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1、高三物理第一轮复习：欧姆定律、电阻定律、半导体、超导体及应用【本讲主要内容】欧姆定律、电阻定律、半导体、超导体及应用1. 知道形成电流的条件，理解电流的概念。2. 理解欧姆定律的内容和适用条件。3. 理解电阻定律的内容、公式，电阻率的意义、线性元件及非线性元件。4. 知道半导体、超导体及其应用。【知识掌握】【知识点精析】1. 电流（1）定义：电荷的定向移动形成电流。电荷指自由电荷，金属导体中指自由电子的定向移动，电解质溶液中指正负离子同时向相反方向的运动。（2）形成电流的条件：导体两端存在电压。其一要有自由电荷；其二要有电场。电源的作用就是保持导体两端的持续的电压，形成持续的电流。（3）电流的
2、方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。如果电流是靠自由电子的定向移动形成的，则电流的方向和自由电子的定向移动方向相反。（4）电流强度：通过导体某横截面的电荷量Q跟通过这些电荷量所用时间t的比值叫电流强度，简称电流。定义式，其中Q是通过导体横截面的电量 。（5）单位：安培（A）是国际单位制的基本单位之一。（6）方向不随时间改变的电流叫直流；方向和强弱都不随时间改变的电流叫恒定电流。（7）电流的微观本质：如图是粗细均匀的一段长为L的导体，两端加上一定的电压，导体中的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S，导体每单位体积内的电荷数为N，每个自由电荷的电荷量为q。导体中的自由电荷
3、总数为NnSL总电荷量为Q=Nq=nLSq所有这些电荷通过横截面D所需的时间为所以导体中的电流由此可见，从微观上讲，电流决定于导体中单位体积中的自由电荷数目，电荷量，定向移动速度，还与导体的横截面积有关。 2. 欧姆定律（1）内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，即。（2）适用条件：适用于金属导体导电和电解质溶液导电，不适用于气体导电。（3）图象：在R一定的情况下，I正比于U，所以IU图象和UI图象都是过原点的直线。设k为图中直线的斜率。甲图中， 所以乙图中， 所以3. 电阻（1）定义：导体两端的电压与导体中电流的比值叫导体的电阻。（2）定义式：（3）单位：欧姆、国际符
4、号为、1M=（4）注意：对给定的导体，它的电阻的大小是一定的， 因而与导体两端的电压、电流无关所以不能说电阻与电压成正比与电流成反比。4. 电阻定律 （1）内容：导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比，即。取决于导体本身。 （2）电阻率：反映材料导电性的好坏。一般纯金属电阻率小，用于制作电缆导线；合金电阻率相对较大。计算式，可用于测金属的电阻率。但电阻率与导体的长度，截面面积无关，导体电阻的大小无关，决定于材料本身。跟温度有关，一般金属导体的电阻率随温度升高而增大；半导体的电阻率随温度升高而减小。5. 半导体及应用（1）导电性能介于导体和绝缘体之间，电阻随温度的增加而减小的材料成为半
5、导体。（2）半导体的导电性能与温度、光照、掺入微量杂质都有关系。一般，半导体的电阻随温度升高而减小；有光照时电阻减小；掺入微量杂质时电阻大大减小。（3）光敏电阻、热敏电阻在自动控制中；二极管、三极管、集成电路在电子技术中有广泛的应用。6. 超导体及应用有些物质当温度降低到绝对零度附近时，它的电阻率突然变为零的现象叫超导现象。能够发生超导现象的物质叫超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度叫转变温度（临界温度）。超导体的应用有广阔的前景。【解题方法指导】一. 电流的确定例1在电解液导电中，若5s内分别有5C的正离子和5C的负离子通过电解槽中与电流方向垂直的截面，（1）电路中的电流是多少？（2）
