研究电流、电压和电阻

1、3 32 2研究电流、电压和电阻研究电流、电压和电阻教学目标教学目标1 1、明确电流的定义及形成机理，掌握公式、明确电流的定义及形成机理，掌握公式QIInqvSt和2 2、明确电压就是电势差，知道电路中电势的变化规律、明确电压就是电势差，知道电路中电势的变化规律3 3、理解电阻的形成，知道电阻与温度的关系、理解电阻的形成，知道电阻与温度的关系UIR公式： 的使用条件及对应关系4 4、复习部分电路欧姆定律、复习部分电路欧姆定律1 1电流：流过导体某一横截面的电荷量电流：流过导体某一横截面的电荷量Q Q 跟所用时间跟所用时间t t 的比值的比值I I 叫做电流叫做电流 定义式：定义式： 单位：安培

2、，简称安（单位：安培，简称安（A A ）电流是有方向的：规定为电流是有方向的：规定为正正电荷定向移动的方向。电荷定向移动的方向。一、电场与电流一、电场与电流2 2参与导电的自由电荷：参与导电的自由电荷：金属导体中的是金属导体中的是自由电子自由电子; ;电解质溶液中的是电解质溶液中的是正、负离子正、负离子; ;电离气体中的是电离气体中的是正、负离子正、负离子 和和电子电子。电荷是在电荷是在电场力电场力作用下发生定向移动形成电流作用下发生定向移动形成电流与负电荷定向移动的方向相反。与负电荷定向移动的方向相反。IE+-QQIt 案例案例、(1)(1)在金属导体中，若在金属导体中，若10 s10 s内

3、通过横截面的电荷内通过横截面的电荷量为量为10 C,10 C,则导体中的电流为多少则导体中的电流为多少A?A?(2)(2)某电解槽横截面积为某电解槽横截面积为0.5 m0.5 m2 2，若，若10 s10 s内沿相反方向内沿相反方向通过横截面的正、负离子的电荷量均为通过横截面的正、负离子的电荷量均为10 C10 C，则电解液，则电解液中的电流为多少中的电流为多少A?A?(1)01101QAtAI 1220(2)102QQIAtA 3 3金属导体中电流形成的机理金属导体中电流形成的机理: :Iv tE设金属导体横截面积为设金属导体横截面积为S S，金属导体中电流的微观表达式金属导体中电流的微观表

4、达式S每个自由电子的电荷量是每个自由电子的电荷量是q q，导体中每单位体积中自由电子数目为导体中每单位体积中自由电子数目为n n个，个，自由电子定向移动的速率是自由电子定向移动的速率是v v，通电时间，通电时间t t通过导线横截面的电量是 QnqvtSInqvStt电路中的电流 InqvS QNqnVqnqvtS体积案例、现有一铜导线截面面积为案例、现有一铜导线截面面积为1mm1mm2 2 . .若通过该导若通过该导线中通有电流线中通有电流2.4A,2.4A,导线每单位体积的自由电子数导线每单位体积的自由电子数为为8.48.410102828m m-3-3. .求自由电子定向移动的速率求自由电

5、子定向移动的速率InqvS解： 由得IvnqS 281962.4/8.4 101.6 101 10m s 41.8 10/m s三个不同的速率：自由电子定向移动的速率三个不同的速率：自由电子定向移动的速率10105 5 m/s m/s ； 自由电子无规则热运动的速率自由电子无规则热运动的速率10105 5 m/s m/s； 电流的传播速率即光速电流的传播速率即光速abcde2 2电势变化规律：在外电路沿电流的方向，电势逐渐电势变化规律：在外电路沿电流的方向，电势逐渐降低降低，即在电场力的作用下电流总是由即在电场力的作用下电流总是由高电势，高电势，流向流向低电势。低电势。无电无电阻的导线上无电势

6、降落。阻的导线上无电势降落。二、电路中的电压和电势变化规律二、电路中的电压和电势变化规律1 1电压：沿电流方向上任意两点间存在的电压：沿电流方向上任意两点间存在的电势差电势差，就是，就是电压电压。也叫电势降落也叫电势降落abcde/V位置O0eaU1abUIR2bcUIR0cdU外电路中的电势变化的图像外电路中的电势变化的图像实验表明：沿电流方向实验表明：沿电流方向电势电势是逐渐降低的。是逐渐降低的。12RR 2 2形成机理：形成机理：形成机理形成机理：金属导体中的自由电子在电场力作用下定向移动过程：金属导体中的自由电子在电场力作用下定向移动过程中，不断地与晶体点阵上的中，不断地与晶体点阵上的

