分子動理論的基本內容是：物質是由________組成的；分子在永不停息地做________運動；分子間同時存在相互作用的________．

第九部分 穩(wěn)恒電流

第一講 基本知識介紹

第八部分《穩(wěn)恒電流》包括兩大塊：一是“恒定電流”，二是“物質的導電性”。前者是對于電路的外部計算，后者則是深入微觀空間，去解釋電流的成因和比較不同種類的物質導電的情形有什么區(qū)別。

應該說，第一塊的知識和高考考綱對應得比較好，深化的部分是對復雜電路的計算（引入了一些新的處理手段）。第二塊雖是全新的內容，但近幾年的考試已經(jīng)很少涉及，以至于很多奧賽培訓資料都把它刪掉了。鑒于在奧賽考綱中這部分內容還保留著，我們還是想粗略地介紹一下。

一、歐姆定律

1、電阻定律

a、電阻定律 R = ρ

b、金屬的電阻率 ρ = ρ₀（1 + αt）

2、歐姆定律

a、外電路歐姆定律 U = IR ，順著電流方向電勢降落

b、含源電路歐姆定律

在如圖8-1所示的含源電路中，從A點到B點，遵照原則：①遇電阻，順電流方向電勢降落（逆電流方向電勢升高）②遇電源，正極到負極電勢降落，負極到正極電勢升高（與電流方向無關），可以得到以下關系

U_A ? IR ? ε ? Ir = U_B 

這就是含源電路歐姆定律。

c、閉合電路歐姆定律

在圖8-1中，若將A、B兩點短接，則電流方向只可能向左，含源電路歐姆定律成為

U_A + IR ? ε + Ir = U_B = U_A

即 ε = IR + Ir ，或 I = 

這就是閉合電路歐姆定律。值得注意的的是：①對于復雜電路，“干路電流I”不能做絕對的理解（任何要考察的一條路均可視為干路）；②電源的概念也是相對的，它可以是多個電源的串、并聯(lián)，也可以是電源和電阻組成的系統(tǒng)；③外電阻R可以是多個電阻的串、并聯(lián)或混聯(lián)，但不能包含電源。

二、復雜電路的計算

1、戴維南定理：一個由獨立源、線性電阻、線性受控源組成的二端網(wǎng)絡，可以用一個電壓源和電阻串聯(lián)的二端網(wǎng)絡來等效。（事實上，也可等效為“電流源和電阻并聯(lián)的的二端網(wǎng)絡”——這就成了諾頓定理。）

應用方法：其等效電路的電壓源的電動勢等于網(wǎng)絡的開路電壓，其串聯(lián)電阻等于從端鈕看進去該網(wǎng)絡中所有獨立源為零值時的等效電阻。

2、基爾霍夫（克�？品颍┒�律

a、基爾霍夫第一定律：在任一時刻流入電路中某一分節(jié)點的電流強度的總和，等于從該點流出的電流強度的總和。

例如，在圖8-2中，針對節(jié)點P ，有

I₂ + I₃ = I₁ 

基爾霍夫第一定律也被稱為“節(jié)點電流定律”，它是電荷受恒定律在電路中的具體體現(xiàn)。

對于基爾霍夫第一定律的理解，近來已經(jīng)拓展為：流入電路中某一“包容塊”的電流強度的總和，等于從該“包容塊”流出的電流強度的總和。

b、基爾霍夫第二定律：在電路中任取一閉合回路，并規(guī)定正的繞行方向，其中電動勢的代數(shù)和，等于各部分電阻（在交流電路中為阻抗）與電流強度乘積的代數(shù)和。

