1、第十一章第十一章 电路及其应用电路及其应用 学学 习习 目目 标标 1.通过闪电和手电筒中小灯泡的发光时间对比通过闪电和手电筒中小灯泡的发光时间对比,知道电源的作用知道电源的作用; 会解释电路中电荷为什么定向移动会解释电路中电荷为什么定向移动,知道产生持续电流的条件知道产生持续电流的条件; 理解电池容量的含义理解电池容量的含义,会根据电池的相关参数分析问题会根据电池的相关参数分析问题. 2.通过分析基本电路周围空间电场的形成引入恒定电场、恒定通过分析基本电路周围空间电场的形成引入恒定电场、恒定 电流的概念电流的概念;理解并会用公式理解并会用公式I= 分析相关问题分析相关问题,会判断电流的方会判
2、断电流的方 向向. 3.通过理论推导通过理论推导,知道电流的微观表达式知道电流的微观表达式,能从微观角度认识影响能从微观角度认识影响 电流大小的因素电流大小的因素;能区别自由电子的定向移动速率和建立电场的能区别自由电子的定向移动速率和建立电场的 速率速率.培养建模能力、应用物理知识解决实际问题的能力培养建模能力、应用物理知识解决实际问题的能力. 1 电源和电流电源和电流 知识点一知识点一 电源电源 答案答案:导线中的自由电子和导体导线中的自由电子和导体B上的电子流向导体上的电子流向导体A. 1.如图所示如图所示,A、B两个导体分别带正、负电荷两个导体分别带正、负电荷.如果在它们之间连接一条导线
3、如果在它们之间连接一条导线H, 回答下列问题回答下列问题. (1)用导线连接后用导线连接后,电荷怎样移动电荷怎样移动? (2)用导线连接后会有电流用导线连接后会有电流,为什么电流只是短暂的为什么电流只是短暂的? 答案答案:因为电荷的定向移动因为电荷的定向移动,B失去电子失去电子,A得到电子得到电子,A、B之间的电势差很快消之间的电势差很快消 失失,两导体成为一个等势体两导体成为一个等势体,达到静电平衡达到静电平衡,所以导线中的电流只是短暂的所以导线中的电流只是短暂的. 2.若在若在A、B之间加一个装置之间加一个装置P,如图所示如图所示,该装置能在该装置能在B失去电子的过程中失去电子的过程中,不
4、不 断地从断地从A取走电子补充给取走电子补充给B,使使A、B始终带一定数量的正、负电荷始终带一定数量的正、负电荷. (1)导线导线H上的电流如何上的电流如何? 答案答案:由于由于A、B之间始终存在电势差之间始终存在电势差,导线导线H内存在持续的电流内存在持续的电流. (2)图中装置图中装置P是什么是什么?它具有什么作用它具有什么作用? 答案答案:装置装置P称为电源称为电源,A为电源的正极为电源的正极,B为电源的负极为电源的负极.电源的作用就是把负电电源的作用就是把负电 荷在电源内部由负极搬运到正极荷在电源内部由负极搬运到正极,维持电源正极和负极之间的电势差维持电源正极和负极之间的电势差,从而使
5、电从而使电 路中有持续电流路中有持续电流. 3.如图所示如图所示,电闪雷鸣时电闪雷鸣时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光强大的电流使天空发出耀眼的闪光,但它是短暂的但它是短暂的, 而手电筒中的小灯泡却能持续发光而手电筒中的小灯泡却能持续发光,这是为什么这是为什么? 答案答案:因为手电筒电路中有电源因为手电筒电路中有电源,电源能提供持续的电流电源能提供持续的电流,所以小灯泡能持续所以小灯泡能持续 发光发光;而发生在云层间的闪电而发生在云层间的闪电,没有电源没有电源,不能形成持续的电流不能形成持续的电流. 知识点二知识点二 恒定电流恒定电流 1.恒定电场是如何产生的恒定电场是如何产生的?它的特点是什
6、么它的特点是什么? 答案答案:恒定电场是由稳定分布的电荷产生的恒定电场是由稳定分布的电荷产生的,它的特点是任何位置的电荷分布和它的特点是任何位置的电荷分布和 电场强度都不随时间变化电场强度都不随时间变化,其基本性质与静电场相同其基本性质与静电场相同. 2.如图所示如图所示,导体中的自由电荷能够定向移动形成电流导体中的自由电荷能够定向移动形成电流,其定其定 向移动的原因是什么向移动的原因是什么?为什么其平均速率不会发生变化为什么其平均速率不会发生变化? 答案答案:自由电荷在恒定电场的作用下做定向运动自由电荷在恒定电场的作用下做定向运动,但在运动过程中与导体内不动但在运动过程中与导体内不动 的粒子
