1.電源和電壓；2.導體的阻值；3.實驗：導體內(nèi)阻率的檢測；4.串聯(lián)電路和并聯(lián)電路；5.實驗：練習使用多用水表
1.電源和電壓
（1）電源(power)
定義：能把電子在電源內(nèi)部從電源負極搬運到正極的裝置。
作用：移送電荷，維持電源正、負極間有一定的電勢差，保持電路中有持續(xù)電壓。
（2）恒定電壓()
恒定電場(field)：由穩(wěn)定分布的電荷所形成的穩(wěn)定的電場。
恒定電場的產(chǎn)生：當電路達到穩(wěn)定時，導線中的電場是由電源、導線等電路器件所積累的電荷共同產(chǎn)生的。
恒定電場的特何位置的電荷分布和電場分布都不隨時間變化，其基本性質(zhì)與靜電場相同。
【恒定電壓】
定義：大小、方向都不隨時間變化的電壓稱為恒定電壓，電壓的強弱程度用電壓這個數(shù)學量表示。
公式：
，I表示電壓大小，q表示在時間t內(nèi)通過導體橫截面的電荷量。該式是電壓的定義式，估算出的電壓是時間t內(nèi)的平均值。對于恒定電壓，電壓的瞬時值與平均值相等。
單位：安培，簡稱安，符號為A；常見的電壓單位還有毫安(mA)、微安(μA)。
。
電壓的方向：規(guī)定正電荷定向聯(lián)通的方向為電壓的方向，則負電荷定向聯(lián)通的方向與電壓的方向相反。
電壓是標量：盡管有方向，但它是標量，它遵守代數(shù)運算法則。
【電流的微觀表示式】
電壓的微觀表示式：
。n為導體單位容積內(nèi)的自由電荷數(shù)，q為每位自由電荷的電荷量，S為導體的橫截面積，v為自由電荷沿導體定向聯(lián)通的速度。
是電壓的定義式，
是電壓的決定式，因而
與通過導體橫截面的電荷量
及時間
無關，從微觀上看，電壓決定于導體中單位容積內(nèi)的自由電荷數(shù)
、每個自由電荷的電荷量大小
、定向聯(lián)通的速度
，還與導體的橫截面積
有關。
v表示電荷定向聯(lián)通的速度。自由電荷在不停地做無規(guī)則的熱運動，其速度為熱運動的速度，電壓是自由電荷在熱運動的基礎上向某一方向定向聯(lián)通產(chǎn)生的。
【三種速度的對比】
電子定向聯(lián)通速度：
中的
，大小約為
。
電壓的傳導速度：就是導體中構建電場的速度，等于光速，為
。閉合開關的頓時，電路中各處以光速建立恒定電場，電路中各處的自由電子幾乎同時定向聯(lián)通，整個電路也幾乎同時產(chǎn)生了電壓。
電子熱運動速度：電子做無規(guī)則熱運動的速度，大小約為
。因為熱運動向各個方向運動的機會相等，甚或運動不能產(chǎn)生電壓。
2.導體的阻值
（1）內(nèi)阻()
概念：導體兩端的電流與通過導體的電壓大小之比。
定義式：
。
單位：歐姆(
)，常用的單位還有：千歐(
)、兆歐(
)，且
。
化學意義：反映導體對電壓制約作用的大小。對給定的導體，它的阻值是一定的，與導體兩端是否加電流，導體中是否有電壓無關。導體U-I圖象的斜率反映內(nèi)阻大小。
歐姆定理：
。表示通過導體的電壓I與電流U成反比電阻的測量知識點整理，與內(nèi)阻R成正比。適用于金屬或電解質(zhì)堿液導電(純內(nèi)阻電路)。
（2）影響導體內(nèi)阻的誘因
影響導體內(nèi)阻的誘因：導體的寬度、橫截面積、材料有關。可以采用控制變量法進行實驗探究。
（3）導體的內(nèi)阻率
內(nèi)阻定理：同種材料的導體，其內(nèi)阻R與它的長l成反比，與它的橫截面積S成正比；導體內(nèi)阻還與構成它的材料有關。
公式：
，式中
是比列系數(shù)，
稱為這些材料的內(nèi)阻率。
內(nèi)阻率是反映導體導電性能的化學量，是導體材料本身的屬性，與導體的形狀、大小無關。單位是歐姆·米，符號
。
（4）內(nèi)阻率與氣溫的關系及應用
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。
②大部份半導體的阻值率隨氣溫的下降而降低，半導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，常拿來制做標準內(nèi)阻。
④一些導體在室溫非常低時內(nèi)阻率可以降到零，這個現(xiàn)象叫作超導現(xiàn)象。
【
和
的區(qū)別與聯(lián)系】
表1
（5）導體的伏安特點曲線
伏安特點曲線：用縱座標表示電壓I，用橫座標表示電流U，這樣畫出的導體的I-U圖象叫作導體的伏安特點曲線。
【線性器件和非線性器件】
①線性器件：伏安特點曲線是一條過原點的直線、歐姆定理適用的器件，如金屬導體、電解質(zhì)氨水。
②非線性器件：伏安特點曲線是一條曲線(如圖1)、歐姆定理不適用的器件，如氣態(tài)導體(日光燈、霓虹鎮(zhèn)流器中的二氧化碳)和半導體器件。
圖1
注意：I-U圖象是曲線時，按照公式
，內(nèi)阻等于圖線上點與座標原點之間連線的斜率的倒數(shù)，而不是該點切線斜率的倒數(shù)。
3.實驗：導體內(nèi)阻率的檢測
（1）實驗1：寬度的檢測及檢測工具的選用
【游標千分尺】