例如，在圖8-2中，針對閉合回路① ，有

ε₃ ? ε₂ = I₃ ( r₃ + R₂ + r₂ ) ? I₂R₂ 

基爾霍夫第二定律事實上是含源部分電路歐姆定律的變體（☆同學們可以列方程 U_P = … = U_P得到和上面完全相同的式子）。

3、Y?Δ變換

在難以看清串、并聯(lián)關系的電路中，進行“Y型?Δ型”的相互轉換常常是必要的。在圖8-3所示的電路中

☆同學們可以證明Δ→ Y的結論…

R_c = 

R_b = 

R_a = 

Y→Δ的變換稍稍復雜一些，但我們仍然可以得到

R₁ = 

R₂ = 

R₃ = 

三、電功和電功率

1、電源

使其他形式的能量轉變?yōu)殡娔艿难b置。如發(fā)電機、電池等。發(fā)電機是將機械能轉變?yōu)殡娔�；干電池、蓄電池是將化學能轉變?yōu)殡娔�；光電池是將光能轉變?yōu)殡娔�；原子電池是將原子核放射能轉變?yōu)殡娔埽辉陔娮釉O備中，有時也把變換電能形式的裝置，如整流器等，作為電源看待。

電源電動勢定義為電源的開路電壓，內阻則定義為沒有電動勢時電路通過電源所遇到的電阻。據(jù)此不難推出相同電源串聯(lián)、并聯(lián)，甚至不同電源串聯(lián)、并聯(lián)的時的電動勢和內阻的值。

例如，電動勢、內阻分別為ε₁ 、r₁和ε₂ 、r₂的電源并聯(lián)，構成的新電源的電動勢ε和內阻r分別為（☆師生共同推導…）

ε = 

r = 

2、電功、電功率

電流通過電路時，電場力對電荷作的功叫做電功W。單位時間內電場力所作的功叫做電功率P 。

計算時，只有W = UIt和P = UI是完全沒有條件的，對于不含源的純電阻，電功和焦耳熱重合，電功率則和熱功率重合，有W = I²Rt = t和P = I²R = 。

對非純電阻電路，電功和電熱的關系依據(jù)能量守恒定律求解。 

四、物質的導電性

在不同的物質中，電荷定向移動形成電流的規(guī)律并不是完全相同的。

1、金屬中的電流

即通常所謂的不含源純電阻中的電流，規(guī)律遵從“外電路歐姆定律”。

2、液體導電

能夠導電的液體叫電解液（不包括液態(tài)金屬）。電解液中離解出的正負離子導電是液體導電的特點（如：硫酸銅分子在通常情況下是電中性的，但它在溶液里受水分子的作用就會離解成銅離子Cu²⁺和硫酸根離子S，它們在電場力的作用下定向移動形成電流）。

在電解液中加電場時，在兩個電極上（或電極旁）同時產(chǎn)生化學反應的過程叫作“電解”。電解的結果是在兩個極板上（或電極旁）生成新的物質。

液體導電遵從法拉第電解定律——

法拉第電解第一定律：電解時在電極上析出或溶解的物質的質量和電流強度、跟通電時間成正比。表達式：m = kIt ＝ KQ （式中Q為析出質量為m的物質所需要的電量；K為電化當量，電化當量的數(shù)值隨著被析出的物質種類而不同，某種物質的電化當量在數(shù)值上等于通過1C電量時析出的該種物質的質量，其單位為kg/C。）

法拉第電解第二定律：物質的電化當量K和它的化學當量成正比。某種物質的化學當量是該物質的摩爾質量M（克原子量）和它的化合價n的比值，即 K =  ，而F為法拉第常數(shù)，對任何物質都相同，F(xiàn) = 9.65×10⁴C/mol 。