7、不断碰撞的粒子不断碰撞,碰撞的结果是大量自由电荷定向运动的平均速率不随时间变碰撞的结果是大量自由电荷定向运动的平均速率不随时间变 化化. 3.恒定电流恒定电流:大小、都不随时间变化的电流叫作恒定电流大小、都不随时间变化的电流叫作恒定电流. 4.电流电流. (1)物理意义物理意义:表示电流的表示电流的. (2)大小大小:通过导体横截面的与所用的比值通过导体横截面的与所用的比值. (3)公式公式:I= . (4)单位单位:在国际单位制中在国际单位制中,电流的单位是电流的单位是,简称简称,符号是符号是A.常用的电流单位还有常用的电流单位还有(mA)、 (A);它们的关系是它们的关系是 1 A=mA=
8、A. (5)方向方向:规定定向移动的方向为电流方向规定定向移动的方向为电流方向. 方向方向 强弱强弱 电荷量电荷量 时间时间 安培安培 安安 毫安毫安 微安微安 103 106 正电荷正电荷 小试身手小试身手 判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流( (正确的打“正确的打“”, ,错误的打“错误的打“”).”). 1.必须有电源必须有电源,自由电荷才能在电路中移动自由电荷才能在电路中移动.( ) 2.导体内没有电流导体内没有电流,就说明导体内部的电荷没有运动就说明导体内部的电荷没有运动.( ) 3.恒定电场形成后电路中的电荷不再发生移动恒定电场形成后电路中的电荷不再发生移
9、动.( ) 4.电荷移动的方向就是电流的方向电荷移动的方向就是电流的方向.( ) 5.因为电流既有大小又有方向因为电流既有大小又有方向,所以电流是矢量所以电流是矢量.( ) 6.单位时间内通过导体横截面的电荷量越大单位时间内通过导体横截面的电荷量越大,电流就越大电流就越大. ( ) 探究一探究一 电流的理解和计算电流的理解和计算 问题情境问题情境 如图所示如图所示,在装有导电液体的细管中在装有导电液体的细管中,正、负两种电荷向相反的方向运动正、负两种电荷向相反的方向运动,在时间在时间t 内通过细管某截面的正电荷的电荷量为内通过细管某截面的正电荷的电荷量为q1,通过此截面的负电荷的电荷量绝对值通
10、过此截面的负电荷的电荷量绝对值 为为q2. 1.如何确定导电液体中电流的方向如何确定导电液体中电流的方向? 答案答案:物理学中规定正电荷定向移动的方向为电流的方向物理学中规定正电荷定向移动的方向为电流的方向.负电荷定向移动的方负电荷定向移动的方 向与电流的方向相反向与电流的方向相反.由图可知由图可知,正电荷定向移动所形成的电流方向向右正电荷定向移动所形成的电流方向向右,负电荷负电荷 定向移动所形成的电流方向也向右定向移动所形成的电流方向也向右,故导电液体中电流方向为由左向右故导电液体中电流方向为由左向右. 2.怎样计算导电液体中电流的大小怎样计算导电液体中电流的大小? 答案答案:正电荷定向移动
11、所形成的电流正电荷定向移动所形成的电流I1= ,负电荷定向移动所形成的电流负电荷定向移动所形成的电流I2= ;由由 于正、负电荷所形成的电流方向相同于正、负电荷所形成的电流方向相同,导电液体中的电流导电液体中的电流I=I1+I2=+ . 3.归纳总结形成持续电流的条件归纳总结形成持续电流的条件. 答案答案:导体内有自由移动的电荷导体内有自由移动的电荷;导体两端有稳定的电势差导体两端有稳定的电势差. 4 . 如 图 所 示如 图 所 示 , 某 手 机 电 池 上 的 文 字 标 明 该 电 池 容 量 为某 手 机 电 池 上 的 文 字 标 明 该 电 池 容 量 为 1 600 mA h,
12、请分析电池的容量指的是什么请分析电池的容量指的是什么?为什么用手机播放视频后为什么用手机播放视频后,手机可手机可 以使用的时间比待机时间短以使用的时间比待机时间短?给锂电池充电时给锂电池充电时,带正电的锂离子向哪个方向移带正电的锂离子向哪个方向移 动动?静电力做正功还是做负功静电力做正功还是做负功?能量如何转化能量如何转化? 答案答案:电池的容量指电池放电过程中能输出的总电荷量电池的容量指电池放电过程中能输出的总电荷量,即即q=It=1.63 600 C=5 760 C.电池容量一定电池容量一定,手机待机时的放电电流小于使用手机播放视频时的手机待机时的放电电流小于使用手机播放视频时的 放电电流
13、放电电流,所以用手机播放视频后所以用手机播放视频后,手机可以使用的时间比待机时间短手机可以使用的时间比待机时间短.充电时充电时, 带正电的锂离子从正极向负极运动带正电的锂离子从正极向负极运动,静电做正功静电做正功,电能转化为化学能电能转化为化学能. 过程建构过程建构 1.电源的作用电源的作用. 移送电荷移送电荷,维持电源正、负极之间的稳定的电势差维持电源正、负极之间的稳定的电势差,使电路中有持续电流使电路中有持续电流,将将 其他形式的能转化为电能其他形式的能转化为电能. 2.电流的理解电流的理解. (1)形成持续电流的条件形成持续电流的条件:导体内有自由移动的电荷导体内有自由移动的电荷;导体两
