)體的阻值率隨氣溫的下降而降低，半導(dǎo)體的阻值率隨氣溫的變化較大，可用于制做熱敏內(nèi)阻。
③有些合金，內(nèi)阻率幾乎不受氣溫變化的影響，常拿來(lái)制做標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻。
④一些導(dǎo)體在室溫非常低時(shí)內(nèi)阻率可以降到零，這個(gè)現(xiàn)象叫作超導(dǎo)現(xiàn)象。
【
和
的區(qū)別與聯(lián)系】
表1
（5）導(dǎo)體的伏安特點(diǎn)曲線
伏安特點(diǎn)曲線：用縱座標(biāo)表示電壓I，用橫座標(biāo)表示電流U，這樣畫出的導(dǎo)體的I-U圖象叫作導(dǎo)體的伏安特點(diǎn)曲線。
【線性器件和非線性器件】
①線性器件：伏安特點(diǎn)曲線是一條過(guò)原點(diǎn)的直線、歐姆定理適用的器件，如金屬導(dǎo)體、電解質(zhì)氨水。
②非線性器件：伏安特點(diǎn)曲線是一條曲線(如圖1)、歐姆定理不適用的器件，如氣態(tài)導(dǎo)體(日光燈、霓虹鎮(zhèn)流器中的二氧化碳)和半導(dǎo)體器件。
圖1
注意：I-U圖象是曲線時(shí)，按照公式
，內(nèi)阻等于圖線上點(diǎn)與座標(biāo)原點(diǎn)之間連線的斜率的倒數(shù)，而不是該點(diǎn)切線斜率的倒數(shù)。
3.實(shí)驗(yàn)：導(dǎo)體內(nèi)阻率的檢測(cè)
（1）實(shí)驗(yàn)1：寬度的檢測(cè)及檢測(cè)工具的選用
【游標(biāo)千分尺】
構(gòu)造：主尺、游標(biāo)尺(主尺和游標(biāo)尺上各有一個(gè)內(nèi)、外檢測(cè)爪)、游標(biāo)千分尺上還有一個(gè)深度尺，如右圖所示。
圖2游標(biāo)千分尺的結(jié)構(gòu)
用途：檢測(cè)長(zhǎng)度、長(zhǎng)度、深度、內(nèi)徑、外徑。
原理：借助主尺的單位刻度(1mm)與游標(biāo)尺的單位刻度之間固定的差值來(lái)制成。
常用的游標(biāo)千分尺有10分度、20分度和50分度三種，如下表。
表2三種游標(biāo)千分尺
使用方式：先讀出主尺上的整毫米數(shù)a，再?gòu)挠螛?biāo)尺上讀出與主尺某一刻度線對(duì)齊的游標(biāo)的格數(shù)n，則結(jié)果為：a+n×精確度mm。以右圖為例，最后結(jié)果為23+7×0.1=23.7mm。
圖3游標(biāo)千分尺使用舉例
【螺旋測(cè)微器(卡尺)】
構(gòu)造：測(cè)砧、測(cè)微螺桿、尺架、鎖緊裝置、微調(diào)旋鈕電阻的測(cè)量知識(shí)點(diǎn)整理，如右圖所示。
圖4螺旋測(cè)微器結(jié)構(gòu)
原理：精密螺紋的斜度是0.5mm，即旋鈕D每轉(zhuǎn)一周，測(cè)微螺桿F前進(jìn)或退后0.5mm，可動(dòng)刻度分成50等份，因而每旋轉(zhuǎn)一格，對(duì)應(yīng)測(cè)微螺桿F前進(jìn)或退后0.01mm。0.01mm即為螺旋測(cè)微器的精確度。
使用方式：先使A與F接觸，可動(dòng)刻度E的零點(diǎn)正好跟固定刻度B的零點(diǎn)重合，逆秒針旋轉(zhuǎn)旋鈕D，將測(cè)微螺桿F旋出，把被測(cè)物體裝入A、F之間，再順秒針旋轉(zhuǎn)旋鈕D，當(dāng)F快要接觸被測(cè)物時(shí)，要停止使用旋鈕D，改用微調(diào)旋鈕D′，看到“喀喀”聲時(shí)停止，之后讀數(shù)。
讀數(shù)：先讀取固定刻度B上的刻度a，再讀取E上的刻度n，考慮到每一個(gè)對(duì)應(yīng)0.01mm，可以得到結(jié)果為a+n×0.01mm，即L＝固定刻度示數(shù)＋可動(dòng)刻度示數(shù)(估讀一位)×分度值。以右圖為例，其結(jié)果為：6.5+22.5×0.01=6.725mm。
圖5卡尺使用舉例
