2017-2018學(xué)年高中物理 第二章 直流電路 第1講 歐姆定律學(xué)案 教科版選修3-1.doc

第1講 歐姆定律目標(biāo)定位1.知道形成電流的條件，理解電流的定義式I，并能分析相關(guān)問(wèn)題.2.掌握歐姆定律的內(nèi)容及其適用范圍.3.知道導(dǎo)體的伏安特性和IU圖像，并通過(guò)描繪小燈泡的伏安特性曲線掌握利用分壓電路改變電壓的技巧一、電流1自由電荷：導(dǎo)體中可自由運(yùn)動(dòng)的電荷，稱為自由電荷金屬中的自由電荷是自由電子；電解質(zhì)溶液中自由電荷是可自由運(yùn)動(dòng)的正負(fù)離子2形成電流的條件：導(dǎo)體中有自由電荷、導(dǎo)體內(nèi)存在電場(chǎng)3電流(1)定義：通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量q跟通過(guò)這些電荷所用時(shí)間t的比值(2)定義式：I.(3)單位：國(guó)際單位是安培(A)；常用單位還有毫安(mA)和微安(A)等，1 mA103 A，1 A106 A.(4)方向：電流是標(biāo)量，但有方向?qū)w內(nèi)正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?，即電流方向與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反(5)電流強(qiáng)度的微觀解釋如圖1所示，導(dǎo)體長(zhǎng)為l，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(dòng)的速率為v，導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q.圖1導(dǎo)體AD中的自由電荷總數(shù)：NnlS總電荷量QNqnlSq這些電荷都通過(guò)橫截面D所需要的時(shí)間：t由qIt可得，導(dǎo)體AD中的電流為InqSv，即導(dǎo)體中電流取決于n、q、S、v.4直流和恒定電流方向不隨時(shí)間改變的電流叫做直流，方向和強(qiáng)弱都不隨時(shí)間改變的電流叫做恒定電流深度思考判斷下列說(shuō)法是否正確，并說(shuō)明理由(1)電流有方向，所以說(shuō)電流是矢量(2)由于I，所以說(shuō)I與q成正比，與t成反比答案(1)不正確，電流的計(jì)算遵循代數(shù)運(yùn)算法則，所以是標(biāo)量(2)I是電流的定義式，電流與q無(wú)正比關(guān)系，與t無(wú)反比關(guān)系例1在某種帶有一價(jià)離子的水溶液中，正、負(fù)離子在定向移動(dòng)，方向如圖2所示如果測(cè)得2 s內(nèi)分別有1.01018個(gè)正離子和1.01018個(gè)負(fù)離子通過(guò)溶液內(nèi)部的橫截面M，則溶液中電流的方向如何？電流為多大？圖2解析水溶液中導(dǎo)電的是自由移動(dòng)的正、負(fù)離子，它們?cè)陔妶?chǎng)的作用下向相反方向定向移動(dòng)電學(xué)中規(guī)定，電流的方向?yàn)檎姾啥ㄏ蛞苿?dòng)的方向，所以溶液中電流的方向與正離子定向移動(dòng)的方向相同，即由A指向B.每個(gè)離子的電荷量是e1.601019 C該水溶液導(dǎo)電時(shí)負(fù)離子由B向A運(yùn)動(dòng)，負(fù)離子的定向移動(dòng)可以等效看做是正離子反方向的定向移動(dòng)所以，一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(duì)值之和I A0.16 A.答案由A指向B0.16 A對(duì)金屬來(lái)講，是自由電子的定向移動(dòng)，q為通過(guò)橫截面的自由電子的電荷量對(duì)電解質(zhì)溶液來(lái)講，是正、負(fù)離子同時(shí)向相反方向定向移動(dòng)，q為正、負(fù)離子電荷量的絕對(duì)值之和例2銅的摩爾質(zhì)量為m，密度為，每摩爾銅原子有n個(gè)自由電子，每個(gè)自由電子的電荷量為e，今有一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線，通過(guò)電流為I時(shí)，電子定向移動(dòng)的平均速率為()A光速c B.C. D.