2017-2018學年高中物理第二章直流電路1歐姆定律學案教科版選修

1、1.歐姆定律學 習 目 標知 識 脈 絡1.了解形成電流的條件，并會做出微觀解釋2知道電流的大小、方向、單位，理解電流的定義式，并能進行相關的計算(重點)3知道電流、電壓間的關系，理解用比值定義電阻的方法和歐姆定律的含義(重點)4理解伏安特性曲線，知道線性元件和非線性元件，通過測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗，掌握利用分壓電路改變電壓的基本技能(難點)電 流eq avs4al(先填空)1電流的形成(1)導體內(nèi)要有自由電荷：金屬中的自由電荷是自由電子，電解質溶液中的自由電荷是正、負離子(2)導體內(nèi)要存在電場：導體內(nèi)的自由電荷由于受電場力作用從而形成定向運動2電流(1)定義：通過導體橫截面的電荷量q跟

2、通過這些電荷所用時間t的比值，用符號I表示(2)公式Iq/t.(3)單位：國際單位是安培(A)，常用單位還有毫安(mA)和微安(A).1 A103 mA106 A.(4)方向：物理學上規(guī)定正電荷定向運動的方向為電流的方向，這樣負電荷定向運動的方向與電流的方向相反3直流與恒定電流(1)直流：方向不隨時間改變的電流(2)恒定電流：方向和強弱都不隨時間改變的電流eq avs4al(再判斷)1電流的方向與電荷定向移動的方向相同()2電流既有大小，又有方向，它是矢量()3電流的大小等于單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量()eq avs4al(后思考)金屬導體中的電流是由于其中的自由電子運動形成的，試問電流

3、的方向與自由電子定向運動的方向有何關系？【提示】電子帶有負電，定向運動形成的電流的方向與電子的定向運動方向相反eq avs4al(合作探討)如圖211所示，在鹽水中加入兩個電極，與電源連接后可以形成電流探討1：鹽水中形成電流時，電荷的定向移動如何？圖211【提示】在電場中，鹽水中Na向左移動，Cl向右移動探討2：鹽水中電流的方向如何？【提示】電流方向向左eq avs4al(核心點擊)1對電流Ieq f(q,t)的理解電流定義式電流方向(1)Ieq f(q,t)是單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量，橫截面是整個導體的橫截面，不是單位截面積(2)當電解質溶液導電時，q為通過某一橫截面的正、負電荷量絕

4、對值的和(3)I與q、t均無關電流方向與正電荷定向移動方向相同，和負電荷定向移動方向相反(金屬導體中電流的方向與自由電子定向移動方向相反)2電流的微觀表達式(1)建立模型如圖212所示，AD表示粗細均勻的一段導體，長為l，兩端加一定的電壓，導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率為v，設導體的橫截面積為S，導體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q.圖212(2)理論推導AD導體中的自由電荷總數(shù)NnlS.總電荷量QNqnlSq.所有這些電荷都通過橫截面S所需要的時間teq f(l,v).根據(jù)公式Ieq f(q,t)可得導體AD中的電流為Ieq f(Q,t)eq f(nlSq,f(l

5、,v)nqSv.即電流的微觀表達式為InqSv.某電解池內(nèi)若在2 s內(nèi)各有1.01019個二價正離子和21019個一價負離子同時向相反方向通過某截面，那么通過這個截面的電流是() 【導學號：96322032】A0 AB0.8 AC1.6 AD3.2 A【解析】電流由正、負離子的定向運動形成，則在2 s內(nèi)通過截面的總電荷量應為：q1.6101921019 C1.61019121019 C6.4 C，由電流的定義式可知：Ieq f(q,t)eq f(6.4,2) A3.2 A，故選D.【答案】D某一探測器因射線照射，內(nèi)部氣體電離，在時間t內(nèi)有n個二價正離子到達陰極，有2n個電子到達探測器的陽極，則