將兩個定律聯(lián)立可得：m = Q 。

3、氣體導電

氣體導電是很不容易的，它的前提是氣體中必須出現(xiàn)可以定向移動的離子或電子。按照“載流子”出現(xiàn)方式的不同，可以把氣體放電分為兩大類——

a、被激放電

在地面放射性元素的輻照以及紫外線和宇宙射線等的作用下，會有少量氣體分子或原子被電離，或在有些燈管內，通電的燈絲也會發(fā)射電子，這些“載流子”均會在電場力作用下產(chǎn)生定向移動形成電流。這種情況下的電流一般比較微弱，且遵從歐姆定律。典型的被激放電情形有

b、自激放電

但是，當電場足夠強，電子動能足夠大，它們和中性氣體相碰撞時，可以使中性分子電離，即所謂碰撞電離。同時，在正離子向陰極運動時，由于以很大的速度撞到陰極上，還可能從陰極表面上打出電子來，這種現(xiàn)象稱為二次電子發(fā)射。碰撞電離和二次電子發(fā)射使氣體中在很短的時間內出現(xiàn)了大量的電子和正離子，電流亦迅速增大。這種現(xiàn)象被稱為自激放電。自激放電不遵從歐姆定律。

常見的自激放電有四大類：輝光放電、弧光放電、火花放電、電暈放電。

4、超導現(xiàn)象

據(jù)金屬電阻率和溫度的關系，電阻率會隨著溫度的降低和降低。當電阻率降為零時，稱為超導現(xiàn)象。電阻率為零時對應的溫度稱為臨界溫度。超導現(xiàn)象首先是荷蘭物理學家昂尼斯發(fā)現(xiàn)的。

超導的應用前景是顯而易見且相當廣闊的。但由于一般金屬的臨界溫度一般都非常低，故產(chǎn)業(yè)化的價值不大，為了解決這個矛盾，科學家們致力于尋找或合成臨界溫度比較切合實際的材料就成了當今前沿科技的一個熱門領域。當前人們的研究主要是集中在合成材料方面，臨界溫度已經(jīng)超過100K，當然，這個溫度距產(chǎn)業(yè)化的期望值還很遠。

5、半導體

半導體的電阻率界于導體和絕緣體之間，且ρ

Ａ．(選修模塊3-3）（12分）
（1）下列四幅圖的有關說法中正確的是      　　

A．分子間距離為r₀時，分子間不存在引力和斥力
B．水面上的單分子油膜，在測量油膜直徑d大小時可把他們當做球形處理
C．食鹽晶體中的鈉、氯離子按一定規(guī)律分布，具有空間上的周期性
D．猛推木質推桿，氣體對外界做正功，密閉的氣體溫度升高，壓強變大
（2）已知某物質摩爾質量為M，密度為ρ，阿伏加德羅常數(shù)為N_A，則該物質的分子質量為      ，單位體積的分子數(shù)為      ． 
（3）如圖，一定質量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)等容過程變化到狀態(tài)B，此過程中氣體吸收的熱量Q=6.0×10²J，

求：
①該氣體在狀態(tài)A時的壓強；
②該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B過程中內能的增量。
B．(選修模塊3-４）（12分）
（1）下列四幅圖的有關說法中正確的是   　  

A．由兩個簡諧運動的圖像可知：它們的相位差為/2或者
B．當球與橫梁之間存在摩擦的情況下，球的振動不是簡諧運動
C．頻率相同的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱
D．當簡諧波向右傳播時，質點A此時的速度沿y軸正方向
（2）1905年愛因斯坦提出的狹義相對論是以狹義相對性原理和           這兩條基本假設為前提的；在相對于地面以0.8c運動的光火箭上的人觀測到地面上的的生命進程比火箭上的生命進程要　　　（填快或慢）。
（3）如圖所示，△ABC為等腰直角三棱鏡的橫截面，∠C=90°，一束激光a沿平行于AB邊射入棱鏡，經(jīng)一次折射后射到BC邊時，剛好能發(fā)生全反射，求該棱鏡的折射率n和棱鏡中的光速。

