第一篇：高中物理竞赛讲座讲稿：第八部分《稳恒电流》
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第八部分 稳恒电流
第一讲 基本知识介绍
第八部分《稳恒电流》包括两大块：一是“恒定电流”，二是“物质的导电性”。前者是对于电路的外部计算，后者则是深入微观空间，去解释电流的成因和比较不同种类的物质导电的情形有什么区别。
应该说，第一块的知识和高考考纲对应得比较好，深化的部分是对复杂电路的计算（引入了一些新的处理手段）。第二块虽是全新的内容，但近几年的考试已经很少涉及，以至于很多奥赛培训资料都把它删掉了。鉴于在奥赛考纲中这部分内容还保留着，我们还是想粗略地介绍一下。
一、欧姆定律
1、电阻定律
a、电阻定律 R = ρ
Slb、金属的电阻率 ρ = ρ0（1 + αt）
2、欧姆定律
a、外电路欧姆定律 U = IR，顺着电流方向电势降落 b、含源电路欧姆定律
在如图8-1所示的含源电路中，从A点到B点，遵照原则：①遇电阻，顺电流方向电势降落（逆电流方向电势升高）②遇电源，正极到负极电势降落，负极到正极电势升高（与电流方向无关），可以得到以下关系
UA − IR − ε − Ir = UB
这就是含源电路欧姆定律。c、闭合电路欧姆定律
在图8-1中，若将A、B两点短接，则电流方向只可能向左，含源电路欧姆定律成为 UA + IR − ε + Ir = UB = UA 即 ε = IR + Ir，或 I =
Rr
这就是闭合电路欧姆定律。值得注意的的是：①对于复杂电路，“干路电流I”不能做绝对的理解（任何要考察的一条路均可视为干路）；②电源的概念也是相对的，它可以是多个电源的串、并联，也可以是电源和电阻组成的系统；③外电阻R可以是多个电阻的串、并联或混联，但不能包含电源。
二、复杂电路的计算
1、戴维南定理：一个由独立源、线性电阻、线性受控源组成的二端网络，可以用一个电压源和电阻串联的二端网络来等效。（事实上，也可等效为“电流源和电阻并联的的二端网络”——这就成了诺顿定理。）应用方法：其等效电路的电压源的电动势等于网络的开路电压，其串联电阻等于从端钮看进去该网络中所有独立源为零值时的等效电阻。．．．
2、基尔霍夫（克希科夫）定律
a、基尔霍夫第一定律：在任一时刻流入电路中某一分节点的电流强度的总和，等于从该点流出的电流强度的总和。
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电流通过电路时，电场力对电荷作的功叫做电功W。单位时间内电场力所作的功叫做电功率P。
计算时，只有W = UIt和P = UI是完全没有条件的，对于不含源的纯电阻，电功和焦耳热重合，电功率则和热功率重合，有W = IRt =
2UR2t和P = IR =
2UR2。
对非纯电阻电路，电功和电热的关系依据能量守恒定律求解。
四、物质的导电性 在不同的物质中，电荷定向移动形成电流的规律并不是完全相同的。
1、金属中的电流
即通常所谓的不含源纯电阻中的电流，规律遵从“外电路欧姆定律”。
2、液体导电
能够导电的液体叫电解液（不包括液态金属）。电解液中离解出的正负离子导电是液体导电的特点（如：硫酸铜分子在通常情况下是电中性的，但它在溶液里受水分子的作用就会离
解成铜离子Cu2+和硫酸根离子SO2，它们在电场力的作用下定向移动形成电流）。4在电解液中加电场时，在两个电极上（或电极旁）同时产生化学反应的过程叫作“电解”。电解的结果是在两个极板上（或电极旁）生成新的物质。
液体导电遵从法拉第电解定律——
法拉第电解第一定律：电解时在电极上析出或溶解的物质的质量和电流强度、跟通电时间成正比。表达式：m = kIt ＝ KQ（式中Q为析出质量为m的物质所需要的电量；K为电化当量，电化当量的数值随着被析出的物质种类而不同，某种物质的电化当量在数值上等于通过1C电量时析出的该种物质的质量，其单位为kg/C。）
法拉第电解第二定律：物质的电化当量K和它的化学当量成正比。某种物质的化学当量是该物质的摩尔质量M（克原子量）和它的化合价n的比值，即 K = 对任何物质都相同，F = 9.65×104C/mol。
将两个定律联立可得：m =
MFnMFn，而F为法拉第常数，Q。
3、气体导电
气体导电是很不容易的，它的前提是气体中必须出现可以定向移动的离子或电子。按照“载流子”出现方式的不同，可以把气体放电分为两大类——
a、被激放电
在地面放射性元素的辐照以及紫外线和宇宙射线等的作用下，会有少量气体分子或原子被电离，或在有些灯管内，通电的灯丝也会发射电子，这些“载流子”均会在电场力作用下产生定向移动形成电流。这种情况下的电流一般比较微弱，且遵从欧姆定律。典型的被激放电情形有
b、自激放电
但是，当电场足够强，电子动能足够大，它们和中性气体相碰撞时，可以使中性分子电离，即所谓碰撞电离。同时，在正离子向阴极运动时，由于以很大的速度撞到阴极上，还可能从阴极表面上打出电子来，这种现象称为二次电子发射。碰撞电离和二次电子发射使气体中在很短的时间内出现了大量的电子和正离子，电流亦迅速增大。这种现象被称为自激放电。自激放电不遵从欧姆定律。
常见的自激放电有四大类：辉光放电、弧光放电、火花放电、电晕放电。
4、超导现象
据金属电阻率和温度的关系，电阻率会随着温度的降低和降低。当电阻率降为零时，称为www.xiexiebang.com
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【模型分析】这就是所谓的桥式电路，这里先介绍简单的情形：将A、B两端接入电源，并假设R5不存在，C、D两点的电势有什么关系？
☆学员判断…→结论：相等。
因此，将C、D缩为一点C后，电路等效为图8-5乙
对于图8-5的乙图，求RAB是非常容易的。事实上，只要满足电路称为“平衡电桥”。
【答案】RAB = 154R1R2=
R3R4的关系，我们把桥式Ω。
〖相关介绍〗英国物理学家惠斯登曾将图8-5中的R5换成灵敏电流计○G，将R1、R2中的某一个电阻换成待测电阻、将R3、R4换成带触头的电阻丝，通过调节触头P的位置，观察电流计示数为零来测量带测电阻Rx的值，这种测量电阻的方案几乎没有系统误差，历史上称之为“惠斯登电桥”。
请学员们参照图8-6思考惠斯登电桥测量电阻的原理，并写出Rx的表达式（触头两端的电阻丝长度LAC和LCB是可以通过设置好的标尺读出的）。
☆学员思考、计算… 【答案】Rx =LCBLACR0。
【物理情形3】在图8-7甲所示的有限网络中，每一小段导体的电阻均为R，试求A、B两点之间的等效电阻RAB。
【模型分析】在本模型中，我们介绍“对称等势”的思想。当我们将A、B两端接入电源，电流从A流向B时，相对A、B连线对称的点电流流动的情形必然是完全相同的，即：在图8-7乙图中标号为1的点电势彼此相等，标号为2的点电势彼此相等„。将它们缩点后，1点和B点之间的等效电路如图8-7丙所示。
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欧姆定律都是适用的，而且，对于每一段导体，欧姆定律也是适用的。
现在，当我们将无穷远接地，A点接电源正极，从A点注入电流I时，AB小段导体的电流必为I/3 ；
当我们将无穷远接地，B点接电源负极，从B点抽出电流I时，AB小段导体的电流必为I/3 ； 那么，当上面“注入”和“抽出”的过程同时进行时，AB小段导体的电流必为2I/3。
最后，分别对导体和整个网络应用欧姆定律，即不难求出RAB。【答案】RAB =R。
32〖相关介绍〗事实上，电流注入法是一个解复杂电路的基本工具，而不是仅仅可以适用于无限网络。下面介绍用电流注入法解图8-8中桥式电路（不平衡）的RAB。
从A端注入电流I，并设流过R1和R2的电流分别为I1和I2，则根据基尔霍夫第一定律，其它三个电阻的电流可以表示为如图8-10所示。
然后对左边回路用基尔霍夫第二定律，有 I1R1 +(I1 − I2)R5 −(I − I1)R3 = 0 即 2I1 + 10(I1 − I2)− 3(I − I1)= 0 整理后得 15I1 − 10I2 = 3I ① 对左边回路用基尔霍夫第二定律，有 I2R2 −(I − I2)R4 −(I1 − I2)R5 = 0 即 4I2 − 12(I − I2)− 10(I1 − I2)= 0 整理后得 −5I1 + 13I2 = 6I ② 解①②两式，得 I1 =
991452129I，I2 = I 很显然 UA − I1R1 − I2R2 = UB 即 UAB = 2×99145I + 4×
2129I =
618145I
UABI最后对整块电路用欧姆定律，有 RAB =
4、添加等效法
=
618145Ω。
【物理情形】在图8-11甲所示无限网络中，每个电阻的阻值均为R，试求A、B两点间的电阻RAB。
【模型分析】解这类问题，我们要用到一种数学思想，那就是：无穷大和有限数的和仍为无穷大。在此模型中，我们可以将“并联一个R再串联一个R”作为电路的一级，总电路是这样无穷级的叠加。在图8-11乙图中，虚线部分右边可以看成原有无限网络，当它添加一级后，仍为无限网络，即
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【模型分析】用戴维南定理的目的是将电源系统或与电源相关联的部分电路等效为一个电源，然后方便直接应用闭合电路欧姆定律。此电路中的电源只有一个，我们可以援用后一种思路，将除R5之外的电阻均看成“与电源相关联的”部分，于是——
将电路做“拓扑”变换，成图8-14乙图。这时候，P、Q两点可看成“新电源”的两极，设新电源的电动势为ε′，内阻为r′，则
r′= R1∥R2 + R3∥R4 =
43Ω
ε′为P、Q开路时的电压。开路时，R1的电流I1和R3的电流I3相等，I1 = I3 = （R1R2)1415(R3R4)12 =
715715A，令“老电源”的负极接地，则UP = I1R2 = V
715V，UQ = I3R4 = V，所以 ε′= UQP = 最后电路演化成图8-14丙时，R5的电流就好求了。
【答案】R5上电流大小为0.20A，方向（在甲图中）向上。