注意：讀數(shù)時(shí)要確切到0.01mm，估讀到0.001mm，檢測(cè)結(jié)果若用毫米做單位，則小數(shù)點(diǎn)旁邊必須保留三位；注意固定刻度上半毫米刻度線是否漏出。
【電壓表、電流表的讀數(shù)】
①確定水表阻值，即表針指到最大刻度時(shí)水表容許通過(guò)的最大電流或電壓值。
②根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度，即每一小格表示的值，同時(shí)確定讀數(shù)有效數(shù)字所在的位數(shù)。
③按照表針的實(shí)際位置進(jìn)行讀數(shù)。
0～3V的電流表和0～3A的電壓表讀數(shù)方式相同，此阻值下的精確度是0.1V和0.1A，讀到0.1的下一位，即讀到小數(shù)點(diǎn)前面兩位。
0～15V阻值的電流表，精確度是0.5V，在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)旁邊一位，即讀到0.1V。
0～0.6A阻值的電壓表，精確度是0.02A，在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)旁邊兩位，這時(shí)要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01A。
兩種水表對(duì)應(yīng)兩種阻值以右圖舉例，對(duì)應(yīng)結(jié)果為
0～0.6A阻值的電壓表：0.44A；0～3A阻值的電壓表：2.20A。
0～3V阻值的電流表：1.70V；0～15V阻值的電流表：8.5V。
圖6水表讀數(shù)舉例
（2）實(shí)驗(yàn)2：金屬絲內(nèi)阻率的檢測(cè)
【實(shí)驗(yàn)原理】
①按照如下電路將金屬絲接入電路中，用伏安法測(cè)金屬絲的內(nèi)阻
。
圖7實(shí)驗(yàn)電路
②用毫米刻度尺測(cè)出金屬絲的有效寬度l，用螺旋測(cè)微器測(cè)出金屬絲的半徑d，算出橫截面積
。
③由內(nèi)阻定理
，得到內(nèi)阻
。
【實(shí)驗(yàn)器材】
螺旋測(cè)微器或游標(biāo)千分尺、毫米刻度尺、電壓表、電流表、開關(guān)及導(dǎo)線、待測(cè)金屬絲、電池、滑動(dòng)變阻器。
【實(shí)驗(yàn)步驟】
①測(cè)金屬絲的半徑：用螺旋測(cè)微器在待測(cè)金屬絲上三個(gè)不同位置各測(cè)一次半徑并記錄。
②連接電路：按如圖7所示的電路圖聯(lián)接實(shí)驗(yàn)電路。
③測(cè)量金屬絲的有效寬度：用毫米刻度尺檢測(cè)接入電路中的待測(cè)金屬絲的有效寬度，重復(fù)檢測(cè)3次并記錄。
④求解內(nèi)阻：把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭調(diào)節(jié)到使接入電路中的內(nèi)阻值最大的位置，電路經(jīng)檢測(cè)確認(rèn)無(wú)誤后，閉合開關(guān)S。改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭的位置，讀出幾組相應(yīng)的電壓表、電壓表的示數(shù)I和U的值，計(jì)入表格內(nèi)，斷掉開關(guān)S。
⑤拆除實(shí)驗(yàn)電路，整理好實(shí)驗(yàn)器材。
【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理】
估算法：借助每次檢測(cè)的U、I值分別估算出阻值，再求出阻值的平均值作為檢測(cè)結(jié)果。
圖象法：可構(gòu)建U-I座標(biāo)系，將檢測(cè)的U、I值描點(diǎn)做出圖象，借助圖象的斜率來(lái)求出阻值值R。
【注意事項(xiàng)】
①一般金屬絲內(nèi)阻較小，為了減少實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)偏差，必須選擇電壓表外接法；
