2019-2020学年高中物理 第二章 直流电路 第1节 欧姆定律课件 教科版选修3-1

第二章直流电路第1节欧姆定律[课标解读]1.知道形成电流的条件，理解电流的定义式I＝qt，并能分析相关问题.2.掌握欧姆定律的内容及其适用范围.3.知道导体的伏安特性和I­U图像，并通过描绘小灯泡的伏安特性曲线掌握利用分压电路改变电压的技巧．01课前自主梳理02课堂合作探究03核心素养提升04课后巩固提升课时作业一、电流1．形成电流的条件(1)导体中要有能__________的电荷；(2)导体内存在_____．2．电流的方向规定__________的定向运动方向为电流方向．自由移动电场正电荷3．电流(1)定义：通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷所用时间t的_____，用I表示．(2)公式：I＝_____．(3)单位国际单位：安培(A)；常用单位：毫安(mA)和微安(μA)．1A＝103mA＝106μA.4．恒定电流(1)直流：_____不随时间改变的电流．(2)恒定电流：方向和_____都不随时间改变的电流．比值qt方向强弱[判断](1)电流既有大小，又有方向，是矢量．()(2)电流的方向与电荷定向移动的方向相同．()(3)恒定电流的大小、方向均不变．()答案：(1)×(2)×(3)√二、欧姆定律电阻1．电阻(1)定义：加在导体两端的电压与通过它的电流的_____．(2)定义式：R＝_____．(3)物理意义：反映导体对电流__________的大小．(4)单位：欧姆，符号为Ω，其他的还有kΩ、MΩ.1kΩ＝103Ω，1MΩ＝106Ω.比值UI阻碍作用2．欧姆定律(1)内容：导体中的电流跟导体两端的_____成正比，跟导体的_____成反比．(2)公式：I＝_____．(3)适用范围：欧姆定律对金属导体和电解质溶液适用，但对气态导体和半导体元件并不适用．电压电阻UR[判断](1)由R＝UI知，电阻与其两端的电压成正比，与通过它的电流成反比．()(2)R＝UI与I＝UR只是形式不同，没有区别．()(3)欧姆定律并非对所有的导体都适用．()答案：(1)×(2)×(3)√三、伏安特性曲线1．定义：建立平面直角坐标系，用纵轴表示电流I，用横轴表示电压U，画出导体的I­U图线．2．线性元件：伏安特性曲线为通过__________的直线的元件，即电流与电压成_____的线性关系的元件，如金属导体、电解液等．3．非线性元件：伏安特性曲线不是_____的元件，即电流与电压不成正比的电学元件，如气态导体、二极管等.坐标原点正比直线要点一对电流的理解1．电流的大小(1)定义式：I＝qt.用该式计算出的电流是时间t内的平均值．对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等．(2)两点说明①电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I＝qt求电流时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和．②q＝It是I＝qt的变形，是求电荷量的重要公式．其中I是电流在时间t内的平均值．2．电流的方向(1)规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反．(2)金属导体中自由移动的电荷是自由电子，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反．3．电流强度的微观解释(1)如图所示，导体长为l，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q.(2)导体AD中的自由电荷总数：N＝nlS.总电荷量Q＝Nq＝nlSq.这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t＝lv.由q＝It可得，导体AD中的电流为I＝Qt＝nlSqlv＝nqSv，即导体中电流取决于n、q、S、v.[例1]如果导线中的电流为1mA，那么1s内通过导体横截面的自由电子数是多少？若“220V60W”的白炽灯泡正常发光时的电流为273mA，则20s内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个？