电阻定律-部分电路欧姆定律.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 恒定电流,第,1,课时 电阻定律 部分电路欧姆定律,考点自清,一、电流,形成,在外加电场的作用下,导线中的自由电荷的,形成电流,方向,正电荷定向移动的方向,公式,定义式,决定式,微观式,定向移动,二、电阻电阻率,1.,电阻,(1),定义式,:,(2),决定式,:,2.,电阻率,(1),物理意义,反映导体,的物理量,是导体材料本身的,属性,.,导电性能,(2),电阻率与温度的关系,金属的电阻率随温度升高而,.,半导体的电阻率随温度而,.,超导体,:,当温度降低到,附近时,某些材,料的电阻率突然,成为超导体,.,三、欧姆定律,部分电路欧姆定律,(1),内容,:,导体中的电流跟导体两端的电压,U,成,跟导体的电阻,R,成,.,(2),公式,:,.,增大,减小,绝对零度,减小为零,正比,反比,(3),适用条件,:,适用于,和电解液导电,适用于纯,电阻电路,.,(4),导体的伏安特性曲线,:,用横轴表示电压,U,纵轴表,示,画出的,U,关系图线,.,线性元件,:,伏安特性曲线是,的电学元件,适,用于欧姆定律,.,非线性元件,:,伏安特性,为曲线的电学元件,(,适用、不适用,),于欧姆定律,.,金属,电流,直线,曲线,不适用,名师点拨,1.,对于非线性元件,欧姆定律不再成立,.,2.,对于线性元件,某一状态时的电阻值等于此时元,件两端的电压与元件中通过的电流的比值,.,热点一 电流的微观意义,电荷的定向移动形成电流,人们规定正电荷定向移,动的方向为电流方向,.,通过导体横截面的电荷量跟,通过这些电荷量所用时间的比值叫做电流,定义式,为,单位是,A.,1.,决定因素,:,设金属导体的横截面积为,S,单位体积内,的自由电子数为,n,自由电子定向移动的速率为,v,那么时间,t,内通过某一导体横截面的自由电子数为,nS,v,t,.,如果电子的电荷量为,e,那么时间,t,内通过横截,面的电荷量,q,=,neS,vt,.,根据,就可以得到电流和,自由电子定向移动速率的关系式,=,neS,v,.,热点聚集,2.,三种速率,:=,neS,v,中的,v,是电荷定向移动的速率,非常小,约为,10,-5,m/,s,而电荷无规则热运动速度,很大,约为,10,5,m/,s,.,电路合上电键,远处的电灯几,乎同时亮,所用时间极短,这是电场的传播速度决,定的,此速度等于光速,3,10,8,m/s,.,q,=,t,中,当异种电荷通过某一横截面,时,都要形成电流,通过的电荷量是否相互抵消,?,电,流的方向有何物理意义,?,交流与思考,提示,:,当异种电荷通过某一横截面时,都要形成电流,通过的电荷量不能互相抵消,而是等于异种电荷的电,荷量之和,.,因为电流是标量,两种电荷的定向移动都,要形成电流,且正电荷定向移动方向表示电流的流向,但此方向与矢量的方向不同,两种电荷定向移动形成,的总电流等于各电流的代数和,.,热点二 对电阻、电阻率的理解,1.,电阻与电阻率的区别,(1),电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量,电阻大的导体对电流的阻碍作用大,.,电阻率是反映,制作导体的材料导电性能好坏的物理量,电阻率小,的材料导电性能好,.,(2),导体的电阻大,导体材料的导电性能不一定差,;,导体的电阻率小,电阻不一定小,即电阻率小的导体,对电流的阻碍作用不一定小,.,(3),导体的电阻、电阻率均与温度有关,.,2.,电阻的决定式和定义式的区别与相同点,区别,电阻定律的表达式,电阻的定义式,说明了电阻的决定因素,提供了测定电阻的方法,并不说明电阻与,U,和,I,有关,只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解液,适用于任何纯电阻导体,相同点,相同点,都不能反映电阻的实质,(,要用微观理论解释,),特别提示,利用 和 