物理竞赛教案-恒定电流欧姆定律
教学目标：
（一）知识与技能
1、了解电源的形成过程。
2、掌握恒定电场和恒定电流的形成过程。
（二）过程与方法：
在理解恒定电流的基础上，会灵活运用公式计算电流的大小。
（三）情感、态度与价值观：
通过本节对电源、电流的学习，培养将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理问题。
教学重、难点：理解电源的形成过程及电流的产生。会灵活运用公式计算电流的大小。
教学过程：
一、欧姆定律
1、电阻定律
a、电阻定律 R = ρl
Sb、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 = Ra = R1R3R1R2R3R2R3R1R2R3R1R2R1R2R
3Y→Δ的变换稍稍复杂一些，但我们仍然可以得到 R1 = R2 = R3 = RaRbRbRcRcRaRbRaRbRbRcRcRaRcRaRbRbRcRcRaRa
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。