解析設(shè)電子定向移動(dòng)的速率為v，那么在t秒內(nèi)通過(guò)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，摩爾數(shù)為，自由電子數(shù)為，所以電荷量q，由I得v，故D對(duì)，A、B、C錯(cuò)答案D(1)電流的微觀表達(dá)式InqSv，其中n為單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，q為每個(gè)自由電荷的電荷量，S為導(dǎo)體的橫截面積，v為自由電荷定向移動(dòng)的速率即從微觀上看，電流取決于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個(gè)自由電荷的電荷量、自由電荷定向移動(dòng)速率的大小，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)(2)區(qū)別三種速率：電子定向移動(dòng)的速率：電流就是由電荷的定向移動(dòng)形成的電流InqSv中的v就是電荷定向移動(dòng)的速率，大小約為105 m/s.電子熱運(yùn)動(dòng)的速率：導(dǎo)體內(nèi)部電子在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不能形成電流，大小約為105 m/s.電流傳導(dǎo)的速率：等于光速二、歐姆定律電阻1電阻(1)定義：電壓U和電流I的比值是一個(gè)跟導(dǎo)體本身性質(zhì)有關(guān)的量，我們稱之為電阻(2)定義式：R(3)單位：國(guó)際單位制：歐姆，簡(jiǎn)稱歐，符號(hào)是.常用單位還有千歐和兆歐等，1 k103 ；1 M106 .2歐姆定律(1)通過(guò)電流I跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，跟導(dǎo)體的電阻R成反比(2)公式：I.(3)適用條件：適用于金屬和電解質(zhì)溶液導(dǎo)電，不適于氣體和半導(dǎo)體深度思考導(dǎo)體兩端的電壓為零時(shí)，導(dǎo)體的電阻也為零嗎？導(dǎo)體兩端的電壓增大時(shí)，電阻也會(huì)增大嗎？答案電阻是導(dǎo)體本身的固有屬性，利用電壓和電流計(jì)算電阻只是一種比值定義法，電壓為零時(shí)，導(dǎo)體的電阻不為零；同理，電壓增大時(shí)，電阻不變例3對(duì)于歐姆定律的理解，下列說(shuō)法中正確的是()A由I，通過(guò)電阻的電流跟它兩端的電壓成正比，跟它的電阻成反比B由UIR，對(duì)一定的導(dǎo)體，通過(guò)它的電流越大，它兩端的電壓也越大C由R，導(dǎo)體的電阻跟它兩端的電壓成正比，跟通過(guò)它的電流成反比D對(duì)一定的導(dǎo)體，它兩端的電壓與通過(guò)它的電流的比值保持不變解析根據(jù)歐姆定律可知，通過(guò)電阻的電流跟它兩端的電壓成正比，跟它的電阻成反比，A正確；對(duì)一定的導(dǎo)體，它兩端的電壓與通過(guò)它的電流的比值保持不變，即電阻不變，電流與電壓成正比，通過(guò)它的電流越大，它兩端的電壓也越大，B、D正確；導(dǎo)體的電阻與電壓的大小無(wú)關(guān)，是由導(dǎo)體本身決定的，C錯(cuò)誤故選A、B、D.答案ABD(1)R是電阻的定義式，適用于任何電阻的計(jì)算，給出了量度電阻大小的一種方法而導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定，與外加的電壓和通過(guò)的電流大小無(wú)關(guān)(2)使用I、R計(jì)算時(shí)要注意I、U、R三個(gè)量必須是對(duì)應(yīng)同一導(dǎo)體在同種情況下的物理量三、伏安特性曲線1伏安特性曲線：通過(guò)某種電學(xué)元件的電流隨電壓變化的圖線叫做這種元件的伏安特性曲線2線性元件：伏安特性曲線是通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線的元件，其電阻為定值，這種元件叫線性元件3非線性元件：伏安特性曲線不是直線的元件，叫非線性元件深度思考金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高會(huì)增大，它的伏安特性曲線是向上彎曲還是向下彎曲？答案金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度升高而增大，所以它的電阻增大，根據(jù)IU圖像上各點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率可以反映出電阻的倒數(shù)，所以圖線向下彎曲例4如圖3所示的圖像所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)導(dǎo)體：圖3(1)電阻R1R2為多少？