14、端有稳定的电势导体两端有稳定的电势 差差. (2)电流虽然有方向电流虽然有方向,但电流的运算不遵循矢量运算法则但电流的运算不遵循矢量运算法则,遵循代数运算法则遵循代数运算法则, 所以电流是标量所以电流是标量. 【典例【典例1】如图所示】如图所示,电解池内的电解液中有一价正离子和电解池内的电解液中有一价正离子和 一价负离子一价负离子,t时间内通过溶液内面积为时间内通过溶液内面积为S的截面的正离子数的截面的正离子数 是是n1,负离子数是负离子数是n2,元电荷为元电荷为e,下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A.当当n1=n2时时,电流为电流为0 B.当当n1n2时时,电流方向从电流方向从AB,
15、电流为电流为I=() C.当当n1n2时时,电流方向从电流方向从BA,电流为电流为I=() D.溶液内电流方向从溶液内电流方向从AB,电流为电流为I=(+) 解析解析:正离子定向移动的方向就是电流方向正离子定向移动的方向就是电流方向,负离子定向移动的反方向也负离子定向移动的反方向也 是电流方向是电流方向,所以电流方向从所以电流方向从AB,与正、负离子的数量无关与正、负离子的数量无关;正、负离子正、负离子 沿相反方向经过同一截面时沿相反方向经过同一截面时,公式公式I= 中的 中的q应是正、负离子电荷量绝对值应是正、负离子电荷量绝对值 之和之和,故故I=(+) ,选项选项D正确正确. 答案答案:D
16、 【典例【典例2】北京正负电子对撞机的储存环是周长为】北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m 的近似圆形轨道的近似圆形轨道.当环当环 中电子以光速的中电子以光速的 流动而形成 流动而形成10 mA 的电流时的电流时,求在整个环中运行的电子数目求在整个环中运行的电子数目. 已知光速已知光速c=3 108m/s,元电荷元电荷e=1.610-19 C. 学会审题学会审题 解析解析:电子运动一周所需要的时间电子运动一周所需要的时间 t= s=8 10-6 s, 在圆形轨道上任取一横截面在圆形轨道上任取一横截面,则在则在t时间内通过该横截面的电荷量为时间内通过该横截面的电荷量为 q=It=810-
17、8 C, 环中运行的电子数环中运行的电子数n= =5 1011. 答案答案:51011 探究探究二二 电流的微观表达式电流的微观表达式 问题情境问题情境 如图所示如图所示,AD表示粗细均匀的一段长为表示粗细均匀的一段长为l的导体的导体,导体两端加一定的电压导体两端加一定的电压,导体中的导体中的 自由电荷沿导体定向移动的速率为自由电荷沿导体定向移动的速率为v,设导体的横截面积为设导体的横截面积为S,导体单位体积内的自导体单位体积内的自 由电荷数为由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为每个自由电荷的电荷量为q. 答案答案:导体导体AD中的自由电荷总数中的自由电荷总数N=nlS.总电荷量总电荷量Q=N
18、q=nlSq. 1.导体导体AD中有多少个自由电荷中有多少个自由电荷?总电荷量是多少总电荷量是多少? 2.这些电荷全部通过横截面这些电荷全部通过横截面D所需的时间是多少所需的时间是多少? 答案答案:这些电荷全部通过横截面这些电荷全部通过横截面D所需要的时间所需要的时间 t= . 3.导体导体AD中的电流是多大中的电流是多大? 答案答案:根据电流公式可得导体根据电流公式可得导体AD中的电流中的电流I= = =nqSv. 4.若把“单位体积内的自由电荷数为若把“单位体积内的自由电荷数为n”改为“单位长度内的自由电荷数为”改为“单位长度内的自由电荷数为 n”,其他条件不变其他条件不变,试推导导体试推
19、导导体AD中的电流表达式中的电流表达式. 答案答案:I= = =nqv. 过程建构过程建构 1.对电流微观表达式对电流微观表达式I=nqSv的理解的理解. I=nqSv是电流的决定式是电流的决定式,从微观上看从微观上看,电流取决于导体中单位体积内的自由电电流取决于导体中单位体积内的自由电 荷数荷数n、每个自由电荷的电荷量、每个自由电荷的电荷量q、电荷定向移动的速率、电荷定向移动的速率v和导体的横截面积和导体的横截面积 S. 2.导体内三种速率的比较导体内三种速率的比较. 比较项比较项 电子定向移动的速率电子定向移动的速率 电子热运动的速率电子热运动的速率 电流传导的速率电流传导的速率 物理物理
