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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中电势的变化规律、理解电阻的形成，知道电阻与温度的关系中电势的变化规律4 4、复习部分电路欧姆定律、复习部分电路欧姆定律1研究电流电压及电阻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 ） 而而Q=ItQ=It2 2方向：规定为方向：规定为正正电荷定向移动的方向，与电荷定向移动的方向，与负负电荷的定向移动的方向相反电荷的定向移动的方向相反3 3参参与与导导电电的的自自由由电电荷荷：金金属属导导体体中中的的是是自自由由电电子子; ;电电解解质质溶溶液液中中的的是是正正、负负离子离子; ;电离气体中的是正、负离子电离气体中的是正、负离子 和电子和电子。电荷是在电场力作用下发生定向移动形成电流电荷是在电场力作用下发生定向移动形成电流4 4微观表达式微观表达式: :I InqvSnqvS注注意意: :三三个个速速率率的的不不同同：自自由由电电子子
3、定定向向移移动动的的速速率率10105 5 m/s m/s ；自自由由电电子子无无规规则则热运动的速率热运动的速率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一、电场与电流一、电场与电流2研究电流电压及电阻1 1电电势势变变化化规规律律：在在外外电电路路沿沿电电流流的的方方向向，电电势势逐逐渐渐降降低低，即即在在电电场场力力的的作作用用下电流总是由下电流总是由高电势，高电势，流向流向低电势。低电势。无电阻的导线上无电势降落无电阻的导线上无电势降落（见见62页图）页图）2 2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
4、电压电压二、电路中的电压和电势降落二、电路中的电压和电势降落2 2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中，不断地形成机理：金属导体中的自由电子在电场力作用下定向移动过程中，不断地与晶体点阵上的原子实碰撞，形成了对电子定向移动的阻碍作用与晶体点阵上的原子实碰撞，形成了对电子定向移动的阻碍作用三、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表示表示t t 时的电阻，时的电阻，R R0 0表示表示0 0 时的电阻值，时的电阻值，叫做电阻的温度系数叫做电阻的温度系数原子实：
5、失去一些核外电子的金属原子叫做原子实原子实：失去一些核外电子的金属原子叫做原子实1 1、电阻定义：导体对电流的阻碍作用叫做电阻，定义式、电阻定义：导体对电流的阻碍作用叫做电阻，定义式: :3研究电流电压及电阻四、部分电路欧姆定律四、部分电路欧姆定律2 2、应用注意、应用注意: :IUoR1R2R2R1UIoR1R2R2R12)2)适用于金属导电体、电解液导体，不适用于空气导体和某些适用于金属导电体、电解液导体，不适用于空气导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: :研究部分电路欧姆定律时研究部分电路欧姆定
6、律时, ,常画成常画成I IU U或或U UI I图象图象, ,对于线对于线性元件伏安特性曲线是直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, ,伏安特性曲线是非线性的伏安特性曲线是非线性的. .自由电子定向移动过程中不断地与晶体点阵上的原子实碰撞，将它的一部自由电子定向移动过程中不断地与晶体点阵上的原子实碰撞，将它的一部分动能传递给原子实，导体的内能增加，温度就升高了分动能传递给原子实，导体的内能增加，温度就升高了4.4.电流流过电阻，电阻发热原因：电流流过电阻，电阻发热原因：4研究电流电压及电阻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
7、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5研究电流电压及电阻要点要点1 1对公式对公式I IQ/tQ/t的理解及应用的理解及应用6研究电流电压及电阻 例例1 1、(1)(1)在在金金属属导导体体中中，若若10 10 s s内内通通过过横横截截面面的的电电荷荷量量为为10 10 C,C,则则导导体体中中的的电电流为多少流为多少A?A?(2)(2)某某电电解解槽槽横横截截面面积积为为0.5 0.5 m m2 2，若若10
8、 10 s s内内沿沿相相反反方方向向通通过过横横截截面面的的正正、负负离离子的电荷量均为子的电荷量均为10 C10 C，则电解液中的电流为多少，则电解液中的电流为多少A?A?变式训练： 某某电解池内，如果在解池内，如果在1 s1 s内共有内共有5105101818个二价正离子和个二价正离子和1.0101.0101919个一个一价价负离子从相反方向通离子从相反方向通过某截面某截面, ,那么通那么通过这个截面的个截面的电流是流是 ( ( ) ) A A0 0 B B0.8 A C0.8 A C1.6 A 1.6 A D D3.2 A3.2 AD D7研究电流电压及电阻3.3.如图所示，在某一电解
9、池中有一价的电解如图所示，在某一电解池中有一价的电解液，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，负离子的个数为，负离子的个数为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，负离子定向移动形成的，负离子定向移动形成的电流方向从电流方向从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，电流为零溶液内正、负离子向相反方向移动所形成的电流相互抵消，电流为零D D2 2：
10、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一价负离子的个数分内通过横截面的一价正离子和一价负离子的个数分别为别为1.125101.125102121和和7.5107.5102020，则通过电解槽的电流为，则通过电解槽的电流为_ _ 5A5AC 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8研究电流电压及电阻1 1电流微观表达式电流微观表达式I InqvSnqvS中各符号的物理意义是什么？中各符号的物理意义是什么？2 2从微观角度看电流大小取决于哪些因素？从微
11、观角度看电流大小取决于哪些因素？导电模型导电模型的的建立建立：如图所示，：如图所示，特别提醒：特别提醒：(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，不要死记公式，要理解每个符号所代表的物理量，不要死记公式(2)(2)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(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，则电流的微观表达式为，则电流的微观表达式为I Inqvnqv. .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9研究电流电压及电阻例例2 2、截截面
