2019-2020学年高中物理 第2章 恒定电流 3 欧姆定律课件 新人教版选修3-1

2．3欧姆定律及实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线学习目标学习重点考查热度理解欧姆定律并能在具体问题中加以运用★★★★★知道伏安特性曲线、线性元件、非线性元件，学会一般元件伏安特性曲线的测绘方法★★★★通过探究导体电压和电流关系的实验过程，体会利用U­I图象来处理、分析实验数据，总结实验规律的方法★★★★★通过测绘小灯泡伏安特性曲线的实验，掌握利用分压电路改变电压的基本技能★★★★★基础梳理一、对导体的电阻的理解1．电阻：导体对电流的阻碍作用叫导体的电阻，等于导体电压与电流的比值．2．公式：R＝UI，单位：欧姆(Ω)，常用的单位还有kΩ、MΩ，1Ω＝10－3kΩ＝10－6MΩ.【概念理解】(1)导体对电流的阻碍作用是由于自由电荷在导体中做定向运动时，跟导体中的金属正离子或原子相碰撞发生的．(2)电流流经导体时，导体两端出现电势降落，同时将电能转化为内能，即导体发热．(3)R＝UI提供了测量电阻大小的方法，但导体对电流的这种阻碍作用是由导体本身性质决定的，与所加电压，通过的电流均无关系，绝不能错误地认为“导体的电阻与导体两端的电压成正比，与电流成反比．”二、欧姆定律1．欧姆定律：导体中的电流跟它两端的电压U成正比，跟它的电阻R成反比．2．公式：I＝UR3．适用条件：金属导体和电解液导电的纯电阻电路(不含电动机、电解槽等)．【概念理解】(1)欧姆定律中说到的电流、导体两端的电压、电阻都是对应同一导体在同一时刻的物理量，注意I、U、R的同一性．(2)欧姆定律不适用于气体导电．(3)欧姆定律可以解决的问题：①求导体中的电流；②计算导体两端应该加多大的电压；③测定导体的电阻．三、导体的伏安特性曲线1．伏安特性曲线：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图线如图所示，叫作导体的伏安特性曲线．【概念理解】(1)伏安特性曲线的斜率等于电阻的倒数，即k＝ΔIΔU＝1R，如图所示，斜率越大，表示电阻越小．(2)某些电阻在电流增大时，由于温度升高而使电阻变化，伏安特性曲线不是直线，但对某一状态，欧姆定律仍然适用．2．线性元件、非线性元件(1)线性元件：当导体的伏安特性曲线为过原点的直线，即电流与电压成正比的线性关系．具有这种特点的元件称为线性元件，如金属导体、电解液等．(2)非线性元件：伏安特性曲线不是直线的，即电流与电压不成正比的电学元件，称为非线性元件，如气体导体、二极管等．对于非线性元件，可以用欧姆定律公式求某一电压下的电阻．3．二极管的伏安特性曲线四、电压表与电流表之间的比较1．理想电表(1)理想电压表：理想电压表内阻无穷大，相当于断路，测量时不通过电流，与被测电阻并联测量时不分流，不引入系统误差，但读数也会存在偶然误差(人为因素)．(2)理想电流表：内阻为零，相当于导线．与被测电阻串联测量时不分压，不引入系统误差，但读数也会存在偶然误差(人为因素)．2．实际电表(1)实际电压表：内阻不是无穷大，内阻大小可以用RV表示，相当于一个大阻值电阻．与被测电阻Rx并联测量时会分流．被测电阻与电压表并联，相当于与一个电阻并联，电阻值变小，实际电路中会导致被测电阻两端电压比不接入电压表时要小，即会引入系统误差．但电压表读数时等于电阻两端电压，读数是准确的．读数存在偶然误差．下图中RxV＝RxRVRx＋RV.(2)实际电流表：内阻不为零，内阻大小可以用RA表示，与被测电阻Rx串联测量时会分压．被测电阻与电流表串联，相当于与一个小电阻串联，电阻值变大，即RxA＝Rx＋RA.在实际电路中会导致被测电阻电流比不串入电流表时电流要小，即会引入系统误差，但电流表读数时刻等于电阻的电流，读数是准确的．读数存在偶然误差．五、伏安法中内接法与外接法选择1．内接法：电流表测量值I等于待测电阻电流，但电压表测量值U是电阻电压与电流表电压之和，故UI＝Rx＋RA，测量值大于待测电阻值．此时电阻测量的误差是由电流表分压导致的，电压表没有引入误差．2．外接法电压表测量值U等于待测电阻电压，但电流表测量值I为待测电阻电流与电压表电流之和，所以测量出的电阻值是待测电阻与电压表内阻并联的阻值，即UI＝RxRVRx＋RV.测量值小于待测电阻值．