[思路点拨](1)公式I＝qt中各符号的意义是什么？(2)“220V60W”的灯泡正常发光的条件是什么？[解析]q＝It＝1×10－3×1C＝1×10－3C，设电子的数目为n，则n＝qe＝1×10－3C1.6×10－19C＝6.25×1015(个)．当“220V60W”的白炽灯泡正常发光时，电压U＝220V，I′＝273mA.q′＝I′t′＝273×10－3×20C＝5.46C．设电子的数目为N，则N＝q′e＝5.46C1.6×10－19C＝3.41×1019(个)．[答案]6.25×1015个3.41×1019个计算电流时，首先分清形成电流的自由电荷的种类．对金属来讲，是自由电子的定向移动，电荷量q为通过横截面的自由电子的电荷量．对电解液来讲，是正、负离子同时向相反方向定向移动，电荷量q为正、负离子电荷量绝对值之和．1.如图所示，在1价离子的电解质溶液内插有两根碳棒A和B作为电极，将它们接在直流电源上，于是溶液内就有电流通过．若在t秒内，通过溶液内截面S的正离子数为n1，通过的负离子数为n2，设基本电荷为e，则以下说法中正确的是()A．正离子定向移动形成的电流方向从A→B，负离子定向移动形成的电流方向从B→AB．溶液内由正、负离子向相反方向移动，溶液中的电流抵消，电流大小等于零C．溶液内的电流方向从A→B，电流大小I＝n1etD．溶液内的电流方向从A→B，电流大小I＝n1＋n2te解析：电流方向为正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动的反方向，故正、负离子形成电流方向是一致的，从A→B；因为正、负离子形成电流方向一致，有I＝n1e＋n2et＝n1＋n2te，故A、B、C错，D对．答案：D2.如图所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为()A．vqB.qvC．qvSD.qvS解析：ts内棒通过的长度l＝vt，总电荷量Q＝ql＝qvt，则I＝Qt＝qvtt＝qv，故选项A正确．答案：A电流有方向，物理学中规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，但电流不是矢量．凡是矢量在运算时都遵循平行四边形定则，而电流的运算则是用代数方法进行加减的，所以电流尽管既有大小又有方向，但它是标量．要点二对欧姆定律的理解1．欧姆定律的“两性”(1)同体性：表达式I＝UR中的三个物理量U、I、R对应于同一段电路或导体．(2)同时性：三个物理量U、I、R对应于同一时刻．2．公式R＝UI与I＝UR的比较R＝UII＝UR电阻的定义式，R不变时，R＝ΔUΔI不能理解成电流的定义式，电流的定义式是I＝qt电阻R是导体本身的属性，跟所加的电压U及通过的电流I无关电流与电压U成正比，与电阻R成反比，所以电流I由电压U和导体的电阻R共同决定给出了导体电阻的一种测量方法：伏安法，适用于所有的导体欧姆定律，适用于金属、电解质溶液导体[例2](多选)下列说法中正确的是()A．由R＝UI知，一段导体的电阻跟它两端的电压成正比，跟通过它的电流成反比B．比值UI反映了导体阻碍电流的性质，即电阻R＝UIC．导体电流越大，电阻越小D．由I＝UR知，通过一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比[思路点拨]注意R＝UI、I＝UR两式物理意义的不同．[解析]导体的电阻取决于导体本身的性质，与U、I无关，故A、C错误．比值UI反映了导体对电流的阻碍作用，定义为电阻，故B正确．由I＝UR知通过导体的电流跟加在它两端的电压成正比，故D正确．[答案]BD欧姆定律的原形式是I＝UR，而公式R＝UI应该理解成电阻的比值定义式，比值定义就在于被定义的物理量与比值中的那两个物理量无关．但R＝UI告诉了我们一种测量导体电阻的方法，即伏安法．1．(多选)下列说法中正确的是()A．通过导体的电流越大，则导体的电阻越小B．当加在导体两端的电压变化时，导体中的电流也发生变化，但电压和电流的比值对这段导体来说是恒量C．通过导体的电流跟加在它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比D．