6、探測器電路中的電流為() 【導學號：96322033】A0B.eq f(2ne,t)C.eq f(3ne,t) D.eq f(4ne,t)【解析】通過探測電路的電荷量qqq2ne2ne4ne，則通過探測電路的電流Ieq f(q,t)eq f(4ne,t)，故選項D正確【答案】D(多選)橫截面積為S的導線中通有電流I，已知導線每單位體積中有n個自由電子，每個自由電子的電荷量是e，自由電子定向移動的速率是v，則在時間t內(nèi)通過導線橫截面的電子數(shù)是()AnSvtBnvtC.eq f(It,e) D.eq f(It,Se)【解析】根據(jù)電流強度的定義式可知，在時間t內(nèi)通過導線橫截面的電荷量qIt，所以在這

7、段時間內(nèi)通過的自由電子數(shù)為Neq f(q,e)eq f(It,e).自由電子定向移動的速率是v，因此在時間t內(nèi)，位于以橫截面積為S、長lvt的這段導線內(nèi)的自由電子都能通過橫截面，這段導線的體積VSlSvt，所以時間t內(nèi)通過橫截面S的自由電子數(shù)為NnVnSvt.綜上可知，A、C正確【答案】AC應用公式Ieq f(q,t)需注意的三個問題(1)公式Ieq f(q,t)反映的是在時間t內(nèi)電流的平均值，對恒定電流來說，平均值等于瞬時值(2)計算電流大小時，要注意通過截面的電荷量的計算(q、q1、q2均表示電荷量的絕對值)，常見的情況有以下兩種：同種電荷同向通過某一截面時，電荷量qq1q2異種電荷反向通

8、過某一截面時，若q1為正電荷，q2為負電荷，電荷量qq1|q2|(3)電解液導電時電流的計算，在時間t內(nèi)，有m個a價正離子通過溶液內(nèi)截面S，有n個b價負離子通過溶液內(nèi)截面S，則電流的大小Ieq f(manbe,t).歐 姆 定 律電 阻eq avs4al(先填空)1電阻(1)物理意義：描述導體對電流阻礙作用大小的物理量(2)定義：導體兩端電壓與通過導體電流大小的比值叫做導體的電阻(3)定義式：RU/I.(4)單位：國際單位是歐姆()，常用的還有千歐(k)和兆歐(M)，1 M103 k106 .2歐姆定律(1)內(nèi)容：導體中的電流I跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體的電阻R成反比(2)公式：Ieq

9、f(U,R)或UIR.(3)適用范圍：實驗表明，歐姆定律適用于金屬導電和電解液導電，不適用于氣體導電和某些器件(如晶體管)導電eq avs4al(再判斷)1由公式Req f(U,I)可知，導體的電阻與導體兩端的電壓成正比，與通過導體的電流成反比()2由公式Req f(U,I)和Ieq f(U,R)可知，當導體兩端的電壓為零時，導體的電阻和通過導體的電流均為零()3電阻反映了導體對電流的阻礙作用，是導體本身的屬性()eq avs4al(后思考)能否根據(jù)表達式Req f(U,I)得出結論：導體的電阻與其兩端的電壓成正比，與通過它的電流成反比？【提示】不能電阻大小一般由導體自身因素決定，與其兩端的電

10、壓高低和通過導體的電流大小無關eq avs4al(合作探討)如圖213所示的電路用電流表測量導體a的電流，用電壓表測量a兩端的電壓圖213探討1：導體a中的電流的大小由什么因素決定？【提示】由導體a兩端的電壓和自身電阻決定探討2：能不能說導體a的電阻與導體兩端的電壓成正比？【提示】不能eq avs4al(核心點擊)1歐姆定律的適用條件(1)一般適用于金屬導體或電解液導體，氣體或半導體不適用(2)一般適用于純電阻電路，對非純電阻電路不適用(3)適用于線性元件，對非線性元件不適用2歐姆定律的“兩性”(1)同體性：表達式Ieq f(U,R)中的三個物理量U、I、R對應于同一段電路或導體(2)同時性：