構造：主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內(nèi)、外檢測爪)、游標千分尺上還有一個深度尺，如右圖所示。
圖2游標千分尺的結(jié)構
用途：檢測長度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑。
原理：借助主尺的單位刻度(1mm)與游標尺的單位刻度之間固定的差值來制成。
常用的游標千分尺有10分度、20分度和50分度三種，如下表。
表2三種游標千分尺
使用方式：先讀出主尺上的整毫米數(shù)a，再從游標尺上讀出與主尺某一刻度線對齊的游標的格數(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游標千分尺使用舉例
【螺旋測微器(卡尺)】
構造：測砧、測微螺桿、尺架、鎖緊裝置、微調(diào)旋鈕電阻的測量知識點整理，如右圖所示。
圖4螺旋測微器結(jié)構
原理：精密螺紋的斜度是0.5mm，即旋鈕D每轉(zhuǎn)一周，測微螺桿F前進或退后0.5mm，可動刻度分成50等份，因而每旋轉(zhuǎn)一格，對應測微螺桿F前進或退后0.01mm。0.01mm即為螺旋測微器的精確度。
使用方式：先使A與F接觸，可動刻度E的零點正好跟固定刻度B的零點重合，逆秒針旋轉(zhuǎn)旋鈕D，將測微螺桿F旋出，把被測物體裝入A、F之間，再順秒針旋轉(zhuǎn)旋鈕D，當F快要接觸被測物時，要停止使用旋鈕D，改用微調(diào)旋鈕D′，看到“喀喀”聲時停止，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，考慮到每一個對應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)時要確切到0.01mm，估讀到0.001mm，檢測結(jié)果若用毫米做單位，則小數(shù)點旁邊必須保留三位；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水表容許通過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，同時確定讀數(shù)有效數(shù)字所在的位數(shù)。
③按照表針的實際位置進行讀數(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)點前面兩位。
0～15V阻值的電流表，精確度是0.5V，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點旁邊一位，即讀到0.1V。
0～0.6A阻值的電壓表，精確度是0.02A，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點旁邊兩位，這時要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01A。
兩種水表對應兩種阻值以右圖舉例，對應結(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）實驗2：金屬絲內(nèi)阻率的檢測
【實驗原理】
①按照如下電路將金屬絲接入電路中，用伏安法測金屬絲的內(nèi)阻
。
圖7實驗電路
②用毫米刻度尺測出金屬絲的有效寬度l，用螺旋測微器測出金屬絲的半徑d，算出橫截面積
。
③由內(nèi)阻定理
，得到內(nèi)阻
。
【實驗器材】
螺旋測微器或游標千分尺、毫米刻度尺、電壓表、電流表、開關及導線、待測金屬絲、電池、滑動變阻器。
【實驗步驟】
①測金屬絲的半徑：用螺旋測微器在待測金屬絲上三個不同位置各測一次半徑并記錄。
②連接電路：按如圖7所示的電路圖聯(lián)接實驗電路。
③測量金屬絲的有效寬度：用毫米刻度尺檢測接入電路中的待測金屬絲的有效寬度，重復檢測3次并記錄。
④求解內(nèi)阻：把滑動變阻器的滑動觸頭調(diào)節(jié)到使接入電路中的內(nèi)阻值最大的位置，電路經(jīng)檢測確認無誤后，閉合開關S。改變滑動變阻器滑動觸頭的位置，讀出幾組相應的電壓表、電壓表的示數(shù)I和U的值，計入表格內(nèi)，斷掉開關S。
⑤拆除實驗電路，整理好實驗器材。
【實驗數(shù)據(jù)處理】
估算法：借助每次檢測的U、I值分別估算出阻值，再求出阻值的平均值作為檢測結(jié)果。
圖象法：可構建U-I座標系，將檢測的U、I值描點做出圖象，借助圖象的斜率來求出阻值值R。
【注意事項】
①一般金屬絲內(nèi)阻較小，為了減少實驗的系統(tǒng)偏差，必須選擇電壓表外接法；
②測量l時應測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個不同位置上用螺旋測微器檢測半徑d；
(3)電壓不宜過大(電壓表用0～0.6A阻值)，通電時間不宜太長，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：把幾個導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：把幾個導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
