第二章第1节欧姆定律

1 第二章第二章 直流电路直流电路 一 欧姆定律 教学目标教学目标 1 知道电荷的定向移动形成电流和产生电流的条件是导体内有自由电荷 导体内存在电 场 2 知道电流强度是描述电流强弱的物理量 理解电流的定义式 知道其单位为安培 q I t 并能进行有关的计算 知道公式 了解电流的定向移动速率 但不要求用此公式进InqvS 行计算 3 知道电阻是描述导体导电性能的物理量 其单位为欧姆 4 理解欧姆定律 并能用它解决有关问题 5 能够看懂材料和器件的伏安特性曲线 了解线性元件和非线性元件的区别 能通过实 验描绘小灯泡的伏安特性曲线 重点难点重点难点 重点 描述导体导电性能的相关物理量 难点 欧姆定律及其应用 设计思想设计思想 本节是对初中已学内容的复习与提高 初中已对电流的产生有所了解 导体 电源 导 线构成闭合回路 应将上一章电场的知识迁移到本章来 从电场力做功的观点说明电流形成 的条件 欧姆定律的叙述与初中相同 高中应着重研究比值定义法 使学生掌握用比值定义 法建立物理概念 关于电流的微观表达式在 讨论交流 中希望学生能够在老师的引导下创 设情景自己推导并加以理解 教学资源教学资源 欧姆定律 多媒体课件 教学设计教学设计 课堂引入 初中学过关于电路的一些基础知识 请同学们回忆以下问题 问题问题 1 1 电路是由哪几部分构成的 问题问题 2 2 电路中的电流是如何形成的 学生根据初中所学知识回答 为了在原有的基础上进一步学习 深入探讨电路问题 今天我们一起来研学习第二章直 流电路第一节 欧姆定律 课堂学习 学习活动一 理解形成电流的条件学习活动一 理解形成电流的条件 问题问题 1 1 电荷的定向移动形成电流 首先要有自由电荷 在导体中有几种电荷可自由移动 金属中的自由电荷是自由电子 电解质溶液 酸 碱 盐的水溶液 中自由电荷是可自 由移动的正负离子 在某些半导体材料中的自由电荷是空穴 相当于正电荷 问题问题 2 2 自由电荷在什么条件下才会定向移动 回忆上一章电场知识 告诉学生可加上电场使自由电荷受电场力而定向移动 问题问题 3 3 如何使导体内有沿电荷定向移动方向的电场 什么装置可实现这一目的 2 有关电源的具体内容留到第 4 节介绍 过渡 导体内的自由电荷移动形成了电流 如何衡量电流的大小 物理学中用哪个物 理量来研究 问题问题 4 4 电流强度这个物理量是如何定义的 这种定义方法有什么特点 通过导体横截面的电量 q 跟通过这些电荷所用时间 t 的比值 叫做电流强度 简称电流 即 q I t 这种定义方法叫比值定义法 被定义的物理量与比值中的物理量无关 例如密度 电场 强度等的定义方法都是这样的 问题问题 5 5 电流的国际单位是什么 它是基本单位还是导出单位 还有哪有常用单位 电流的国际单位是安培 简称安 它是七个基本单位之一 还有毫安和微安等 物理学中的七个基本单位 千克 kg 米 m 秒 s 安培 A 温度 K 物质的量 mol 光强度 cd 例题 例题 如图所示 在 NaCl 电解液中 有两块极板 a 和 b 设在时间 t 内通过溶液内部截面 S 的正 负离子数分别为 n1和 n2 求溶液中的电流方向和电流强度的大小 解析解析 食盐溶液中的正 负离子 Na 和 Cl 在溶液内部的电场作用下 向 相反的方向作定向移动 溶液中的电流方向就是正离子定向移动方向 即 a b 根据题意在时间 t 内有 n1个正离子从 a b 通过截面 S 同时有 n2个负 离子从 b a 通过截面 S 负离子从 b a 的移动等效地看成是正离子从 a b 的移动 由于 Na 和 Cl 均为一价离子 所带电荷量均为 e 则 t 时间内 共有的电荷量通过截面 S 所以溶液中的电流强度大小为 enn 