6、若5s内有5C的正负离子分别在阴极和阳极放电，电路中的电流是多少？解析：（1）电解质溶液中，电流等于同一截面上，正负电荷迁移的绝对值的和与所用时间之比，所以（2）电解质溶液中各种离子的质量、电荷量都可能不同，它们在电场中的电场力、加速度、速度各不相同，同一时间内通过电解液某一截面的正负离子数可能不同。阳极附近的正离子可以认为刚被加速，速度为0，而负离子的速度却被加速到最大，所以在阳极的横截面上，只有5C的负电荷通过，故有电流1A. 答案：2A1A点拨：本题第二问极易解成I=2A，认为同时有等量正负电荷到达极板，但问题的实质是到达阴极的正电荷与到达阳极的负电荷不是经过同一横截面的，在电解槽中不同
7、位置处取截面，除两电极的正中外，其他截面上，在相等时间相反方向通过的正负电荷是不同的。例2已知氢原子中电子的质量为，带电量为，轨道半径为R，静电力恒量为。当电子绕氢核匀速旋转时，所产生的等效电流I多大？解析：考查电流强度的定义及圆周运动的知识。电子绕氢核匀速旋转的向心力为电子与氢核的静电力，即电子做圆周运动的周期为所产生的等效电流由以上三式解得所产生的等效电流答案：方法总结：这类问题的解答（1）由求解I值的关键是找出某一截面经过时间的电量Q。（2）理解形成电流的载流子运动的实质。（3）综合运用所学知识。二. 部分电路的欧姆定律的应用例3如图所示是两个导体的伏安特性曲线，对两个导体：（1）电阻关
8、系为；（2）若两个导体中的电流相等（不为零）时，电压之比；（3）若两导体的电压相等（不为零）时，电流之比。解析：本题源于金属导体的伏安特性曲线。IU关系曲线中的直线的斜率等于电阻的倒数。（1），故3：1（2）由欧姆定律，又有3：1。（3）由欧姆定律，又有答案：3：1 3：1 1：3例4有一个标有“220V 100W”的白炽灯泡，加上的电压从0逐渐增大到220V，在此过程中，电压U和电流I可用图线来表示，下列四个图像中，肯定不符合实际的是（ ）解析：随温度升高，灯丝的电阻率增大，电阻也增大，所以，在UI图线中，曲线的斜率应随电压升高而增大，故B合理，ACD不符合实际。答案：ACD方法总结：解决这
9、类问题的基本思路（1）首先分清楚是IU图象还是UI图象。（2）理解图线的物理意义，IU图象的斜率表示电阻的倒数，UI的图象斜率表示电阻。（3）认真配合部分电路的欧姆定律使用。三. 电阻定律的应用例5 如图所示，一块厚度均匀的矩形被测样品，长AB为宽CD的两倍，沿对称轴测得电阻均为R，则AB方向的电阻率与CD方向的电阻率之比为（）A. 1：1 B. 1：2C. 1：4D. 2：1解析：设矩形被测样品的厚度为d，CDL，则AB2L，由可得答案：C例6两根完全相同的金属导线，如果把其中的一根均匀拉长到原来的2倍，把另一根导线对折后绞合起来，则它们的电阻之比为（）A. 2：1B. 4：1C. 8：1D
10、. 16：1解析：金属导线原来的电阻拉长2倍后，因为总体积保持不变，所以截面积变为原来的1/2.由电阻定律4R对折后，长度减半，截面积加倍则后来两导线的电阻之比为16：1答案：D方法总结：讨论电阻和电阻率的问题时（1）由电阻定律，可以确定电阻率。（2）一般导体各个方向导电性能相同，电阻率与方向无关，但有些材料不是这样，沿不同方向电阻率不同。（3）要注意考虑到L、S同时变化时体积LS乘积不变。四. 综合应用例7横截面直径为d，长为L的导线，两端电压为U。当这三个量中一个改变时，对自由电子定向运动的平均速率的影响是（）A. 电压U加倍时，自由电子定向运动的平均速率不变B. 导线长度L加倍时，自由电