滑動變阻器的兩種接法：分壓式、限流式。
表5滑動變阻器兩種接法的比較
（2）電流表和電壓表的電路結(jié)構
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的電壓
叫作滿偏電壓。
滿偏電流：表頭通過滿偏電壓時，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
時，采用內(nèi)接法，當
時，采用外接法。可用“大內(nèi)偏大、小外偏小”來輔助記憶。對應解釋為：大內(nèi)阻用內(nèi)接法，得到的內(nèi)阻電阻會小于內(nèi)阻的實際值；小阻值用外接法，得到內(nèi)阻電阻會大于內(nèi)阻的實際值。
公式估算法
當
，即
時，用電壓表內(nèi)接法；當
，即當
時，用電壓表外接法；當
時，兩種接法療效相同。
試觸法
如右圖，把電流表的可動接線端分別試接b、c兩點，觀察兩水表的示數(shù)變化，若電壓表的示數(shù)變化顯著，說明電流表的分流作用對電路影響大，應選用內(nèi)接法，若電流表的示數(shù)有顯著變化，說明電壓表的分壓作用對電路影響大，所以應選外接法。
圖11
5.實驗：練習使用多用水表
（1）認識多用水表
多用水表可以拿來檢測直流電壓、直流電流、交變電壓、交變電流以及內(nèi)阻。
構造如右圖
圖12萬用水表結(jié)構
表的上半部份為表盤，標有電流、電流和內(nèi)阻的刻度線，用于讀取這種熱學量的檢測；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，周圍標有檢測功能的區(qū)域及阻值。
（2）使用多用水表
【測電流】
①選擇直流電流擋合適的阻值，并將選擇開關旋至相應位置。
②將多用水表并聯(lián)在待測電路兩端，注意紅基極接觸點的電勢應比黑基極接觸點的電勢高。
③根據(jù)表盤上的直流電流刻度讀出電流值，讀數(shù)時注意最小刻度所表示的電流值。
【測電壓】
①選擇直流電壓擋合適的阻值，并將選擇開關旋至相應位置。
②將被測電路導線拆開一端，把多用水表串聯(lián)在電路中。
③讀數(shù)時，要看清刻度盤上的最小刻度。
注意：電壓應從紅基極流入多用水表。
【測內(nèi)阻】
①將選擇開關旋至歐姆擋，此時表內(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)電源的負極．電壓從歐姆表的黑基極流出，經(jīng)過被測內(nèi)阻，從紅基極流入。
②測量步驟：
選擋：恐怕待測內(nèi)阻的大小，旋轉(zhuǎn)選擇開關，使其尖端對準歐姆擋的合適擋位。
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、讀數(shù)：將兩基極分別與待測內(nèi)阻的兩端接觸，表針示數(shù)除以倍率即為待測內(nèi)阻電阻。
實驗完畢，應將選擇開關放在“OFF”擋或交流電流最高擋。
注意：測內(nèi)阻必須把待測內(nèi)阻隔離；謹記兩個調(diào)零過程，切忌換擋需進行歐姆調(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)時應減去相應的倍率；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】
①使用前要機械調(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)要認清選擇開關所選擇的阻值，認清楚每一小格表示多少，及應讀到的有效數(shù)字位數(shù)。
（3）多用水表檢測電路故障
【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。
【分析與測量方式】
①電壓表測量法
若電路斷路，將電流表與電源并聯(lián)，若有電流說明電源完好，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)，說明該段電路中有斷點。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歐姆表測量法
斷掉電路，用多用水表的歐姆擋檢測待測部份的阻值，若檢查部份示數(shù)正常，說明兩點間電路正常；若檢查部份內(nèi)阻很小(幾乎為零)，說明該部份漏電；若檢查部份表針幾乎不動，說明該部份有斷路。
（4）用多用水表測晶閘管的阻值
晶閘管由半導體材料制成，如右圖所示，下端為負極，右端為正極。
圖13晶閘管
特征：電壓從負極流入時內(nèi)阻很小，而從負極流出時內(nèi)阻很大。
測晶閘管正向內(nèi)阻：將多用水表的選擇開關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極，紅基極接觸晶閘管的正極。
測晶閘管反向內(nèi)阻：將多用水表的選擇開關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極。
本章思維導圖
圖14思維導圖