21 t enn I 21 问题问题 6 6 电流在微观上与哪些因素有关 例题 例题 设一段粗细均匀的导体的横截面积为 S 导体每单位体积内的自由电荷数为 n 每个 自由电荷所带的电荷量为 q 导体内部存在电场 自由电荷在电场作用下定向移动形成电流 设自由电荷沿着导体定向移动的平均速率为 试从微观角度推导导体中电流的表达式 解析解析 t 时间内 A B 截面间的自由电荷将全部通过 B 截面 nqvS t nvtSq t qSLn t nVq t Nq t Q I 学习活动二 建立电阻概念 掌握欧姆定律学习活动二 建立电阻概念 掌握欧姆定律 问题 问题 电阻这个物理量是如何定义的 电阻 电压和电流之间有什么关系 在一段导体的两端加上电压 导体内部就存在电场 导体内部的自由电荷就会在电场的 作用下发生定向运动形成电流 通过导体的电流 I 跟导体两端的电压 U 成正比 电压 U 和电 流 I 的比值是一个跟导体本身性质有关的量 称之为电阻 因导体对自由电荷的定向移动有 阻碍 用 R 表示 所以有 U UIRI R 或 这一规律是德国物理学家欧姆发现的 后人将它称为欧姆定律 在国际单位制中 电阻 ab S 3 的单位是欧姆 简称欧 常用单位还有千欧 k 和兆欧 M 注意点 注意点 1 欧姆定律的应用范围 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 某些导电元件 如晶体管 则不适用 2 欧姆定律应用的 同体性 和 同时性 所谓 同体性 是欧姆定律中的 U I R 三个物理量必须对应于同一段电路 所谓 同时性 是 U I 必须是导体上同一时 刻的电压 电流值 3 不是欧姆定律的表达式 而是电阻的定义式 电阻反映导体对电流的阻碍作用 U R I 对于确定的导体 因为 U 与 I 成正比 其比值为一恒量 所以电阻 R 与 U I 无关 仅与导 体本身有关 学习活动三 研究导体的伏安特性曲线学习活动三 研究导体的伏安特性曲线 问题问题 1 1 如何更加准确直观地研究电学元件的导电性能 可通过实验得出电学元件的电流随电压变化的规律 画出对应的实验图线 即 I U 图 线 这种能直观反映元件导电性能的图线称为伏安特性曲线 问题问题 2 2 根据伏安特性曲线的曲直电学元件可划分为哪几种 线性元件 在温度不变时 金属导体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 非线性元件 对欧姆定律不适用的导体和器件 电流和电压不成正比 伏安特性曲线也 不是直线 这种电学元件叫做非线性元件 注意点 注意点 1 在图甲中 取相同的电流 对应电压高的电阻大 显然直线 1 描述的电阻比直线 2 描述的电阻小 2 金属的电阻随温度的升高而增大 例如电灯泡两端的电压越高 通过的电流就越大 灯丝的温度升高 其电阻也变大 这时灯泡的伏安特性曲线就不是直线了 其 I U 图线如图 乙所示 3 非线性元件没有固定的电阻 称为动态电阻 如图乙中当电压为 U1时的动态电阻为 相当于图中割线斜率的倒数 1 1 U R I 问题问题 3 3 如何描绘电学元件的伏安特性曲线 利用如图所示电路 这种电路称为分压电路 后面将详细分析它的原理 可以研究小灯 泡 L 的电流随电压变化的规律 移动滑动变阻器的滑片 P 可得到多组电压表和电流表的示数 I U O 图甲 1 2 I U O 图乙 U1 I1 4 U I 将其记录在表格中 然后在坐标纸上根据实验得到的数据描点 并用平滑曲线连接起 来 便得到小灯泡的伏安特性曲线 此电路为分压电路 其原理将在后面学习 这里只要会使用它进行实验即可 课堂小结课堂小结 问题问题 1 1 形成电流的条件是什么 问题问题 