模块一 电阻定律

第四章直流电路模块一电阻定律

雷鸣电闪时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光,但它只能存在于一瞬间,而手电筒中的小灯泡却能持续发光,这是为什么?一、电源导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动形成电流.(瞬时电流)1、电流的形成2、持续电流的形成倘若在A,B之间连接一个装置P,作用是不断地把电子从A搬运到B，使AB之间始终存在一定的电场，从而保持持续电流。装置P电源-BA-A++++++++_B_______等势体导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差AB水池导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体,达到静电平衡，导线R中会产生一个瞬时电流抽水机---+A+++++++___B_____P--电源1.能把自由电子从正极搬到负极的装置.2.作用:保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流.--+A+++++++___B_____P假设在电源正、负极之间连一根导线MNE0FFnFt二.导线中的电场--+A+++++++___B_____P假设在电源正、负极之间连一根导线MNE0FFnFtMNE0E0E′

MNE导线内很快形成沿导线方向的电场二.导线中的电场导体内的电场线保持和导线平行

小结:形成电流的条件

（1）存在自由电荷金属导体——自由电子电解液——正、负离子（2）导体两端存在电压当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流．电源的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持续的电流．

我们在上一章中曾经得出结论:在静电平衡时,导体内部的场强为零,导体上任意两点之间的电势差为零(等势体).这与我们现在的说法有矛盾吗?为什么?思考题导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。-----恒定电场

恒定电场

由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场.恒定电场电场强度不变自由电子在各个位置的定向运动速率也不变串一个电流表,读数不会变(恒定电流)恒定电流

电流：1、定义：大小、方向都不随时间变化的电流

用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱2、公式：

4、方向：正电荷定向移动的方向金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。可得3、单位：安培A

其他单位mA

μA（1）电流为标量，电流虽有方向但是标量

（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，此时q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。

例题1:某电解池，如果在1s中内共有5.0×1018个二价正离子和5.0×1018个一价负电子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流强度是多大？答案：1.6A说明

例题2有一条横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A。已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量M=6.4×10-2kg/mol，阿伏加德罗常数NA=6.62×1023mol-1，电子的电量e=-1.6×10-19C。求铜导线中自由电子定向移动的速率。解：设自由电子定向移动的速率是v通过横截面的电荷量是由得从中解出代入数值后得v=7.5×10-5m/s四、电流的微观表达式

推导：一段粗细均匀的导体长为l,两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为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，每个自由电荷量为q。-------ABι总电量电荷总数nqSvnlSql/vNqtQI====l/vvtvsv例3.有一条横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A.已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3

，铜的摩尔质量M=6.02×10-2kg/mol，阿伏加德罗常数NA=6.62×1023mol-1，电子的电量e=-1.6×10-19C。求:铜导线中自由电子定向移动的速率答案：思考题

如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？

电子定向移动的速率约10-5

m/s，电子热运动的平均速率105

m/s，电场的传播速率3×108

m/s.

三种速度的区别（1）电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即受到电场力作用而定向移动形成电流。（对整体而言）（2）电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般每秒为10-2—-10-3m的数量级。（对每个电子而言）电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与

温度有关，通常情况为每秒几百米。1、形成电流的条件：（1）存在自由电荷（2）导体两端存在电压2、电源的作用：提供持续的电压3、导线中的电场:导线内的电场线保持和导线平行.(恒定电场)4、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流.5、电流:表示电流的强弱程度的物理量.

（1）定义式I=q/t

（2）金属导体中电流的计算式小结:

n为单位体积内自由电荷数目，S为导体横截面积，v为电荷定向移动速率,q为每个自由电荷的电量二、部分电路欧姆定律一、电流是怎样形成的金属棒导电干木棒不导电潮湿的木棒导电为什么？金属棒和潮湿的木棒中存在能自由移动的电荷——自由电荷1、自由电荷：能够自由移动的电荷一般情况下，金属导体中的自由电子大约以105m/s的速率做永不停息的无规律热运动——宏观上无电流（1）金属导体中：自由电子（2）电解液中：正负离子怎么才能使导体中产生电流呢？金属导线电解液电流是怎样产生的呢？

电流形成的原理：导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流请同学们总结形成电流的条件？2、形成电流的条件

