高三物理第一轮复习 电动势　欧姆定律 新人教版

用心 爱心 专心 1 第第 1 1 课时课时 电动势电动势 欧姆定律欧姆定律 基础知识归纳 1 导线中的电场 1 形成因素 是由电源 导线等电路元件 所积累的电荷 共同形成的 2 方向 导线与电源连通后 导线内很快形成了沿导线方向的 恒定电场 3 性质 导线中恒定电场的性质与静电场的性质 不同 2 电流 1 导体形成电流的条件 要有自由电荷 导体两端形成电压 2 电流定义 通过导体横截面的电荷量跟这些电荷量所用时间的 比值 叫电流 3 电流的宏观表达式 I 适用于任何电荷的定向移动形成的电流 q t 4 电流是标量但有方向 规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 或与负电荷定向移 动的方向相反 单位 A 1 A 103 mA 106 A 5 电流的微观表达式 I nqvS n是单位体积内的自由电荷数 q是每个自由电 荷电荷量 S是导体的横截面积 v为自由电荷的定向移动速率 说明 导体中三种速率 定向移动速率非常小 约10 5 m s 无规律的热运动速率较大 约 105 m s 电场传播速率非常大 为 3 108 m s 3 电动势 1 电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置 2 电源电动势是表示电源将其他形式的能转化为电能的本领的大小的物理量 3 电源电动势E在数值上等于非静电力把1 C 正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功 即 E W q 4 电源电动势和内阻都由电源本身的性质决定 与所接的外电路无关 4 部分电路的欧姆定律 1 内容 导体中的电流跟导体两端电压成正比 跟导体的电阻成反比 2 公式 I U R 3 适用条件 金属导电或电解液导电 对气体导电和晶体管导电不适用 4 图象 注意I U曲线和U I曲线的区别 对于电阻一定的导体 图中两图都是过原点的直线 I U图象的斜率表示电阻的倒数 U I图象的斜率表示电阻 当考虑到电阻率随温度的变化时 电 用心 爱心 专心 2 阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线 但部分电路的欧姆定律还是适用 重点难点突破 一 公式I q t和I nqSv的理解 I q t是电流的定义式 适用于任何电荷的定向移动形成的电流 注意 在电解液导电时 是正 负离子向相反方向定向移动形成电流 q应是两种电荷的电荷量绝对值之和 电流方 向为正电荷定向移动的方向 I nqvS是电流的微观表达式 n为单位体积内的自由电荷个数 S为导线的横截面积 v为自由电荷的定向移动速率 约 10 5 m s 二 电动势和电压的关系 电动势和电压这两个物理量尽管有着相同的单位 而且都是描述电路中能量转化的物理 量 但在能量转化方式上和决定因素上有本质的区别 1 电压表示电场力做功 UAB 是将电 能转化为其他形式的能的本领 电源电动势 WAB q 表示非静电力做功 E q W非 是把其他形式的能转化为电势能的本领 2 决定因素不同 电压由电源和导体的连接方式决定 电动势由电源本身的性质决定 与所接的外电路无关 三 伏安特性曲线及其应用 1 伏安特性曲线 电阻恒定不变的导体 它的伏安特性曲线是直线 如右图中a b两 直线所示 具有这种伏安特性曲线的电学元件叫线性元件 直线的斜率 等于电阻的倒数 电阻因外界条件变化而变化的导体 它的伏安特性曲线 是曲线 如图中c所示 这类电学元件叫非线性元件 导体c的电阻随电压升高而减小 2 利用伏安特性曲线的斜率求电阻时 不能用直线的倾角的正切来求 原因是物理图象 坐标轴单位长度是可以表示不同大小的电压或电流 而应用R I U 求电阻 3 一般金属导体的电阻随温度的升高而增大 其伏安特性如下图所示 由于金属导体是纯电阻 所以欧姆定律仍然适用 伏安特性曲线上某一点的纵坐标和横 坐标的比值 即曲线的割线斜率表示了导体的电阻 图甲 或导体的电阻的倒数 图乙 典例精析 用心 爱心 专心 3 1 公式I q t和I nqvS的理解和应用 例 1 来自质子源的质子 初速度为零 经一加速电压为 800 kV 的直线加速器加速 形成电流强度为 1 mA 的细柱形质子流 已知质 子电荷e 1 60 10 19 C 这束质子流每秒打到 靶上的质子数为 假定分布在质子源到 靶之间的加速电场是均匀的 在质子束中与质子源相距L和 4L的两处 各取一段极短的相 等长度的质子流 其中的质子数分别为n1和n2 则n1 n2 解析 按定义 I 所以 6 25 1015 