导体的电阻跟它两端的电压成正比，跟通过导体的电流成反比解析：导体的电阻是导体本身的性质，与外加电压和通过的电流无关，选项A、D错误；对同一段导体，电阻不变，它两端的电压和通过电流的比值为恒量，当加在导体两端的电压变化时，导体中的电流也发生变化，选项B正确；由欧姆定律知通过导体的电流跟加在它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比，选项C正确．答案：BC2．电路中有一段导体，如果给它加上3V的电压，通过它的电流为2mA，可知这段导体的电阻为______Ω；如果给它加上4.5V的电压，则通过它的电流为______mA.解析：电流I＝2mA＝2×10－3A，故导体的电阻R＝UI＝32×10－3Ω＝1.5×103Ω.加上4.5V的电压，则通过导体的电流I′＝U′R＝4.51.5×103A＝3×10－3A＝3mA.答案：1.5×1033在应用欧姆定律解答实际问题时，要特别注意公式中三个量I、U、R，这三个量具有“同一性”和“同时性”的特点．要点三对导体伏安特性曲线的理解1．I­U图线不同于U­I图线，I­U图线为导体的伏安特性曲线，加在导体两端的电压U是自变量，I是因变量．2．对I­U图像或U­I图像进行分析比较时，要先仔细辨认纵轴与横轴各代表什么，以及由此对应的图像上任意一点与坐标原点连线的斜率的具体意义，在图甲中，R2R1，而在图乙中R2R1.3．I­U图线是曲线时：导体电阻Rn＝UnIn，即电阻等于图线上点(Un，In)与坐标原点连线斜率的倒数，如图丙所示，而不等于该点切线斜率的倒数．[特别提醒]I­U图线上某点与坐标原点连线的斜率k＝1R，斜率k不能理解为k＝tanα(α为图线与U轴的夹角)，因坐标轴的单位可根据需要人为确定，同一电阻在坐标轴单位不同时倾角α是不同的．[例3](多选)某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示，则下列说法中正确的是()A．该元件是非线性元件，所以不能用欧姆定律计算导体在某状态的电阻B．加5V电压时，导体的电阻约是5ΩC．由图可知，随着电压的增大，导体的电阻不断减小D．由图可知，随着电压的减小，导体的电阻不断减小[思路点拨]解答本题时应把握以下三点：(1)由伏安特性曲线可知，导体是非线性元件．(2)某状态下的电阻为该点与坐标原点连线的斜率的倒数．(3)根据各点与坐标原点连线的斜率的变化判断导体电阻的变化．[解析]非线性元件欧姆定律不一定不适用，例如金属导体的电阻就是随温度的变化而变化的，可以用欧姆定律计算各状态的电阻值，A错误．当U＝5V时，I＝1.0A，R＝UI＝5Ω，B选项正确．由图线可知，随电压的增大，各点到坐标原点连线的斜率越来越小，电阻越来越大，反之，随电压的减小，电阻减小，C错误，D正确．[答案]BD在I­U图像中，若图线过坐标原点，则图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体电阻大小的倒数，且图线的斜率越大，电阻越小；若图线不经过坐标原点，则图线上的点与坐标原点连线的斜率并不表示导体电阻的大小的倒数．1．(多选)如图所示是某导体的伏安特性曲线，由图可知正确的是()A．导体的电阻是25ΩB．导体的电阻是0.04ΩC．当导体两端的电压是10V时，通过导体的电流是0.4AD．当通过导体的电流是0.1A时，导体两端的电压是2.5V解析：由图像可知，导体的电阻R＝UI＝50.2Ω＝25Ω，当电压U1＝10V时，电流I1＝U1R＝1025A＝0.4A，当电流I2＝0.1A时，电压U2＝I2R＝0.1×25V＝2.5V.答案：ACD2．如图所示的图像所对应的两个导体：(1)电阻R1∶R2为多少？(2)若两个导体中的电流相等(不为零)时，电压之比U1∶U2为多少？(3)若两个导体中的电压相等(不为零)时，电流之比I1∶I2为多少？解析：(1)因为在I­U图像中，R＝1k＝ΔUΔI，所以R1＝10×10－35×10－3Ω＝2Ω，R2＝10×10－315×10－3Ω＝23Ω，所以R1∶R2＝2∶23＝3∶1.(2)由欧姆定律得U1＝I1R1，U2＝I2R2，由于I1＝I2，则U1∶U2＝R1∶R2＝3∶1.(3)由欧姆定律得I1＝U1R1，I2＝U2R2，由于U1