(2)若兩個(gè)導(dǎo)體中的電流相等(不為零)時(shí)，電壓之比U1U2為多少？(3)若兩個(gè)導(dǎo)體中的電壓相等(不為零)時(shí)，電流之比I1I2為多少？解析(1)因?yàn)樵贗U圖像中，R，所以R1 2 ，R2 ，所以R1R2231.(2)由歐姆定律得U1I1R1，U2I2R2，由于I1I2，則U1U2R1R231.(3)由歐姆定律得I1，I2，由于U1U2，則I1I2R2R113.答案(1)31(2)31(3)13IU圖像與UI圖像的區(qū)別(1)坐標(biāo)軸的意義不同：IU圖像中，橫坐標(biāo)表示電壓U、縱坐標(biāo)表示電流I；UI圖像中，橫坐標(biāo)表示電流I，縱坐標(biāo)表示電壓U.(2)圖線斜率的意義不同IU圖像中，若圖像為直線斜率表示電阻的倒數(shù)，若圖像是曲線，則曲線上各點(diǎn)與原點(diǎn)的連線的斜率表示電阻的倒數(shù)，曲線上各點(diǎn)切線的斜率無(wú)意義UI圖像中，若圖像是直線，斜率表示電阻，若圖像是曲線，曲線上各點(diǎn)與原點(diǎn)的連線的斜率表示電阻1(公式I的理解與應(yīng)用)電路中有一電阻，通過(guò)電阻的電流為5 A，當(dāng)通電5分鐘時(shí)，通過(guò)電阻橫截面的電子數(shù)為()A1 500個(gè) B9.3751019個(gè)C9.3751021個(gè) D9.3751020個(gè)答案C解析qIt，n9.3751021個(gè)2(電流的微觀意義)如圖4所示，一根橫截面積為S的均勻長(zhǎng)直橡膠棒上帶有均勻的負(fù)電荷，每單位長(zhǎng)度上電荷量為q，當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于棒運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流大小為()圖4Aqv B.CqvS D.答案A解析t秒內(nèi)棒運(yùn)動(dòng)的距離為lvt，總電荷量Qqlqvt，所以Iqv，故選項(xiàng)A正確3(對(duì)歐姆定律的理解)已知用電器A的電阻是用電器B的電阻的2倍，加在A上的電壓是加在B上的電壓的一半，那么通過(guò)A和B的電流IA和IB的關(guān)系是()AIA2IB BIACIAIB DIA答案D解析由I得：IAIBUARBUBRA14，即IAIB，應(yīng)選D.4(對(duì)伏安特性曲線的認(rèn)識(shí))(多選)假設(shè)某同學(xué)研究白熾燈得到某白熾燈的伏安特性曲線如圖5所示圖像上A點(diǎn)與原點(diǎn)的連線與橫軸成角，A點(diǎn)的切線與橫軸成角，則()圖5A白熾燈的電阻隨電壓的增大而減小B在A點(diǎn)，白熾燈的電阻可表示為tan C在A點(diǎn)，白熾燈的電功率可表示為U0I0D在A點(diǎn)，白熾燈的電阻可表示為答案CD解析白熾燈的電阻隨電壓的增大而增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在A點(diǎn)，白熾燈的電阻可表示為，或表示為tan ，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，D正確；在A點(diǎn)，白熾燈的電功率可表示為U0I0，選項(xiàng)C正確.題組一對(duì)電流的理解及有關(guān)計(jì)算1關(guān)于電流的說(shuō)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(shí)間內(nèi)通過(guò)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(guó)際單位制中的基本單位答案D解析依據(jù)電流的定義式可知，電流與q、t皆無(wú)關(guān)，顯然選項(xiàng)A錯(cuò)誤雖然電流是標(biāo)量，但是卻有方向，因此在任何相等的時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(xiàng)B錯(cuò)誤電流是標(biāo)量，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤2如圖1所示，福娃歡歡帶正電，福娃貝貝帶負(fù)電，用導(dǎo)體棒連接的瞬間，就一系列問(wèn)題