ne t n t I e 由于各处电流相同 设这段长度为l 其中的质子数为n个 则由I 和t 得I ne t l v 所以n v 1 而v2 2as 所以v s 所以 1 2 2 1 2 1 s s n n n n nev l 2 1 答案 6 25 1015 2 1 思维提升 解决本题的关键是 1 正确把握电流强度的概念 I q t和q ne 2 善于将运动学知识和电流强度的定义式巧妙整合 灵活运用 拓展 1 试研究长度为l 横截面积为S 单位体积自由电子数为n的均匀导体中电流 的流动 在导体两端加上电压U 于是导体中有匀强电场产生 在导体内移动的自由电子 e 受匀强电场作用而加速 和做热运动的阳离子碰撞而减速 这样边反复进行边向前移动 可 以认为阻碍电子运动的阻力大小与电子移动的平均速度v成正比 其大小可以表示成kv k 是常数 1 电场力和碰撞的阻力相平衡时 导体中电子的速率v成为一定值 这时v为 B A B C D ekU l eU lk elU k e kU 2 设自由电子在导体中以一定速率v运动时 该导体中所流过的电流是 2 lk SUne 3 该导体电阻的大小为 2S ne lk 用k l n S e表示 解析 据题意可得kv eE 其中E 因此v 据电流微观表达式I neSv 可 U l eU lk 得I lk SUne2 再由欧姆定律可知R Sne lk 2 U I 2 电源电动势的理解 例 2 关于电源电动势 以下说法正确的是 A 电动势表示电源把其他形式的能转化成电能的本领的大小 在数值上等于电源没有接 用心 爱心 专心 4 入电路时两极板间的电压 B 由电动势E 可知电动势E的大小跟W和q的比值相等 跟W的大小和q的大小无关 W q 由电源本身决定 C 1 号干电池比 5 号干电池大 但是电动势相等 内电阻相同 D 电动势的大小随外电路的电阻增大而增大 解析 电动势由电源本身的性质决定 与W q无关 与所接的外电路无关 所以B 对 D 错 1 号干电池和 5 号干电池电动势相等 但内电阻不同 所以 C 错 由电源电动势的本质 知 A 正确 答案 AB 思维提升 应正确理解电源电动势的物理意义和决定因素 拓展 2 关于电源电动势和电压 以下说法正确的是 A A 在某电路中每通过 20 C 的电荷量 电池提供的电能是 30 J 那么这个电池的电动势 是 1 5 V B 电源内 电源把其他形式的能转化为电能越多 其电源电动势一定越大 C 电动势就是电源两极间的电压 D 电动势公式E 中的 W 和电压公式U 中的 W 是一样的 都是电场力做的功 W q W q 3 伏安特性曲线的理解和应用 例 3 如图所示为电阻R1和R2的伏安特性曲线 并且把第一象限分为 三个区域 现把R1和R2并联在电路中 消耗的电功率分别用P1和P2表示 并联的总电阻设为R 下列关于P1 与P2的大小关系及R的伏安特性曲线应该在的区域的说法 正确的是 A 特性曲线在 区 P1 P2 B 特性曲线在 区 P1 P2 C 特性曲线在 区 P1 P2 D 特性曲线在 区 P1 P2 解析 并联之后电阻比R1和R2电阻都小 由于此图的斜率的倒数是电阻 所以并联 之后的特性曲线在 区 B D 错 由题图可得R1 R2 且两者并联 所以P1 P2 C 对 答案 C 思维提升 导体的伏安特性曲线有两种画法 用纵坐标表示电压U 横坐标表示电 流I 画出的I U关系图线 它的斜率的倒数为电阻 用纵 坐标表示电压U 横坐标表示 电流I 画出的U I关系图线 它的斜率为电阻 一定要看清图象的坐标 拓展 3 一个用半导体材料制成的电阻器 D 其电流I随它两端的电压U的关系图象 如图 a 所示 将它与两个标准电阻R1 R2并联后接在电压恒为U的电源上 如图 b 所示 三个用电器消耗的电功率均为P 现将它们连接成如图 c 所示的电路 仍然接在该电源的两 端 设电阻器D和电阻R1 R2消耗的电功率分别为PD P1 P2 它们之间的大小关系有 C 用心 爱心 专心 5 A P1 4P2 B PD P 9 C P1 4P2 D PD P2 易错门诊 例 4 如图所示的图象所对应的两个导体 1 两导体的电阻的大小R1 R2 2 若两个导体中的电流相等 不为零 时 电压之比U1 U2 3 若两个导体的电压相等 不为零 时 电流之比I1 I2 错解 1 因为在I U图象中R 1 k cot 所以R1 R2 3 3 3 错因 上述错误的原因 没有弄清楚图象的物理意义 正解 1 在I U图象中R 1 k U I 所以R1 2 R2 2 3 2 由欧姆定律得U1 I1R1 U2 I2R2 由于I1 I2 所以U1 U2 R1 R2 3 1 3 由欧姆定律