2 2 电流强度这个物理量是如何定义的 其单位是什么 问题问题 3 3 电流的微观表达式是什么 问题问题 4 4 欧姆定律怎样反映导体的导电性能 问题问题 5 5 什么是导体的伏安特性曲线 按照伏安特性曲线形状导体可分为几类 板书设计 第一节欧姆定律 一 电流 1 形成电流的条件 2 电流强度的定义 3 电流的微观表达式 二 欧姆定律 电阻 1 欧姆定律的内容 公式 2 欧姆定律的适用范围 3 电阻的定义 三 伏安特性曲线 1 描绘伏安特性曲线 2 线性元件与非线性元件 3 伏安特性曲线的作用 课堂反馈课堂反馈 1 金属导体两端电压增加时 电流增大 其原因是 A 导体对自由电子作定向移动的阻碍作用减小 B 电场在导体中的传播速率加快 C 导体内电场强度增大 电子作定向移动的平均速率加快 D 电子热运动幅度变小 定向移动成分增加 2 某电解池内 如果在 1s 内共有 5 0 1018个二价正离子和 1 0 1019个一价负离子通过某截 面 那么通过这个截面的电流强度是 A 0A B 0 8A C 1 6A D 3 2A 3 两电阻 R1 R2的电流 I 和电压 U 的关系图线在同一坐标系中如图所示 可知两电阻的大 U V I A 5 小之比等于 21 R R A 3 1 B 1 3 C 3 1 D 1 3 4 若氢原子的核外电子绕核作半径为 r 的匀速圆周运动 则其角速度 电子绕 核的运动可等效为环形电流 则电子运动的等效电流 I 已知电子的质量为 m 电量为 e 静电力恒量为 k 5 加在某段导体两端的电压变为原来的 1 3 时 导体中的电流就减小 0 6A 如果所加电压变 为原来的 2 倍 则导体中电流将变为多大 6 有一条横截面积 S 1mm2铜导线 通过的电流 I 1A 已知铜的密度 8 9 103kg m3 铜 的摩尔质量 M 6 4 10 2kg mol 阿伏加德罗常数 N A 6 02 1023mol 1 电子电量 e 1 6 10 19C 求铜导线中自由电子定向移动的速率 参考答案 1 C 2 D 3 A 4 方向与电子绕核运动方向相反 ek rmr 2 2 ek I rmr 5 1 8A 6 7 5 10 5m s 课后测评课后测评 1 根据部分电路欧姆定律 下列判断正确的有 A 导体两端的电压越大 电阻就越大 B 在气体两端的电压与通过的电流强度的比是一个常数 C 电流经过电阻时 沿电流方向电势要降低 D 电解液短时间内导电的 U I 线是一条直线 2 对于如图所示两个导体的伏安特性曲线 下列说法正确的是 A 21 3RR B 12 2RR C 两个导体中的电流相等 不为零 时的电压之比 U1 U2 3 1 D 两导体的电压相等时电流之比为 I1 I2 3 1 3 一个标有 220V 60W 的白炽灯泡 加上的电压 U 由零逐渐增大 到 220V 在此过程中 电压 U 和电流 I 的关系可用图象表示 最可能符合实际的是 U mV I mA 0 1 2 10 5 10 15 I U O I U O I U O I U O A B CD I A U V R1 R2 O 300 600 6 4 人体通过 50mA 的电流时 就会引起呼吸器官麻痹 如果人体的最小电阻为 800 求人 体的安全电压 根据以上所给的数据说明 为什么人触到 220V 的电线时会发生危险 而 接触到干电池的两极时却没有感觉 5 如下左图所示 R1 7 6 R2 2 4 D 为理想二极管 电源两端电压恒为 E 10V 当 a 为电源正极 b 为负极时 通过 R1的电流为 当 a 为电源负极 b 为正极时 通过 R1的电流为 6 如上右图所示是某晶体二极管的伏安特性曲线 请你说出二极管的电流与两端电压的关系 及二极管