高中物理 恒定电流（一）2.3 欧姆定律学案.doc

欧姆定律【学习目标】1. 理解欧姆定律，并能用来解决有关电路的问题。2. 知道导体的伏安特性曲线，知道什么是线性元件和非线性元件。3. 通过导体的伏安特性曲线的研究，了解作图法在物理学中的作用。4. 通过实验探索认识物理量之间的制约关系。5. 体会并理解用比值来定义物理量的方法。1. 电阻同一导体，不管电流、电压怎样变化，电压跟电流的比值都是 ，用r表示，即r=，r的值反映了导体对电流的 作用，叫做导体的电阻，电阻的单位是 ，常用的单位还有 。2. 欧姆定律（1）表述：导体中的电流跟导体两端的电压u成 跟导体的电阻r成 。（2）公式：i= 。（3）适用范围：欧姆定律对金属导体和 溶液适用，但对 和 并不适用。（4）想一想：导体两端的电压为零时，导体的电阻也为零吗？导体两端的电压增大时，电阻也会增大吗？ 3. 导体的伏安特性曲线（1）在直角坐标系中，纵坐标表示 ，横坐标表示 ，这样画出的i一u图象叫导体的伏安特性曲线。（2）在温度没有显著变化时，金属导体的电阻是 的，它的伏安特性曲线是通过坐标原点的 具有这种伏安特性的电学元件叫做 元件。（3）欧姆定律对气态导体和半导体元件并不适用，在这些情况下电流与电压不成 ，这类电学元件叫 元件，它们的伏安特性曲线不是 。（4）想一想：金属导体的电阻随温度的升高会增大，它的伏安特性曲线是向上弯曲还是向下弯曲？ 4.实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线（1）该实验需要的器材有：电源、开关、 ， ， ，灯泡、导线。（2）按上图的电路图进行一实验，开关闭合前，调节滑动变阻器的滑片，使变阻器的有效阻值为 闭合开关，逐步减小滑动变阻器的有效电阻，通过小灯泡的电流随之 ，分别记录电流表和电压表的多组数据，直至电流达到它的 为止，根据实验数据在方格纸上作出小灯泡的伏安特性曲线，是一条 ，由于变阻器是串联在电路中，即使r调到最大，电路中还有一定的电流，因此在描出的伏安特性曲线中缺少坐标原点附近的数据。 【答案】 1. 一个常数 阻碍 k m 2.（1）正比 反比 （2）（3）电解质 气态导体 半导体元件 （4）电阻是导体本身的固有属性，利用电压和电流计算电阻只是一种比值定义法，电压为零时，导体的电阻不为零；同理，电压增大时，电阻不变。 3. （1）电流i 电压u （2）不变 直线 线性 （3）正比 非线性 直线 （4）金属导体的电阻随温度升高而增大，所以它的电阻增大，根据 iu图象上各点与原点连线的斜率可以反映出电阻的倒数，所以图线向下弯曲。4.（1）滑动变阻器、压表、电流表、（2）最大 增加 额定电流 过原点的直线知识点一 对电阻和欧姆定律的理解1欧姆定律是在金属导体的基础上总结出来的，实验表明，除金属导体外，欧姆定律对电解液也适用，但对气态导体（如日光灯管中的气体）和某些导电器件（如晶体管）并不适用。i 是部分电路欧姆定律的数学表达式，它反映了导体中电流与电压、电阻的比例关系，对公式可以说“i与u成正比，与r成反比”。2电阻，反映导体对电流的阻碍作用。公式r 是电阻的定义式，适用于任何电阻的计算，公式给出了量度电阻大小的一种方法而导体的电阻由导体本身的性质决定，与外加的电压和通过的电流大小无关，说“电阻r与u成正比”是错误的。【特别提醒】公式中的三个物理量i、u、r是同一电阻在同一状态时的值。【学霸提示】对公式i及i，r和uir的含义的理解物理意义适用条件i某段导体电流、电压和电阻的关系计算通过某段导体电流大小，仅适用于纯电阻电路i电流定义式已知q和t情况下，可计算i大小r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uir外电路沿电流方向电势逐渐降低，电压降等于i和r乘积计算导体两端电压，适用于金属导体、电解液知识点一 对电阻和欧姆定律的理解【典例探究】【典例1】根据欧姆定律，下列说法中正确的是（ ）a从r 可知电阻跟加在导体两端的电压成正比，根通过导体的电流成反比b从r 可知，对于某一确定的导体，通过导体的电流越大，导体两端的电压越大c.从r 可知，导体中的电流跟电压成正比，跟电阻成反比d.欧姆定律适用于任何电路【典例2】根据欧姆定律，下列判断正确的是()a.导体两端的电压为零，电阻即为零 b.导体中的电流越大，电阻就越小 c.当电压增大2倍时，电阻增大2倍 d.由i 可知，通过一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比 【典例3】 某电压表的量程是015 v，一导体两端电压为1.6 v时，通过的电流为2 ma.