C．(選修模塊3-5）（12分）
（1）下列說法正確的是
A．某放射性元素經(jīng)過19天后，余下的該元素的質量為原來的1/32，則該元素的半衰期為 3.8天
B．a(chǎn)粒子散射實驗說明原子核內部具有復雜結構
C．對放射性物質施加壓力，其半衰期將減少
D．氫原子從定態(tài)n=3躍遷到定態(tài)n= 2，再躍遷到定態(tài)n = 1，則后一次躍遷輻射的光的波長比前一次的要短
（2）光電效應和       都證明光具有粒子性，      提出實物粒子也具有波動性。
（3）如圖所示,水平光滑地面上依次放置著質量均為m ="0.08" kg的10塊完全相同的長直木板。質量M =" 1.0" kg、大小可忽略的小銅塊以初速度v₀="6.0" m/s從長木板左端滑上木板，當銅塊滑離第一塊木板時，速度大小為v₁="4.0" m/_S。銅塊最終停在第二塊木板上。取g="10" m/s²，結果保留兩位有效數(shù)字。求：

①第一塊木板的最終速度
②銅塊的最終速度

Ａ．(選修模塊3-3）（12分）

（1）下列四幅圖的有關說法中正確的是      　　

A．分子間距離為r₀時，分子間不存在引力和斥力

B．水面上的單分子油膜，在測量油膜直徑d大小時可把他們當做球形處理

C．食鹽晶體中的鈉、氯離子按一定規(guī)律分布，具有空間上的周期性

D．猛推木質推桿，氣體對外界做正功，密閉的氣體溫度升高，壓強變大

（2）已知某物質摩爾質量為M，密度為ρ，阿伏加德羅常數(shù)為N_A，則該物質的分子質量為      ，單位體積的分子數(shù)為      ． 

（3）如圖，一定質量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)等容過程變化到狀態(tài)B，此過程中氣體吸收的熱量Q=6.0×10²J，

求：

①該氣體在狀態(tài)A時的壓強；

②該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B過程中內能的增量。

B．(選修模塊3-４）（12分）

（1）下列四幅圖的有關說法中正確的是   　  

A．由兩個簡諧運動的圖像可知：它們的相位差為/2或者

B．當球與橫梁之間存在摩擦的情況下，球的振動不是簡諧運動

C．頻率相同的兩列波疊加時，某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱

D．當簡諧波向右傳播時，質點A此時的速度沿y軸正方向

（2）1905年愛因斯坦提出的狹義相對論是以狹義相對性原理和           這兩條基本假設為前提的；在相對于地面以0.8c運動的光火箭上的人觀測到地面上的的生命進程比火箭上的生命進程要　　　（填快或慢）。

（3）如圖所示，△ABC為等腰直角三棱鏡的橫截面，∠C=90°，一束激光a沿平行于AB邊射入棱鏡，經(jīng)一次折射后射到BC邊時，剛好能發(fā)生全反射，求該棱鏡的折射率n和棱鏡中的光速。

C．(選修模塊3-5）（12分）

（1）下列說法正確的是

A．某放射性元素經(jīng)過19天后，余下的該元素的質量為原來的1/32，則該元素的半衰期為 3.8天

B．a(chǎn)粒子散射實驗說明原子核內部具有復雜結構

C．對放射性物質施加壓力，其半衰期將減少

D．氫原子從定態(tài)n=3躍遷到定態(tài)n= 2，再躍遷到定態(tài)n = 1，則后一次躍遷輻射的光的波長比前一次的要短

（2）光電效應和       都證明光具有粒子性，      提出實物粒子也具有波動性。

（3）如圖所示,水平光滑地面上依次放置著質量均為m ="0.08" kg的10塊完全相同的長直木板。質量M =" 1.0" kg、大小可忽略的小銅塊以初速度v₀="6.0" m/s從長木板左端滑上木板，當銅塊滑離第一塊木板時，速度大小為v₁="4.0" m/_S。銅塊最終停在第二塊木板上。取g="10" m/s²，結果保留兩位有效數(shù)字。求：

①第一塊木板的最終速度

②銅塊的最終速度