12、面面面积积为为S S 的的导导线线中中通通有有电电流流I I. .已已知知导导线线每每单单位位体体积积中中有有n n个个自自由由电电子子，每每个个自自由由电电子子的的电电荷荷量量是是e e，自自由由电电子子定定向向移移动动的的速速率率是是v v，则则在时间在时间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 It t/(/(SeSe) )【解解】根根据据电电流流的的定定义义式式可可知知，在在t t内内通通过过导导线线截截面面的的电电荷荷量量Q QI It t，所所以这段时间内通过的自
13、由电子数为以这段时间内通过的自由电子数为N NQ Q/ /e eI It t/ /e e. .（总总量除以量除以单单量求量求总总数）数） 自自由由电电子子定定向向移移动动的的速速率率是是v v，因因此此在在时时间间t t内内，位位于于以以截截面面S S为为底底、长长l lv vt t的的这这段段导导线线内内的的自自由由电电子子都都能能通通过过截截面面这这段段导导线线的的体体积积V VSlSlSvSvt t， 故故 t t内内 通通 过过 截截 面面S S的的 自自 由由 电电 子子 数数 为为N NnVnVnSvnSvt t. .（体密度乘以体积求总数）（体密度乘以体积求总数）所以所以A A、
14、C C正确正确A A、C C【思路思路】(1)(1)由电流的定义确定通过导体横截面的电量由电流的定义确定通过导体横截面的电量(2)(2)由电子的电荷量确定通过导体横截面的电子数由电子的电荷量确定通过导体横截面的电子数10研究电流电压及电阻变式训练变式训练D1 1、11研究电流电压及电阻A. B. C. A. B. C. D. D. 2 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压为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U U 的加的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为速电场，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
15、已的电子束已知电子的电荷量为知电子的电荷量为e e、质量为、质量为m m，则在刚射出加速电场时，一小段长为，则在刚射出加速电场时，一小段长为l l的电的电子束内的电子个数为子束内的电子个数为 ( ()B B （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）12研究电流电压及电阻 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
16、 e1.60101.60101919C 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)假假定定分分布布在在质质子子源源到到靶靶之之间间的的电电场场是是均均匀匀的的，在在质质子子束束中中与与质质子子源源相相距距L L和和4 4L L的的两两处处，各各取取一一段段极极短短的的相相等等长长度度的的质质子子流流，其其中中的的质质子子数数分分别别为为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【思维流程】流程】+ + +800kV800kVL L4L4Lv v1 1v v2 213研究电流电压及电阻（2 2）设
17、设质质子子束束的的横横截截面面积积为为S S，在在质质子子束束中中与与质质子子源源相相距距L L和和4 4L L两两处处质质子子速速度度分分别别为为v v1 1和和v v2 2，单单位位体体积积内内质质子子数数分别为分别为n n1 1和和n n2 2. . ：+ + +800kV800kVL 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，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
18、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: :14研究电流电压及电阻1.1.电电阻阻的的成成因因：自自由由电电子子与与晶晶体体点点阵阵上上的的原原子子实实碰碰撞撞，形形成成对对电电子子定定向向运运动动的的阻碍作用，这是电阻产生的根本原因，也是电阻元件在通电时发热的原因阻碍作用，这是电阻产生的根本原因，也是电阻元件在通电时发热的原因要点要点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电电阻阻是是自自由由电电子子在在导导体体中中定定向向运
19、运动动所所受受的的阻阻力力，类类似似于于固固体体在在液液体体中中移动时所受的黏滞阻力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子定向运动的电阻是自由电子与晶体点阵上的原子实碰撞形成的对电子定向运动的阻碍作用阻碍作用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 D15研究电流电压及电阻例例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/，该金属电阻在，该金属电阻在0 0 时的电
20、阻值为时的电阻值为100 100 ，则阻值为，则阻值为102 102 时的温度为时的温度为 ( ( ) )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16研究电流电压及电阻例例5 5如图如图3 3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 ( ( ) )A A导体的电阻是导体的电阻是25 B25 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
21、体两端的电压是10 V10 V时，通过导体的电流是时，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，灯丝的电阻因温度可知，灯丝的电阻因温度的影响改变的影响改变( ( ) )A.5 A.5 B.10 B.10 C.1 D.6 C.1 D.6 B要点要点4 4电阻伏安特性图像电阻伏安特性图像17研究电流电压及电阻6 6、如图、如图, , 若