7、原子实原子实碰撞，形成了对电子定向移动碰撞，形成了对电子定向移动的的阻碍阻碍作用作用三、电阻的形成三、电阻的形成：3 3纯金属电阻与温度之间的关系纯金属电阻与温度之间的关系: :R RR R0 0(1(1tt) )R R: :t t 时的电阻时的电阻; ;R R0 0表表:0 :0 时的电阻值，时的电阻值，: :电阻的温度系数电阻的温度系数原子实原子实：失去一些核外电子的金属原子叫做原子实：失去一些核外电子的金属原子叫做原子实1 1、定义：导体对电流的阻碍作用叫做、定义：导体对电流的阻碍作用叫做电阻，电阻，定义式定义式: :URI4.4.电流流过电阻，电阻发热原因：电流流过电阻，电阻发热原因：

8、 自由电子定向移动过程中不断地与原子实碰撞，将它的一部分动能自由电子定向移动过程中不断地与原子实碰撞，将它的一部分动能传递给原子实，导体的内能增加，温度就升高了传递给原子实，导体的内能增加，温度就升高了四、部分电路欧姆定律四、部分电路欧姆定律1UIR、公式表达 2 2、应用注意、应用注意: :R2R1R2R12)2)适用于金属导电体、电解液导体，不适用于空气导适用于金属导电体、电解液导体，不适用于空气导体和某些体和某些半导体器件半导体器件1)1)两个对应：时间对应、空间对应两个对应：时间对应、空间对应3 3、伏安特性曲线、伏安特性曲线: :研究部分电路常画成研究部分电路常画成I IU U或或U

9、 UI I图象图象, ,对于线性元件伏安特性曲线是直线对于线性元件伏安特性曲线是直线, ,对于非线性元件对于非线性元件, ,伏伏安特性曲线是非线性的安特性曲线是非线性的. .要点考查要点考查要点要点1 1对公式对公式I IQ/tQ/t的理解及应用的理解及应用要点要点2 2电流的微观解释及其应用电流的微观解释及其应用要点要点3 3电阻的形成及与温度的关系电阻的形成及与温度的关系要点要点4 4部分电路欧姆定律的应用及电阻伏安特性图像部分电路欧姆定律的应用及电阻伏安特性图像注意问题注意问题1 1）对于公式）对于公式I InqSvnqSv，要理解每个符号所代表的物理量，要理解每个符号所代表的物理量，不

10、要死记公式注意其他变形不要死记公式注意其他变形2 2）学会先建立一种模型，再运用学过的知识进行理论推）学会先建立一种模型，再运用学过的知识进行理论推导的方法导的方法3 3）若已知单位长度的自由电荷数为）若已知单位长度的自由电荷数为n n，则电流的微观表，则电流的微观表达式为达式为.Inqv4InqSv、关于公式的应用例例1 1： 某电解池内，如果在某电解池内，如果在1 s1 s内共有内共有5 510101818个二价个二价正离子和正离子和1.01.010101919个一价负离子从相反方向通过某截个一价负离子从相反方向通过某截面面, ,那么通过这个截面的电流是那么通过这个截面的电流是 ( ( )

11、 ) A A0 0 B B0.8 A 0.8 A C C1.6 A D1.6 A D3.2 A3.2 AD D181919(5 102 1.0 10 ) 1.6 103.2CCQ 3.23.21QIAAt对公式对公式I IQ/tQ/t的理解及应用的理解及应用习题讲解习题讲解3.3.如图所示，在某一电解池中有一价的电解液，如图所示，在某一电解池中有一价的电解液，t t s s内通过溶液内截面的正离子个数为内通过溶液内截面的正离子个数为n n1 1，负离子的个数，负离子的个数为为n n2 2，设元电荷的带电量为，设元电荷的带电量为e e，则下列说法正确的是，则下列说法正确的是( ( ) )A A正

12、离子定向移动形成的电流方向从正离子定向移动形成的电流方向从A A指向指向B B，负离子定向移动形，负离子定向移动形成的电流方向从成的电流方向从B B指向指向A AB B溶液内正、负离子向相反方向移动所形成的电流相互抵消，电溶液内正、负离子向相反方向移动所形成的电流相互抵消，电流为零流为零C C溶液内电流方向为从溶液内电流方向为从A A指向指向B B，电流为，电流为D D溶液内电流方向为从溶液内电流方向为从A A指向指向B B，电流为，电流为122nnIet12nnIetD D2 2：在电解槽中，：在电解槽中，1 min1 min内通过横截面的一价正离子和内通过横截面的一价正离子和一价负离子的个

