4、路端电压跟负载的关系
(1)路端电压:外电路的电势降落,也就是外电路两端的电压,通常叫做路端电压。
(2)路端电压跟负载的关系
当外电阻增大时,电流减小,路端电压增大;当外电阻减小时,电流增大,路端电压减小。
定性分析
R↑→I(=)↓→Ir↓→U(=E-Ir)↑
R↓→I(=)↑→Ir↑→U(=E-Ir)↓
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图象描述
路端电压U与电流I的关系图象是一条向下倾斜的直线。U-I图象如图所示。
直线与纵轴的交点表示电源的电动势E,直线的斜率的绝对值表示电源的内阻。
2、电阻定律 电阻率
(1)电阻定律
①内容:导体的电阻R跟它的长度L成正比,跟它的横截面积S成反比,这就是电阻定律。
②公式:R=ρ (决定式)
③适用条件:电阻定律适用于粗细均匀的金属导体,也适用于浓度均匀的电解液。
(2)电阻率:比例常数ρ跟导体的材料有关,是一个反映材料导电性能的物理量,称为材料的电阻率。
①物理意义:电阻率是反映材料导电性能的物理量,称为材料的电阻率。
材料的电阻率在数值上等于这种材料制成的长为1m、横截面积为1m2的导体的电阻。
②单位:在国际单位制中,ρ的单位是欧姆米,简称欧米,符号是Ω·m。
几种导体材料在20℃时的电阻率
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材 料 |
ρ/Ω·m |
材 料 |
ρ/Ω·m |
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银 |
1.6×10-8 |
铁 |
1.0×10-7 |
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铜 |
1.7×10-8 |
锰铜合金 |
4.4×10-7 |
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铝 |
2.9×10-8 |
镍铜合金 |
5.0×10-7 |
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钨 |
5.3×10-8 |
镍铬合金 |
1.0×10-6 |
锰铜合金:85%铜,3%镍,12%锰。
镍铜合金:54%铜,46%镍。
镍铬合金:67.5%镍,15%铬,16%铁,1.5%锰。
③电阻率与温度有关
金属的电阻率随着温度的升高而增大。
电阻温度计就是利用金属的电阻随温度变化制成的。
锰铜合金和镍铜合金的电阻率随温度变化极小。常用来制作标准电阻。
例题:一段均匀导线对折两次后并联在一起,测得其电阻为0.5Ω,导线原来的电阻多大?若把这根导线的一半均匀拉长为三倍,另一半不变,其电阻是原来的多少倍?
解析:一段导线对折两次后,变成四段相同的导线,并联后的总电阻为0.5Ω,设每段导线的电阻为R,则=0.5Ω,R=2Ω,所以导线原来的电阻为4R=8Ω。
若把这根导线的一半均匀拉长为原来的3倍,则这一半的电阻变为4Ω×9=36Ω,另一半的电阻为4Ω,所以拉长后的总电阻为40Ω,是原来的5倍。
例题:实验室用的小灯泡灯丝的I-U特性曲线可用以下哪个图象来表示:
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解:灯丝在通电后一定会发热,当温度达到一定值时才会发出可见光,这时温度能达到很高,因此必须考虑到灯丝的电阻将随温度的变化而变化。随着电压的升高,电流增大,灯丝的电功率将会增大,温度升高,电阻率也将随之增大,电阻增大,。U越大I-U曲线上对应点于原点连线的斜率必然越小,选A。
例题:如图所示,在相距40km的A、B两地架两条输电线,电阻共为800Ω,如果在A、B间的某处发生短路,这时接在A处的电压表示数为10V,电流表的示数为40mA,求发生短路处距A处有多远?
解析:设发生短路处距离A处有x米,据题意知,A、B两地间的距离l=40 km,电压表的示数U=10 V,电流表的示数I=40 mA=40×10-3A,R总=800Ω。
根据欧姆定律I=可得:A端到短路处的两根输电线的电阻Rx
Rx==250Ω ①
根据电阻定律可知:
Rx=ρ ②
A、B两地输电线的电阻为R总,R总=ρ ③
由②÷③得
= ④
解得x=12.5 km。