22、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, , 滑动变阻器的滑动变阻器的滑片滑片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, , 伏特表示伏特表示数为数为4.54.5伏伏,求电源电压和滑动变阻器的阻值求电源电压和滑动变阻器的阻值? ?18研究电流电压及电阻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为导体的横截面积，为导体的横截面积，n n为导体每单为导体每单位体积内的自由电荷数，位体积内的自由电荷数，q q为每个自由电荷所带的电荷量，为每个自
23、由电荷所带的电荷量，v 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1.0101.0101919个个2 2价正离子和价正离子和2.0102.0101919个个1 1价负价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是 () A A0 B0 B0.8 A C0.8 A C1.6 A 1.6 A D D3.2 A3.2 ADD3 3如图如图4 4所示，一根横截面积
24、为所示，一根横截面积为S S的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷，每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单位长度上电荷量为q q，当此棒沿轴线方向做速度为，当此棒沿轴线方向做速度为v v的匀速直线运动时，由于的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为棒运动而形成的等效电流大小为 ( ( ) )A A练习练习19研究电流电压及电阻3.3.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，在铜导线上取一个截面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A A，在铝
25、导，在铝导线上取一个截面线上取一个截面B B，若在，若在1 1秒内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通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 S
26、B 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20研究电流电压及电阻5 5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”的白炽灯正常发的白炽灯正常发光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？6.25106.25101515个个3.4103.4101919个4. 4. 如图如图6
27、6所示，所示，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 AC C21研究电流电压及电阻6 6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
28、电量不变而使电量Q Q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
29、，所以有 , ,所以产生的等效电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；由公式得产生的等效电流与半径没有关系，故正确；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22研究电流电压及电阻7.7.盛夏的入夜，正当大地由喧闹归于沉睡之际，天空却不甘寂寞地施放盛夏的入夜，正当大地由喧闹归于沉睡之际，天空却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，假设这次闪电产的闪电如图所示，闪电产生的电压、电流是不稳定的，
30、假设这次闪电产生的电压可等效为生的电压可等效为2.5102.5107 7 V V、电流可等效为、电流可等效为2102105 5 A A、历时、历时1101103 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生了移动？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？(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？解析：解析：23研究电流电压及电阻8 8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( (可可能接近光速能接近光速) )的定向移动速率，在金属导线中运动，很短
31、时间到达用电器，的定向移动速率，在金属导线中运动，很短时间到达用电器，所以不会看到开灯好长时间才见灯亮的现象，请利用下面有关资料探究该所以不会看到开灯好长时间才见灯亮的现象，请利用下面有关资料探究该同学说法的正确性横截面积同学说法的正确性横截面积S S1mm1mm2 2铜导线，可允许通过电流为铜导线，可允许通过电流为1 A1 A，铜，铜单位体积自由电子数为单位体积自由电子数为 8.510 8.5102828个个/m/m3 3. . 以这样的速度传播1 m长导线需用时t13680s3.8 h，显然与实际不符。实际上电场的传播速度为光速，电路中的电子几乎同时定向移动，即整个电路几乎同时形成了电流2
32、4研究电流电压及电阻9 9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 m240 m的近似圆形的近似圆形轨道当环中电流是轨道当环中电流是10 mA10 mA时时( (设电子的速度是设电子的速度是3103107 7m/s)m/s)，则，则整个环中运行的电子数目为整个环中运行的电子数目为( (电子的电荷量电子的电荷量e e1.6101.6101919 C) C) ( () ) A A5105101111 B B5105101010 C C1101102 2 D D1101104 4解析：选解析：选A.A.电子运行的周期电子运行的周期: :T Ts s/ /v v240
33、 m/(310240 m/(3107 7 m/s) m/s)8108106 6 s s，一个电子形成的，一个电子形成的电流为电流为I I0 0e e/ /T T1.6101.6101919 C/810 C/8106 6 s s2102101414 A A，A A所以整个环中运行的电子数为所以整个环中运行的电子数为: :N NI I/ /I I0 0101010103 3 A/210 A/2101414 A A5105101111. .设单位长度的自由电荷数为设单位长度的自由电荷数为n n，则电流的微观表达式为，则电流的微观表达式为 I Inevnev. .25研究电流电压及电阻10如图所示，设电源输出电压保持不变，R0=10。当闭合开关S，滑动变阻器的滑片P在中点C时，电流表的示数为0.3A，移动滑片P至b端时，电流表的示数为0.2A则电源电压U与滑动变阻器的最大阻值R分别为多少？26研究电流电压及电阻