20、 意义意义 电流就是由电荷的定电流就是由电荷的定 向移动形成的向移动形成的,电流电流 I=nqSv,其中其中v就是自由就是自由 电荷定向移动的速率电荷定向移动的速率 导体中的电子在不停导体中的电子在不停 地做无规则运动地做无规则运动,电子电子 向各个方向运动的机向各个方向运动的机 会相等会相等,电子的热运动电子的热运动 不能形成电流不能形成电流 等于光速等于光速,闭合开关的瞬间闭合开关的瞬间 ,电路中各个位置以光速建电路中各个位置以光速建 立电场立电场,电路中各处的自由电路中各处的自由 电子几乎同时开始做定向电子几乎同时开始做定向 移动移动,整个电路也就几乎同整个电路也就几乎同 时形成了电流时
21、形成了电流 大小大小 约约10-4 m/s 约约105 m/s 3108 m/s 【典例【典例3】下图为一根粗细均匀的橡胶棒】下图为一根粗细均匀的橡胶棒,其横截面积为其横截面积为S.由于与毛皮发生摩由于与毛皮发生摩 擦擦,橡胶棒表面均匀带负电荷橡胶棒表面均匀带负电荷,若已知该橡胶棒单位长度上的电荷量为若已知该橡胶棒单位长度上的电荷量为q,则当则当 该棒沿轴线方向做速度为该棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时的匀速直线运动时,形成的等效电流为形成的等效电流为( ) A.qv B. C.qvS D. 解析解析:橡胶棒沿轴线方向以速度橡胶棒沿轴线方向以速度v做匀速直线运动时做匀速直线运动时,t内通
22、过的距离为内通过的距离为vt,t内内 通过某横截面的电荷量通过某横截面的电荷量Q=qvt,等效电流等效电流 I= =qv,选项 选项A正确正确. 答案答案:A 【典例【典例4】导线中的电流是】导线中的电流是10-8 A,导线的横截面积为导线的横截面积为1 mm2. (1)在在1 s内内,有多少个电子通过导线的横截面有多少个电子通过导线的横截面?已知元电荷已知元电荷e= 1.610-19 C. (2)设导体每立方米内有设导体每立方米内有8.51028个自由电子个自由电子,则自由电子定向移动的平均速率是则自由电子定向移动的平均速率是 多大多大? 解析解析:(1)N= = =6.251010 . (
23、2)由公式由公式I=neSv得得v= =7.4 10-13 m/s. 答案答案:(1)6.251010 (2)7.410-13 m/s 使用公式使用公式I I= =nqSvnqSv时应注意的几点时应注意的几点 (1)各个物理量都要用国际单位各个物理量都要用国际单位. (2)正确理解各符号的意义正确理解各符号的意义,n表示导体单位体积内的自由电荷数表示导体单位体积内的自由电荷数,v表示自表示自 由电荷定向移动的速率由电荷定向移动的速率. (3)若已知单位长度的导体中的自由电荷数为若已知单位长度的导体中的自由电荷数为n,则电流的微观表达式为则电流的微观表达式为 I=nqv. 课堂评价课堂评价 答案
24、答案:B 1.下列关于电源的说法正确的是下列关于电源的说法正确的是 ( ) A.电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极,从而保持两极之从而保持两极之 间稳定的电势差间稳定的电势差 B.电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极,从而保持两极之从而保持两极之 间稳定的电势差间稳定的电势差 C.只要电路中有电源只要电路中有电源,电路中就一定有电流电路中就一定有电流 D.电源实质上也是一个用电器电源实质上也是一个用电器,也需要外界提供能量也需要外界提供能量 答案答案:C 2.电路中
25、有一电阻电路中有一电阻,通过该电阻的电流为通过该电阻的电流为5 A,通电通电 5 min,通过电阻横截面的电通过电阻横截面的电 子数为子数为 ( ) A.1 500 B.9.3751019 C.9.3751021 D.9.3751020 3.某电解池某电解池,如果在如果在1 s内共有内共有51018个二价正离子和个二价正离子和 11019 个一价负个一价负 离子通过面积为离子通过面积为0.1 m2的某截面的某截面,那么通过这个截面的电流是那么通过这个截面的电流是 ( ) A.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A 答案答案:D 4.有一条长为有一条长为l,横截面积为横截面积为S的银