（1）存在自由电荷——内因

（2）导体两端存在持续电压—外因电路中有持续电流的条件：

a、电路要闭合

b、要有电源3、电流的方向：（1）规定正电荷定向移动的方向为电流的方向（2）在金属导体中，电流的方向与自由电子的定向移动方向相反；在电解液中，电流的方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反。4、电流的强弱——电流强度（1）定义：通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电量所用的时间t的比值。（2）公式：I=q/t单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流越大

（3）国际单位：安培简称：安，符号：A常用单位：1A=103mA=106μA（4）性质：标量（5）恒定电流：方向和强弱不随时间变化而变化的电流案例分析：如图所示：AD表示粗细均匀的一段导体长为L,，两端加有一定电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的平均速率为v，设导体的横截面积为S，导体中每单位体积的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，请写出在t内通过该截面的电荷量Q=电流I=AD二、电阻电阻定律1、电阻产生的根本原因金属导体中的自由电子在电场力的作用下定向移动过程中，不断地与原子实碰撞，形成对电子定向移动的阻碍作用2、什么是导体的电阻导体两端的电压与通过导体的电流的比值叫导体的电阻。导体的电阻与哪些因素有关呢？长度横截面积材料3、电阻定律(1)、内容：

导体的电阻R跟它的长度L成正比，跟它的横截面积S成反比。(2)、表达式：R=ρ—LS(3)、电阻率ρc、单位：欧·米（Ω·m)其意义为：用该材料制成长1m、横截面积为1m2的导体的电阻值。b、电阻率越大，表明在相同长度、相同横截面积的情况下，导体的电阻越大。a、物理意义：电阻率是反映材料导电性能的物理量。二、部分电路欧姆定律(1)、内容：通过导体的电流跟导体两端的电压成正比,跟它的电阻成反比(2)、表达式：I=

—UR三、电阻定律

请仔细观察两只灯泡的照片,说出它们有哪些不同之处?回顾初中知识:

影响电阻大小的因素有哪些?猜测:

这些因素怎么影响电阻大小的？如何验证？实验验证实验方法：控制变量法测电阻R方法:伏安法实验电路图:实验方案：同种材料，S一定，改变L，测R

同种材料，L一定，改变S，测R

不同材料，L一定，S一定，测R实验示意图实验电路图结论:同种材料,S一定,电阻R与L成正比

R∝L

同种材料,L一定,电阻与S成反比

理论探究和验证电阻串联电阻并联R∝L

电阻定律1.内容：同种材料的导体,其电阻R与它的长度L成正比,与它的横截面积S成反比;导体电阻与构成它的材料有关.2.表达式:是比例常数，它与导体的材料有关，是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率。4、金属的电阻率随温度的升高而增大电阻率3、纯金属的电阻率小，合金的电阻率大1、反映材料导电性能的物理量2、单位：欧姆·米

Ω·m

演示锰铜合金和镍铜合金的电阻率随温度变化极小，利用它们的这种性质，常用来制作标准电阻。电阻温度计abhR2R1电流方向材料相同厚度相同上表面是正方形两个导体

这两个导体的电阻有什么样的关系？hρR1=R2

CCTV-《每周质量报告》

消息引用检验负责人的话：“不合格产品中，大部分存在电阻不合格问题，主要是铜材质量不合格，使用了再生铜或含杂质很多的铜。再一个就是铜材质量合格，但把截面积缩小了，买2.5平方（毫米）的线，拿到手的线可能是1.5或1.5多一点的，载流量不够。另一个问题是绝缘层质量不合格，用再生塑料制作电线外皮，电阻率达不到要求……上述讲话中体现了那些物理原理？思考题1、有人说电阻是导体阻碍电流的性质，电阻率是由导体的性质决定的，所以电阻率越大，则电阻越大，对吗？为什么?

不对电阻率反映导体导电性能的优劣,电阻率大,不一定电阻大,由电阻定律,电阻还与L和S有关思考题2、一白炽灯泡铭牌显示“220V，100W”字样，由计算得出灯泡灯丝电阻R=484，该阻值是工作时的电阻值还是不工作时的电阻值，两者一样吗？为什么？不一样

100W是额定功率,是灯泡正常工作时的功率,所以484是工作时的电阻;当灯泡不工作时,由于温度低,电阻比正常工作时的电阻小，所以小于484。课堂训练1、一段均匀导线对折两次后并联在一起，测得其电阻为0.5Ω