11、子定向运动的平均速率不变C. 导线横截面的直径D加倍时，自由电子定向运动的平均速率不变D. 导线横截面的直径D加倍时，自由电子定向运动的平均速率加倍解析：由欧姆定律，电阻定律和可得自由电子定向运动的平均速率大小为从上式可以推出：当电压U加倍时，自由电子定向运动的平均速率加倍，选项A错误。导线长度L加倍时，自由电子定向运动的平均速率减为原来的一半，选项B错误。导线横截面直径加倍时，自由电子定向运动的平均速率不变，所以选项C正确，D错误。答案：C方法总结：本题中物理量较多且相互关联，要注意全面考虑问题，该题利用欧姆定律、电阻定律和I=nqSv推出自由电子定向运动平均速率的表达式，可以比较直观地看出
12、平均速率v与其他各量的关系。如果孤立地仅从一个公式考虑问题就很容易出现错误的判断。【考点突破】【考点指要】欧姆定律、电阻定律在高考中为类要求，电阻率、半导体、超导体为类要求。高考对这部分知识的考查多与电路分析、计算结合在一起，对定律的理解考查较少，即重在考查实际的应用能力。理综考试多综合在电学实验中考查。【典型例题分析】例1（2003高考上海卷）下图为某一热敏电阻（电阻随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的IU关系曲线图。（1）为了测量得到如图所示的IU关系的完整曲线，在下图甲乙两个电路中应选择的是图；简要说明理由：。（电源电动势为9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0100）（2）下图电路中电
13、源电压恒为9V，电流表的读数为70，定值电阻，由热敏电阻的IU关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为V；电阻的阻值为 。（3）举出一个可以应用热敏电阻的例子： 。命题意图：考查电阻的伏安特性曲线，电阻的测量，电路的计算。解析：（1）为了获取更多的试验数据，常采用上图甲测量电路，电压可以从0连续调节为最大值，调节范围大。（2）流过的电流则流过及热敏电阻的电流从IU关系曲线图上可读出对应此时的热敏电阻上的电压为则有（3）热敏温度计阅卷反馈：本题是一道综合性的电路实验题，从读图、电路测量、电路计算等多方面考查电学知识，巧妙设问、有机链接、难度合理是本题的特点。例2（2000年春招）AB两地间铺有通信电缆
14、，长为L，它是由两条并在一起彼此绝缘的均匀导线组成的，通常称为双线电缆。在一次事故中经检查断定是电缆上某处的绝缘保护层损坏，导致两导线之间漏电，相当于该处电缆的两导线之间接了一个电阻。检查人员经过下面的测量可以确定损坏处的位置：（1）令B端的双线断开，在A处测出双线两端间的电阻；（2）令A端的双线断开，在B处测出双线两端间的电阻；（3）在A端的双线间加以已知电压，在B端用内阻很大的电压表测出两线间的电压。试由以上测量结果确定损坏处的位置。命题意图：考查学生运用欧姆定律分析解决实际问题的能力。解析：设双线电缆每单位长度的电阻为r，漏电处电阻为R，漏电处距A为，题设测量过程可用如图电路表示，则A间电阻；B间电阻。当A间加电压时；B间用内阻很大的电压表测出的电压等于R两端电压（电缆上近似看作无电流无电势降落），根据欧姆定律。联立解得。答案：漏电处距A端为。阅卷反馈：部分考生未能建立题目所设情景的模型的示意图。【综合测试】1. 下列关于超导体的说法中，正确的是（）A. 温度下降到接近0，导体就能变成超导体B. 超导体的电阻很小C. 导体的温度很高，就能变成超导体，叫高温超 导D. 电流在超导体中传输时导体不发热2. 如图，两个截面不同，长度相同的均匀铜棒，接在电路中，两端的电压为U，则（ ）A. 通过两铜棒的电流强度相等B. 两铜棒的自由电子定向移动的平均速率相同