2、基尔霍夫定律的应用
基尔霍夫定律的内容已经介绍，而且在（不含源）部分电路中已经做过了应用。但是在比较复杂的电路中，基尔霍夫第一定律和第二定律的独立方程究竟有几个？这里需要补充一个法则，那就是——
基尔霍夫第一定律的独立方程个数为节点总数减一；
基尔霍夫第二定律的独立方程个数则为独立回路的个数。而且，独立回路的个数m应该这样计算
m = p − n + 1 其中p为支路数目（不同电流值的数目），n为节点个数。譬如，在图8-15所示的三个电路中，m应该这样计算
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须看到，随着独立回路个数的增多，基尔霍夫第二定律的方程随之增多，解题的麻烦程度随之增大。
三、液体导电及其它
【物理情形】已知法拉第恒量F = 9.65×104C/mol，金的摩尔质量为0.1972kg/mol，金的化合价为3，要想在电解池中析出1g金，需要通过多少电量？金是在电解池的正极板还是在负极板析出？
【解说】法拉第电解定律（综合形式）的按部就班应用，即 Q =
mFnM，代入相关数据（其中m = 1.0×10−3kg，n = 3）即可。
【答案】需要1.47×103C电量，金在负极板析出。
【相关应用】在图8-19所示的装置中，如果在120分钟内淀积3.0×1022个银原子，银的化合价为1。在电流表中显示的示数是多少？若将阿弗伽德罗常数视为已知量，试求法拉第恒量。
【解说】第一问根据电流定义即可求得；
第二问 F = QMmn = 3.010221.610222319M3.010
46.0210M【答案】0.667A；9.63×10C/mol。
四、问题补遗——欧姆表
图8-20展示了欧姆表的基本原理图（未包括换档电路），虚线方框内是欧姆表的内部结构，它包含表头G、直流电源ε（常用干电池）及电阻RΩ。
当被测电阻Rx接入电路时，表头G电流 I = RgrRRx
可以看出，对给定的欧姆表，I与Rx有一一对应的关系，所以由表头指针的位置可以知道Rx的大小。为了读数方便，事先在刻度盘上直接标出欧姆值。
考查I（Rx）函数，不难得出欧姆表的刻度特点有三：①大值在左边、小值在右边；②不均匀，小值区域稀疏、大值区域密集；③没有明确的量程，最右边为零，最左边为∞。欧姆表虽然没有明确的量程，并不以为着测量任何电阻都是准确的，因为大值区域的刻度线太密，难以读出准确读数。这里就有一个档位选择问题。欧姆表上备有“×1”、“×10”、“×100”、“×1k”不同档位，它们的意义是：表盘的读数乘以这个倍数就是最后的测量结果。比如，一个待测电阻阻值越20kΩ，选择“×10”档，指针将指在2k附近（密集区），不准，选择“×1k”档，指针将指在20附近（稀疏区），读数就准确了。
不同的档位是因为欧姆表的中值电阻可以选择造成的。当Rx =（Rg + r + RΩ）时，表头电流I = 12Ig，指针指在表盘的几何中心，故称此时的Rx——即（Rg + r + RΩ）——为中值电阻，它就是表盘正中刻度的那个数字乘以档位倍数。很显然，对于一个给定的欧姆档，中值电阻（简www.xiexiebang.com
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第二篇：高中物理竞赛讲座讲稿：第三部分《曲线运动 万有引力》
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第三部分 曲线运动 万有引力
第一讲 基本知识介绍
一、曲线运动
1、概念、性质
2、参量特征
二、曲线运动的研究方法——运动的分解与合成
1、法则与对象
2、两种分解的思路
a、固定坐标分解（适用于匀变速曲线运动）
建立坐标的一般模式——沿加速度方向和垂直加速度方向建直角坐标；提高思想——根据解题需要建直角坐标或非直角坐标。
b、自然坐标分解（适用于变加速曲线运动）
基本常识：在考查点沿轨迹建立切向τ、法向n坐标，所有运动学矢量均沿这两个方向分解。
Fma动力学方程Fnman，其中a改变速度的大小（速率），an改变速度的方向。且an= mv2，其中ρ表示轨迹在考查点的曲率半径。定量解题一般只涉及法向动力学方程。
三、两种典型的曲线运动
1、抛体运动（类抛体运动）
关于抛体运动的分析，和新课教材“平跑运动”的分析基本相同。在坐标的选择方面，有灵活处理的余地。
2、圆周运动
匀速圆周运动的处理：运动学参量v、ω、n、a、f、T之间的关系，向心力的寻求于合成；临界问题的理解。
变速圆周运动：使用自然坐标分析法，一般只考查法向方程。
四、万有引力定律
1、定律内容
2、条件
a、基本条件
b、拓展条件：球体（密度呈球对称分布）外部空间的拓展；球体（密度呈球对称分布）内部空间的拓展——“剥皮法则”
c、不规则物体间的万有引力计算——分割与矢量叠加
五、开普勒三定律
天体运动的本来模式与近似模式的差距，近似处理的依据。
六、宇宙速度、天体运动
1、第一宇宙速度的常规求法
2、从能量角度求第二、第三宇宙速度
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v1x
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v1x）
Syvy =（v2 – v1cosθ）
dv1sin
为求极值，令cosθ= p，则sinθ= 22222221p22，再将上式两边平方、整理，得到
v1(Sxd)p2v1v2dpdv2Sxv10
2这是一个关于p的一元二次方程，要p有解，须满足Δ≥0，即
4v1v2d≥4v1(Sxd)(dv2Sxv1)2242222222整理得 Sxv1≥d(v2v1)所以，Sxmin=dv1222222v2v1，代入Sx（θ）函数可知，此时cosθ= 22v1v2
最后，Smin= SxminSy=
2v2v1d 此过程仍然比较繁复，且数学味太浓。结论得出后，我们还不难发现一个问题：当v2＜v1时，Smin＜d，这显然与事实不符。（造成这个局面的原因是：在以上的运算过程中，方程两边的平方和开方过程中必然出现了增根或遗根的现象）所以，此法给人一种玄乎的感觉。解法二：纯物理解——矢量三角形的动态分析
从图2可知，Sy恒定，Sx越小，必有S合矢量与下游河岸的夹角越大，亦即v合矢量与下游河岸的夹角越大（但不得大于90°）。
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成与分解的问题。
（学生活动）如果v1恒定不变，v2会恒定吗？若恒定，说明理由；若变化，定性判断变化趋势。
结合学生的想法，介绍极限外推的思想：当船离岸无穷远时，绳与水的夹角趋于零，v2→v1。当船比较靠岸时，可作图比较船的移动距离、绳子的缩短长度，得到v2＞v1。故“船速增大”才是正确结论。
故只能引入瞬时方位角θ，看v1和v2的瞬时关系。
（学生活动）v1和v2定量关系若何？是否可以考虑用运动的分解与合成的知识解答？ 针对如图6所示的两种典型方案，初步评说——甲图中v2 = v1cosθ，船越靠岸，θ越大，v2越小，和前面的定性结论冲突，必然是错误的。
错误的根源分析：和试验修订本教材中“飞机起飞”的运动分析进行了不恰当地联系。仔细比较这两个运动的差别，并联系“小船渡河”的运动合成等事例，总结出这样的规律—— 合运动是显性的、轨迹实在的运动，分运动是隐性的、需要分析而具有人为特征（无唯一性）的运动。
解法一：在图6（乙）中，当我们挖掘、分析了滑轮绳子端点的运动后，不难得出：船的沿水面运动是v2合运动，端点参与绳子的缩短运动v1和随绳子的转动v转，从而肯定乙方案是正确的。
即：v2 = v1 / cosθ
解法二：微元法。从考查位置开始取一个极短过程，将绳的运动和船的运动在图7（甲）中标示出来，AB是绳的初识位置，AC是绳的末位置，在AB上取AD=AC得D点，并连接CD。显然，图中BC是船的位移大小，DB是绳子的缩短长度。由于过程极短，等腰三角形ACD的顶角∠A→0，则底角∠ACD→90°，△CDB趋于直角三角形。将此三角放大成图7（乙），得出：S2 = S1 / cosθ。
鉴于过程极短，绳的缩短运动和船的运动都可以认为是匀速的，即：S2 = v2 t，S1 = v1 t。
所以：v2 = v1 / cosθ
三、斜抛运动的最大射程
物理情形：不计空气阻力，将小球斜向上抛出，初速度大小恒为v0，方向可以选择，试求小球落回原高度的最大水平位移（射程）。
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下面先解脱离点的具体位置。设脱离点为D，对应方位角为θ，如图8所示。由于在D点之后绳子就要弯曲，则此时绳子的张力T为零，而此时仍然在作圆周运动，故动力学方程仍满足
Gn = Gsinθ= mv2r
①
在再针对A→D过程，小球机械能守恒，即（选A所在的平面为参考平面）：
122mv0+ 0 = mg(L + Lsinθ)+
12mv
2② D23代入v0值解①、②两式得：θ= arcsin，（同时得到：vD =
23gL）小球脱离D点后将以vD为初速度作斜向上抛运动。它所能到达的最高点（相对A）可以用两种方法求得。解法一：运动学途径。
先求小球斜抛的最大高度，hm =
527(vDcos)2g2 =
vD(1sin2g22)
代入θ和vD的值得：hm = L
5027小球相对A的总高度：Hm = L + Lsinθ+ hm = 解法二：能量途径
L 小球在斜抛的最高点仍具有vD的水平分量，即vDsinθ= 程用机械能守恒定律（设A所在的平面为参考平面），有
122323gL。对A→最高点的过mv0+ 0 = 212m（vDsin)+ mg Hm 50272容易得到：Hm = L
五、万有引力的计算
物理情形：如图9所示，半径为R的均质球质量为M，球心在O点，现在被内切的挖去了一个半径为R/2的球形空腔（球心在O′）。在O、O′的连线上距离O点为d的地方放有一个很小的、质量为m的物体，试求这两个物体之间的万有引力。