此时电阻测量的误差是由电压表分流导致的，电流表没有引入误差．所以无论内接法还是外接法测量值都是有系统误差的．测量值与真实值相比都存在一定的误差．但在实际测量中对于某待测电阻来说，内接法与外接法相比所引入的系统误差肯定有一个比较小．所以实际测量中对某确定的待测电阻来说需要事先判断用内接法还是用外接法引入系统误差更小一些．六、滑动变阻器接法的选择滑动变阻器的两种接法及其作用如图所示的两种电路中，滑动变阻器(最大阻值为R0)对负载RL的电压、电流都起控制调节作用，通常把图(a)电路称为限流接法，图(b)电路称为分压接法．规律方法考点鸟瞰高考热度考点一：对公式I＝UR及I＝qt、R＝UI和U＝IR含义的理解★★★★★考点二：导体的伏安特性曲线★★★考点三：滑动变阻器的两种连接方式★★★★★考点四：伏安法测电阻的两种接法及其误差分析★★★★★考点五：《实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线》★★★★★考点一对公式I＝UR及I＝qt、R＝UI和U＝IR含义的理解物理意义适用条件I＝UR某段导体电流、电压和电阻的关系，电流的决定式计算通过某段导体电流大小，仅适用于纯电阻电路I＝qt电流定义式已知q和t情况下，可以算I的大小，适用于所有导体R＝UI导体电阻定义式，反映导体对电流的阻碍作用R由导体本身决定，与U、I无关，适用于所有导体U＝IR沿电流方向电势逐渐降低，电压等于I和R的乘积计算导体两端电压，适用于金属导体和电解液即I由U和R决定，或I与U成正比、与R成反比．I与q无关、与t无关．R与U无关、与I无关．(多选)根据欧姆定律，下列说法中正确的是()A．从关系式U＝IR可知，导体两端的电压U由通过它的电流I和它的电阻R共同决定B．从关系式R＝U/I可知，导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比C．从关系式I＝U/R可知，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比D．从关系式R＝U/I可知，对一个确定的导体来说，温度不变时，所加的电压跟通过导体的电流的比值是一定值【解析】U＝IR和I＝UR的意义不同，可以说I由U和R共同决定，但不能说U由I和R共同决定，因为电流产生的条件是导体两端存在电势差，故A项错误，C项正确；可以利用R＝UI计算导体的电阻，但R与U和I无关．故B项错误，D项正确．【答案】CD考点二导体的伏安特性曲线1．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．(1)I­U图线是直线：表示电流跟电压成正比，导体为线性元件；(2)I­U图线是曲线：表示电流跟电压不成正比，导体为非线性元件．2．对I­U图象或者U­I图象进行分析比较时，要先仔细辨认纵轴与横轴各代表什么，以及由此对应的图象上任意一点与坐标原点连线的斜率的具体意义，如图甲中R2R1；而在图乙中R2R1.3．I­U图线是曲线：导体电阻R＝UI即电阻等于图线上(Un，In)与坐标原点连线的斜率的倒数，而不等于该点切线斜率的倒数．如图所示的图象所对应的两个导体(1)电阻之比R1∶R2为________；(2)若两个导体的电流相等(不为零)时，电压之比U1∶U2为________；(3)若两个导体的电压相等(不为零)时，电流之比为________．【解析】如题图，当两电阻都在10mV电压下时，R1的电流为5mA，R2的电流为15mA.根据R＝U/I可得，R1＝2Ω，R2＝2/3Ω，R1∶R2＝3∶1；若两导体电流相等，根据U＝IR，U1∶U2＝R1∶R2＝3∶1；若两导体电压相等，根据I＝U/R，I1∶I2＝R2∶R1＝1∶3.【答案】3∶1；3∶1，1∶3模型拓展二极管的伏安特性曲线二极管具有单向导电性，加正向电压时二极管电阻较小，通过的电流较大，而且，随着电压的升高电阻会减小；加反向电压时，二极管的电阻很大，通过的电流极小，可以认为没有电流通过．当加正向电压时电压只有大于一定的范围才开始导通，这个电压叫开启电压，一般的二极管开启电压在0.2V～0.7V．高中阶段不研究开启电压，只研究大于开启电压后的伏安特性曲线．二极管加反向电压不能太大，太大二极管会被击穿损坏．