26、导线的银导线,银的密度为银的密度为,银的摩尔质量为银的摩尔质量为M,阿伏阿伏 加德罗常数为加德罗常数为NA,若导线中每个银原子贡献一个自由电子若导线中每个银原子贡献一个自由电子,电子电荷量为电子电荷量为e,定定 向移动的速率为向移动的速率为 v,通过导线的电流为通过导线的电流为 ( ) A.I= B.I= C.I= D.I= 答案答案:C 5.已知在已知在t=40 s内通过导线某一横截面的电子数内通过导线某一横截面的电子数n=4.0 1020,元电荷元电荷e=1.610-19 C,求通过该导线的电流求通过该导线的电流I. 解析解析:在时间在时间t内内,通过该导线某一横截面的电荷量为通过该导线某
27、一横截面的电荷量为q=ne,根据电流公式根据电流公式I= ,解 解 得得I= =1.6 A. 答案答案:1.6 A 第十一章第十一章 电路及其应用电路及其应用 学学 习习 目目 标标 1.通过金属导体的通过金属导体的U-I图像图像,认识电阻的概念认识电阻的概念,理解电阻与电压、理解电阻与电压、 电流的关系电流的关系;会根据会根据U-I图像和图像和R= 计算导体的电阻计算导体的电阻,培养利用数培养利用数 学方法解决物理问题的能力学方法解决物理问题的能力. 2.通过实验探究影响导体电阻的因素通过实验探究影响导体电阻的因素,了解金属导体的电阻与导了解金属导体的电阻与导 体长度、横截面积及材料的关系体
28、长度、横截面积及材料的关系,培养实验探究能力和体会物理培养实验探究能力和体会物理 学中控制变量的研究方法学中控制变量的研究方法. 3.结合实验结论归纳电阻与导体材料、长度、横截面积的数量结合实验结论归纳电阻与导体材料、长度、横截面积的数量 关系关系,会用会用R= 进行相关计算 进行相关计算;理解电阻率的概念理解电阻率的概念,知道常见金属知道常见金属 电阻率的大小及电阻率随温度的变化规律电阻率的大小及电阻率随温度的变化规律. 2 导体的电阻导体的电阻 知识点一知识点一 电阻电阻 答案答案:导体的电阻大小等于导体两端的电压跟导体中的电流之比导体的电阻大小等于导体两端的电压跟导体中的电流之比,它是由
29、比值它是由比值 定义法定义的定义法定义的. 1.某次实验进行数据处理时得到的金属导体某次实验进行数据处理时得到的金属导体A、B的的U-I图像如图所示图像如图所示. (1)通过对比分析两图线通过对比分析两图线,分析导体的电阻是如何定义的分析导体的电阻是如何定义的. (2)写出电阻的定义式写出电阻的定义式,并分析电阻的大小是否由电压和电流的大小共同决定并分析电阻的大小是否由电压和电流的大小共同决定. 答案答案:电阻的定义式为电阻的定义式为R= ,导体的电阻大小是由导体自身决定的导体的电阻大小是由导体自身决定的,与其两端的与其两端的 电压、通过它的电流无关电压、通过它的电流无关,不同的导体电阻值一般
30、不同不同的导体电阻值一般不同. 2.物理意义物理意义:电阻电阻R的值反映了导体对电流的的值反映了导体对电流的 作用作用. 阻碍阻碍 知识点二知识点二 影响导体电阻的因素影响导体电阻的因素 1.如图所示的滑动变阻器如图所示的滑动变阻器,它有四个接线柱它有四个接线柱A、B、C、D,为什么滑动滑片为什么滑动滑片P可可 以改变滑动变阻器接入电路的阻值呢以改变滑动变阻器接入电路的阻值呢?这说明了什么这说明了什么? 答案答案:当滑片当滑片P滑动时滑动时,滑动变阻器接入电路中的电阻丝长度发生变化滑动变阻器接入电路中的电阻丝长度发生变化,滑动变阻滑动变阻 器接入电路的阻值随之发生变化器接入电路的阻值随之发生变
31、化.这说明导体的电阻可能与导体的长度有关这说明导体的电阻可能与导体的长度有关. 2.观察下面两个在相同电压下亮度不同的灯泡观察下面两个在相同电压下亮度不同的灯泡,其灯丝有何不同其灯丝有何不同?这个现象说这个现象说 明了什么明了什么? 答案答案:题图中发光较亮的灯泡的灯丝较粗题图中发光较亮的灯泡的灯丝较粗,灯丝横截面积较大灯丝横截面积较大.在相同电压下在相同电压下, 发光较亮的灯泡中的电流大发光较亮的灯泡中的电流大,灯泡的电阻小灯泡的电阻小,说明导体的电阻可能与导体的说明导体的电阻可能与导体的 横截面积有关横截面积有关. 3.连接电路的导线常用铜丝而不用铁丝连接电路的导线常用铜丝而不用铁丝,这是
