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1、高二物理第十四章 稳恒电流 第一节、第二节、第三节人教版【本讲教育信息】一. 教学内容：第十四章 稳恒电流 第一节 欧姆定律 第二节 电阻定律 电阻率 第三节 半导体及其应用二. 知识要点：1. 电流电流的定义式：，适用于任何电荷的定向移动形成的电流。 对于金属导体有I=nqvS（n为单位体积内的自由电子个数，S为导线的横截面积，v为自由电子的定向移动速率，约为105m/s，远小于电子热运动的平均速率105m/s，更小于电场的传播速率3108m/s），这个公式只适用于金属导体，千万不要到处套用。2. 电阻定律导体的电阻R跟它的长度成正比，跟它的横截面积S成反比。（1）是反映材料导电性能的物理量
2、，叫材料的电阻率（反映该材料的性质，不是每根具体的导线的性质）。单位是m。（2）纯金属的电阻率小，合金的电阻率大。（3）材料的电阻率与温度有关系： 金属的电阻率随温度的升高而增大（可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧，对自由电子的定向移动的阻碍增大。铂较明显，可用于做温度计；锰铜、镍铜几乎不随温度而变，可用于做标准电阻）。 半导体的电阻率随温度的升高而减小（半导体靠自由电子和空穴导电，温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大，导电能力提高）。 有些物质当温度接近0 K时，电阻率突然减小到零这种现象叫超导现象。能够发生超导现象的物体叫超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转
3、变温度TC。我国科学家在1989年把TC提高到130K。现在科学家们正努力做到室温超导。3. 欧姆定律（适用于金属导体和电解液，不适用于气体导电）。电阻的伏安特性曲线：注意IU曲线和UI曲线的区别。还要注意：当考虑到电阻率随温度的变化时，电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。例1 实验室用的小灯泡灯丝的IU特性曲线可用以下哪个图象来表示（ ）解：灯丝在温度达到一定值时会发光发热，而且温度能达到很高，因此必须考虑到灯丝的电阻随温度的变化而变化。随着电压的升高，电流增大，灯丝的电功率将会增大，温度升高，电阻率也将随之增大，电阻增大，U越大IU曲线上对应点于原点连线的斜率必然越小，选A。例2 下图所
4、列的4个图象中，最能正确地表示家庭常用的白炽电灯在不同电压下消耗的电功率P与电压平方U 2之间的函数关系的是以下哪个图象（ ）解：此图象描述P随U 2变化的规律，由功率表达式知：，U越大，电阻越大，图象上对应点与原点连线的斜率越小。选C。4. 学生实验：测定金属的电阻率（1）学会螺旋测微器的使用，学会电压表、电流表的使用及读数方法。（2）掌握测定电阻率的实验原理。实验原理：由电阻定律R可得到，可见有三个量须测量（或算出）： 金属丝的电阻R：由伏安法测出； 金属丝的横截面积S：用螺旋测微器测得直径D后可求出； 金属丝接入电路的有效长度L，用米尺测量。器材：电源、电流表、电压表、待测金属丝、滑动变
5、阻器、电键、导线、螺旋测微器、米尺。实验中的注意事项： 本实验中被测金属导线的阻值较小，因此电路应采用电流表外接电路。 导线的长度应为接入电路中的有效长度，而不是金属丝的总长度。 电流不宜过大（电流表用00.6A量程）。通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率因温度而变化。例1 在“测定金属的电阻率”的实验中，需要测定的物理量有哪些?写出用这些物理量表达的电阻率的表达式。解：根据部分电路欧姆定律R及电阻定律R可知电阻率为。所以需要测定的物理量为：电压（U）、电流（）、直径（D）和长度（L）。例2 在“测定金属的电阻率”的实验中，若被测金属丝的长度为80.00cm，电阻约为34
6、，在下列器材中应选用的是（写代号）。A. 电压表（015V）B. 电压表（03V）C. 电流表（00.6A）D. 电流表（03A） E. 滑动变阻器（050，2A）F. 滑动变阻器（0500，lA）G. 电源（=3V，=0.2）H. 电源（=10V，r=l）I. 开关 J. 导线（若干）解：略答案：B、C、E、G、I、J5. 电路分析和计算部分电路欧姆定律的应用在初中时就已比较熟悉，因此没有必要过多的练习。而全电路欧姆定律的不同之处关键在于需要考虑内电阻，也就是某段电路两端的电压不再恒定。只要我们认清这个区别，熟练掌握欧姆定律的应用是并不困难的。下面就电路分析中的几个难点和同学一起讨论一下。（
7、1）电路的结构分析搞清电路各元件之间的连接关系，画出结构清晰的等效电路，是利用欧姆定律解决电路问题的重要前提。我们通常采用节点跨接法来分析电路结构。具体方法为：首先标明电路中各节点名称，经过电源和用电器的节点名称应不同，而一段导线两端的节点名称不变理想的电压表可视为断路。理想的电流表可视为导线。考虑电表内阻时，就应把它们当作用电器对待接着，定性判断电路中各节点电势高低（没有标明的可假设）。最后将各电器填在对应的节点间以判明彼此间的串、并联关系。例1 如图1所示，设R1=R2=R3=R4=R，求：开关S闭合和开启时的AB两端的电阻比。图1解：利用节点法，开关闭合时，电路中各节点标称如图2所示图2