②測(cè)量l時(shí)應(yīng)測(cè)接入電路的金屬絲的有效寬度(即兩接線柱之間的寬度，且金屬絲下蹲)；在金屬絲的3個(gè)不同位置上用螺旋測(cè)微器檢測(cè)半徑d；
(3)電壓不宜過(guò)大(電壓表用0～0.6A阻值)，通電時(shí)間不宜太長(zhǎng)，以免內(nèi)阻率因氣溫下降而變化。
4.串聯(lián)電路和并聯(lián)電路
串聯(lián)電路：把幾個(gè)導(dǎo)體或用家電依次首尾聯(lián)接，接入電路的聯(lián)接形式，如圖8甲所示。
并聯(lián)電路：把幾個(gè)導(dǎo)體或用家電的一端連在一起，另一端也連在一起，再將兩端接入電路的聯(lián)接形式，如圖8乙所示。
圖8串聯(lián)電路和并聯(lián)電路
（1）串、并聯(lián)電路的特性
表3串、并聯(lián)電路特性
串聯(lián)電路中的電流分配：串聯(lián)電路中各內(nèi)阻兩端的電流跟它們的電阻成反比，即
。
并聯(lián)電路中的電壓分配：并聯(lián)電路中通過(guò)各大道內(nèi)阻的電壓跟它們的電阻成正比，即
。
【串、并聯(lián)電路中的阻值】
表4串、并聯(lián)電路總內(nèi)阻的比較
滑動(dòng)變阻器的兩種接法：分壓式、限流式。
表5滑動(dòng)變阻器兩種接法的比較
（2）電流表和電壓表的電路結(jié)構(gòu)
常用電流表和電壓表由表頭(小阻值電壓表)加裝而成。
【表頭G的三個(gè)熱阻】
電壓表的電阻：表頭的阻值
叫作電壓表的電阻。
滿偏電壓：表針偏到最大刻度時(shí)的電壓
叫作滿偏電壓。
滿偏電流：表頭通過(guò)滿偏電壓時(shí)，加在它兩端的電流
叫作滿偏電流。
【電表加裝原理】
①電壓表加裝：將表頭與一個(gè)較大的內(nèi)阻串聯(lián)，如右圖
圖9電流表加裝
②電流表加裝：將表頭與一個(gè)較小的內(nèi)阻并聯(lián)，如右圖
圖10電壓表加裝
③電表加裝及其特征
表6水表加裝及特征
【電流表的內(nèi)接法和外接法】
①兩種接法比較
表7電壓表內(nèi)接法和外接法的比較
②電流表內(nèi)、外接法的選擇
直接比較法
當(dāng)
時(shí)，采用內(nèi)接法，當(dāng)
時(shí)，采用外接法。可用“大內(nèi)偏大、小外偏小”來(lái)輔助記憶。對(duì)應(yīng)解釋為：大內(nèi)阻用內(nèi)接法，得到的內(nèi)阻電阻會(huì)小于內(nèi)阻的實(shí)際值；小阻值用外接法，得到內(nèi)阻電阻會(huì)大于內(nèi)阻的實(shí)際值。
公式估算法
當(dāng)
，即
時(shí)，用電壓表內(nèi)接法；當(dāng)
，即當(dāng)
時(shí)，用電壓表外接法；當(dāng)
時(shí)，兩種接法療效相同。
試觸法
如右圖，把電流表的可動(dòng)接線端分別試接b、c兩點(diǎn)，觀察兩水表的示數(shù)變化，若電壓表的示數(shù)變化顯著，說(shuō)明電流表的分流作用對(duì)電路影響大，應(yīng)選用內(nèi)接法，若電流表的示數(shù)有顯著變化，說(shuō)明電壓表的分壓作用對(duì)電路影響大，所以應(yīng)選外接法。
圖11
5.實(shí)驗(yàn)：練習(xí)使用多用水表
（1）認(rèn)識(shí)多用水表
多用水表可以拿來(lái)檢測(cè)直流電壓、直流電流、交變電壓、交變電流以及內(nèi)阻。
構(gòu)造如右圖
圖12萬(wàn)用水表結(jié)構(gòu)
表的上半部份為表盤，標(biāo)有電流、電流和內(nèi)阻的刻度線，用于讀取這種熱學(xué)量的檢測(cè)；表中央的表針定位螺母用于使表針指到零刻度；表下半部份中間的旋鈕是選擇開關(guān)，周圍標(biāo)有檢測(cè)功能的區(qū)域及阻值。
（2）使用多用水表
【測(cè)電流】
①選擇直流電流擋合適的阻值，并將選擇開關(guān)旋至相應(yīng)位置。
②將多用水表并聯(lián)在待測(cè)電路兩端，注意紅基極接觸點(diǎn)的電勢(shì)應(yīng)比黑基極接觸點(diǎn)的電勢(shì)高。