11、三個物理量U、I、R對應于同一時刻3公式Ieq f(U,R)和Req f(U,I)比較比較項目Ieq f(U,R)Req f(U,I)意義歐姆定律的表達形式電阻的定義式前后物理量的關系I與U成正比，與R成反比R是導體本身的性質，不隨U、I的改變而改變適用條件適用于金屬導體、電解液等適用于計算一切導體的電阻(多選)根據(jù)歐姆定律，下列判斷正確的是() 【導學號：96322034】A加在金屬導體兩端的電壓與通過的電流的比值是一個常數(shù)B加在氣體兩端的電壓與通過的電流的比值是一個常數(shù)C電流經(jīng)過電阻時，沿電流方向電勢要降低D電解液短時間內(nèi)導電的UI圖像是一條直線【解析】金屬導體兩端的電壓與通過的電流的比值

12、表示金屬導體的電阻，是個常數(shù)，A正確；對氣體，歐姆定律不成立，即eq f(U,I)常數(shù)，B錯誤；由UIR知電流每經(jīng)過一個電阻要產(chǎn)生一定的電勢降落，歐姆定律適用于電解液導體，故C、D正確【答案】ACD從歐姆定律可以導出公式Req f(U,I)，此式說明()A當電壓增大2倍時，電阻R增大2倍B當電流強度增大2倍時，電阻R減小為原來的一半C電阻是導體本身的性質，當電壓為零時，電阻阻值不變D當電壓為零時，電阻R也為零【解析】導體電阻由導體自身因素決定，與加在導體兩端的電壓或通過導體中的電流大小無關，選項A、B、D錯誤，C正確【答案】C若加在某導體兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼膃q f(3,5)時，導體中的電流減

13、小了0.4 A如果所加電壓變?yōu)樵瓉淼?倍，則導體中的電流是多大？【解析】方法一：由歐姆定律得Req f(U0,I0)eq f(f(3,5)U0,I00.4)又因為Req f(U0,I0)eq f(2U0,I)聯(lián)立解得：I2.0 A.方法二：畫出導體的IU圖像，如圖所示，設原來導體兩端的電壓為U0時，導體中的電流為I0.當Ueq f(3U0,5)時，I(I00.4) A.當U2U0時，電流為I2，由圖知eq f(I00.4,f(3,5)U0)eq f(I0,U0)eq f(I2,2U0).所以I01.0 A，I22I02.0 A.【答案】2.0 A歐姆定律的應用推廣Req f(U,I)(1)歐姆

14、定律的表達式是Ieq f(U,R)，而公式Req f(U,I)應該理解成電阻的比值定義式(2)比值定義的魅力就在于被定義的物理量與比值中的那兩個物理量無關(3)Req f(U,I)告訴了我們一種測量導體電阻的方法，即伏安法伏 安 特 性 曲 線eq avs4al(先填空)1伏安特性曲線(1)通過某種電學元件的電流隨電壓變化的實驗圖線，叫做這種元件的伏安特性曲線(2)線性元件和非線性元件線性元件：IU圖線是一條過原點的直線，如圖214甲所示直線的斜率為元件電阻的倒數(shù)圖甲圖乙圖214非線性元件：IU圖線不是直線，如圖214乙所示2測繪小燈泡的伏安特性曲線(1)實驗器材：小燈泡、電壓表、電流表、滑動

15、變阻器、學生電源(或電池組)、開關、導線、坐標紙、鉛筆等(2)實驗電路如圖215所示圖215(3)實驗操作連接好電路，開關閉合前，將變阻器滑片滑至R的最左端閉合開關，右移滑片到不同位置，并分別記下電壓表、電流表的示數(shù)依據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出小燈泡的IU圖線eq avs4al(再判斷)1伏安特性曲線是導體的電流隨電壓變化的圖線()2所有導體的伏安特性曲線都是過原點的曲線()3伏安特性曲線的斜率表示導體的電阻()eq avs4al(后思考)如圖216所示的坐標系中，RA和RB有什么關系？圖216【提示】伏安特性曲線中，圖線的斜率的倒數(shù)數(shù)值上等于電阻值的大小，所以RARB.eq avs4al(合作探討)如圖