13、数分别为一价负离子的个数分别为1.1251.12510102121和和7.57.510102020，则，则通过电解槽的电流为通过电解槽的电流为 。 5A5A例例2 2、截面面积为、截面面积为S S 的导线中通有电流的导线中通有电流I I. .已知导线每单位体积中有已知导线每单位体积中有n n个自由电子，每个自由电子的电荷量是个自由电子，每个自由电子的电荷量是e e，自由电子定向移动的，自由电子定向移动的速率是速率是v v，则在时间，则在时间t t内通过导线横截面的电子数是内通过导线横截面的电子数是( ( ) )A AnSvnSvt tB Bnvnvt tC CI It t/ /e e D DI

14、 It t/(/(SeSe) )解：解：根据电流的定义式可知，在根据电流的定义式可知，在t t内通过导线截面的电荷量内通过导线截面的电荷量Q QI It t，A A、C C电流的微观解释及其应用电流的微观解释及其应用.NnVnSv tA（体密度乘以体积求总数）所以 正确=QI tCeeN（总量除以单量求总数）所以 正确变式训练变式训练Dm铜的摩尔质量为vtS 时间t内通过导体横截面的自由电子数目相当于在体积中的自由电子数目vtSvtSvtSm而体积的铜的质量摩尔数为，vtS neQm电量QvS netm电I流mvneS从而I1 1、=molnnnInIn evSvmVmmn eIneSS密密密

15、解法2：自由电子体密度 代入得A. B. C. A. B. C. D. D. 2I lmeeU2I lmeSeU2IS lmeeU2ImeSeU2 2在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为压为U U 的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S S、电流为电流为I I的电子束已知电子的电荷量为的电子束已知电子的电荷量为e e、质量为、质量为m m，则在刚射出，则在刚射出加速电场时，一小段长为加速电场时，一小段长为l l的电子束内的电子个数为的电子束内的电子个数为(

16、 ()B B 2122eUeUmvvm由得2IImInevSne SeSeU由得 =v2I lmNl S neeU （体密度乘以体积求总数）（体密度乘以体积求总数）（电场力做功求速度）（电场力做功求速度）电阻的形成及与温度的关系电阻的形成及与温度的关系例例3 3、关于电阻的形成、关于电阻的形成, ,下列说法正确的是下列说法正确的是 ( ( ) )A.A.电阻是自由电子在导体中定向运动所受的阻力，类似于电阻是自由电子在导体中定向运动所受的阻力，类似于固体在液体中移动时所受的黏滞阻力固体在液体中移动时所受的黏滞阻力B.B.电阻是自由电子与晶体点阵上的原子实碰撞形成的对电电阻是自由电子与晶体点阵上的

17、原子实碰撞形成的对电子定向运动的阻碍作用子定向运动的阻碍作用C.C.电阻是由于电阻元件在通电时发热所产生的阻碍作用电阻是由于电阻元件在通电时发热所产生的阻碍作用D.D.电阻元件通电后会在自由电子与原子实碰撞过程中发热电阻元件通电后会在自由电子与原子实碰撞过程中发热B DB D例例4 4某纯金属的电阻温度系数为某纯金属的电阻温度系数为0.004/0.004/，该金属，该金属电阻在电阻在0 0 时的电阻值为时的电阻值为100 100 ，则阻值为，则阻值为102 102 时时的温度为的温度为 ( ( ) )A A1 1 B B2 C2 C5 5 D D10 10 C C2 2金属电阻与温度的关系金属

18、电阻与温度的关系：R RR R0 0(1(1tt) )； 金属电阻随温度的升高而增大金属电阻随温度的升高而增大例例5 5如图所示是某导体的伏安特性曲线，由图可知，如图所示是某导体的伏安特性曲线，由图可知，下列说法正确的是下列说法正确的是 ( ( ) )A A导体的电阻是导体的电阻是25 25 B B导体的电阻是导体的电阻是0.04 0.04 C C当导体两端的电压是当导体两端的电压是10 V10 V时，时， 通过导体的电流是通过导体的电流是0.4 A0.4 AD D当通过导体的电流是当通过导体的电流是0.1 A0.1 A时时 导体两端的电压是导体两端的电压是2.5 V2.5 VA C D 要点