计算出来的电阻都是某一特,定温度下的电阻,因为电阻率随温度而变,.,热点三 欧姆定律的理解及应用,1.,适用范围,:,适用于金属、电解液等纯电阻导电,对于气体导电、含有电动机、电风扇等非纯电阻导电,则不适用,.,2.,注意欧姆定律的,“,二同,”,(1),同体性,:,指 、,U,、,R,三个物理量必须对应同一,段电路或同一段导体,.,(2),同时性,:,指,U,和 必须是导体上同一时刻的电压,和电流,.,3.,欧姆定律不同表达式的物理意义,(1),是欧姆定律的数学表达式,表示通过导,体的电流 与电压,U,成正比,与电阻,R,成反比,常用于,计算一部分电路加上一定电压时产生的电流,.,此公,式是电流的决定式,反映了电流 与电压,U,和电阻,R,的因果关系,.,(2),公式,是电阻的定义式,它表明了一种量度电,阻的方法,不能错误地认为,“,电阻跟电压成正比,跟,电流成反比,”,对于给定的导体,其电阻是一定的,和,导体两端是否有电压,导体中是否有电流无关,.,也就,是说 仅是电阻的测量式,而 才是电阻,的决定式,.,在应用欧姆定律之前,首先要判断电路中的元件是否为纯电阻,如果整个电路中既有纯电阻又有非纯电阻,则只有纯电阻才适用欧姆定律,.,特别提示,热点四 对伏安特性曲线的理解,1.(1),图线,a,、,b,表示线性元件,.,图线,c,、,d,表示非线性,元件,.,(2),图象的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,电阻,越小,故,R,a,R,b,(,如图,1,甲所示,).,图,1,(3),图线,c,的斜率增大,电阻减小,图线,d,的斜率减小,电阻增大,(,如图,1,乙所示,).,(,注意,:,曲线上某点切线的斜率不是电阻的倒数,),2.(1),由于导体的导电性能不同,所以不同的导体有,不同的伏安特性曲线,.,(2),伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐,标的比值,对应这一状态下的电阻,.,特别提示,1.,要区分,是,U,图线还是,U,图线,.,2.,对线性元件,:;,对非线性元件,应注意,线性元件不同状态时,比值不变,非线性元件不同状态时比值不同,.,题型,1,电流定义的理解与应用,题型探究,【,例,1,】,如图,2,是静电除尘器示意图,A,接,高压电源的正极,B,接高压电源的负极,AB,之间有很强的电场,空气被电离为电,子和正离子,电子奔向正极,A,的过程中,遇到烟气中的煤粉,使煤粉带负电,吸附,到正极,A,上,排出的烟就成为清洁的了,.,已知每千克煤粉会吸附,n,mol,电子,每昼,夜能除尘,m,kg,计算高压,电源的电流强度,.(,已知电子的电荷量为,e阿伏加德罗常数为,N,A,一昼夜时间为,t,),图,2,思路点拨,由电流的定义式 来求解,要特别注,意,q,的含义,.,解析,由于电离出的气体中的电子和正离子同时导电,则流过电源的电荷量,q,跟煤粉吸附的电荷量,q,的关系是,:,q,=,而,q,=,mnN,A,e,所以,答案,变式练习,1,有一横截面积为,S,的铜导线,流经其中的电流为,设每单位体积的导线中有,n,个自由电子,电子的电荷量为,q,.,此时电子的定向移动速度为,v,在,t,时间内,通过导线横截面的自由电子数目可表示为,(),A.,n,v,S,B.,n,v,t,C.D.,解析,根据电流的定义式可知,在,t,内通过导线横,截面的电荷量,Q,=,t,所以在这段时间内通过的自由电子数为,N,=,所以,C,项正确,D,项错,.,由于自由电子定向移动的速率是,v,因此在时间,t,内,位于以横截面,S,为底、长,l,=,v,t,的这段导线内的自由,电子都能通过横截面,(,如图,).,这段导线的体积,V,=,Sl,=,S,v,t,.,所以,t,内通过横截面,S,的自由电子数为,N,=,nV,=,nS,v,t,选项,A,、,B,均错,.,答案,C,题型,2,电阻定律的理解与应用,【,例,2,】,如图,3,所示,某一导体的形,状为长方体