模型分析：无论是“基本条件”还是“拓展条件”，本模型都很难直接符合，因此必须使用一些特殊的处理方法。本模型除了照应万有引力的拓展条件之外，着重www.xiexiebang.com
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解以上三式可得：vA =
aabb22GMa，vB =
aabb22GMa
再针对地球从A到C的过程，应用机械能守恒定律，有
12mv2+（－GAMmac）=
122mvC+（－GMma）
代入vA值可解得：vC =
GMa
为求A、C两点的曲率半径，在A、C两点建自然坐标，然后应用动力学（法向）方程。在A点，F万 = ΣFn = m an，设轨迹在A点的曲率半径为ρA，即：G
Mm(ac)2= m
vAA2
代入vA值可解得：ρA =
b2a
在C点，方程复杂一些，须将万有引力在τ、n方向分解，如图12所示。
然后，F万n =ΣFn = m an，即：F万cosθ= m
2vCC2
即：GMma2·ba = m
vCC
代入vC值可解得：ρC =
a2b
值得注意的是，如果针对A、C两点用开普勒第二定律，由于C点处的矢径r和瞬时速度vC不垂直，方程不能写作vA（a－c）= vC a。
正确的做法是：将vC分解出垂直于矢径的分量（分解方式可参看图12，但分解的平行四边形未画出）vC cosθ，再用vA（a－c）=（vC cosθ）a，化简之后的形式成为
vA（a－c）= vC b 要理解这个关系，有一定的难度，所以建议最好不要对A、C两点用开普勒第二定律
第三讲 典型例题解析
教材范本：龚霞玲主编《奥林匹克物理思维训练教材》，知识出版社，2002年8月第一版。例题选讲针对“教材”第五、第六章的部分例题和习题。
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第三篇：高中物理竞赛讲座讲稿：第二部分《牛顿运动定律》
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第二部分 牛顿运动定律
第一讲 牛顿三定律
一、牛顿第一定律
1、定律。惯性的量度
2、观念意义，突破“初态困惑”
二、牛顿第二定律
1、定律
2、理解要点
a、矢量性
b、独立作用性：ΣF → a，ΣFx → ax „
c、瞬时性。合力可突变，故加速度可突变（与之对比：速度和位移不可突变）；牛顿第二定律展示了加速度的决定式（加速度的定义式仅仅展示了加速度的“测量手段”）。
3、适用条件
a、宏观、低速 b、惯性系
对于非惯性系的定律修正——引入惯性力、参与受力分析
三、牛顿第三定律
1、定律
2、理解要点
a、同性质（但不同物体）b、等时效（同增同减）
c、无条件（与运动状态、空间选择无关）
第二讲 牛顿定律的应用
一、牛顿第一、第二定律的应用
单独应用牛顿第一定律的物理问题比较少，一般是需要用其解决物理问题中的某一个环节。
应用要点：合力为零时，物体靠惯性维持原有运动状态；只有物体有加速度时才需要合力。有质量的物体才有惯性。a可以突变而v、s不可突变。
1、如图1所示，在马达的驱动下，皮带运输机上方的皮带以恒定的速度向右运动。现将一工件（大小不计）在皮带左端A点轻轻放下，则在此后的过程中（）A、一段时间内，工件将在滑动摩擦力作用下，对地做加速运动
B、当工件的速度等于v时，它与皮带之间的摩擦力变为静摩擦力
C、当工件相对皮带静止时，它位于皮带上A点右侧的某一点
D、工件在皮带上有可能不存在与皮www.xiexiebang.com
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2v22g时（其中μ为工件与皮带之间的动摩擦因素），才有相对静止的过程，高考资源网（ks5u.com）
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进阶练习1：在一向右运动的车厢中，用细绳悬挂的小球呈现如图3所示的稳定状态，试求车厢的加速度。（和“思考”题同理，答：gtgθ。）
进阶练习
2、如图4所示，小车在倾角为α的斜面上匀加速运动，车厢顶用细绳悬挂一小球，发现悬绳与竖直方向形成一个稳定的夹角β。试求小车的加速度。
解：继续贯彻“矢量性”的应用，但数学处理复杂了一些（正弦定理解三角形）。分析小球受力后，根据“矢量性”我们可以做如图5所示的平行四边形，并找到相应的夹角。设张力T与斜面方向的夹角为θ，则
θ=（90°+ α）-β= 90°-（β-α）（1）对灰色三角形用正弦定理，有 Fsin = Gsin（2）
解（1）（2）两式得：ΣF =
mgsincos()
最后运用牛顿第二定律即可求小球加速度（即小车加速度）答：sincos()g。
2、如图6所示，光滑斜面倾角为θ，在水平地面上加速运动。斜面上用一条与斜面平行的细绳系一质量为m的小球，当斜面加速度为a时（a＜ctgθ），小球能够保持相对斜面静止。试求此时绳子的张力T。
解说：当力的个数较多，不能直接用平行四边形寻求合力时，宜用正交分解处理受力，在对应牛顿第二定律的“独立作用性”列方程。
正交坐标的选择，视解题方便程度而定。解法一：先介绍一般的思路。沿加速度a方向建x轴，与a垂直的方向上建y轴，如图7所示（N为斜面支持力）。于是可得两方程
ΣFx = ma，即Tx － Nx = ma ΣFy = 0，即Ty + Ny = mg 代入方位角θ，以上两式成为
T cosθ－N sinθ = ma
（1）T sinθ + Ncosθ = mg
（2）这是一个关于T和N的方程组，解（1）（2）两式得：T = mgsinθ + ma cosθ
解法二：下面尝试一下能否独立地解张力T。将正交分解的坐标选择为：x——斜面方向，y——和斜面垂直的方向。这时，在分解受力时，只分解重力G就行了，但值得注意，加速度a不在任何一个坐标轴上，是需要分解的。矢量分解后，如图8所示。
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答：2g ；0。
三、牛顿第二、第三定律的应用
要点：在动力学问题中，如果遇到几个研究对象时，就会面临如何处理对象之间的力和对象与外界之间的力问题，这时有必要引进“系统”、“内力”和“外力”等概念，并适时地运用牛顿第三定律。
在方法的选择方面，则有“隔离法”和“整体法”。前者是根本，后者有局限，也有难度，但常常使解题过程简化，使过程的物理意义更加明晰。
对N个对象，有N个隔离方程和一个（可能的）整体方程，这（N + 1）个方程中必有一个是通解方程，如何取舍，视解题方便程度而定。
补充：当多个对象不具有共同的加速度时，一般来讲，整体法不可用，但也有一种特殊的“整体方程”，可以不受这个局限（可以介绍推导过程）——
ΣF外= m1a1 + m2a2 + m3a3 + „ + mnan
F其中Σ外只能是系统外力的矢量和，等式右边也是矢量相加。
1、如图12所示，光滑水平面上放着一个长为L的均质直棒，现给棒一个沿棒方向的、大小为F的水平恒力作用，则棒中各部位的张力T随图中x的关系怎样？
解说：截取隔离对象，列整体方程和隔离方程（隔离右段较好）。
答案：N = FLx。
思考：如果水平面粗糙，结论又如何？
解：分两种情况，（1）能拉动；（2）不能拉动。
第（1）情况的计算和原题基本相同，只是多了一个摩擦力的处理，结论的化简也麻烦一些。
第（2）情况可设棒的总质量为M，和水平面的摩擦因素为μ，而F = μl＜L，则x＜(L-l)的右段没有张力，x＞(L-l)的左端才有张力。
答：若棒仍能被拉动，结论不变。
若棒不能被拉动，且F = μ
lLlLMg，其中
Mg时（μ为棒与平面的摩擦因素，l为小于L的某一值，FlM为棒的总质量），当x＜(L-l)，N≡0 ；当x＞(L-l)，N = „x-†L-l‡‟。
应用：如图13所示，在倾角为θ的固定斜面上，叠放着两个长方体滑块，它们的质量分别为m1和m2，它们之间的摩擦因素、和斜面的摩擦因素分别为μ1和μ2，系统释放后能够一起加速下滑，则它们之间的摩擦力大小为：
A、μ1 m1gcosθ ； B、μ2 m1gcosθ ； C、μ1 m2gcosθ ； D、μ1 m2gcosθ ； 解：略。答：B。（方向沿斜面向上。）
思考：（1）如果两滑块不是下滑，而是以初速度v0一起上冲，以上结论会变吗？（2）如果斜面光滑，两滑块之间有没有摩擦力？（3）如果将下面的滑块换成如图14所示的盒子，上面的滑块换www.xiexiebang.com
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四、特殊的连接体
当系统中各个体的加速度不相等时，经典的整体法不可用。如果各个体的加速度不在一条直线上，“新整体法”也将有一定的困难（矢量求和不易）。此时，我们回到隔离法，且要更加注意找各参量之间的联系。
解题思想：抓某个方向上加速度关系。方法：“微元法”先看位移关系，再推加速度关系。、1、如图18所示，一质量为M、倾角为θ的光滑斜面，放置在光滑的水平面上，另一个质量为m的滑块从斜面顶端释放，试求斜面的加速度。
解说：本题涉及两个物体，它们的加速度关系复杂，但在垂直斜面方向上，大小是相等的。对两者列隔离方程时，务必在这个方向上进行突破。
（学生活动）定型判断斜面的运动情况、滑块的运动情况。位移矢量示意图如图19所示。根据运动学规律，加速度矢量a1和a2也具有这样的关系。
（学生活动）这两个加速度矢量有什么关系？
沿斜面方向、垂直斜面方向建x、y坐标，可得： a1y = a2y ① 且：a1y = a2sinθ ② 隔离滑块和斜面，受力图如图20所示。
对滑块，列y方向隔离方程，有：
mgcosθ-N = ma1y ③ 对斜面，仍沿合加速度a2方向列方程，有：
Nsinθ= Ma2 ④
解①②③④式即可得a2。答案：a2 = msincosMmsin2g。
（学生活动）思考：如何求a1的值？
解：a1y已可以通过解上面的方程组求出；a1x只要看滑块的受力图，列x方向的隔离方程即可，显然有mgsinθ= ma1x，得:a1x = gsinθ。最后据a1 = a1xa1y求a1。
答：a1 = gsinMmsin222M2m(m2M)sin2。