③根據(jù)表盤上的直流電流刻度讀出電流值，讀數(shù)時(shí)注意最小刻度所表示的電流值。
【測(cè)電壓】
①選擇直流電壓擋合適的阻值，并將選擇開關(guān)旋至相應(yīng)位置。
②將被測(cè)電路導(dǎo)線拆開一端，把多用水表串聯(lián)在電路中。
③讀數(shù)時(shí)，要看清刻度盤上的最小刻度。
注意：電壓應(yīng)從紅基極流入多用水表。
【測(cè)內(nèi)阻】
①將選擇開關(guān)旋至歐姆擋，此時(shí)表內(nèi)電源接通，紅基極聯(lián)接表內(nèi)電源的正極，黑基極聯(lián)接表內(nèi)電源的負(fù)極．電壓從歐姆表的黑基極流出，經(jīng)過(guò)被測(cè)內(nèi)阻，從紅基極流入。
②測(cè)量步驟：
選擋：恐怕待測(cè)內(nèi)阻的大小，旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān)，使其尖端對(duì)準(zhǔn)歐姆擋的合適擋位。
歐姆調(diào)零：將紅、黑基極短接，調(diào)整“歐姆調(diào)零旋鈕”，使表針指向“0Ω”。
檢測(cè)、讀數(shù)：將兩基極分別與待測(cè)內(nèi)阻的兩端接觸，表針示數(shù)除以倍率即為待測(cè)內(nèi)阻電阻。
實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)將選擇開關(guān)放在“OFF”擋或交流電流最高擋。
注意：測(cè)內(nèi)阻必須把待測(cè)內(nèi)阻隔離；謹(jǐn)記兩個(gè)調(diào)零過(guò)程，切忌換擋需進(jìn)行歐姆調(diào)零；合理選擇阻值，使表針盡可能指在中間刻度附近；讀數(shù)時(shí)應(yīng)減去相應(yīng)的倍率；歐姆表的表盤刻度不均勻，通常不估讀。
【使用多用水表的注意事項(xiàng)】
①使用前要機(jī)械調(diào)零；②電流都是從紅基極流入，從黑基極流出；③電壓、電流的讀數(shù)要認(rèn)清選擇開關(guān)所選擇的阻值，認(rèn)清楚每一小格表示多少，及應(yīng)讀到的有效數(shù)字位數(shù)。
（3）多用水表檢測(cè)電路故障
【故障種類及特征】
電路故障通常有兩種情況，即漏電和斷路．
漏電的特征：電路中有電壓，但漏電部份電流為零；被漏電的用家電不工作，與之串聯(lián)的用家電工作電壓減小。
斷路的特征：在電源正常的情況下，斷路部份電壓為零，但斷路處有電流，若支路斷路則斷路處電流等于電源電流。
【分析與測(cè)量方式】
①電壓表測(cè)量法
若電路斷路，將電流表與電源并聯(lián)，若有電流說(shuō)明電源完好，之后將電流表逐段與電路并聯(lián)，若某一段電流表表針偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明該段電路中有斷點(diǎn)。若電路漏電，則用電流表逐段與電路并聯(lián)，某一段電流表示數(shù)為零，則該段被漏電。
②歐姆表測(cè)量法
斷掉電路，用多用水表的歐姆擋檢測(cè)待測(cè)部份的阻值，若檢查部份示數(shù)正常，說(shuō)明兩點(diǎn)間電路正常；若檢查部份內(nèi)阻很小(幾乎為零)，說(shuō)明該部份漏電；若檢查部份表針幾乎不動(dòng)，說(shuō)明該部份有斷路。
（4）用多用水表測(cè)晶閘管的阻值
晶閘管由半導(dǎo)體材料制成，如右圖所示，下端為負(fù)極，右端為正極。
圖13晶閘管
特征：電壓從負(fù)極流入時(shí)內(nèi)阻很小，而從負(fù)極流出時(shí)內(nèi)阻很大。
測(cè)晶閘管正向內(nèi)阻：將多用水表的選擇開關(guān)選至低倍率的歐姆擋，歐姆調(diào)零以后將黑基極接觸晶閘管的負(fù)極，紅基極接觸晶閘管的正極。
測(cè)晶閘管反向內(nèi)阻：將多用水表的選擇開關(guān)選至高倍率的歐姆擋，歐姆調(diào)零以后將黑基極接觸晶閘管的正極，紅基極接觸晶閘管的負(fù)極。
本章思維導(dǎo)圖
圖14思維導(dǎo)圖