考点三滑动变阻器的两种连接方式滑动变阻器以何种接法接入电路，应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑，灵活择取．(1)下列三种情况必须选用分压式接法：①要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时(如：测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路)，即大范围内测量时，必须采用分压接法．②当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时，必须采用分压接法．因为按图(b)连接时，因RL≫R0＞Rap，所以RL与Rap的并联值R并≈Rap，而整个电路的总阻约为R0，那么RL两端电压UL＝IR并＝UR0·Rap，显然UL∝Rap，且Rap越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作．③若采用限流接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过RL的额定值时，只能采用分压接法．(2)下列情况可选用限流式接法：①测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且RL与R0接近或RL略小于R0，采用限流式接法．②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法．③没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法．图a为某一热敏电阻(电阻值随温度改变而改变，对温度敏感)的I­U关系曲线图．(1)为了通过测量得到图a所示的I­U关系的完整曲线，在图b和图c两个电路中应选择的是图(电源电动势为9V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100Ω)________．(2)在图d电路中，电源恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1＝250Ω.由热敏电阻的I­U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________V；电阻R2的阻值为________Ω(答案均保留一位小数)．【解析】(1)热敏电阻的电流与电压从零开始变化，则滑动变阻器应采用分压接法，由图示电路图可知，实验应采用图b所示电路．(2)通过定值电阻R1的电流I1＝U1R1＝9V250Ω＝0.036A通过热敏电阻的电流I2＝I－I1＝0.070A－0.036A＝0.034A，由图a所示图象可知，0.034A＝34mA所对应的电压U热＝5.2V，电阻R2两端电压U2＝U－U热＝9V－5.2V＝3.8V，电阻R2的阻值R2＝U2I2＝3.8V0.034A＝111.8Ω.【答案】(1)b(2)5.2111.8方法提炼滑动变阻器两种接法的比较负载RL上电压调节范围(忽略电源内阻)负载RL上电流调节范围(忽略电源内阻)相同条件下电路消耗的总功率限流接法RLRL＋R0E≤UL≤EERL＋R0≤IL≤ERLEIL分压接法0≤UL≤E0≤IL≤ERLE(IL＋Iap)比较分压式电路调节范围较大限流式电路调节范围较小分压式电路调节范围较大限流式电路调节范围较小分压式耗能较大限流式耗能较小(1)从调节范围上比较：分压电路优点：调节范围宽，其次是它的电流、电压都包含了0值且与R0无关．(2)从方便调节的角度比较：其中，在限流电路中，通RL的电流IL＝ERL＋R0，当R0＞RL时IL主要取决于R0的变化，当R0＜RL时，IL主要取决于RL，特别是当R0≪RL时，无论怎样改变R0的大小，也不会使IL有较大变化．即R0越大，电流、电压变化范围越大；R0越小，电流、电压变化范围越小．在分压电路中，并联电路电阻比小的那个还小，当R0≫RL时，R并≈RL，所以RL两端电压随R0增大而增大，几乎不受负载影响．当RL比R0小或小很多时，R并≈R0这时几乎不受影响，不宜采用分压电路．归纳为：大负载R0RL时，分压电路；小负载R0RL时，限流电路．“大分压小限流”(3)从两电路