,其长、宽、高之比为,a,b,c,=532.,在此长方体的上,下左右四个面上分别通过导线引出,四个接线柱,1,、,2,、,3,、,4.,在,1,、,2,两端加上恒定的电压,U,通过导体的电流为,I,1,;,在,3,、,4,两端加上恒定的电压,U,通过导体的电流为,I,2,.,求,I,1,I,2,.,两种不同接法时,导体的横截面积分别如,何计算,?,长度分别是多少,?,思路点拨,图,3,解析,1,、,2,两端加上恒定的电压,U,时,导体的长度是,c,横截面积是,ab,;3,、,4,两端加上恒定的电压,U,时,导体,的长度是,a,横截面积是,bc,所以两种情况下导体的电,阻之比为,425,又由于两种情况下电压相等,由欧姆,定律可得,I,1,I,2,=254.,答案,254,规律总结,电阻定律的应用技巧,(1),是电阻的决定式,对同一段导体,往往,l,与,S,是相关联变化的,分析求解时应全面考虑,.,(2),要根据电流正确判断,l,、,S,沿电流方向导体的长,度为,l,垂直于电流方向的横截面积才是,S,.,变式练习,2,金属材料的电阻率有以下特点,:,一般而,言,纯金属的电阻率小,合金的电阻率大,;,有的金属的,电阻率,随温度变化而显著变化,有的合金的电阻率几,乎不受温度的影响,.,根据以上的信息,判断下列说法,中正确的是,(),A.,连接电路用的导线一般用合金来制作,B.,电炉、电热器的电阻丝一般用合金来制作,C.,电阻温度计一般用电阻率几乎不受温度影响的合,金来制作,D.,标准电阻一般用电阻率随温度变化而显著变化的,金属材料制作,解析,电路中导线输送电能,但由,于导线本身有电,阻,所以导线也要消耗电能,并转化为热量,导线电,阻越小,在其他条件一定的情况下,损耗的电能也,越小,故应选择电阻率小的材料,由提供的信息知,纯金属较合适,;,电炉与电热器,是利用电流的热效应,工作的,流过电热器的电流与导线上的电流相等,但,电热器却能明显发热,说明其电阻大,选择电阻率大,的合金丝较合适,;,电阻温度,计是利用材料的电阻率随,温度有明显变化的原,理工作的,电阻率几乎不受,温度,影响的,合金,显然不能成,为电阻温度计的材料,;,标准电阻的,电阻率应很稳定,.,综上所述,正确的选项为,B答案,B,题型,3,伏安特性曲线的应用,【,例,3,】,如图,4,所示为一个电灯两端的电压与通过它,的电流的变化关系曲线,.,由图可知,两者不成线性,关系,这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化,的缘故,.,参考这条曲线回答下列问题,(,不计电流表,和电池的内阻,).,图,4,(1),若把三个这样的电灯串联后,接到电动势为,12 V,的电源上,求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻,.,(2),如图,5,所示,将两个这样的电,灯并联后再与,10,的定值电阻,串联,接在电动势为,8 V,的电源上,求通过电流表的电流值和每个灯,泡的电阻,.,图,5,解析,(1),三个灯串联时,每个灯的电压为,4 V,由图象知,当灯泡两端的电压为,4 V,时,灯泡的电流,为,0.4 A.,灯泡的电阻为,R,=10,(2),在图,5,中,若设灯泡电流为,I,两端电压为,U,由欧姆定律得,E,=2,I,R,0,+,U,即,U,=8-20,I,将,U,=8-20,I,函数关系图象作在图,4,中,如下图所示,两图线交点为,(2 V,0.3 A),可得此种情况下电流,为,0.3 A.,通过电流表的电流值为,I,A,=2,I,=0.6 A,灯泡的电阻为,R,=6.7,答案,(1)0.4 A 10 (2)0.6 A 6.7,方法归纳,解决这类问题的基本思路,:,(1),首先分清是,I,-,U,图线还是,U,-,I,图线,2),搞清图线斜率的物理意义,.,即,k,=,R,(,或,k,=),为了搞清这个问题,最好是将图象的斜率转化为物,理公式,看,k,=,还是,k,=.,(3),必要时配合部分电路欧姆定律,.,变式练习,3,在如图,6,甲所示的电路中,电源电动势,为,3.0 