32、因为相同条件下这是因为相同条件下,铜丝的电阻小铜丝的电阻小. 据此猜测导体的电阻可能与什么因素有关据此猜测导体的电阻可能与什么因素有关? 答案答案:导体的电阻可能跟构成它的材料有关导体的电阻可能跟构成它的材料有关. 4.你认为研究导体电阻与长度、横截面积及材料的定量关系时要用到什么你认为研究导体电阻与长度、横截面积及材料的定量关系时要用到什么 科学方法科学方法? 答案答案:控制变量法控制变量法. 知识点三知识点三 导体的电阻率导体的电阻率 1.电阻定律电阻定律. (1)内容内容:同种材料的导体同种材料的导体,其电阻其电阻R与它的与它的 成正比成正比,与它的与它的 成反成反 比比;导体电阻还与构
33、成它的导体电阻还与构成它的 有关有关. (2)公式公式:R= . 答案答案:导体的长度、材料均相同导体的长度、材料均相同,根据根据R= 可知 可知,导体的横截面积越大导体的横截面积越大,电阻越小电阻越小. 长度长度l 横截面积横截面积S 材料材料 (3)如图所示如图所示,有两根长度相同、粗细不同由同种材料制成的导体有两根长度相同、粗细不同由同种材料制成的导体,如何判断它如何判断它 们的电阻的大小们的电阻的大小? 2.电阻率电阻率. (1)概念概念:从关系式从关系式R= 可以看出 可以看出,在长度、横截面积一定的条件下在长度、横截面积一定的条件下,越大越大,导体的导体的 电阻越大电阻越大.反映了
34、导体材料对电流的反映了导体材料对电流的 ,叫作这种材料的叫作这种材料的. (2)电阻率与温度的关系电阻率与温度的关系: 金属的电阻率随温度的升高而增大金属的电阻率随温度的升高而增大,就是利用这个规律制成的就是利用这个规律制成的. 有些合金有些合金,电阻率几乎不受温度变化的影响电阻率几乎不受温度变化的影响,常用来制作常用来制作 . 当温度特别低时当温度特别低时,一些金属的电阻可以降到一些金属的电阻可以降到0,这个现象叫作这个现象叫作. 阻碍阻碍 电阻率电阻率 电阻温度计电阻温度计 标准电阻标准电阻 超导现象超导现象 知识点四知识点四 伏安特性曲线伏安特性曲线 研究导体中的电流与导体两端的电压之间
35、的关系研究导体中的电流与导体两端的电压之间的关系,可以用公式法可以用公式法,也可以用列表也可以用列表 法法,还可以用图像法还可以用图像法.根据下面两个图像分析讨论根据下面两个图像分析讨论: (1)甲、乙两图中图线斜率的意义是什么甲、乙两图中图线斜率的意义是什么?哪个图像表示伏安特性曲线哪个图像表示伏安特性曲线? 甲甲 乙乙 答案答案:甲图中的斜率表示电阻甲图中的斜率表示电阻,乙图中的斜率表示电阻的倒数乙图中的斜率表示电阻的倒数;乙图表示伏安特乙图表示伏安特 性曲线性曲线. (2)丙、丁两图表示的元件是线性元件还是非线性元件丙、丁两图表示的元件是线性元件还是非线性元件? 丙丙 丁丁 答案答案:丙
36、图对应的元件丙图对应的元件,电流与电压成正比电流与电压成正比,该元件为线性元件该元件为线性元件;丁图对应的元件丁图对应的元件, 电流与电压不成正比电流与电压不成正比,该元件为非线性元件该元件为非线性元件. 小试身手小试身手 判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流( (正确的打“正确的打“”, ,错误的打“错误的打“”).”). 1.由由R= 知知,导体的电阻由两端的电压和通过的电流决定导体的电阻由两端的电压和通过的电流决定. ( ) 2.由由R= 知 知,材料相同的两段导体材料相同的两段导体,长度大的导体的电阻一定比长度小的导体的长度大的导体的电阻一定比长度小的导体的 电
37、阻大电阻大.( ) 3.把一根长导线截成等长的三段把一根长导线截成等长的三段,则每段的电阻率都不变则每段的电阻率都不变. ( ) 4.电阻率是反映材料导电性能的物理量电阻率是反映材料导电性能的物理量,电阻率越大的导体导电性能越差电阻率越大的导体导电性能越差.( ) 5.导体的电阻率由导体的长度和横截面积决定导体的电阻率由导体的长度和横截面积决定.( ) 探究一探究一 电阻电阻 问题情境问题情境 现有两个导体现有两个导体A和和B,利用如图所示的电路分别测量利用如图所示的电路分别测量A和和B的电压和电流的电压和电流,测得的实测得的实 验数据如下表所示验数据如下表所示. 电压电压U/V 0 2.0
