高中物理 第3章 从电表电路到集成电路 3.2 研究电流、电压和电阻课件 沪科版选修31.ppt

第3章 学案2研究电流 电压和电阻 目标定位1 掌握电流的定义及定义式 能应用电流的表达式进行有关计算 2 理解电路中的电压与电势降落的关系 掌握电路中电势变化的规律 3 知道电阻的形成原因 理解金属电阻与温度的关系 内容索引 知识探究 达标检测 知识探究 1 一 电流 1 如图1所示 盐水中可以形成电流 盐水中电流方向是怎样的呢 答案 在电场中 盐水中正电荷na 向左移动 形成向左的电流 负电荷cl 向右移动 形成向左的电流 故盐水中电流方向向左 图1 2 如图2所示 ad表示粗细均匀的一段长为l的导体 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 设导体的横截面积为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 试证明 导体内的电流可表示为i nqsv 答案 图2 1 电流 流过导体某一横截面的电荷量q跟所用时间t的比值 1 定义式 i 2 单位 符号 常用的电流单位还有 毫安 ma 微安 a 1a ma 1a a 3 方向 规定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方向 安培 a 103 106 正电荷 相反 2 电解液中正 负离子定向移动方向虽然相反 但正 负离子定向移动形成的电流方向是相同的 应用i 时 q为正电荷的总电荷量和负电荷总电荷量的 3 从微观上看 电流i 即i决定于导体中单位体积内的自由电荷数n 每个自由电荷的电荷量q 自由电荷 导体的横截面积s 绝对值之和 nqsv 定向移动速率v 4 三种速率的比较 1 电子定向移动速率 电子在金属导体中的平均运动速率v 也是公式i nqsv的v 大小约为10 5m s 2 电流的传导速率 电流在导体中的传导速率等于光速 为m s 闭合开关的瞬间 电路中各处以光速建立电场 电路中各处的自由电子几乎同时定向移动 整个电路也几乎同时形成了电流 3 电子热运动速率 电子做无规则热运动的速率 大小约为105m s 由于热运动向各个方向运动的机会相等 故此运动不能形成电流 3 108 答案 不对 电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则 所以电流不是矢量而是标量 有的同学说 电流有方向 电流就是矢量 对吗 例1在某种带有一价离子的水溶液中 正 负离子在做定向移动 方向如图3所示 如果测得2s内分别有1 0 1018个正离子和1 0 1018个负离子通过溶液内部的横截面m 则溶液中电流的方向如何 电流多大 答案 解析 由a指向b0 16a 图3 水溶液中导电的是自由移动的正 负离子 它们在电场的作用下向相反方向定向移动 电学中规定 电流的方向为正电荷定向移动的方向 所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同 即由a指向b 每个离子的电荷量是e 1 6 10 19c 该水溶液导电时负离子由b向a运动 负离子的定向移动可以等效看作是正离子反方向的定向移动 所以 一定时间内通过横截面m的电荷量应该是正 负两种离子电荷量的绝对值之和 例2铜的摩尔质量为m 密度为 每摩尔铜原子有n个自由电子 今有一根横截面积为s的铜导线 当通过的电流为i时 电子平均定向移动速率为 答案 解析 假设电子定向移动的速率为v 那么在t时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vt s中的自由电子数 而体积为vts的铜的质量为vts 二 电路中电势变化的规律欧姆定律 如图4所示 用多用电表测量r1 r2未接入电路时的电阻值 闭合开关 用多用电表的电压挡测量ab bc ac的电势差 用电流挡测量线路的电流 分析测量结果 能得到怎样的结论 图4 答案 实验结论 uab ir1ubc ir2uac uab ubc 1 沿着电流的方向电势逐渐 所以电路中任意两点之间的电势差又叫 从电源正极到负极总的电势降落等于电路中沿电流方向的电势降落的 即u总 u1 u2 2 欧姆定律 导体中的电流i跟导体两端的电压u成 跟导体的电阻r成 1 公式 i 2 适用条件 适用于金属导体和电解质溶液 不适用于气态导体和半导体元件 降低 电势降落 和 正比 反比 例3如图5所示的图像所对应的两个导体 1 电阻r1 r2为多少 图5 答案 3 1 解析 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 答案 3 1 解析 由欧姆定律得u1 i1r1 u2 i2r2 由于i1 i2 则u1 u2 r1 r2 3 1 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 答案 1 3 解析 由于u1 u2 则i1 i2 r2 r1 1 3 三 导体的电阻 电流通过导体时为什么存在电阻 导体为什么发热 答案 导体中的自由电子在电场力作用下做定向移动 但在移动过程中不断地与晶体点阵上的原子实碰撞 将它的一部分动能传递给原子实 使原子实的热振动加剧 宏观上表现为导体发热 自由电子与晶体点阵上的原子实碰撞 形成对电子定向运动的阻碍作用 这是 电阻 产生的根本原因 1 电阻 反映了导体对电流的作用 1 定义式 r 2 单位 符号是 常用单位 k m 1k 1m 2 电阻的产生原因 自由电子与晶体点阵上的原子实碰撞 形成对电子定向移动的阻碍作用 它也是电阻元件发热的原因 3 金属导体的电阻会随着温度的升高而 即r r0 1 t 其中r表示金属在t 时的电阻 r0表示金属在0 时的电阻值 叫做电阻的温度系数 阻碍 欧姆 103 106 增大 例4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 如果给它加上2v的电压 则通过它的电流为 ma 如果在它两端不加电压 则它的电阻为 答案 1500 解析 1 33 1500 达标检测 2 1 电流的理解 关于电流的说法中正确的是a 根据i 可知i与q成正比b 如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等 则导体中的电流是恒定电流c 电流有方向 电流是矢量d 电流的单位 安培 是国际单位制中的基本单位 1 2 3 4 答案 解析 1 2 3 4 依据电流的定义式可知 电流与q t皆无关 显然选项a错误 虽然电流是标量 但是却有方向 因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等 但如果方向变化 电流也不是恒定电流 所以 选项b c错误 2 公式i 的理解和应用 某电解液 如果在1s内共有5 1018个二价正离子和1 1019个一价负离子通过某横截面 那么通过这个横截面的电流大小为a 0b 0 8ac 1 6ad 3 2a 答案 解析 1 2 3 4 1 2 3 4 3 欧姆定律的理解 根据欧姆定律 下列判断正确的是a 导体两端的电压越大 电阻就越大b 导体中的电流越大 电阻就越小c 比较几只电阻的i u图像可知 电流变化相同时 电压变化较小的图像是属于阻值较大的那个电阻的d 由i 可知 通过一段导体的电流