19、要点4 4电阻伏安特性图像电阻伏安特性图像变式训练小灯泡的伏安特性曲线如图变式训练小灯泡的伏安特性曲线如图1 1中的中的ABAB段段( (曲线曲线) )所示，由图所示，由图5 5可知，灯丝的电阻因温度的影响改变可知，灯丝的电阻因温度的影响改变( () )A.5 A.5 B.10 B.10 C.1 D.6 C.1 D.6 B B 6 6、如图、如图, , 若电源输出电压保持不变，若电源输出电压保持不变，R R1 1=30=30欧姆欧姆, , 滑动滑动变阻器的滑片变阻器的滑片P P在中点时在中点时, , 伏特表的示数为伏特表的示数为3 3伏伏, , 滑片滑片P P在在b b端时端时, , 伏特表示

20、数为伏特表示数为4.54.5伏伏,求电源电压和滑动变求电源电压和滑动变阻阻器的阻值器的阻值? ?22UIR则由题给条件知：0,UR解：设电源输出电压为 滑动变阻器总电阻为，22100221002 333024.54.530UUURUVRRUUURUVRR 04.8 ,50UV R解得: 特特例例 来自质子源的质子来自质子源的质子( (初速度为零初速度为零) )，经一加速电压为，经一加速电压为800 kV800 kV的直线加的直线加速器加速，形成电流为速器加速，形成电流为1 mA1 mA的细柱形质子流的细柱形质子流(1)(1)已知质子的电荷量为已知质子的电荷量为e e1.601.60101019

21、19C C这个质子流每秒钟打到靶上的质子数为多少？这个质子流每秒钟打到靶上的质子数为多少？(2)(2)假定分布在质子源到靶之间的电场是均匀的，在质子束中与质子源相假定分布在质子源到靶之间的电场是均匀的，在质子束中与质子源相距距L L和和4 4L L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为N N1 1和和N N2 2，则则N N1 1与与N N2 2之比是多少？之比是多少？【思维流程】【思维流程】319151.0 101(1=1.6 1010)QItNee6.25个 个+ + +800 kVL L4L4Lv v1 1v

22、v2 2（2 2）设质子束的横截面积为设质子束的横截面积为S S，在质，在质子束中与质子源相距子束中与质子源相距L L和和4 4L L两处质子两处质子速度分别为速度分别为v v1 1和和v v2 2，单位体积内质子，单位体积内质子数分别为数分别为n n1 1和和n n2 2. . ：112212212=1ev Sev Svv 又nn 故在L和4L处单位体积内质子数之为n比n：11222=1NN故在L和4L处极短的相等长度的质子流中质：n为n子数之比+ + +800 kVL L4L4Lv v1 1v v2 2因流过质子束各截面的电流都等于因流过质子束各截面的电流都等于I I，由电流的微观表达式，

23、由电流的微观表达式I InevSnevS可得：可得： n n1 1evev1 1S Sn n2 2evev2 2S. S. 因加速电场是均匀的，可知质子的加速度相等，设为因加速电场是均匀的，可知质子的加速度相等，设为a a，由匀加速直线运，由匀加速直线运动公式可得动公式可得: :221122122 (4 )=2vvaLvaLv 有： 1 1导体中电流导体中电流I I的表达式为的表达式为I InqSvnqSv，其中，其中S S为导体的横截面为导体的横截面积，积，n n为导体每单位体积内的自由电荷数，为导体每单位体积内的自由电荷数，q q为每个自由电荷为每个自由电荷所带的电荷量，所带的电荷量，v

24、v是是 ( ( ) ) A A导体运动的速率导体运动的速率 B B电流传导的速率电流传导的速率 C C电子热运动的速率电子热运动的速率 D D自由电荷定向移动的速率自由电荷定向移动的速率2 2某电解池中，若在某电解池中，若在2 s2 s内各有内各有1.01.010101919个个2 2价正离子和价正离子和2.02.010101919个个1 1价负离子通过某截面，那么通过这个截面的价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是电流是 ( ) A A0 B0 B0.8 A C0.8 A C1.6 A 1.6 A D D3.2 A3.2 AD D 练习练习3 3如图如图4 4所示，一根横截面积为所示，

25、一根横截面积为S S的均匀长直橡胶棒上带有的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为q q，当此棒沿轴线方，当此棒沿轴线方向做速度为向做速度为v v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为电流大小为 ( ( ) ).qA qvBvqvCqvSDS A A 4.4.如图所示，将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来，已如图所示，将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来，已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍，在铜导线上知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍，在铜导线上取一个截面取一个截面A A，在铝导