16、217是兩種不同導體的伏安特性曲線圖217探討1：伏安特性曲線斜率的物理意義是什么？【提示】伏安特性曲線的斜率表示導體電阻的倒數(shù)探討2：線性元件與非線性元件的根本區(qū)別是什么？【提示】線性元件的電阻值不隨電壓和電流的改變發(fā)生變化，它的伏安特性曲線是一條經(jīng)過原點的直線；非線性元件的電阻值隨電壓和電流的改變發(fā)生變化，它的伏安特性曲線是一條經(jīng)過原點的曲線eq avs4al(核心點擊)1線性元件的UI圖像與IU圖像的比較UI圖像IU圖像圖像舉例坐標軸含義縱坐標表示電壓U橫坐標表示電流I縱坐標表示電流I橫坐標表示電壓U圖線斜率含義斜率表示電阻，圖中R1R2斜率表示電阻的倒數(shù)，圖中R1R22非線性元件電阻的

17、確定如圖218所示，非線性元件的IU圖像是曲線，導體電阻Rneq f(Un,In)，即電阻等于圖線上點(Un，In)與坐標原點連線的斜率的倒數(shù)，而不等于該點切線斜率的倒數(shù)圖218某一導體的伏安特性曲線如圖219所示，AB段(曲線)所示，關于導體的電阻，以下說法正確的是() 【導學號：96322035】圖219AB點的電阻為12 BB點的電阻為40 C導體的電阻因溫度的影響改變了1 D導體的電阻因溫度的影響改變了9 【解析】根據(jù)電阻的定義式可以求出A、B兩點的電阻分別為RAeq f(3,0.1) 30 ，RBeq f(6,0.15) 40 ，所以RRBRA10 ，故B對，A、C、D錯【答案】B金

18、屬鉑的電阻隨溫度的升高而增大，金屬鉑的電阻對溫度的高低非常敏感，在如圖所示的UI圖線中，可以表示出金屬鉑這一特性的是()【解析】通電后，金屬鉑的電阻增大，相應UI圖線上某一點與原點的連線的斜率逐漸變大，UI圖線為向上彎曲的曲線，故選項C正確【答案】C兩電阻R1、R2的電流I和電壓U的關系如圖2110所示，可知電阻大小之比R1R2等于()圖2110A13B31C1eq r(3) D.eq r(3)1【解析】eq f(R1,R2)eq f(f(1,tan 60),f(1,tan 30)eq f(tan 30,tan 60)eq f(1,3).【答案】A1IU圖線中的斜率keq f(1,R)，斜率k

19、不能理解為ktan 為圖線與U軸的夾角，因坐標軸的單位可根據(jù)需要人為規(guī)定，同一電阻在坐標軸單位不同時傾角是不同的.2某些電阻在電流增大時，由于溫度升高而使電阻變化，伏安特性曲線不是直線，但對某一狀態(tài)，歐姆定律仍然適用.學業(yè)分層測評(七) (建議用時：45分鐘) 1(多選)關于電流，下列說法中正確的是()A導體中電荷的運動形成了電流B通過電阻的電流與其兩端的電壓成正比C單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電量越多，導體中的電流就越大D因為電流有方向，所以電流是矢量【解析】導體的電流由電荷的定向移動形成，運動的電荷不一定形成電流，A錯根據(jù)歐姆定律知，B對由電流的計算式Ieq f(q,t)知，單位時間內(nèi)通過導

20、體橫截面的電量越多，導體中的電流就越大，C對因為電流的運算遵循代數(shù)法則，電流是標量，D錯【答案】BC2(多選)如圖2111所示，將左邊的銅導線與右邊的鋁導線連接起來，已知鋁導線的橫截面積是銅導線橫截面積的兩倍，在銅導線上取一個截面A，在鋁導線上取一個截面B，若在1秒內(nèi)垂直地通過它們的電子數(shù)相等，那么，通過這兩個截面的() 【導學號：96322115】圖2111A電流相等B電流不相等C自由電子定向移動的速率相等D自由電子定向移動的速率不相等【解析】由于在1秒內(nèi)通過兩段導體截面的電子數(shù)相等，則通過這兩個截面的電流相等，選項A正確，B錯誤；由InqSv知橫截面積大的電子定向移動的速率一定小，故選項C

21、錯誤，D正確【答案】AD3一個阻值為R的電阻兩端加上電壓U后，通過電阻橫截面的電荷量q隨時間變化的圖像如圖2112所示，此圖像的斜率可表示為()圖2112AUBRC.eq f(U,R) D.eq f(1,R)【解析】此圖線的斜率表示電流，即Ieq f(q,t)，又由歐姆定律Ieq f(U,R)知，選項C正確【答案】C4某家用臺燈可通過調節(jié)開關使它的亮度逐漸增大到最亮，若燈最亮時的電壓為220 V，工作電流為0.18 A，則當電壓為110 V時，燈絲的電阻()A等于1 222 B等于611 C大于1 222 D小于1 222 【解析】燈泡正常工作時的電阻Req f(U,I)eq f(220,0.

