分子動(dòng)理論的基本內(nèi)容是：物質(zhì)是由________組成的；分子在永不停息地做________運(yùn)動(dòng)；分子間同時(shí)存在相互作用的________．

第九部分 穩(wěn)恒電流

第一講 基本知識(shí)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(zhì)的導(dǎo)電性”。前者是對(duì)于電路的外部計(jì)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(zhì)導(dǎo)電的情形有什么區(qū)別。

應(yīng)該說，第一塊的知識(shí)和高考考綱對(duì)應(yīng)得比較好，深化的部分是對(duì)復(fù)雜電路的計(jì)算（引入了一些新的處理手段）。第二塊雖是全新的內(nèi)容，但近幾年的考試已經(jīng)很少涉及，以至于很多奧賽培訓(xùn)資料都把它刪掉了。鑒于在奧賽考綱中這部分內(nèi)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(diǎn)到B點(diǎn)，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(fù)極電勢降落，負(fù)極到正極電勢升高（與電流方向無關(guān)），可以得到以下關(guān)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(diǎn)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(duì)于復(fù)雜電路，“干路電流I”不能做絕對(duì)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(duì)的，它可以是多個(gè)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(gè)電阻的串、并聯(lián)或混聯(lián)，但不能包含電源。

二、復(fù)雜電路的計(jì)算

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

應(yīng)用方法：其等效電路的電壓源的電動(dòng)勢等于網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，其串聯(lián)電阻等于從端鈕看進(jìn)去該網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源為零值時(shí)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(shí)刻流入電路中某一分節(jié)點(diǎn)的電流強(qiáng)度的總和，等于從該點(diǎn)流出的電流強(qiáng)度的總和。

例如，在圖8-2中，針對(duì)節(jié)點(diǎn)P ，有

I₂ + I₃ = I₁ 

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

對(duì)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(qiáng)度的總和，等于從該“包容塊”流出的電流強(qiáng)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(dòng)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(qiáng)度乘積的代數(shù)和。

例如，在圖8-2中，針對(duì)閉合回路① ，有

ε₃ ? ε₂ = I₃ ( r₃ + R₂ + r₂ ) ? I₂R₂ 

基爾霍夫第二定律事實(shí)上是含源部分電路歐姆定律的變體（☆同學(xué)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(guān)系的電路中，進(jìn)行“Y型?Δ型”的相互轉(zhuǎn)換常常是必要的。在圖8-3所示的電路中

☆同學(xué)們可以證明Δ→ Y的結(jié)論…

R_c = 

R_b = 

R_a = 

Y→Δ的變換稍稍復(fù)雜一些，但我們?nèi)匀豢梢缘玫?/p>

R₁ = 

R₂ = 

R₃ = 

三、電功和電功率

1、電源

使其他形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。如發(fā)電機(jī)、電池等。發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�；干電池、蓄電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽还怆姵厥菍⒐饽苻D(zhuǎn)變?yōu)殡娔�；原子電池是將原子核放射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽辉陔娮釉O(shè)備中，有時(shí)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(dòng)勢定義為電源的開路電壓，內(nèi)阻則定義為沒有電動(dòng)勢時(shí)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(shí)的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的值。

例如，電動(dòng)勢、內(nèi)阻分別為ε₁ 、r₁和ε₂ 、r₂的電源并聯(lián)，構(gòu)成的新電源的電動(dòng)勢ε和內(nèi)阻r分別為（☆師生共同推導(dǎo)…）

ε = 

r = 

2、電功、電功率

電流通過電路時(shí)，電場力對(duì)電荷作的功叫做電功W。單位時(shí)間內(nèi)電場力所作的功叫做電功率P 。

計(jì)算時(shí)，只有W = UIt和P = UI是完全沒有條件的，對(duì)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(duì)非純電阻電路，電功和電熱的關(guān)系依據(jù)能量守恒定律求解。 

四、物質(zhì)的導(dǎo)電性

在不同的物質(zhì)中，電荷定向移動(dòng)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(dǎo)電

能夠?qū)щ姷囊后w叫電解液（不包括液態(tài)金屬）。電解液中離解出的正負(fù)離子導(dǎo)電是液體導(dǎo)電的特點(diǎn)（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(huì)離解成銅離子Cu²⁺和硫酸根離子S，它們?cè)陔妶隽Φ淖饔孟露ㄏ蛞苿?dòng)形成電流）。

在電解液中加電場時(shí)，在兩個(gè)電極上（或電極旁）同時(shí)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的過程叫作“電解”。電解的結(jié)果是在兩個(gè)極板上（或電極旁）生成新的物質(zhì)。