26、线上取一个截面，在铝导线上取一个截面B B，若在，若在1 1秒内垂直地秒内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的( ( ) )A A电流相等电流相等B B电流不相等电流不相等C C自由电子定向移动的速率一定相等自由电子定向移动的速率一定相等D D自由电子定向移动的速率可能不相等自由电子定向移动的速率可能不相等A DA D解析：由电流定义知解析：由电流定义知 故故A A正确，正确，B B错误错误由电流的微观表达式由电流的微观表达式I InSqv nSqv 知，知，I I、q q均相等，但均相等，但n n不相等，不相等，S SA AS SB

27、B，所以，所以v vA A和和v vB B不一定相等，故不一定相等，故C C错误，错误，D D正确正确QNeItt6 6如果导线中的电流为如果导线中的电流为1 mA1 mA，那么，那么1 s1 s内通过导体横截面内通过导体横截面的自由电子数是多少？若的自由电子数是多少？若“220 V220 V60 W60 W”的白炽灯正常发光的白炽灯正常发光时的电流为时的电流为273 mA273 mA，则，则20 s20 s内通过灯丝的横截面的自由电子内通过灯丝的横截面的自由电子数目是多少个？数目是多少个？6.256.2510101515个个3.43.410101919个5 5. . 如图如图6 6所示，所示

28、，A A、B B、C C为三个通电导为三个通电导体的体的I IU U关系图像由图可知，电阻关系图像由图可知，电阻最大的导体是最大的导体是_；若在导体；若在导体B B两两端加上端加上10 V10 V电压时，通过导体电压时，通过导体B B的电流的电流是是_2.5 A2.5 A C C7 7半径为半径为R R的橡胶圆环均匀带正电，总电量为的橡胶圆环均匀带正电，总电量为Q Q，现使圆环绕垂直环所在平，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度面且通过圆心的轴以角速度匀速转动，则由环产生的等效电流应有匀速转动，则由环产生的等效电流应有 ( ( ) )A A若若不变而使电量不变而使电量Q Q变为原来的

29、变为原来的2 2倍，则电流也将变为原来的倍，则电流也将变为原来的2 2倍倍B B若电量若电量Q Q不变而使不变而使变为原来的变为原来的2 2倍，则电流也将变为原来的倍，则电流也将变为原来的2 2倍倍C C若使若使Q Q、不变，将橡胶环拉伸，使半径增大，电流将变大不变，将橡胶环拉伸，使半径增大，电流将变大D D若使若使Q Q、不变，将橡胶环拉伸，使半径增大，电流将变小不变，将橡胶环拉伸，使半径增大，电流将变小A BA B解析：截取任一截面，则在该圆环运动一周的时间内，通过该截面的电量解析：截取任一截面，则在该圆环运动一周的时间内，通过该截面的电量为为Q Q，所以有，所以有 , ,所以产生的等效电

30、流与所以产生的等效电流与QQ的乘积成正比，的乘积成正比，故故A A、B B正确正确；由公式得产生的等效电流与半径没有关系，故；由公式得产生的等效电流与半径没有关系，故C C、D D错误错误22QQQIT7.7.盛夏的入夜，天空不甘寂寞地施放着大自然的烟火，盛夏的入夜，天空不甘寂寞地施放着大自然的烟火，上演着一场精彩的闪电交响曲某摄影爱好者拍摄到的上演着一场精彩的闪电交响曲某摄影爱好者拍摄到的闪电如图所示，闪电产生的电压、电流是不稳定的，假闪电如图所示，闪电产生的电压、电流是不稳定的，假设这次闪电产生的电压可等效为设这次闪电产生的电压可等效为2.52.510107 7 V V、电流可等效、电流可

31、等效为为2 210105 5 A A、历时、历时1 110103 3 s s，则：，则：(1)(1)若闪电定向移动的是电子，这次闪电有多少个电子发若闪电定向移动的是电子，这次闪电有多少个电子发生了移动？生了移动？(2)(2)这次闪电释放的电能是多少？这次闪电释放的电能是多少？(1)QIQItt根据电流定义得53200CC=2 1010211.25 10Qne解析：解析：(2)EQU释放的电能97200 2.5 105 10 JJ8 8某同学学习本节后认为电路接通后，自由电子从电源某同学学习本节后认为电路接通后，自由电子从电源出发，以很大出发，以很大( (可能接近光速可能接近光速) )的定向移动速率，在金属的定向移动速率，在金属导线中运动，很短时间到达用电器，所以不会看到开灯导线中运动，很短时间到达用电器，所以不会看到开灯好长时间才见灯亮的