现在若给此导体通以20 ma的电流，能否用这个电压表测量导体两端的电压？知识点二 对导体的伏安特性曲线的理解1坐标轴的意义 iu 图线不同于ui图线。iu 图线为导体的伏安特性曲线，表示电流i随电压u的变化规律，横轴表示u为自变量，纵轴表示i为因变量。 2图线斜率的意义 线性元件的iu图像是一条过原点的倾斜直线，斜率表示电阻的倒数；线性元件的ui图像也是一条过原点的倾斜直线，但斜率表示电阻，在图甲中r2r1。3非线性元件电阻的确定如图，非线性元件的iu图线是曲线，导体电阻rn，即电阻等于图线上点(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。【特别提醒】iu图线中图线上点与坐标原点连线的斜率k，斜率k不能理解为ktan(为图线为u轴的夹角)，因坐标轴的单位可根据需要人为规定，同一电阻在坐标轴单位不同时倾角是不同的。4. 二极管伏安特性曲线【名师点睛】在作导体的伏安特性曲线时，坐标轴标度的选取可以是任意的，因此利用图线的斜率求导体阻值的大小时，不要用tan0，而要用au和i的比值计算。某一个金属导体，在温度没有显著变化时，电阻是不变的，它的伏安特性曲线是通过坐标原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。因为温度可以决定电阻的大小。欧姆定律是个实验定律，实验中用的都是金属导体。这个结论对其它导体是否适用，仍然需要实验的检验。实验表明，除金属外，欧姆定律对电解质溶液也适用，但对气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件并不适用。也就是说，在这些情况下电流与电压不成正比，这类电学元件叫做非线性元件。知识点二 对导体的伏安特性曲线的理解【典例探究】【典例4】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下的电阻b加5 v电压时，导体的电阻大于5 c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【方法归纳】(1)由伏安特性曲线可知，导体是非线性元件。(2)r可以计算任何情况下的电阻。(3) 根据各点与坐标原点连线的斜率变化判断导体电阻变化。【典例5】如图所示的图象所对应的两个导体：(1) 电阻关系r1：r2是多少？(2) 两个导体中的电流相等(不为零)时，电压之比u1：u2是多少？(3) 若两个导体的电压相等(不为零)时，电流之比i1：i2是多少？【典例6】如图所示为一小灯泡的伏安特性曲线，横轴和纵轴分别表示电压u和电流i.图线上点a的坐标为(u1，i1)，过点a的切线与纵轴交点的纵坐标为i2，小灯泡两端的电压u1时，电阻等于()a. b. c. d.知识点三 实验；描绘小灯泡的伏安特性曲线1.实验目的（1）掌握伏安法测电阻的电路设计（关键是内、外接法的选择)。（2）理解小灯泡的伏安特性曲线为什么不是过原点的一条直线。2. 实验原理用分压电路改变小灯泡两端的电压，从电压表和电流表上读出相应的电压值u和电流值i，在坐标纸上作图，根据金属的电阻率随温度的升高而增大的特点，分析曲线的变化规律。3.实验器材小灯泡(4v，0.7a或3.8v，0.3a)，电流表，电压表，滑动变阻器，学生电源(4v -6v)，导线，电键4. 实验步骤（1）按下图所示接好电路图。（2）闭合s，调节滑动变阻器的滑片，保证电压表的示数在0-4v或0-3.8v的范围内变化，并记录12组不同的电压值u和电流值i。（3）在坐标纸上以u为横轴，以i为纵轴，描点并画出i-u曲线。 (4）在横坐标轴上取几个连续相等的间隔，表示小灯泡两端连续增加相同的电压，根据i-u曲线，得到在纵坐标上所对应的间隔，表示流过小灯泡的增加电流，按连续增加电流的变化情况，可确定小灯泡电阻的变化情况，根据金属的电阻率随温度变化的特点解释小灯泡的电阻所发生的变化。【名师点睛】（1）根据小灯泡上的标示值，正确选择电压表和电流表的量程。（2）电路选择电流表外接法：因为小灯泡阻值较小，与电流表内阻相差不多，而与伏特表内阻相差较大。 (3）滑动变阻器采用分压式接法 在研究小灯泡伏安特性时，电压需从0起连续变化，且变化范围大，同时起到限流作用。（4) 闭合电键前，滑动变阻器的电阻不能为零，否则闭合电键后，小灯泡分取的电压最大，接近电源电动势，超过额定电压，小灯泡易烧坏。