高中物理 第3章 從電表電路到集成電路 3.2 研究電流、電壓和電阻課件 滬科版選修31

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1、第3章學(xué)案2研究電流、電壓和電阻目標(biāo)定位1.掌握電流的定義及定義式，能應(yīng)用電流的表達(dá)式進(jìn)行有關(guān)計算.2.理解電路中的電壓與電勢降落的關(guān)系，掌握電路中電勢變化的規(guī)律.3.知道電阻的形成原因，理解金屬電阻與溫度的關(guān)系內(nèi)容索引知識探究達(dá)標(biāo)檢測知識探究1一、電流一、電流1.如圖1所示，鹽水中可以形成電流，鹽水中電流方向是怎樣的呢？ 答案在電場中，鹽水中正電荷Na向左移動，形成向左的電流，負(fù)電荷Cl向右移動，形成向左的電流，故鹽水中電流方向向左圖12.如圖2所示，AD表示粗細(xì)均勻的一段長為l的導(dǎo)體，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速率為v，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電

2、荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q.試證明：導(dǎo)體內(nèi)的電流可表示為InqSv. 答案圖2要點總結(jié)要點總結(jié)1.電流：流過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量Q跟所用時間t的比值.(1)定義式：I_(2)單位： ，符號 ；常用的電流單位還有：毫安(mA)、微安(A).1 A mA；1 A A(3)方向：規(guī)定 定向移動的方向為電流的方向，則負(fù)電荷定向移動的方向與電流方向 . 安培A103106正電荷相反2.電解液中正、負(fù)離子定向移動方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動形成的電流方向是相同的，應(yīng)用I 時，Q為正電荷的總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的.3. 從微觀上看，電流I ，即I決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)n、每個自

3、由電荷的電荷量q、自由電荷，導(dǎo)體的橫截面積S.絕對值之和nqSv定向移動速率v4.三種速率的比較(1)電子定向移動速率：電子在金屬導(dǎo)體中的平均運動速率v，也是公式InqSv的v，大小約為105 m/s.(2)電流的傳導(dǎo)速率：電流在導(dǎo)體中的傳導(dǎo)速率等于光速，為 m/s.閉合開關(guān)的瞬間，電路中各處以光速建立電場，電路中各處的自由電子幾乎同時定向移動，整個電路也幾乎同時形成了電流.(3)電子熱運動速率：電子做無規(guī)則熱運動的速率，大小約為105 m/s.由于熱運動向各個方向運動的機會相等，故此運動不能形成電流.3108延伸思考延伸思考 答案不對，電流雖然有方向但是它遵循代數(shù)運算法則，所以電流不是矢量而

4、是標(biāo)量.有的同學(xué)說：“電流有方向，電流就是矢量”對嗎？典型典型例題例題例例1在某種帶有一價離子的水溶液中，正、負(fù)離子在做定向移動，方向如圖3所示.如果測得2 s內(nèi)分別有1.01018個正離子和1.01018個負(fù)離子通過溶液內(nèi)部的橫截面M，則溶液中電流的方向如何？電流多大？答案解析由A指向B0.16 A圖3水溶液中導(dǎo)電的是自由移動的正、負(fù)離子，它們在電場的作用下向相反方向定向移動.電學(xué)中規(guī)定，電流的方向為正電荷定向移動的方向，所以溶液中電流的方向與正離子定向移動的方向相同，即由A指向B.每個離子的電荷量是e1.61019 C.該水溶液導(dǎo)電時負(fù)離子由B向A運動，負(fù)離子的定向移動可以等效看作是正離子

5、反方向的定向移動.所以，一定時間內(nèi)通過橫截面M的電荷量應(yīng)該是正、負(fù)兩種離子電荷量的絕對值之和.例例2銅的摩爾質(zhì)量為m，密度為，每摩爾銅原子有n個自由電子，今有一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線，當(dāng)通過的電流為I時，電子平均定向移動速率為答案解析假設(shè)電子定向移動的速率為v，那么在t時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)相當(dāng)于在體積vtS中的自由電子數(shù)，而體積為vtS的銅的質(zhì)量為vtS，二、電路中電勢變化的規(guī)律歐姆定律二、電路中電勢變化的規(guī)律歐姆定律如圖4所示，用多用電表測量R1、R2未接入電路時的電阻值，閉合開關(guān)，用多用電表的電壓擋測量ab、bc、ac的電勢差，用電流擋測量線路的電流，分析測量結(jié)果，能得到怎樣的