38、4.0 6.0 8.0 导体导体A的电流的电流IA/A 0 0.20 0.42 0.60 0.78 导体导体B的电流的电流IB/A 0 0.13 0.26 0.40 0.54 1.在坐标系中在坐标系中,用纵轴表示电压用纵轴表示电压U,用横轴表示电流用横轴表示电流I,分别将分别将A和和B的数据在坐标的数据在坐标 系中描点系中描点,并作出并作出U-I图像图像. 答案答案:如图所示如图所示. 2.对导体对导体A(或导体或导体B)来说来说,电流与它两端的电压有什么关系电流与它两端的电压有什么关系? U与与I的比值怎样的比值怎样? 答案答案:对导体对导体A(或导体或导体B),电流与它两端的电压成正比电流
39、与它两端的电压成正比,导体导体A(或导体或导体B)的电压与电流的电压与电流 的比值是个定值的比值是个定值,但二者的比值不相等但二者的比值不相等. 3.对导体对导体A、B,在电压在电压U相同时相同时,通过哪个电阻的电流小通过哪个电阻的电流小?哪个电阻对电流的阻碍作哪个电阻对电流的阻碍作 用大用大? 答案答案:电压相同时电压相同时,通过导体通过导体B的电流小的电流小,B对电流的阻碍作用大对电流的阻碍作用大. 4.通过数据分析通过数据分析,你能得出什么结论你能得出什么结论? 答案答案:导体的电阻与导体两端是否加电压、导体中是否有电流无关导体的电阻与导体两端是否加电压、导体中是否有电流无关. 过程建构
40、过程建构 I-U图像图像(伏安特性曲线伏安特性曲线)与与U-I图像的比较图像的比较. (1)坐标轴表示的物理量坐标轴表示的物理量:I-U图像中图像中,横坐标表示电压横坐标表示电压U、纵坐标表示电流、纵坐标表示电流I;U-I图像图像 中中,横坐标表示电流横坐标表示电流I,纵坐标表示电压纵坐标表示电压U. ( 2 ) 图 线 的 倾 斜 程 度 反 映 电 阻 的 大 小图 线 的 倾 斜 程 度 反 映 电 阻 的 大 小 . 图 甲 中图 甲 中 R 2 R3. 甲甲 乙乙 【典例【典例1】(多选多选)右图是某导体的右图是某导体的I-U图像图像,下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A.通过
41、该导体的电流与其两端的电压成正比通过该导体的电流与其两端的电压成正比 B.此导体的电阻此导体的电阻R不变不变 C.此导体电阻此导体电阻R=0.5 D.在该导体的两端加在该导体的两端加6 V的电压时的电压时,每秒通过导体每秒通过导体 横截面的电荷量是横截面的电荷量是3 C 解析解析:由题图可知由题图可知,I-U图像是一条过原点的直线图像是一条过原点的直线,所以电流与导体两端的电所以电流与导体两端的电 压成正比压成正比,且导体的电阻且导体的电阻R不变不变,选项选项 A、B正确正确;由由R= 可知可知,R= =2 ,选项选项C错误错误;在该导体的两端加在该导体的两端加6 V的电的电 压时压时,电路中
42、电流电路中电流I= =3 A,每秒通过导体横截面的电荷量 每秒通过导体横截面的电荷量q=It=31 C=3 C, 选项选项D正确正确. 答案答案:ABD 探究二探究二 影响导体电阻的因素影响导体电阻的因素 问题情境问题情境 实验实验:研究导体电阻与长度、横截面积及材料的定量关系研究导体电阻与长度、横截面积及材料的定量关系. 1.实验电路实验电路. 如图所示如图所示,A、B、C、D是四条不同的金属导体是四条不同的金属导体.其中其中A与与B长度不同长度不同,横截面积、材横截面积、材 料相同料相同;A与与C横截面积不同横截面积不同,长度、材料相同长度、材料相同;A与与D材料不同材料不同,长度、横截面
43、积相同长度、横截面积相同. 2.实验原理实验原理. A、B、C、D串联串联,通过它们的电流相同通过它们的电流相同,电压与导体的电阻成电压与导体的电阻成 ,因此电阻之因此电阻之 比就转化为相应的电压之比比就转化为相应的电压之比. 正比正比 3.进行实验进行实验. (1)按照电路图连接实物图按照电路图连接实物图,将滑动变阻器的滑片移到最大阻值处将滑动变阻器的滑片移到最大阻值处. (2)闭合开关闭合开关S,用电压表分别测量用电压表分别测量A、B、C、D两端的电压两端的电压,记录在表格内记录在表格内. 导体导体 材料材料 长度长度 横截面积横截面积 电压电压 A 铁铁 l S U B 铁铁 2l S
44、2U C 铁铁 l 2S D 镍铜合金镍铜合金 l S 5U (3)改变滑动变阻器滑片的位置改变滑动变阻器滑片的位置,得到多组实验数据得到多组实验数据. 4.分析数据分析数据. (1)比较比较A和和B的电压的电压:在在 的条件下的条件下,导体的电阻与导导体的电阻与导 体长度成正比体长度成正比. (2)比较比较A和和C的电压的电压:在在 的条件下的条件下,导体的电阻与横截面积导体的电阻与横截面积 成反比成反比. (3)比较比较A和和D的电压的电压:在在 的条件下的条件下,材料不同材料不同,导体的电阻导体的电阻 不同不同. 5.实验结论实验结论. 同种材料的导体同种材料的导体,其电阻其电阻R与它的