（5）建立坐标时，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量的数据画出的图线尽量占满坐标纸，图线上各点的连线应画成自然平滑的曲线知识点三 实验；描绘小灯泡的伏安特性曲线【典例探究】【典例7】 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变化,因而引起功率变化。一研究性学习小组在实验室通过实验研究这一问题,实验室备有的器材是:电压表(03 v,约3 k),电流表(00.6 a,约0.1 ),电池,开关,滑动变阻器,待测小灯泡,导线若干。实验时,要求小灯泡两端电压从零逐渐增大到额定电压。(1) 在如图1的框内画出实验电路图;(2)根据实验测得数据描绘出如图2所示的小灯泡的u-i图象,由此可知,小灯泡电阻r随温度t的变化关系是什么？(3) 如果一电池的电动势为2 v,内阻为2.5 。请你根据上述实验的结果,计算小灯泡接在该电池的两端时,小灯泡的实际功率是多少？(结果保留两位有效数字)。【典例8】 如图所示是某同学在实验中得到的小灯泡（3.8v,0.3a）的伏安特性曲线如图所示，为什么曲线的斜率越来越大? 拓展：虽然小灯泡的电阻随着温度的升高而增大，但由小灯泡的伏安特性曲线可以看出，在24v这个区域里，曲线的斜率几乎不变，也就是说，当灯泡两端的电压在额定电压附近变化（小灯泡接近正常发光）时，灯丝的电阻变化很小，我们在一般计算时可以忽略这个变化，把它的电阻当作不变进行计算。答案与解析1.【答案】bc【解析】导体的也阻由导体本身的性质决定，与导体两端的电压和通过导体的电流无关，a错误，由公式u=ir可知r确定，i越大，u越大，b正确；由欧姆定律可知，c正确；欧姆定律只适用于纯电阻电路。d错误。2.【答案】d3.【答案】不能【解析】已知：u11.6 v，i12 ma， 所以r 800 。当导体通以电流i220 ma时，加在导体两端的电压u2i2r20103800 v16 v。由计算可知，此时导体两端的电压超出电压表的量程，所以不能用这个电压表测量导体两端的电压。 4. 【答案】d【解析】虽然该元件是非线性元件，但可以用欧姆定律计算各状态的电阻值，a错误。当u5 v时，i1.0 a，r5 ，b选项错误，由图可知，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。5.【答案】(1)3：1(2)3：1(3)1：3【解析】(1) 因为在iu图象中，r，所以r12 ，r2，r1：r22：3:1。(2) 由欧姆定律得u1i1r1，u2i2r2，由于i1i2，则u1:u2r1r23:1。(3) 由欧姆定律得i1，i2，由于u1u2，则i1:i2r2：r11：3。6. 【答案】b【解析】由电阻的定义式r可知，b正确，其他选项错误.要特别注意r.7.【答案】见解析【解析】(1)由于实验要求电压从零逐渐增大,所以变阻器应采用分压式接法;由于小灯泡电阻较小,采用电流表外接如图所示：（2）由图可知,电阻r应等于u-i图象上的点与原点连线斜率大小,由于斜率逐渐增大,所以小灯泡的电阻r随温度t升高而增大;（3）在表示小灯泡的u-i图象中同时作出表示电源的u-i图象,如图所示:读出两图线的交点坐标为i=0.39 a,u=1.05 v,所以小灯泡消耗的实际功率p=ui=0.41 w。8. 【答案】见解析1.欧姆定律适用于()a电动机电路 b气体导电 c.电解液导电 d所有电器元件2(多选)已知两个导体电阻之比r1：r22：1，那么()a若两个导体两端电压相等，则电流之比i1：i22：1b 若两个导体两端电压相等，则电流之比i1：i21：2c.若导体中电流相等，则两导体两端电压之比u1：u22：1d. 若导体中电流相等，则两导体两端电压之比u1：u21：23(多选)白炽灯接在220 v电源上能正常发光，将其接在一可调电压的电源上，使电压从0 v逐渐增大 到220 v，则下列说法正确的是()a电流将逐渐变大b 电流将逐渐变小c.每增加1 v电压而引起的电流变化量是相同的d. 每增加1 v电压而引起的电流变化量是减小的4. 如图所示是某导体的伏安特性曲线，由图可知下列说法错误的是()a导体的电阻是25 b导体的电阻是0.04 c当导体两端的电压是10 v时，通过导体的电流是0.4 ad当通过导体的电流是0.1 a时，导体两端的电压是2.5 v5.一只标有“220 v60 w”的白炽灯泡，加上的电压u由零逐渐增大到220 v在此过程中，电压u和电流i的关系可用图线表示在如图所示的四个图线中，符合实际的是()6如图所示的电路中，r110 ，r230 ，电源的电压恒定不变，保持开关s1闭合，当