兩人發(fā)生爭(zhēng)執(zhí)，你認(rèn)為下列說(shuō)法不正確的是()圖1A福娃歡歡說(shuō)，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，有瞬時(shí)電流B福娃貝貝說(shuō)，電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，無(wú)電流C福娃歡歡說(shuō)，最終我們是等勢(shì)體D福娃貝貝說(shuō)，最終導(dǎo)體棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于零答案B解析帶正電荷的福娃歡歡的電勢(shì)高于帶負(fù)電荷的福娃貝貝的電勢(shì)，用導(dǎo)體棒連接的瞬間，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，有瞬時(shí)電流，A正確、B錯(cuò)誤；最終達(dá)到靜電平衡，成為等勢(shì)體，導(dǎo)體棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于零，C、D正確3如圖2所示，將左邊的銅導(dǎo)線和右邊的鋁導(dǎo)線連接起來(lái)，已知截面積S鋁2S銅在銅導(dǎo)線上取一截面A，在鋁導(dǎo)線上取一截面B，若在1 s內(nèi)垂直地通過(guò)它們的電子數(shù)相等，那么通過(guò)這兩個(gè)截面的電流的大小關(guān)系是()圖2AIAIB BIA2IB CIB2IA D不能確定答案A解析這個(gè)題目中有很多干擾項(xiàng)，例如兩個(gè)截面的面積不相等、導(dǎo)線的組成材料不同等但解題關(guān)鍵是通過(guò)兩截面的電子數(shù)在單位時(shí)間內(nèi)相等，根據(jù)I可知電流相等4.如圖3所示是靜電除塵器示意圖，A接高壓電源的正極，B接高壓電源的負(fù)極，A、B之間有很強(qiáng)的電場(chǎng)，空氣被電離為電子和正離子，電子奔向正極A的過(guò)程中，遇到煙氣的煤粉，使煤粉帶負(fù)電荷，吸附到正極A上，排出的煙就成為清潔的了已知每千克煤粉會(huì)吸附m mol電子，每晝夜能除塵n kg，試計(jì)算高壓電源的電流I.設(shè)電子電荷量為e，阿伏加德羅常數(shù)為NA，一晝夜時(shí)間為t.圖3答案解析根據(jù)電流的定義式I，只要計(jì)算出一晝夜時(shí)間內(nèi)通過(guò)的電荷量Q，就可以求出電流I，需要注意的是，流過(guò)電源的電荷量Q跟煤粉吸附的電荷量Q并不相等，由于電離出的氣體中電子和正離子同時(shí)導(dǎo)電，煤粉吸附的電荷量QQ.QmneNA，QIt，從而mneNAIt，解得I.題組二對(duì)歐姆定律的理解5(多選)歐姆定律適用于()A金屬導(dǎo)電 B氣體導(dǎo)電C電解質(zhì)溶液導(dǎo)電 D所有導(dǎo)電物質(zhì)答案AC解析 歐姆定律適用于金屬導(dǎo)電、電解質(zhì)溶液導(dǎo)電，對(duì)氣體導(dǎo)電、半導(dǎo)體導(dǎo)電不適用，故A、C正確，B、D錯(cuò)誤，故選A、C.6(多選)由歐姆定律I導(dǎo)出UIR和R，下列敘述中正確的是()A由R知，導(dǎo)體的電阻由兩端的電壓和通過(guò)的電流決定B導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定，跟導(dǎo)體兩端的電壓及流過(guò)導(dǎo)體的電流的大小無(wú)關(guān)C對(duì)于確定的導(dǎo)體，其兩端的電壓和流過(guò)它的電流的比值等于它的電阻值D電流相同時(shí)，電阻越大，其電壓越大答案BCD7在電阻為4 的導(dǎo)體中通以恒定電流，5 min內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量是45 C，這時(shí)加在導(dǎo)體兩端的電壓是()A60 V B6 V C0.6 V D3.6 V答案C解析通過(guò)導(dǎo)體的電流為I A0.15 A；根據(jù)歐姆定律得，加在導(dǎo)體兩端的電壓是UIR0.154 V0.6 