2、如图21所示，与水平面成θ角的AB棒上有一滑套C，可以无摩擦地在棒上滑动，开始时与棒的A端相距b，相对棒静止。当棒保持倾角θ不变地沿水平面匀加速运动，加速度为a（且a＞gtgθ）时，求滑套C从棒的A端滑出所经历的时间。
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例题选讲针对“教材”第三章的部分例题和习题。
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第四篇：物理竞赛辅导教案：稳恒电流
第九部分 稳恒电流 第一讲 基本知识介绍
第八部分《稳恒电流》包括两大块：一是“恒定电流”，二是“物质的导电性”。前者是对于电路的外部计算，后者则是深入微观空间，去解释电流的成因和比较不同种类的物质导电的情形有什么区别。
应该说，第一块的知识和高考考纲对应得比较好，深化的部分是对复杂电路的计算（引入了一些新的处理手段）。第二块虽是全新的内容，但近几年的考试已经很少涉及，以至于很多奥赛培训资料都把它删掉了。鉴于在奥赛考纲中这部分内容还保留着，我们还是想粗略地介绍一下。
一、欧姆定律
1、电阻定律
la、电阻定律 R = ρS
b、金属的电阻率 ρ = ρ0（1 + αt）
2、欧姆定律
a、外电路欧姆定律 U = IR，顺着电流方向电势降落 b、含源电路欧姆定律
在如图8-1所示的含源电路中，从A点到B点，遵照原则：①遇电阻，顺电流方向电势降落（逆电流方向电势升高）②遇电源，正极到负极电势降落，负极到正极电势升高（与电流方向无关），可以得到以下关系 UA − IR − ε − Ir = UB 这就是含源电路欧姆定律。c、闭合电路欧姆定律
在图8-1中，若将A、B两点短接，则电流方向只可能向左，含源电路欧姆定律成为 UA + IR − ε + Ir = UB = UA
即 ε = IR + Ir，或 I = Rr
这就是闭合电路欧姆定律。值得注意的的是：①对于复杂电路，“干路电流I”不能做绝对的理解（任何要考察的一条路均可视为干路）；②电源的概念也是相对的，它可以是多个电源的串、并联，也可以是电源和电阻组成的系统；③外电阻R可以是多个电阻的串、并联或混联，但不能包含电源。
二、复杂电路的计算
1、戴维南定理：一个由独立源、线性电阻、线性受控源组成的二端网络，可以用一个电压源和电阻串联的二端网络来等效。（事实上，也可等效为“电流源和电阻并联的的二端网络”——这就成了诺顿定理。）应用方法：其等效电路的电压源的电动势等于网络的开路电压，其串联电阻等于从端钮看进去该网络中所有独立源为零值时的等效电阻。
2、基尔霍夫（克希科夫）定律
a、基尔霍夫第一定律：在任一时刻流入电路中某一分节点的电流强度的总和，等于从该点流出的电流强度的总和。
例如，在图8-2中，针对节点P，有 I2 + I3 = I1 基尔霍夫第一定律也被称为“节点电流定律”，它是电荷受恒定律在电路中的具体体现。对于基尔霍夫第一定律的理解，近来已经拓展为：流入电路中某一“包容块”的电流强度的总和，等于从该“包容块”流出的电流强度的总和。
b、基尔霍夫第二定律：在电路中任取一闭合回路，并规定正的绕行方向，其中电动势的代数和，等于各部分电阻（在交流电路中为阻抗）与电流强度乘积的代数和。例如，在图8-2中，针对闭合回路①，有 ε3 − ε2 = I3(r3 + R2 + r2)− I2R2 基尔霍夫第二定律事实上是含源部分电路欧姆定律的变体（☆同学们可以列方程 UP = „ = UP得到和上面完全相同的式子）。
3、Y−Δ变换
在难以看清串、并联关系的电路中，进行“Y型−Δ型”的相互转换常常是必要的。在图8-3所示的电路中
☆同学们可以证明Δ→ Y的结论„ Rc = Rb = R1R3R1R2R3R2R3R1R2R3R1R2R1R2R3
Ra =
Y→Δ的变换稍稍复杂一些，但我们仍然可以得到 R1 = R2 = RaRbRbRcRcRaRbRaRbRbRcRcRaRcRaRbRbRcRcRaRa
R3 =
三、电功和电功率
1、电源
使其他形式的能量转变为电能的装置。如发电机、电池等。发电机是将机械能转变为电能；干电池、蓄电池是将化学能转变为电能；光电池是将光能转变为电能；原子电池是将原子核放射能转变为电能；在电子设备中，有时也把变换电能形式的装置，如整流器等，作为电源看待。
电源电动势定义为电源的开路电压，内阻则定义为没有电动势时电路通过电源所遇到的电阻。据此不难推出相同电源串联、并联，甚至不同电源串联、并联的时的电动势和内阻的值。例如，电动势、内阻分别为ε1、r1和ε2、r2的电源并联，构成的新电源的电动势ε和内阻r分别为（☆师生共同推导„）ε = 1r22r1r1r2
r =
2、电功、电功率
r1r2r1r2
电流通过电路时，电场力对电荷作的功叫做电功W。单位时间内电场力所作的功叫做电功率P。
计算时，只有W = UIt和P = UI是完全没有条件的，对于不含源的纯电阻，电功和焦耳热
U2U2重合，电功率则和热功率重合，有W = I2Rt = Rt和P = I2R =R。
对非纯电阻电路，电功和电热的关系依据能量守恒定律求解。
四、物质的导电性
在不同的物质中，电荷定向移动形成电流的规律并不是完全相同的。
1、金属中的电流
即通常所谓的不含源纯电阻中的电流，规律遵从“外电路欧姆定律”。
2、液体导电
能够导电的液体叫电解液（不包括液态金属）。电解液中离解出的正负离子导电是液体导电的特点（如：硫酸铜分子在通常情况下是电中性的，但它在溶液里受水分子的作用就会离解成铜离子Cu2+和硫酸根离子S
O24，它们在电场力的作用下定向移动形成电流）。
在电解液中加电场时，在两个电极上（或电极旁）同时产生化学反应的过程叫作“电解”。电解的结果是在两个极板上（或电极旁）生成新的物质。液体导电遵从法拉第电解定律—— 法拉第电解第一定律：电解时在电极上析出或溶解的物质的质量和电流强度、跟通电时间成正比。表达式：m = kIt ＝ KQ（式中Q为析出质量为m的物质所需要的电量；K为电化当量，电化当量的数值随着被析出的物质种类而不同，某种物质的电化当量在数值上等于通过1C电量时析出的该种物质的质量，其单位为kg/C。）法拉第电解第二定律：物质的电化当量K和它的化学当量成正比。某种物质的化学当量是该
M物质的摩尔质量M（克原子量）和它的化合价n的比值，即 K = Fn，而F为法拉第常数，对任何物质都相同，F = 9.65×104C/mol。
M将两个定律联立可得：m = FnQ。
3、气体导电
气体导电是很不容易的，它的前提是气体中必须出现可以定向移动的离子或电子。按照“载流子”出现方式的不同，可以把气体放电分为两大类—— a、被激放电
在地面放射性元素的辐照以及紫外线和宇宙射线等的作用下，会有少量气体分子或原子被电离，或在有些灯管内，通电的灯丝也会发射电子，这些“载流子”均会在电场力作用下产生定向移动形成电流。这种情况下的电流一般比较微弱，且遵从欧姆定律。典型的被激放电情形有
b、自激放电
但是，当电场足够强，电子动能足够大，它们和中性气体相碰撞时，可以使中性分子电离，即所谓碰撞电离。同时，在正离子向阴极运动时，由于以很大的速度撞到阴极上，还可能从阴极表面上打出电子来，这种现象称为二次电子发射。碰撞电离和二次电子发射使气体中在很短的时间内出现了大量的电子和正离子，电流亦迅速增大。这种现象被称为自激放电。自激放电不遵从欧姆定律。
常见的自激放电有四大类：辉光放电、弧光放电、火花放电、电晕放电。
4、超导现象
据金属电阻率和温度的关系，电阻率会随着温度的降低和降低。当电阻率降为零时，称为超导现象。电阻率为零时对应的温度称为临界温度。超导现象首先是荷兰物理学家昂尼斯发现的。
超导的应用前景是显而易见且相当广阔的。但由于一般金属的临界温度一般都非常低，故产业化的价值不大，为了解决这个矛盾，科学家们致力于寻找或合成临界温度比较切合实际的材料就成了当今前沿科技的一个热门领域。当前人们的研究主要是集中在合成材料方面，临界温度已经超过100K，当然，这个温度距产业化的期望值还很远。
5、半导体
半导体的电阻率界于导体和绝缘体之间，且ρ值随温度的变化呈现“反常”规律。组成半导体的纯净物质这些物质的化学键一般都是共价键，其稳固程度界于离子键和金属键之间，这样，价电子从外界获得能量后，比较容易克服共价键的束缚而成为自由电子。当有外电场存在时，价电子移动，同时造成“空穴”（正电）的反向移动，我们通常说，半导体导电时，存在两种载流子。只是在常态下，半导体中的载流子浓度非常低。半导体一般是四价的，如果在半导体掺入三价元素，共价键中将形成电子缺乏的局面，使“空穴”载流子显著增多，形成P型半导体。典型的P型半导体是硅中掺入微量的硼。如果掺入五价元素，共价键中将形成电子多余的局面，使电子载流子显著增多，形成N型半导体。典型的N型半导体是硅中掺入微量的磷。如果将P型半导体和N型半导体烧结，由于它们导电的载流子类型不同，将会随着组合形式的不同而出现一些非常独特的物理性质，如二极管的单向导电性和三极管的放大性。
第二讲 重要模型和专题
一、纯电阻电路的简化和等效
1、等势缩点法
将电路中电势相等的点缩为一点，是电路简化的途径之一。至于哪些点的电势相等，则需要具体问题具体分析——
【物理情形1】在图8-4甲所示的电路中，R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R，试求A、B两端的等效电阻RAB。
【模型分析】这是一个基本的等势缩点的事例，用到的是物理常识是：导线是等势体，用导线相连的点可以缩为一点。将图8-4甲图中的A、D缩为一点A后，成为图8-4乙图
对于图8-4的乙图，求RAB就容易了。
3【答案】RAB = 8R。
【物理情形2】在图8-5甲所示的电路中，R1 = 1Ω，R2 = 4Ω，R3 = 3Ω，R4 = 12Ω，R5 = 10Ω，试求A、B两端的等效电阻RAB。
【模型分析】这就是所谓的桥式电路，这里先介绍简单的情形：将A、B两端接入电源，并假设R5不存在，C、D两点的电势有什么关系？ ☆学员判断„→结论：相等。
因此，将C、D缩为一点C后，电路等效为图8-5乙