22、18) 1 222 ，電壓減小時，燈絲的電阻減小，則D選項正確【答案】D5(多選)如圖2113是某導體的伏安特性曲線，由圖可知正確的是()圖2113A導體的電阻是25 B導體的電阻是0.04 C當導體兩端的電壓是10 V時，通過導體的電流是0.4 AD當通過導體的電流是0.1 A時，導體兩端的電壓是2.5 V 【解析】由圖線知，當電壓為5 V時，導體中的電流為0.2 A，由歐姆定律知，電阻Req f(U,I)eq f(5,0.2) 25 ，A正確，B錯誤；由圖線知，電阻是不變的，當導體兩端的電壓是10 V時，通過導體的電流Ieq f(10,25) A0.4 A，C正確；當通過導體的電流是0.1

23、 A時，導體兩端的電壓U250.1 V2.5 V，D正確【答案】ACD6小燈泡燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，加在燈泡兩端的電壓較小時，通過燈泡的電流也較小，燈絲的溫度較低，加在燈泡兩端的電壓較大時，通過燈泡的電流也較大，燈絲的溫度較高已知一只燈泡兩端的電壓為1 V時，通過燈泡的電流為0.5 A；燈泡兩端的電壓為3 V時，通過燈泡的電流是1 A；則當燈泡兩端電壓為2 V時，通過燈泡的電流可能是() 【導學號：96322116】A0.5 AB0.6 AC0.8 AD1 A【解析】從題意可知，電流應大于0.5 A而小于1 A，具體再進一步確定，燈泡兩端的電壓為1 V時，電流為0.5 A，燈泡的電阻R

24、12 ；燈泡兩端的電壓為3 V時，電流為1 A，燈泡的電阻R23 ；當燈泡兩端的電壓為2 V時，燈泡的電阻大于2 而小于3 ，所以這時通過燈泡的電流大于eq f(2 V,3 )0.67 A，而小于eq f(2 V,2 )1 A，故選C.【答案】C7為探究小燈泡L的伏安特性，連好如圖2114所示的電路后閉合開關，通過移動變阻器的滑片，使小燈泡中的電流由零開始逐漸增大，直到小燈泡正常發(fā)光由電流表和電壓表得到的多組讀數(shù)描繪出的UI圖像應是()圖2114【解析】由于燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，故電壓升高時，電阻變大，UI圖像的斜率越來越大，故C正確【答案】C8如圖2115所示的圖像所對應的兩個導體：

25、圖2115(1)電阻關系R1R2為多少？(2)若兩個導體中的電流相等(不為零)時，電壓之比U1U2為多少？(3)若兩個導體的電壓相等(不為零)時，電流之比I1I2為多少？【解析】(1)由IU圖像可知：Req f(1,k)eq f(U,I)解得：R1eq f(10103,5103) 2 R2eq f(10103,15103) eq f(2,3) 故R1R22(eq f(2,3)31.(2)由歐姆定律得：U1I1R1，U2I2R2，由于I1I2，則U1U2R1R231.(3)由歐姆定律得：I1eq f(U1,R1)，I2eq f(U2,R2)，由于U1U2，則I1I2R2R113.【答案】(1)31(2)31(3)139鳥兒落在110 kV的高壓輸電線上，雖然通電的高壓線是裸露導線，但鳥兒仍然安然無恙，這是因為() 【導學號：96322117】圖2116A鳥有耐高壓的本領B鳥腳是干燥的，所以鳥的身體不導電C鳥兩腳間的電壓幾乎為零D鳥身體的電阻極大，所以無電流通過【解析】鳥兩腳間導線的電阻非常小，故兩腳間電壓幾乎為零【答案】C10如圖2117所示為一個小燈