45、长度与它的长度l成正比成正比,与它的横截面积与它的横截面积S成反比成反比;导体导体 电阻还与构成它的材料有关电阻还与构成它的材料有关.写成公式写成公式 是是 . 导体材料、横截面积相同导体材料、横截面积相同 材料、导体长度相同材料、导体长度相同 长度、横截面积相同长度、横截面积相同 R= 6.如图所示如图所示,在一长方体导体中分别沿下图所示的方向通入电流在一长方体导体中分别沿下图所示的方向通入电流,各物理量已在各物理量已在 图中标出图中标出,该导体由电阻率为该导体由电阻率为的材料制成的材料制成.试计算导体中的电流分别为试计算导体中的电流分别为I1和和I2时时 该导体的电阻该导体的电阻. 答案答
46、案:a、b、c分别为导体的三条棱长分别为导体的三条棱长,若通入电流若通入电流I1,则导体的电阻为则导体的电阻为R1= ;若 若 通入电流通入电流I2,则导体的电阻为则导体的电阻为R2= . 过程建构过程建构 R= 与 与R= 的比较的比较. 比较项比较项 R= R= 意义意义 电阻的决定式电阻的决定式 电阻的定义式电阻的定义式 适用适用 范围范围 粗细均匀的金属导体或浓粗细均匀的金属导体或浓 度均匀的电解液度均匀的电解液 纯电阻元件纯电阻元件 联系联系 导体的电阻不是取决于导体的电阻不是取决于U和和I,而是取决于导体本身的材而是取决于导体本身的材 料、长度和横截面积料、长度和横截面积 【典例【
47、典例2】在做研究影响导体电阻的因素实验时】在做研究影响导体电阻的因素实验时,每次需从下表中挑选两根合每次需从下表中挑选两根合 适的导线适的导线,测出通过它们的电流大小测出通过它们的电流大小,然后进行比较然后进行比较,最后得出结论最后得出结论. 导线导线 长度长度/m 横截面积横截面积/mm2 材料材料 A 1 3.2 锰铜锰铜 B 0.5 0.8 钨钨 C 1.5 1.2 镍铬镍铬 D 1 0.8 锰铜锰铜 E 1.2 1.2 钨钨 F 1.5 1.2 锰铜锰铜 G 0.5 1.2 镍铬镍铬 (1)为了研究电阻与导体材料的关系为了研究电阻与导体材料的关系,应选用的两根导线是应选用的两根导线是
48、; (2)为了研究电阻与导体的长度的关系为了研究电阻与导体的长度的关系,应选用的两根导线是应选用的两根导线是 ; (3)为了研究电阻与导体横截面积的关系为了研究电阻与导体横截面积的关系,应选用的两根导线是应选用的两根导线是 ; (4)本实验所采用的方法是本实验所采用的方法是 . 解析解析:研究影响导体电阻的因素时应用控制变量法研究影响导体电阻的因素时应用控制变量法.(1)研究电阻与导体材料的研究电阻与导体材料的 关系关系,应该选长度和横截面积都相同的两根导线应该选长度和横截面积都相同的两根导线,即选即选C、F;(2)研究电阻与导体研究电阻与导体 长度的关系长度的关系,应该选材料和横截面积都相同
49、的两根导线应该选材料和横截面积都相同的两根导线,即选即选C、G;(3)研究电研究电 阻与导体横截面积的关系阻与导体横截面积的关系,应该选长度和材料都相同的两根导线应该选长度和材料都相同的两根导线,即选即选A、D. 答案答案:(1)C、F (2)C、G (3)A、D (4)控制变量法控制变量法 【典例【典例3】两根完全相同的金属导体】两根完全相同的金属导体,如果把其中的一根均匀拉长到原来的如果把其中的一根均匀拉长到原来的4倍倍, 把另一根导线对折绞合起来把另一根导线对折绞合起来,则它们的电阻之比为多少则它们的电阻之比为多少? 学会审题学会审题 解析解析:金属导线原来的电阻为金属导线原来的电阻为R
50、= , 拉长后拉长后l1=4l,因为体积因为体积V=lS保持不变保持不变,所以横截面积所以横截面积S1= , 所以所以R1= = =16R; 对折后对折后l2= ,截面积 截面积S2=2S, 所以所以R2= = = . 则两导线的电阻之比则两导线的电阻之比R1R2=641. 答案答案:641 探究三探究三 电阻率电阻率 表格里是几种导体材料在表格里是几种导体材料在20 时的电阻率时的电阻率. 材料材料 /( m) 材料材料 /( m) 银银 1.610-8 铁铁 1.010-7 铜铜 1.710-8 锰铜合金锰铜合金 4.410-7 铝铝 2.910-8 镍铜合金镍铜合金 5.010-7 钨钨