对于图8-5的乙图，求RAB是非常容易的。事实上，只要满足电路称为“平衡电桥”。
15【答案】RAB = 4Ω。
R1R2=
R3R4的关系，我们把桥式〖相关介绍〗英国物理学家惠斯登曾将图8-5中的R5换成灵敏电流计○G，将R1、R2中的某一个电阻换成待测电阻、将R3、R4换成带触头的电阻丝，通过调节触头P的位置，观察电流计示数为零来测量带测电阻Rx的值，这种测量电阻的方案几乎没有系统误差，历史上称之为“惠斯登电桥”。
请学员们参照图8-6思考惠斯登电桥测量电阻的原理，并写出Rx的表达式（触头两端的电阻丝长度LAC和LCB是可以通过设置好的标尺读出的）。☆学员思考、计算„
【答案】Rx =R0。
【物理情形3】在图8-7甲所示的有限网络中，每一小段导体的电阻均为R，试求A、B两点之间的等效电阻RAB。
【模型分析】在本模型中，我们介绍“对称等势”的思想。当我们将A、B两端接入电源，电流从A流向B时，相对A、B连线对称的点电流流动的情形必然是完全相同的，即：在图8-7乙图中标号为1的点电势彼此相等，标号为2的点电势彼此相等„。将它们缩点后，1点和B点之间的等效电路如图8-7丙所示。LCBLAC
5不难求出，R1B = 14R，而RAB = 2R1B。5【答案】RAB = 7R。
2、△→Y型变换
【物理情形】在图8-5甲所示的电路中，将R1换成2Ω的电阻，其它条件不变，再求A、B两端的等效电阻RAB。
【模型分析】此时的电桥已经不再“平衡”，故不能采取等势缩点法简化电路。这里可以将电路的左边或右边看成△型电路，然后进行△→Y型变换，具体操作如图8-8所示。根据前面介绍的定式，有 Ra = Rb = Rc = R1R3R1R3R5R1R5R1R3R5R3R5R1R3R5232 = 2310 = 5Ω 2104 = 2310 = 3Ω 310 = 2310 = 2Ω
再求RAB就容易了。
618【答案】RAB = 145Ω。
3、电流注入法
【物理情形】对图8-9所示无限网络，求A、B两点间的电阻RAB。【模型分析】显然，等势缩点和△→Y型变换均不适用这种网络的计算。这里介绍“电流注入法”的应用。应用电流注入法的依据是：对于任何一个等效电阻R，欧
姆定律都是适用的，而且，对于每一段导体，欧姆定律也是适用的。
现在，当我们将无穷远接地，A点接电源正极，从A点注入电流I时，AB小段导体的电流必为I/3 ；
当我们将无穷远接地，B点接电源负极，从B点抽出电流I时，AB小段导体的电流必为I/3 ； 那么，当上面“注入”和“抽出”的过程同时进行时，AB小段导体的电流必为2I/3。最后，分别对导体和整个网络应用欧姆定律，即不难求出RAB。
2【答案】RAB =3R。
〖相关介绍〗事实上，电流注入法是一个解复杂电路的基本工具，而不是仅仅可以适用于无限网络。下面介绍用电流注入法解图8-8中桥式电路（不平衡）的RAB。
从A端注入电流I，并设流过R1和R2的电流分别为I1和I2，则根据基尔霍夫第一定律，其它三个电阻的电流可以表示为如图8-10所示。
然后对左边回路用基尔霍夫第二定律，有 I1R1 +(I1 − I2)R5 −(I − I1)R3 = 0 即 2I1 + 10(I1 − I2)− 3(I − I1)= 0 整理后得 15I1 − 10I2 = 3I ① 对左边回路用基尔霍夫第二定律，有
I2R2 −(I − I2)R4 −(I1 − I2)R5 = 0 即 4I2 − 12(I − I2)− 10(I1 − I2)= 0 整理后得 −5I1 + 13I2 = 6I ②
9921解①②两式，得 I1 = 145I，I2 = 29I 很显然 UA − I1R1 − I2R2 = UB 9921618即 UAB = 2×145I + 4×29I = 145I
UAB618最后对整块电路用欧姆定律，有 RAB = I = 145Ω。
4、添加等效法
【物理情形】在图8-11甲所示无限网络中，每个电阻的阻值均为R，试求A、B两点间的电阻RAB。
【模型分析】解这类问题，我们要用到一种数学思想，那就是：无穷大和有限数的和仍为无穷大。在此模型中，我们可以将“并联一个R再串联一个R”作为电路的一级，总电路是这样无穷级的叠加。在图8-11乙图中，虚线部分右边可以看成原有无限网络，当它添加一级后，仍为无限网络，即
RAB∥R + R = RAB 解这个方程就得出了RAB的值。
15【答案】RAB = 2R。
〖学员思考〗本题是否可以用“电流注入法”求解？ 〖解说〗可以，在A端注入电流I后，设第一级的并联电阻分流为I1，则结合基尔霍夫第一定律和应有的比例关系，可以得出相应的电流值如图8-12所示 对图中的中间回路，应用基尔霍夫第二定律，有
I1(I − I1)R +(I − I1)IR − I1R = 0 51解得 I1 = 2I 很显然 UA − IR − I1R = UB
1551即 UAB = IR + 2IR = 2IR UAB15最后，RAB = I = 2R。
【综合应用】在图8-13甲所示的三维无限网络中，每两个节点之间的导体电阻均为R，试求A、B两点间的等效电阻RAB。
【解说】当A、B两端接入电源时，根据“对称等势”的思想可知，C、D、E„各点的电势是彼此相等的，电势相等的点可以缩为一点，它们之间的电阻也可以看成不存在。这里取后一中思想，将CD间的导体、DE间的导体„取走后，电路可以等效为图8-13乙所示的二维无限网络。
321对于这个二维无限网络，不难求出 R′= 3R 2R显然，RAB = R′∥3∥R′
2【答案】RAB = 21R。
二、含源电路的简化和计算
1、戴维南定理的应用
【物理情形】在如图8-14甲所示电路中，电源ε = 1.4V，内阻不计，R1 = R4 = 2Ω，R2 = R3 = R5 = 1Ω，试用戴维南定理解流过电阻R5的电流。
【模型分析】用戴维南定理的目的是将电源系统或与电源相关联的部分电路等效为一个电源，然后方便直接应用闭合电路欧姆定律。此电路中的电源只有一个，我们可以援用后一种思路，将除R5之外的电阻均看成“与电源相关联的”部分，于是——
将电路做“拓扑”变换，成图8-14乙图。这时候，P、Q两点可看成“新电源”的两极，设新电源的电动势为ε′，内阻为r′，则
4r′= R1∥R2 + R3∥R4 = 3Ω
ε′为P、Q开路时的电压。开路时，R1的电流I1和R3的电流I3相等，I1 = I3 = 177（R1R2)(R3R4)2 = 15A，令“老电源”的负极接地，则UP = I1R2 = 15V，UQ = I3R4 147= 15V，所以 ε′= UQP = 15V 最后电路演化成图8-14丙时，R5的电流就好求了。
【答案】R5上电流大小为0.20A，方向（在甲图中）向上。
2、基尔霍夫定律的应用
基尔霍夫定律的内容已经介绍，而且在（不含源）部分电路中已经做过了应用。但是在比较复杂的电路中，基尔霍夫第一定律和第二定律的独立方程究竟有几个？这里需要补充一个法则，那就是——
基尔霍夫第一定律的独立方程个数为节点总数减一； 基尔霍夫第二定律的独立方程个数则为独立回路的个数。而且，独立回路的个数m应该这样计算
m = p − n + 1 其中p为支路数目（不同电流值的数目），n为节点个数。譬如，在图8-15所示的三个电路中，m应该这样计算
甲图，p = 3，n = 2，m = 3 −2 + 1 = 2 乙图，p = 6，n = 4，m = 6 −4 + 1 = 3 丙图，p = 8，n = 5，m = 8 −5 + 1 = 4 以上的数目也就是三个电路中基尔霍夫第二定律的独立方程个数。
思考启发：学员观察上面三个电路中m的结论和电路的外部特征，能得到什么结果？ ☆学员：m事实上就是“不重叠”的回路个数！（可在丙图的基础上添加一支路验证„）【物理情形1】在图8-16所示的电路中，ε1 = 32V，ε2 = 24V，两电源的内阻均不计，R1 = 5Ω，R2 = 6Ω，R3 = 54Ω，求各支路的电流。
【模型分析】这是一个基尔霍夫定律的基本应用，第一定律的方程个数为 n − 1 = 2，第二方程的个数为 p − n + 1 = 2 由第一定律，有 I3 = I1 + I2 由第二定律，左回路有 ε1 − ε2 = I1R1 − I2R2 左回路有 ε2 = I2R2 + I3R3 代入数字后，从这三个方程不难解出 I1 = 1.0A，I2 = −0.5A，I3 = 0.5A 这里I2的负号表明实际电流方向和假定方向相反。
【答案】R1的电流大小为1.0A，方向向上，R2的电流大小为0.5A，方向向下，R3的电流大小为0.5A，方向向下。
【物理情形2】用基尔霍夫定律解图8-14甲所示电路中R5的电流（所有已知条件不变）。【模型分析】此电路p = 6，n = 4，故基尔霍夫第一定律方程个数为3，第二定律方程个数为3。为了方便，将独立回路编号为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，电流只设了三个未知量I1、I2和I3，其它三个电流则直接用三个第一定律方程表达出来，见图8-17。这样，我们只要解三个基尔霍夫第二定律方程就可以了。对Ⅰ回路，有 I2R1 + I1R5 − I3R3 = 0 即 2I2 + 1I1 − 1I3 = 0 ① 对Ⅱ回路，有(I2 − I1)R2 −(I1 + I3)R4 − I1R5 = 0 即 1(I2 − I1)− 2(I1 + I3)− 1I1 = 0 ②
对Ⅲ回路，有 ε = I3R3 +(I1 + I3)R4 即 1.4 = 1I3 + 2(I1 + I3)③
解①②③式不难得出 I1 = −0.2A。（I2 = 0.4A，I3 = 0.6A）【答案】略。
【物理情形3】求解图8-18所示电路中流过30Ω电阻的电流。【模型分析】基尔霍夫第一定律方程2个，已在图中体现 基尔霍夫第二定律方程3个，分别为——
对Ⅰ回路，有 100 =(I2 − I1)+ I2·10 ① 对Ⅱ回路，有 40 = I2·10 + I1·30 − I3·10 ② 对Ⅲ回路，有 100 = I3·10 +(I1 + I3)·10 ③
解①②③式不难得出 I1 = 1.0A。（I2 = 5.5A，I3 = 4.5A）【答案】大小为1.0A，方向向左。