液體導(dǎo)電遵從法拉第電解定律——

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

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

將兩個(gè)定律聯(lián)立可得：m = Q 。

3、氣體導(dǎo)電

氣體導(dǎo)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(dòng)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(huì)有少量氣體分子或原子被電離，或在有些燈管內(nèi)，通電的燈絲也會(huì)發(fā)射電子，這些“載流子”均會(huì)在電場力作用下產(chǎn)生定向移動(dòng)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(dāng)電場足夠強(qiáng)，電子動(dòng)能足夠大，它們和中性氣體相碰撞時(shí)，可以使中性分子電離，即所謂碰撞電離。同時(shí)，在正離子向陰極運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)間內(nèi)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(dǎo)現(xiàn)象

據(jù)金屬電阻率和溫度的關(guān)系，電阻率會(huì)隨著溫度的降低和降低。當(dāng)電阻率降為零時(shí)，稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。電阻率為零時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度稱為臨界溫度。超導(dǎo)現(xiàn)象首先是荷蘭物理學(xué)家昂尼斯發(fā)現(xiàn)的。

超導(dǎo)的應(yīng)用前景是顯而易見且相當(dāng)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(jià)值不大，為了解決這個(gè)矛盾，科學(xué)家們致力于尋找或合成臨界溫度比較切合實(shí)際的材料就成了當(dāng)今前沿科技的一個(gè)熱門領(lǐng)域。當(dāng)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(dāng)然，這個(gè)溫度距產(chǎn)業(yè)化的期望值還很遠(yuǎn)。

5、半導(dǎo)體

半導(dǎo)體的電阻率界于導(dǎo)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(guān)說法中正確的是      　　

A．分子間距離為r₀時(shí)，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(shí)可把他們當(dāng)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(zhì)推桿，氣體對(duì)外界做正功，密閉的氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大
（2）已知某物質(zhì)摩爾質(zhì)量為M，密度為ρ，阿伏加德羅常數(shù)為N_A，則該物質(zhì)的分子質(zhì)量為      ，單位體積的分子數(shù)為      ． 
（3）如圖，一定質(zhì)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(shí)的壓強(qiáng)；
②該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B過程中內(nèi)能的增量。
B．(選修模塊3-４）（12分）
（1）下列四幅圖的有關(guān)說法中正確的是   　  

A．由兩個(gè)簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像可知：它們的相位差為/2或者
B．當(dāng)球與橫梁之間存在摩擦的情況下，球的振動(dòng)不是簡諧運(yùn)動(dòng)
C．頻率相同的兩列波疊加時(shí)，某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱
D．當(dāng)簡諧波向右傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)A此時(shí)的速度沿y軸正方向
（2）1905年愛因斯坦提出的狹義相對(duì)論是以狹義相對(duì)性原理和           這兩條基本假設(shè)為前提的；在相對(duì)于地面以0.8c運(yùn)動(dòng)的光火箭上的人觀測到地面上的的生命進(jìn)程比火箭上的生命進(jìn)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(shí)，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(zhì)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(shí)驗(yàn)說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)
C．對(duì)放射性物質(zhì)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(yīng)和       都證明光具有粒子性，      提出實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性。
（3）如圖所示,水平光滑地面上依次放置著質(zhì)量均為m ="0.08" kg的10塊完全相同的長直木板。質(zhì)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(dāng)銅塊滑離第一塊木板時(shí)，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(jié)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(guān)說法中正確的是      　　

A．分子間距離為r₀時(shí)，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(shí)可把他們當(dāng)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(zhì)推桿，氣體對(duì)外界做正功，密閉的氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大

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

（3）如圖，一定質(zhì)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(shí)的壓強(qiáng)；

②該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B過程中內(nèi)能的增量。

B．(選修模塊3-４）（12分）

（1）下列四幅圖的有關(guān)說法中正確的是   　  

A．由兩個(gè)簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像可知：它們的相位差為/2或者

B．當(dāng)球與橫梁之間存在摩擦的情況下，球的振動(dòng)不是簡諧運(yùn)動(dòng)

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

D．當(dāng)簡諧波向右傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)A此時(shí)的速度沿y軸正方向

（2）1905年愛因斯坦提出的狹義相對(duì)論是以狹義相對(duì)性原理和           這兩條基本假設(shè)為前提的；在相對(duì)于地面以0.8c運(yùn)動(dòng)的光火箭上的人觀測到地面上的的生命進(jìn)程比火箭上的生命進(jìn)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(shí)，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(zhì)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(shí)驗(yàn)說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)

C．對(duì)放射性物質(zhì)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(yīng)和       都證明光具有粒子性，      提出實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性。

（3）如圖所示,水平光滑地面上依次放置著質(zhì)量均為m ="0.08" kg的10塊完全相同的長直木板。質(zhì)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(dāng)銅塊滑離第一塊木板時(shí)，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(jié)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