6、結(jié)論.圖4答案實驗結(jié)論：UabIR1UbcIR2UacUabUbc要點總結(jié)要點總結(jié)1.沿著電流的方向電勢逐漸 ，所以電路中任意兩點之間的電勢差又叫 .從電源正極到負(fù)極總的電勢降落等于電路中沿電流方向的電勢降落的 .即U總U1U2.2.歐姆定律：導(dǎo)體中的電流I跟導(dǎo)體兩端的電壓U成 ，跟導(dǎo)體的電阻R成 .(1)公式：I_.(2)適用條件：適用于金屬導(dǎo)體和電解質(zhì)溶液，不適用于氣態(tài)導(dǎo)體和半導(dǎo)體元件.降低電勢降落和正比反比 典型典型例題例題例例3如圖5所示的圖像所對應(yīng)的兩個導(dǎo)體：(1)電阻R1R2為多少？圖5 答案31解析(2)若兩個導(dǎo)體中的電流相等(不為零)時，電壓之比U1U2為多少？ 答案31解析由

7、歐姆定律得U1I1R1，U2I2R2，由于I1I2，則U1U2R1R231.(3)若兩個導(dǎo)體中的電壓相等(不為零)時，電流之比I1I2為多少？ 答案13解析由于U1U2，則I1I2R2R113.三、導(dǎo)體的電阻三、導(dǎo)體的電阻電流通過導(dǎo)體時為什么存在電阻？導(dǎo)體為什么發(fā)熱？答案導(dǎo)體中的自由電子在電場力作用下做定向移動，但在移動過程中不斷地與晶體點陣上的原子實碰撞，將它的一部分動能傳遞給原子實，使原子實的熱振動加劇，宏觀上表現(xiàn)為導(dǎo)體發(fā)熱.自由電子與晶體點陣上的原子實碰撞，形成對電子定向運動的阻礙作用，這是“電阻”產(chǎn)生的根本原因.要點總結(jié)要點總結(jié)1.電阻：反映了導(dǎo)體對電流的 作用.(1)定義式：R .(

8、2)單位： ，符號是 .常用單位：k、M .1 k ，1 M .2.電阻的產(chǎn)生原因：自由電子與晶體點陣上的原子實碰撞，形成對電子定向移動的阻礙作用.它也是電阻元件發(fā)熱的原因.3.金屬導(dǎo)體的電阻會隨著溫度的升高而 ，即RR0(1t)，其中R表示金屬在t 時的電阻，R0表示金屬在0 時的電阻值，叫做電阻的溫度系數(shù).阻礙歐姆103106增大典型典型例題例題例例4電路中有一段導(dǎo)體，如果給它加上3 V的電壓，通過它的電流為2 mA，可知這段導(dǎo)體的電阻為_；如果給它加上2 V的電壓，則通過它的電流為_ mA；如果在它兩端不加電壓，則它的電阻為_. 答案1 500解析1.331 500達(dá)標(biāo)檢測21.(電流的

9、理解)關(guān)于電流的說法中正確的是A.根據(jù)I ，可知I與Q成正比B.如果在任何相等的時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量相等，則導(dǎo)體中的電 流是恒定電流C.電流有方向，電流是矢量D.電流的單位“安培”是國際單位制中的基本單位1234答案解析1234依據(jù)電流的定義式可知，電流與Q、t皆無關(guān)，顯然選項A錯誤.雖然電流是標(biāo)量，但是卻有方向，因此在任何相等的時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量雖然相等，但如果方向變化，電流也不是恒定電流，所以，選項B、C錯誤.2.(公式I 的理解和應(yīng)用)某電解液，如果在1 s內(nèi)共有51018個二價正離子和11019個一價負(fù)離子通過某橫截面，那么通過這個橫截面的電流大小為A.0 B.0.8 AC.1.6 A D.3.2 A答案解析123412343.(歐姆定律的理解)根據(jù)歐姆定律，下列判斷正確的是A.導(dǎo)體兩端的電壓越大，電阻就越大B.導(dǎo)體中的電流越大，電阻就越小C.比較幾只電阻的IU圖像可知，電流變化相同時，電壓變化較小的 圖像是屬于阻值較大的那個電阻的D.由I 可知，通過一段導(dǎo)體的電流跟加在它兩端的電壓成正比1234答案解析12344.(歐姆定律的應(yīng)用)如圖6所示，A、B、C為三個通電導(dǎo)體的IU關(guān)系圖像.由圖可知，電阻最大的導(dǎo)體是_；若在導(dǎo)體B兩端加上10 V電壓時，通過導(dǎo)體B的電流是_.1234圖6答案解析C2.5 A1234本課結(jié)束