〖小结〗解含源电路我们引进了戴维南定理和基尔霍夫定律两个工具。原则上，对任何一个
问题，两种方法都可以用。但是，当我们面临的只是求某一条支路的电流，则用戴维南定理较好，如果要求求出多个（或所有）支路的电流，则用基尔霍夫定律较好。而且我们还必须看到，随着独立回路个数的增多，基尔霍夫第二定律的方程随之增多，解题的麻烦程度随之增大。
三、液体导电及其它
【物理情形】已知法拉第恒量F = 9.65×104C/mol，金的摩尔质量为0.1972kg/mol，金的化合价为3，要想在电解池中析出1g金，需要通过多少电量？金是在电解池的正极板还是在负极板析出？
【解说】法拉第电解定律（综合mFn形式）的按部就班应用，即 Q = M，代入相关数据（其中m = 1.0×10−3kg，n = 3）即可。
【答案】需要1.47×103C电量，金在负极板析出。
【相关应用】在图8-19所示的装置中，如果在120分钟内淀积3.0×1022个银原子，银的化合价为1。在电流表中显示的示数是多少？若将阿弗伽德罗常数视为已知量，试求法拉第恒量。【解说】第一问根据电流定义即可求得；
3.010221.61019MQM3.01022M236.0210mn第二问 F = =
【答案】0.667A；9.63×104C/mol。
四、问题补遗——欧姆表
图8-20展示了欧姆表的基本原理图（未包括换档电路），虚线方框内是欧姆表的内部结构，它包含表头G、直流电源ε（常用干电池）及电阻RΩ。当被测电阻Rx接入电路时，表头G电流
I =
可以看出，对给定的欧姆表，I与Rx有一一对应的关系，所以由表头指针的位置可以知道Rx的大小。为了读数方便，事先在刻度盘上直接标出欧姆值。
考查I（Rx）函数，不难得出欧姆表的刻度特点有三：①大值在左边、小值在右边；②不均匀，小值区域稀疏、大值区域密集；③没有明确的量程，最右边为零，最左边为∞。
欧姆表虽然没有明确的量程，并不以为着测量任何电阻都是准确的，因为大值区域的刻度线太密，难以读出准确读数。这里就有一个档位选择问题。欧姆表上备有“×1”、“×10”、“×100”、“×1k”不同档位，它们的意义是：表盘的读数乘以这个倍数就是最后的测量结果。比如，一个待测电阻阻值越20kΩ，选择“×10”档，指针将指在2k附近（密集区），不准，选择“×1k”档，指针将指在20附近（稀疏区），读数就准确了。
RgrRRx
不同的档位是因为欧姆表的中值电阻可以选择造成的。当Rx =（Rg + r + RΩ）时，表头1电流I = 2Ig，指针指在表盘的几何中心，故称此时的Rx——即（Rg + r + RΩ）——为中值电阻，它就是表盘正中刻度的那个数字乘以档位倍数。很显然，对于一个给定的欧姆档，中值电阻（简称R中）应该是固定不变的。
由于欧姆表必须保证Rx = 0时，指针指到最右边（0Ω刻度），即
= Ig 这个式子当中，只有Rg和Ig是一成不变的，ε、r均会随着电池的用旧而改变（ε↓、r↑），为了保证方程继续成立，有必要调整RΩ的值，这就是欧姆表在使用时的一个必不可少的步骤：欧姆调零，即将两表笔短接，观察指针指到最右边（0Ω刻度）即可。
所以，在使用欧姆表时，选档和调零是必不可少的步骤，而且换档后，必须重新调零。【相关问题1】当欧姆表的电池用旧了之后，在操作规范的前提下，它的测值会（填“偏大”、“偏小”或“继续准确”）。
【解说】这里的操作规范是指档位选择合适、已正确调零。电池用旧后，ε↓、r↑，但调
IgRgrR零时，务必要使RΩ↓，但Rg + r + RΩ = R中 =，故R中↓，形成系统误差是必然的。
设新电池状态下电源电动势为ε、中值电阻为R中，用旧状态下电源电动势为ε′、中值电阻为R中′，则针对同一个Rx，有
新电池状态 I = R中Rx =
RxIg =
1IgIgRx
旧电池状态 I′= R中Rx =
RxIg =
1IgIgRx
两式比较后，不难得出 I′＜ I，而表盘的刻度没有改变，故欧姆示数增大。【答案】偏大。
【相关问题2】用万用表之欧姆档测某二极管极性时，发现指针偏转极小，则与红表笔相连接的应为二极管的 极。
【解说】欧姆档指针偏转极小，表明电阻示数很大；欧姆表的红表笔是和内部电源的负极相连的。
【答案】正。
☆第八部分完☆
第五篇：物理竞赛辅导教案：稳恒电流
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第九部分 稳恒电流 第一讲 基本知识介绍
第八部分《稳恒电流》包括两大块：一是“恒定电流”，二是“物质的导电性”。前者是对于电路的外部计算，后者则是深入微观空间，去解释电流的成因和比较不同种类的物质导电的情形有什么区别。
应该说，第一块的知识和高考考纲对应得比较好，深化的部分是对复杂电路的计算（引入了一些新的处理手段）。第二块虽是全新的内容，但近几年的考试已经很少涉及，以至于很多奥赛培训资料都把它删掉了。鉴于在奥赛考纲中这部分内容还保留着，我们还是想粗略地介绍一下。
一、欧姆定律
1、电阻定律
la、电阻定律 R = ρS
b、金属的电阻率 ρ = ρ0（1 + αt）
2、欧姆定律
a、外电路欧姆定律 U = IR，顺着电流方向电势降落 b、含源电路欧姆定律
在如图8-1所示的含源电路中，从A点到B点，遵照原则：①遇电阻，顺电流方向电势降落（逆电流方向电势升高）②遇电源，正极到负极电势降落，负极到正极电势升高（与电流方向无关），可以得到以下关系 UA − IR − ε − Ir = UB 这就是含源电路欧姆定律。c、闭合电路欧姆定律
在图8-1中，若将A、B两点短接，则电流方向只可能向左，含源电路欧姆定律成为 UA + IR − ε + Ir = UB = UA
即 ε = IR + Ir，或 I = Rr
这就是闭合电路欧姆定律。值得注意的的是：①对于复杂电路，“干路电流I”不能做绝对的理解（任何要考察的一条路均可视为干路）；②电源的概念也是相对的，它可以是多个电源的串、并联，也可以是电源和电阻组成的系统；③外电阻R可以是多个电阻的串、并联或混联，但不能包含电源。
二、复杂电路的计算
1、戴维南定理：一个由独立源、线性电阻、线性受控源组成的二端网络，可以用一个电压源和电阻串联的二端网络来等效。（事实上，也可等效为“电流源和电阻并联的的二端网络”——这就成了诺顿定理。）应用方法：其等效电路的电压源的电动势等于网络的开路电压，其串联电阻等于从端钮看进去该网络中所有独立源为零值时的等效电阻。
2、基尔霍夫（克希科夫）定律
a、基尔霍夫第一定律：在任一时刻流入电路中某一分节点的电流强度的总和，等于从该点流出的电流强度的总和。
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例如，在图8-2中，针对节点P，有 I2 + I3 = I1 基尔霍夫第一定律也被称为“节点电流定律”，它是电荷受恒定律在电路中的具体体现。对于基尔霍夫第一定律的理解，近来已经拓展为：流入电路中某一“包容块”的电流强度的总和，等于从该“包容块”流出的电流强度的总和。
b、基尔霍夫第二定律：在电路中任取一闭合回路，并规定正的绕行方向，其中电动势的代数和，等于各部分电阻（在交流电路中为阻抗）与电流强度乘积的代数和。例如，在图8-2中，针对闭合回路①，有 ε3 − ε2 = I3(r3 + R2 + r2)− I2R2 基尔霍夫第二定律事实上是含源部分电路欧姆定律的变体（☆同学们可以列方程 UP = „ = UP得到和上面完全相同的式子）。
3、Y−Δ变换
在难以看清串、并联关系的电路中，进行“Y型−Δ型”的相互转换常常是必要的。在图8-3所示的电路中
☆同学们可以证明Δ→ Y的结论„ Rc = Rb = R1R3R1R2R3R2R3R1R2R3R1R2R1R2R3
Ra =
Y→Δ的变换稍稍复杂一些，但我们仍然可以得到 R1 = R2 = RaRbRbRcRcRaRbRaRbRbRcRcRaRcRaRbRbRcRcRaRa
R3 =
三、电功和电功率
1、电源
使其他形式的能量转变为电能的装置。如发电机、电池等。发电机是将机械能转变为电能；干电池、蓄电池是将化学能转变为电能；光电池是将光能转变为电能；原子电池是将原子核放射能转变为电能；在电子设备中，有时也把变换电能形式的装置，如整流器等，作为电源看待。
电源电动势定义为电源的开路电压，内阻则定义为没有电动势时电路通过电源所遇到的电阻。据此不难推出相同电源串联、并联，甚至不同电源串联、并联的时的电动势和内阻的值。例如，电动势、内阻分别为ε1、r1和ε2、r2的电源并联，构成的新电源的电动势ε和内阻r分别为（☆师生共同推导„）ε = 1r22r1r1r2
r =
2、电功、电功率
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电流通过电路时，电场力对电荷作的功叫做电功W。单位时间内电场力所作的功叫做电功率P。
计算时，只有W = UIt和P = UI是完全没有条件的，对于不含源的纯电阻，电功和焦耳热
U2U2重合，电功率则和热功率重合，有W = I2Rt = Rt和P = I2R =R。
对非纯电阻电路，电功和电热的关系依据能量守恒定律求解。
四、物质的导电性
在不同的物质中，电荷定向移动形成电流的规律并不是完全相同的。
1、金属中的电流
即通常所谓的不含源纯电阻中的电流，规律遵从“外电路欧姆定律”。
2、液体导电
能够导电的液体叫电解液（不包括液态金属）。电解液中离解出的正负离子导电是液体导电的特点（如：硫酸铜分子在通常情况下是电中性的，但它在溶液里受水分子的作用就会离解成铜离子Cu2+和硫酸根离子S
O24，它们在电场力的作用下定向移动形成电流）。
在电解液中加电场时，在两个电极上（或电极旁）同时产生化学反应的过程叫作“电解”。电解的结果是在两个极板上（或电极旁）生成新的物质。液体导电遵从法拉第电解定律—— 法拉第电解第一定律：电解时在电极上析出或溶解的物质的质量和电流强度、跟通电时间成正比。表达式：m = kIt ＝ KQ（式中Q为析出质量为m的物质所需要的电量；K为电化当量，电化当量的数值随着被析出的物质种类而不同，某种物质的电化当量在数值上等于通过1C电量时析出的该种物质的质量，其单位为kg/C。）法拉第电解第二定律：物质的电化当量K和它的化学当量成正比。某种物质的化学当量是该