V,内阻不计,L,1,、,L,2,、,L,3,为,3,个相同规格的小,灯泡,这种小灯泡的伏安特,性曲线如图乙所示,.,当开,关闭合后,下列关于电路中,的灯泡的判断中,正确的,是,(),图,6,A.,灯泡,L,1,的电阻为,12,B.,通过灯泡,L,1,的电流为灯泡,L,2,的电流的,2,倍,C.,灯泡,L,1,消耗的电功率为,0.75 W,D.,灯泡,L,2,消耗的电功率为,0.30 W,解析,L,1,两端的电压为,3 V,由图乙知,通过,L,1,的电流为,0.25 A,所以,L,1,的电阻为,12,L,1,消耗的电功率为,0.75 W,A,、,C,选项正确,;L,2,和,L,3,串联,每个灯泡的电压为,1.5 V,由图乙可知,通过,L,2,、,L,3,的电流为,0.2 A,所以灯泡,L,2,、,L,3,消耗的电功率为,0.30 W,故,D,选项正确,;,L,1,与,L,2,的电流不是两倍关系,所以,B,选项错误,.,答案,ACD,题型,4,电流模型问题,【,例,4,】,神经系统中,把神经纤维分为有髓鞘与无,髓鞘两大类,.,现代生物学认为,髓鞘是由多层,(,几十,到几百层不等,),类脂物质,髓质累积而成的,髓质,具有很大的电阻,.,已知蛙有髓鞘神经,髓鞘的厚度只,有,2 m,左右,而它在每平方厘米的面积上产生的电,阻却高达,1.6,10,5,.,(1),若不计髓质片层间的接触电阻,计算髓质的电阻率,.,(2),若有一圆柱体是由髓质制成的,该圆柱体的体积为,32 cm,3,当在其两底面上加上,1 000 V,的电压时,通,过该圆柱体的电流为,10 A.,求该圆柱体的圆面半径,和高,.,解析,(1),由电阻定律,:,R,=,所以,m,=8,10,6,m,(2),由欧姆定律和圆柱体体积公式,R,=,V,=r,2,h,R由可得,:,代入数据解得,h,=0.02 m=2 cm,将,h,值代入式得,r,=0.04 m=4 cm,髓质的电阻率为,8,10,6,m,;,圆面半径为,4 cm,高,为,2 cm.,答案,(1)8,10,6,m,(2)4 cm 2 cm,评分标准,本题共,16,分,.,其中式各,3,分,式各,1,分,.,名师导析,这是一类联系实际的问题,是物理中经常遇到的,也是学习物理的目标之一,这类问题的处理方法是,:,首先要把该实际问题转化为物理模型,即要先根据题意抽象出最本质的东西,建立物理模型,再运用有关的规律进行解答,.,自我批阅,当家作主，我来当师傅！,(12,分,),大气中存在可自由运动的带电粒子,其密度,随距地面高度的增加而增大,可以把离地面,50 km,以下的大气看做是具有一定程,度漏电的均匀绝缘体,(,即电阻率较大的物质,);,离地面,50 km,以上的大气则,可看做是带电粒子密度非常高的良导体,地球本身,带负电,其周围空间存在电场,.,离地面,l,=50 km,处与,地面之间的电势差约为,U,=3.0,10,5,V.,由于电场的,作用,地球处于放电状态,.,但大气中频繁发生雷暴,又对地球充电,从而保证了地球周围电场恒定不,变,统计表明,雷暴每秒带给地球的平均电荷量约,为,q,=1 800 C.,试估算大气电阻率 和地球漏电功,率,P,.(,已知地球半径,r,=6 400 km,结果保留一位有效数字,),解析,本题中把,50 km,厚的漏电均匀绝缘体视为一,个导体,其长度为,50 km,横截面积为地球的表面积,所加电压为,U,=3.0,10,5,V,则由题意得,I,=1 800 A (3,分,),R,电,=,10,3,(3,分,),又由电阻定律,R,电,=(2,分,),得,2,10,12,m,(2,分,),地球漏电功率为,P,=,U,I,=3,10,5,1 800 