V，故選C.8有甲、乙兩導(dǎo)體，甲的電阻是乙的一半，而單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體乙橫截面的電荷量是甲導(dǎo)體中的兩倍，則以下說(shuō)法中正確的是()A甲、乙兩導(dǎo)體中的電流相同B乙導(dǎo)體中的電流是甲導(dǎo)體中的2倍C甲、乙兩導(dǎo)體兩端的電壓相同D乙導(dǎo)體兩端的電壓是甲的2倍答案B解析由電流的定義式I可知乙導(dǎo)體中的電流是甲的兩倍由I得UIR，因R乙2R甲，可知乙兩端的電壓是甲兩端電壓的4倍，所以A、C、D錯(cuò)誤題組三對(duì)伏安特性曲線的理解9(多選)將阻值為R的電阻接在電壓為U的電源兩端，則描述其電壓U、電阻R及流過(guò)R的電流I間的關(guān)系圖像中正確的是()答案CD解析電阻的阻值R不隨U、I的變化而改變，但電壓U與電流I成正比，C、D正確10(多選)某同學(xué)在探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與其兩端電壓的關(guān)系時(shí)，將記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)整理作出了如圖4所示的圖像，根據(jù)圖像，下列說(shuō)法正確的是()圖4A導(dǎo)體甲的電阻大于導(dǎo)體乙的電阻B在導(dǎo)體乙的兩端加1 V的電壓時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體乙的電流為0.1 AC當(dāng)通過(guò)導(dǎo)體甲的電流為0.9 A時(shí)，導(dǎo)體甲兩端的電壓為4 VD將導(dǎo)體乙連接到電壓為5 V的電源上時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體乙的電流為0.5 A答案BD解析IU圖像的斜率表示電阻的倒數(shù)，則R甲 5 ，R乙 10 ，A錯(cuò)誤；由I，得當(dāng)導(dǎo)體乙兩端的電壓為1 V時(shí)，I1 A0.1 A，選項(xiàng)B正確；乙連接到電壓為5 V的電源上時(shí)，I2 A0.5 A，選項(xiàng)D正確；由UIR，得當(dāng)通過(guò)導(dǎo)體甲的電流為0.9 A時(shí)，導(dǎo)體甲兩端的電壓UIR甲0.95 V4.5 V，選項(xiàng)C錯(cuò)誤圖511(多選)某導(dǎo)體中的電流隨其兩端電壓的變化如圖5所示，則下列說(shuō)法中正確的是()A該元件是非線性元件，不能用歐姆定律計(jì)算導(dǎo)體在某狀態(tài)下的電阻B加5 V電壓時(shí)，導(dǎo)體的電阻約是0.2 C加12 V電壓時(shí)，導(dǎo)體的電阻約是8 D由圖可知，隨著電壓的增大，導(dǎo)體的電阻不斷增大答案CD解析該元件是非線性元件，但仍能用歐姆定律計(jì)算導(dǎo)體在某狀態(tài)下的電阻，故A錯(cuò)誤；由題圖可知，當(dāng)加5 V電壓時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流為1.0 A，根據(jù)歐姆定律可得導(dǎo)體此時(shí)電阻R5 ，所以B錯(cuò)誤；同理當(dāng)加12 V電壓時(shí)，電流為1.5 A，電阻等于8 ，所以C正確；由題圖知，隨著電壓的增大，圖像上的點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率減小，此斜率等于電阻的倒數(shù)，則知導(dǎo)體的電阻不斷增大，故D正確題組四綜合應(yīng)用12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(shí)，通過(guò)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(shí)，通過(guò)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(shí)，通過(guò)燈泡的電流為0.5 A，燈泡兩端的電壓為3 V時(shí)，通過(guò)燈泡的電流是1 A，則燈泡兩端電壓為2 V時(shí)，通過(guò)燈泡的電流可能是()A0.5 A B0.6 A C0.8 A D1 A答案C13加在某導(dǎo)體上的電壓變?yōu)樵瓉?lái)的3倍時(shí)，導(dǎo)體中的電流增加了0.9 A，如果所加電壓變?yōu)樵瓉?lái)的時(shí)，導(dǎo)體中的電流變?yōu)槎嗌?？答?.225 A解析設(shè)導(dǎo)體電阻為R，導(dǎo)體上原來(lái)的電壓為U0，通過(guò)的電流為I0，則當(dāng)電壓變?yōu)樵瓉?lái)的3倍時(shí)，由歐姆定律得：I0，I00.9由以上兩式解得：0.45 A.當(dāng)電壓為U0時(shí)，I0.45 A0.225 A.