M物质的摩尔质量M（克原子量）和它的化合价n的比值，即 K = Fn，而F为法拉第常数，对任何物质都相同，F = 9.65×104C/mol。
M将两个定律联立可得：m = FnQ。
3、气体导电
气体导电是很不容易的，它的前提是气体中必须出现可以定向移动的离子或电子。按照“载流子”出现方式的不同，可以把气体放电分为两大类—— a、被激放电
在地面放射性元素的辐照以及紫外线和宇宙射线等的作用下，会有少量气体分子或原子被电离，或在有些灯管内，通电的灯丝也会发射电子，这些“载流子”均会在电场力作用下产生定向移动形成电流。这种情况下的电流一般比较微弱，且遵从欧姆定律。典型的被激放电情形有
b、自激放电
但是，当电场足够强，电子动能足够大，它们和中性气体相碰撞时，可以使中性分子电离，即所谓碰撞电离。同时，在正离子向阴极运动时，由于以很大的速度撞到阴极上，还可能从阴极表面上打出电子来，这种现象称为二次电子发射。碰撞电离和二次电子发射使气体中在很短的时间内出现了大量的电子和正离子，电流亦迅速增大。这种现象被称为自激放电。自激放电不遵从欧姆定律。
常见的自激放电有四大类：辉光放电、弧光放电、火花放电、电晕放电。
4、超导现象
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据金属电阻率和温度的关系，电阻率会随着温度的降低和降低。当电阻率降为零时，称为超导现象。电阻率为零时对应的温度称为临界温度。超导现象首先是荷兰物理学家昂尼斯发现的。
超导的应用前景是显而易见且相当广阔的。但由于一般金属的临界温度一般都非常低，故产业化的价值不大，为了解决这个矛盾，科学家们致力于寻找或合成临界温度比较切合实际的材料就成了当今前沿科技的一个热门领域。当前人们的研究主要是集中在合成材料方面，临界温度已经超过100K，当然，这个温度距产业化的期望值还很远。
5、半导体
半导体的电阻率界于导体和绝缘体之间，且ρ值随温度的变化呈现“反常”规律。组成半导体的纯净物质这些物质的化学键一般都是共价键，其稳固程度界于离子键和金属键之间，这样，价电子从外界获得能量后，比较容易克服共价键的束缚而成为自由电子。当有外电场存在时，价电子移动，同时造成“空穴”（正电）的反向移动，我们通常说，半导体导电时，存在两种载流子。只是在常态下，半导体中的载流子浓度非常低。半导体一般是四价的，如果在半导体掺入三价元素，共价键中将形成电子缺乏的局面，使“空穴”载流子显著增多，形成P型半导体。典型的P型半导体是硅中掺入微量的硼。如果掺入五价元素，共价键中将形成电子多余的局面，使电子载流子显著增多，形成N型半导体。典型的N型半导体是硅中掺入微量的磷。如果将P型半导体和N型半导体烧结，由于它们导电的载流子类型不同，将会随着组合形式的不同而出现一些非常独特的物理性质，如二极管的单向导电性和三极管的放大性。
第二讲 重要模型和专题
一、纯电阻电路的简化和等效
1、等势缩点法
将电路中电势相等的点缩为一点，是电路简化的途径之一。至于哪些点的电势相等，则需要具体问题具体分析——
【物理情形1】在图8-4甲所示的电路中，R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R，试求A、B两端的等效电阻RAB。
【模型分析】这是一个基本的等势缩点的事例，用到的是物理常识是：导线是等势体，用导线相连的点可以缩为一点。将图8-4甲图中的A、D缩为一点A后，成为图8-4乙图
对于图8-4的乙图，求RAB就容易了。
3【答案】RAB = 8R。
【物理情形2】在图8-5甲所示的电路中，R1 = 1Ω，R2 = 4Ω，R3 = 3Ω，R4 = 12Ω，www.xiexiebang.com 版权所有@高考资源网 高考资源网（ks5u.com）
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R5 = 10Ω，试求A、B两端的等效电阻RAB。
【模型分析】这就是所谓的桥式电路，这里先介绍简单的情形：将A、B两端接入电源，并假设R5不存在，C、D两点的电势有什么关系？ ☆学员判断„→结论：相等。
因此，将C、D缩为一点C后，电路等效为图8-5乙
对于图8-5的乙图，求RAB是非常容易的。事实上，只要满足电路称为“平衡电桥”。
15【答案】RAB = 4Ω。
R1R2=
R3R4的关系，我们把桥式〖相关介绍〗英国物理学家惠斯登曾将图8-5中的R5换成灵敏电流计○G，将R1、R2中的某一个电阻换成待测电阻、将R3、R4换成带触头的电阻丝，通过调节触头P的位置，观察电流计示数为零来测量带测电阻Rx的值，这种测量电阻的方案几乎没有系统误差，历史上称之为“惠斯登电桥”。
请学员们参照图8-6思考惠斯登电桥测量电阻的原理，并写出Rx的表达式（触头两端的电阻丝长度LAC和LCB是可以通过设置好的标尺读出的）。☆学员思考、计算„
【答案】Rx =R0。
【物理情形3】在图8-7甲所示的有限网络中，每一小段导体的电阻均为R，试求A、B两点之间的等效电阻RAB。
【模型分析】在本模型中，我们介绍“对称等势”的思想。当我们将A、B两端接入电源，电流从A流向B时，相对A、B连线对称的点电流流动的情形必然是完全相同的，即：在图8-7乙图中标号为1的点电势彼此相等，标号为2的点电势彼此相等„。将它们缩点后，1点和B点之间的等效电路如图8-7丙所示。LCBLAC www.xiexiebang.com 版权所有@高考资源网 高考资源网（ks5u.com）
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5不难求出，R1B = 14R，而RAB = 2R1B。5【答案】RAB = 7R。
2、△→Y型变换
【物理情形】在图8-5甲所示的电路中，将R1换成2Ω的电阻，其它条件不变，再求A、B两端的等效电阻RAB。
【模型分析】此时的电桥已经不再“平衡”，故不能采取等势缩点法简化电路。这里可以将电路的左边或右边看成△型电路，然后进行△→Y型变换，具体操作如图8-8所示。根据前面介绍的定式，有 Ra = Rb = Rc = R1R3R1R3R5R1R5R1R3R5R3R5R1R3R5232 = 2310 = 5Ω 2104 = 2310 = 3Ω 310 = 2310 = 2Ω
再求RAB就容易了。
618【答案】RAB = 145Ω。
3、电流注入法
【物理情形】对图8-9所示无限网络，求A、B两点间的电阻RAB。【模型分析】显然，等势缩点和△→Y型变换均不适用这 www.xiexiebang.com 版权所有@高考资源网 高考资源网（ks5u.com）
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种网络的计算。这里介绍“电流注入法”的应用。
应用电流注入法的依据是：对于任何一个等效电阻R，欧姆定律都是适用的，而且，对于每一段导体，欧姆定律也是适用的。
现在，当我们将无穷远接地，A点接电源正极，从A点注入电流I时，AB小段导体的电流必为I/3 ；
当我们将无穷远接地，B点接电源负极，从B点抽出电流I时，AB小段导体的电流必为I/3 ； 那么，当上面“注入”和“抽出”的过程同时进行时，AB小段导体的电流必为2I/3。最后，分别对导体和整个网络应用欧姆定律，即不难求出RAB。
2【答案】RAB =3R。
〖相关介绍〗事实上，电流注入法是一个解复杂电路的基本工具，而不是仅仅可以适用于无限网络。下面介绍用电流注入法解图8-8中桥式电路（不平衡）的RAB。
从A端注入电流I，并设流过R1和R2的电流分别为I1和I2，则根据基尔霍夫第一定律，其它三个电阻的电流可以表示为如图8-10所示。
然后对左边回路用基尔霍夫第二定律，有 I1R1 +(I1 − I2)R5 −(I − I1)R3 = 0 即 2I1 + 10(I1 − I2)− 3(I − I1)= 0 整理后得 15I1 − 10I2 = 3I ① 对左边回路用基尔霍夫第二定律，有
I2R2 −(I − I2)R4 −(I1 − I2)R5 = 0 即 4I2 − 12(I − I2)− 10(I1 − I2)= 0 整理后得 −5I1 + 13I2 = 6I ②
9921解①②两式，得 I1 = 145I，I2 = 29I 很显然 UA − I1R1 − I2R2 = UB 9921618即 UAB = 2×145I + 4×29I = 145I
UAB618最后对整块电路用欧姆定律，有 RAB = I = 145Ω。
4、添加等效法
【物理情形】在图8-11甲所示无限网络中，每个电阻的阻值均为R，试求A、B两点间的电阻RAB。
【模型分析】解这类问题，我们要用到一种数学思想，那就是：无穷大和有限数的和仍为无 www.xiexiebang.com 版权所有@高考资源网 高考资源网（ks5u.com）
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穷大。在此模型中，我们可以将“并联一个R再串联一个R”作为电路的一级，总电路是这样无穷级的叠加。在图8-11乙图中，虚线部分右边可以看成原有无限网络，当它添加一级后，仍为无限网络，即 RAB∥R + R = RAB 解这个方程就得出了RAB的值。
15【答案】RAB = 2R。
〖学员思考〗本题是否可以用“电流注入法”求解？ 〖解说〗可以，在A端注入电流I后，设第一级的并联电阻分流为I1，则结合基尔霍夫第一定律和应有的比例关系，可以得出相应的电流值如图8-12所示 对图中的中间回路，应用基尔霍夫第二定律，有
I1(I − I1)R +(I − I1)IR − I1R = 0 51解得 I1 = 2I 很显然 UA − IR − I1R = UB
1551即 UAB = IR + 2IR = 2IR UAB15最后，RAB = I = 2R。
【综合应用】在图8-13甲所示的三维无限网络中，每两个节点之间的导体电阻均为R，试求A、B两点间的等效电阻RAB。