8、 其中R1、R2、R3都接在AB两点间，而R4两端都为B，即R4被短路，所以其等效电路如图3所示，易得RAB=R/3。图3当开关开启时，电路中各节点标称如图4所示，其对应等效电路为图5所示，易得RAB=2R/5。所以两次电阻比为5/6。图4 图52. 含电容电路的分析让学生按图6所示连好电路。图6观察分别将单刀双掷开关掷于b、c两边时产生的现象并分析原因。学生看到：当ab相接时，灯L1、L2都不亮，说明电容阻断了电流；当ac相接时，灯L2闪亮一下，说明电容刚才被充电，现在向L2放电。教师总结：电容器是一个储能元件，在直流电路中，它对电流起到阻止作用，相当于断路。同时电容器又可被充电，电量的大小
9、取决与电容和它两端对应的电路的电压。因此，在分析含电容电路时，可先把电容去掉后画出等效电路，求出各用电器的电压、电流，再看电容与哪部分电路并联，而求出它两端的电压和它的电量。例2 如图7所示，电源电动势，内阻，电阻R1=3，R2=2，R3=5，电容器的电容C1=4F，C2=1F，求C1、C2所带电量。解：C1、C2看成断路后，外电路相当于R1、R2串联，R3中无电流，可视为短路，即UCD=UCB，UAD=UAB，由闭合电路欧姆定律知：所以C1、C2所带电量Q1、Q2分别为：Q1=C1UCB=1.6105CQ2=C2UAB=1105C图73. 电路中电势升降的分析如图所示，让学生按电流方向分析整
10、个回路的电势升降，并找出升降值之间的关系式。答：从电源正极出发，沿电流方向经过电阻R时，电势降落IR，而到电源负极，在电流流向正极时，在内阻上电势降落Ir。但同时非静电力做功，使电势升高。因此整个闭合电路中，。由闭合电路欧姆定律知，即U升=U降教师总结：沿电流方向经过电阻类用电器（含内阻）时，电势降低；反之升高，而经过电源时，如由电源负极到正极，则电势升高；反之则电势降低。而在任意闭合回路中，电势升降代数和为零。例3 如图8所示，三个完全一样的电源串联成闭合回路，求A、B两点间的电势差。图8解：电路中电流为逆时针方向，由A出发逆电流向右观察，经电源时电势降低，而在内阻上又升高，由全电路欧姆定律
11、知：，所以。4. 电路中的电表我们接触比较多的电表是电压表和电流表，理想情况下电流表可以看成导线，电压表可以看成无穷大的电阻而忽略它们的内阻对电路的影响，可在某些实际问题中，这种影响很大，根本不可能忽略不计。这时就要把电表看成一个可以读数的特殊电阻，放在电路中，与其它用电器一起分析。例4 如图9所示，R1=2k，R2=3k，电源内阻可忽略。现用一电压表测电路端电压，示数为6V；用这电压表测R1两端，电压示数为2V。那么（ ）图9A. R1两端实际电压是2VB. 电压表内阻为6kC. R2两端实际电压是3.6VD. 用这电压表测R2两端电压，示数是3V解：本题中电阻R1、R2的阻值较大，电压表与
12、之相比不能看成电阻为无穷大的断路。因此要把它当成一个特殊电阻来处理。由于不计电源内阻，电压表测得的电压6V就是电源电动势，所以R1两端实际电压为U1=6V2k/（2k+3k）同理，U2=3.6V。当电压表测R1两端电压时，显示的是它与R1并联后所分得的电压，即，所以 RV=6k。当电压表测R2两端电压时，易得电压表示数为3V。所以选项B、C、D正确。【模拟试题】（答题时间：50分钟）欧姆定律1. 图中电压U ，U2和电阻R1 ，R2均已知，测流过 R1的电流I1为（ ）A. B. C. D. 2. 关于关系式，下列说法中正确的是（ ） A. 导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反
13、比 B. 对于某一导体，加在它两端的电压越大，导体的电阻就越大 C. 导体中维持一定的电流所需的电压越高，则导体的电阻越大 D. 对于某个确定的导体，通过的电流越大，则导体两端的电压3. 对于图中的图线1、2所对应的两个导体（ ） A. R1=3R2 B. R2=2R1 C. 两导体中的电流相等（不为零）时的电压之比U1: U23:1D. 两导体的电压相等时电流之比Il:I23:14. 一根粗细均匀的金属通电直导线，横截面积为S，电流为I，导线单位体积内的自由电子数目为n，则自由电子定向移动的速度 。5. 在氢原子模型中，电子以61015Hz的频率绕核旋转已知电子的电量为1.61019C，则通
14、过电子轨道上某处的电流为多大?6. 在彩色电视机的显像管中，从电子枪射出的电子在高电压U作用下被加速，形成电流为I的平均电流。问：（1）在时间t内打到荧光屏上的电子数为多少?（2）若加速电压U增大1倍，则I如何变化?7. 如图所示，电容C=2.0106F的平行板电容器接在电压U10V的电源的两极间，若将电容器两极板间的距离减小为原来的1/2，电容器的带电量从开始变化到变化结束经历的时间为t=103s，求该过程中流过电流计的平均电流的大小和方向。测电阻率1. 某同学用螺旋测微器测量金属线的直径时，几个主要操作情况如下，其中有哪些操作是不符合要求的（ ）A. 将金属线放人小砧A、测微螺杆P的夹缝中，转动旋钮直至压紧读出读数 B. 选择导线的中间部分测量一次直径C. 读数时，固定刻度尺上零刻度以右已露出半毫米刻度线，直径一定大于0.5mm D. 可动刻度上第16刻度线正好与固定刻度尺上标记线对齐，因此最后读数为0.66mm2. 某实验小组在测量金属电阻率时，主要实验步骤如下，其中做法不正确的是（ ）A. 用螺旋测微器在金属线三个不同部位各测一次直径，取其平均值为dB. 用米尺量出整个金属线的长度三次取其平均值为lC. 选用电流表内接线路来测电阻，多次测量取平均值为RD. 将测得的d、l、R代入公式算出电阻率3. 如图在测量金