W5,10,8,W,(2,分,),答案,2,10,12,m,5,10,8,W,1.,一根粗细均匀的金属导线,两端加上恒定电压,U,时,通过金属导线的电流强度为,I,金属导线中自由电子定向移动的平均速率为,v,若将金属导线均匀拉长,使其长度变为原来的,2,倍,仍给它两端加上恒定电压,U,则此时,(),A.,通过金属导线的电流为,B.,通过金属导线的电流为,C.,自由电子定向移动的平均速率为,D.,自由电子定向移动的平均速率为,素能提升,解析,金属导线均匀拉长,2,倍,则导线的横截面积变,为原来的,1/2,由电阻定律可得,导线的,电阻变为原来,的,4,倍,由欧姆定律可得,通过金属,导线的电流变为原,来的,1/4,即为,I,/4,A,错误,B,正确,;,由电流的微观表达,式,I,=,nqS,v,可以解得,金属导线中自由电子定向移动,的平均速率变为原来的,1/2,即为,v,/2,D,错误,C正确,.,答案,BC,2.,如图,7,为某一热敏电阻,(,电阻值随温度的改变而,改变,且对温度很敏感,),的,I,-,U,关系曲线图,.,图,7,(1),为了通过测量得到图,8,所示,I,-,U,关系的完整曲线,在图,8,甲和乙两个电路中应选择的是图,;,简要,说明理由,:,.(,电源电动势为,9 V,内,阻不计,滑动变阻器的阻值为,0,100).,图,8,(2),在图丙电路中,电源电压恒为,9,V,电流表读数为,70,mA,定值电阻,R,1,=250,由热敏电阻的,I,-,U,关系曲,线可知,热敏电阻两端的电压为,V;,电阻,R,2,的阻,值为,.,(3),举出一个可以应用热敏电阻的例子,解析,(1),从热敏电阻的,I,-,U,图象可知,实验数据,I,和,U,包括,0,附近的数据,图乙为限流式接法,不能达到该要,求,因此选图甲,.,理由是,:,甲电路电压可以从,0 V,调到,所需电压,调节范围大,.,(2),由图丙可知,流过热敏电阻支路的电流,I,=,I,总,-,=70 mA-36,mA,=34,mA,据,I,-,U,图知,I,=34,mA,时对应热,敏电阻两端电压,U,=5.20 V;,那么,R,2,分担电压,U,2,=,U,总,-,U,=3.80 V.,R,2,=,=111.8(,在,111.6,112.0,均正确,).,(3),热敏温度计,.,答案,(1),甲 甲电路电压可以从,0 V,调到所需电压,调节范围大,(2)5.2 111.8(111.6,112.0,均可,),(3),热敏温度计,.,3.,按照经典的电子理论,电子在金属中运动的情形是,这样的,:,在外加电场的作用下,自由电子发生定向运,动,便产生了电流,.,电子在运动的过程中要不断地与,金属离子发生碰撞,将动能传递给金属离子,而自己,的动能降为零,然后在电场的作用下重新开始加速,运动,(,可看作匀加速运动,),加速运动一段距离后,再,与金属离子发生碰撞,.,电子在两次碰撞之间走的平,均距离叫自由程,用,l,表示,.,如图,9,所示,电子运动的,平均速度用 表示,导体单位体积内自由电子的数量为,n电子的质量为,m,电子的电荷量为,e,电流的,表达式,I,=,neS,.,请证明金属导体的电阻率,解析,导体中电流强度的微观表达式为,I,=,neS,根据电阻定律得,R,=,根据欧姆定律得,R,=,自由程内,电子在加速电场作用下,速度从,0,增加到,v,由动能定理得,图,9,qU,=,m,v,2,又由,=,联立解得电阻率 的表达式为,答案,见解析,4.,“,氢火焰离子化监测器,”,可以检测出无机物气体中极其微量的有机分子的含量,其装置如图,10,所示,在氢火焰的作用下,有机物的分子电离为一价正离子和自由电子,而无机物的分子不会电离,.,设单位时间内有,n,摩尔被检测气体进入检测器,调节滑动变阻,器,使得电流表的示数逐渐变,大,直到最大值,I,求有机物分子与被检测气体分子的数目的,比值,K,是多少,?(,阿伏加德罗常数为,N,A,电子,的电荷量为,e,),解析,电流达,到,最大值,I,后,表明电离出来的,电,子全部,到达了阳极,设经过时间,t,到达极板的电荷量为,q,则,q,=,I,t,被电离的有机物分子的数目,N,=,则有机物分子占,被,测气体,分子,的数目,的,比为,答案,图,10,反思总结,