【解说】当A、B两端接入电源时，根据“对称等势”的思想可知，C、D、E„各点的电势是彼此相等的，电势相等的点可以缩为一点，它们之间的电阻也可以看成不存在。这里取后一中思想，将CD间的导体、DE间的导体„取走后，电路可以等效为图8-13乙所示的二维无限网络。
321对于这个二维无限网络，不难求出 R′= 3R 2R显然，RAB = R′∥3∥R′
2【答案】RAB = 21R。
二、含源电路的简化和计算
1、戴维南定理的应用
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【物理情形】在如图8-14甲所示电路中，电源ε = 1.4V，内阻不计，R1 = R4 = 2Ω，R2 = R3 = R5 = 1Ω，试用戴维南定理解流过电阻R5的电流。
【模型分析】用戴维南定理的目的是将电源系统或与电源相关联的部分电路等效为一个电源，然后方便直接应用闭合电路欧姆定律。此电路中的电源只有一个，我们可以援用后一种思路，将除R5之外的电阻均看成“与电源相关联的”部分，于是——
将电路做“拓扑”变换，成图8-14乙图。这时候，P、Q两点可看成“新电源”的两极，设新电源的电动势为ε′，内阻为r′，则
4r′= R1∥R2 + R3∥R4 = 3Ω
ε′为P、Q开路时的电压。开路时，R1的电流I1和R3的电流I3相等，I1 = I3 = 177（R1R2)(R3R4)2 = 15A，令“老电源”的负极接地，则UP = I1R2 = 15V，UQ = I3R4 147= 15V，所以 ε′= UQP = 15V 最后电路演化成图8-14丙时，R5的电流就好求了。
【答案】R5上电流大小为0.20A，方向（在甲图中）向上。
2、基尔霍夫定律的应用
基尔霍夫定律的内容已经介绍，而且在（不含源）部分电路中已经做过了应用。但是在比较复杂的电路中，基尔霍夫第一定律和第二定律的独立方程究竟有几个？这里需要补充一个法则，那就是——
基尔霍夫第一定律的独立方程个数为节点总数减一； 基尔霍夫第二定律的独立方程个数则为独立回路的个数。而且，独立回路的个数m应该这样计算
m = p − n + 1 其中p为支路数目（不同电流值的数目），n为节点个数。譬如，在图8-15所示的三个电路中，m应该这样计算
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甲图，p = 3，n = 2，m = 3 −2 + 1 = 2 乙图，p = 6，n = 4，m = 6 −4 + 1 = 3 丙图，p = 8，n = 5，m = 8 −5 + 1 = 4 以上的数目也就是三个电路中基尔霍夫第二定律的独立方程个数。
思考启发：学员观察上面三个电路中m的结论和电路的外部特征，能得到什么结果？ ☆学员：m事实上就是“不重叠”的回路个数！（可在丙图的基础上添加一支路验证„）【物理情形1】在图8-16所示的电路中，ε1 = 32V，ε2 = 24V，两电源的内阻均不计，R1 = 5Ω，R2 = 6Ω，R3 = 54Ω，求各支路的电流。
【模型分析】这是一个基尔霍夫定律的基本应用，第一定律的方程个数为 n − 1 = 2，第二方程的个数为 p − n + 1 = 2 由第一定律，有 I3 = I1 + I2 由第二定律，左回路有 ε1 − ε2 = I1R1 − I2R2 左回路有 ε2 = I2R2 + I3R3 代入数字后，从这三个方程不难解出 I1 = 1.0A，I2 = −0.5A，I3 = 0.5A 这里I2的负号表明实际电流方向和假定方向相反。
【答案】R1的电流大小为1.0A，方向向上，R2的电流大小为0.5A，方向向下，R3的电流大小为0.5A，方向向下。
【物理情形2】用基尔霍夫定律解图8-14甲所示电路中R5的电流（所有已知条件不变）。【模型分析】此电路p = 6，n = 4，故基尔霍夫第一定律方程个数为3，第二定律方程个数为3。为了方便，将独立回路编号为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，电流只设了三个未知量I1、I2和I3，其它三个电流则直接用三个第一定律方程表达出来，见图8-17。这样，我们只要解三个基尔霍夫第二定律方程就可以了。对Ⅰ回路，有 I2R1 + I1R5 − I3R3 = 0 即 2I2 + 1I1 − 1I3 = 0 ① 对Ⅱ回路，有(I2 − I1)R2 −(I1 + I3)R4 − I1R5 = 0 即 1(I2 − I1)− 2(I1 + I3)− 1I1 = 0 ②
对Ⅲ回路，有 ε = I3R3 +(I1 + I3)R4 www.xiexiebang.com 版权所有@高考资源网 高考资源网（ks5u.com）
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即 1.4 = 1I3 + 2(I1 + I3)③
解①②③式不难得出 I1 = −0.2A。（I2 = 0.4A，I3 = 0.6A）【答案】略。
【物理情形3】求解图8-18所示电路中流过30Ω电阻的电流。【模型分析】基尔霍夫第一定律方程2个，已在图中体现 基尔霍夫第二定律方程3个，分别为——
对Ⅰ回路，有 100 =(I2 − I1)+ I2·10 ① 对Ⅱ回路，有 40 = I2·10 + I1·30 − I3·10 ② 对Ⅲ回路，有 100 = I3·10 +(I1 + I3)·10 ③
解①②③式不难得出 I1 = 1.0A。（I2 = 5.5A，I3 = 4.5A）【答案】大小为1.0A，方向向左。
〖小结〗解含源电路我们引进了戴维南定理和基尔霍夫定律两个工具。原则上，对任何一个问题，两种方法都可以用。但是，当我们面临的只是求某一条支路的电流，则用戴维南定理较好，如果要求求出多个（或所有）支路的电流，则用基尔霍夫定律较好。而且我们还必须看到，随着独立回路个数的增多，基尔霍夫第二定律的方程随之增多，解题的麻烦程度随之增大。
三、液体导电及其它
【物理情形】已知法拉第恒量F = 9.65×104C/mol，金的摩尔质量为0.1972kg/mol，金的化合价为3，要想在电解池中析出1g金，需要通过多少电量？金是在电解池的正极板还是在负极板析出？
【解说】法拉第电解定律（综合mFn形式）的按部就班应用，即 Q = M，代入相关数据（其中m = 1.0×10−3kg，n = 3）即可。
【答案】需要1.47×103C电量，金在负极板析出。
【相关应用】在图8-19所示的装置中，如果在120分钟内淀积3.0×1022个银原子，银的化合价为1。在电流表中显示的示数是多少？若将阿弗伽德罗常数视为已知量，试求法拉第恒量。【解说】第一问根据电流定义即可求得；
3.010221.61019MQM3.01022M236.0210mn第二问 F = =
【答案】0.667A；9.63×104C/mol。
四、问题补遗——欧姆表
图8-20展示了欧姆表的基本原理图（未包括换档电路），虚线方框内是欧姆表的内部结构，它包含表头G、直流电源ε（常用干电池）及电阻RΩ。
当被测电阻Rx接入电路时，表头G电流 I = RgrRRx
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可以看出，对给定的欧姆表，I与Rx有一一对应的关系，所以由表头指针的位置可以知道Rx的大小。为了读数方便，事先在刻度盘上直接标出欧姆值。
考查I（Rx）函数，不难得出欧姆表的刻度特点有三：①大值在左边、小值在右边；②不均匀，小值区域稀疏、大值区域密集；③没有明确的量程，最右边为零，最左边为∞。欧姆表虽然没有明确的量程，并不以为着测量任何电阻都是准确的，因为大值区域的刻度线太密，难以读出准确读数。这里就有一个档位选择问题。欧姆表上备有“×1”、“×10”、“×100”、“×1k”不同档位，它们的意义是：表盘的读数乘以这个倍数就是最后的测量结果。比如，一个待测电阻阻值越20kΩ，选择“×10”档，指针将指在2k附近（密集区），不准，选择“×1k”档，指针将指在20附近（稀疏区），读数就准确了。
不同的档位是因为欧姆表的中值电阻可以选择造成的。当Rx =（Rg + r + RΩ）时，表头1电流I = 2Ig，指针指在表盘的几何中心，故称此时的Rx——即（Rg + r + RΩ）——为中值电阻，它就是表盘正中刻度的那个数字乘以档位倍数。很显然，对于一个给定的欧姆档，中值电阻（简称R中）应该是固定不变的。
由于欧姆表必须保证Rx = 0时，指针指到最右边（0Ω刻度），即
= Ig 这个式子当中，只有Rg和Ig是一成不变的，ε、r均会随着电池的用旧而改变（ε↓、r↑），为了保证方程继续成立，有必要调整RΩ的值，这就是欧姆表在使用时的一个必不可少的步骤：欧姆调零，即将两表笔短接，观察指针指到最右边（0Ω刻度）即可。
所以，在使用欧姆表时，选档和调零是必不可少的步骤，而且换档后，必须重新调零。【相关问题1】当欧姆表的电池用旧了之后，在操作规范的前提下，它的测值会（填“偏大”、“偏小”或“继续准确”）。
【解说】这里的操作规范是指档位选择合适、已正确调零。电池用旧后，ε↓、r↑，但调
IgRgrR零时，务必要使RΩ↓，但Rg + r + RΩ = R中 =，故R中↓，形成系统误差是必然的。
设新电池状态下电源电动势为ε、中值电阻为R中，用旧状态下电源电动势为ε′、中值电阻为R中′，则针对同一个Rx，有
新电池状态 I = R中Rx =
RxIg =
1IgIgRx
旧电池状态 I′= R中Rx =
RxIg =
1IgIgRx
两式比较后，不难得出 I′＜ I，而表盘的刻度没有改变，故欧姆示数增大。【答案】偏大。
【相关问题2】用万用表之欧姆档测某二极管极性时，发现指针偏转极小，则与红表笔相连接的应为二极管的 极。
【解说】欧姆档指针偏转极小，表明电阻示数很大；欧姆表的红表笔是和内部电源的负极相连的。
【答案】正。
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☆第八部分完☆
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