(共7张PPT)
1 | 电流
第一节 导体的伏安特性曲线
1.电流
(1)表达式:I= 。
(2)电流的方向: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
向为电流的反方向。
2.恒定电流:电流的方向和强弱都不随时间变化的电流。
2 | 欧姆定律
1.内容:导体中的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比。
2.表达式:I= 。
3.适用条件:适用于金属和电解质溶液,对气态导体和半导体元件不适用。
3 | 导体的伏安特性曲线
1.定义:用纵坐标表示电流,横坐标表示电压,画出的导体的I-U图线叫作导体的伏
安特性曲线。
2.线性元件和非线性元件
(1)线性元件:其I-U图线是过原点的直线,即I与U成正比。
(2)非线性元件:其I-U图线是曲线。
4 | 描绘小灯泡的伏安特性曲线
2.实验方法:伏安法。
1.实验原理:R= 。
3.实验原理图
4.实验注意事项
(1)由于小灯泡灯丝电阻较小,所以实验电路必须采用电流表外接法。
(2)由于要作I-U图线,需测出包括零电压在内的多组电压值、电流值,故滑动变阻
器要采用分压式接法。
(3)描绘I-U图线时,要合理选取标度,用平滑曲线连接各点,不要用折线,偏离曲线
较远的点应舍去。
1.电路中的电流越大,表示通过导体横截面的电荷量越多。 ( )
2.电流既有大小,又有方向,是矢量。 ( )
3.任何情况下导体的电阻与其两端的电压成正比,与通过的电流成反比。( )
4.导体的伏安特性曲线能形象地描述电流与电压的关系。 ( √ )
知识辨析
1.建立模型
如图所示,AD表示粗细均匀的一段长为l的导体,两端加一定的电压,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,导体单位体积内的自
由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q。
1 电流的微观表达式
2.理论推导
AD导体中的自由电荷总数:N=nlS。
总电荷量:Q=Nq=nlSq。
所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间:t= 。
导体AD中的电流:I= = =nqSv。
3.I=neSv与I= 的区别
I=neSv是电流的决定式,即电流的大小由n、e、S、v共同决定,其中e是单个自由
电荷的电荷量;而I= 是电流的定义式,其中q是通过导体横截面的电荷量(不是通
过单位横截面积的电荷量)。第三章 恒定电流
第一节 导体的伏安特性曲线
基础过关练
题组一 电流
1.在图示的导电液体池中,测得在4秒钟内共有8库仑正电荷和8库仑的负电荷沿着相反方向通过池的竖直截面OO',则电路中电流表指示的读数应为( )
A.0 B.2 A C.4 A D.8 A
2.在示波管中,电子枪2 s内发射了6×1013个电子,则示波管中电流的大小为( )
A.4.8×10-6 A B.3×10-13 A
C.9.6×10-6 A D.3×10-6 A
3.闪电是云与云之间、云与大地之间或者云体内各部位之间的强烈放电现象。若某次闪电是在云与大地之间发生的,在放电时间t内有n个电子从地面向云层移动,电子的电荷量为e,则下列说法正确的是( )
A.该次闪电的放电电流为,方向由地面指向云层
B.该次闪电的放电电流为,方向由云层指向地面
C.该次闪电的放电电流为,方向由地面指向云层
D.该次闪电的放电电流为,方向由云层指向地面
题组二 导体的伏安特性曲线
4.如图所示是某导体的I-U图像,图中α=45°,下列说法正确的是( )
A.通过该导体的电流与其两端的电压成正比
B.I-U图像的斜率表示电阻的倒数,所以R= Ω=1 Ω
C.此导体的电阻R=0.5 Ω
D.在该导体两端加6 V电压时,每秒通过导体横截面的电荷量是2 C
5.某元件的一段伏安特性曲线如图所示,当通过元件的电流由0.20 A变为0.30 A时,元件电阻变化了( )
A.5 Ω B.10 Ω
C.15 Ω D.20 Ω
能力提升练
题组一 等效电流的计算
1.如图所示,
一根横截面积为S的长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米橡胶棒所带电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为( )
A.vq B. C.qvS D.
2.安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核运动可等效为一环形电流。设带电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动,其等效电流I的大小和方向分别为( )
A. 顺时针 B. 顺时针
C. 逆时针 D. 逆时针
题组二 电流微观表达式的应用
3.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的加速电场,设其初速度为零,经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m,则在刚射出加速电场时,一小段长为Δl的电子束内的电子个数是( )
A. B.
C. D.
4.一根导线的横截面积为S,已知该导线材料的密度为ρ,摩尔质量为M,电子电荷量为e,阿伏伽德罗常数为NA,设每个原子只提供一个自由电子,该导线中自由电子定向移动速率为v,则通过的电流为( )
A. B. C. D.
题组三 实验:测量小灯泡的伏安特性曲线
5.在描绘一个标有“3 V,1.8 W”的小灯泡的伏安特性曲线实验中,要求灯泡两端的电压能从零开始逐渐增加到3 V。
(1)实验电路图应选择图中的 。
(2)请按(1)中选择的电路图,连接如图实物间的连线。
(3)接通开关,改变滑动变阻器滑片的位置,并记录对应的电流表示数I和电压表示数U。某次电表示数如图所示,电流表示数为 A,电压表示数为
V,此时小灯泡的电阻R= Ω(保留两位有效数字)。
(4)根据实验数据,画出小灯泡的I-U图像如图所示。由图可知,当小灯泡两端的电压增加时,小灯泡的电阻将 (选填“增大”或“减小”)。
答案全解全析
基础过关练
1.C 由题意可知,导电液体中正、负离子同时定向移动,则根据电流定义可得I===4 A,所以电路中电流表指示的读数应为4 A,故选C。
2.A 每个电子的电荷量大小为e=1.6×10-19 C,6×1013个电子的总电荷量为q=6×1013×1.6×10-19 C=9.6×10-6 C,则示波管中电流大小为I== A=4.8×10-6 A,选项A正确。
3.D 闪电在云与大地之间发生,在放电时间t内有n个电子从地面向云层移动,由电流的定义式可得I==,规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,放电过程电子从地面向云层移动,由于电子带负电,因此电流的方向从云层指向地面,选项D正确。
4.A 由题图可知,通过该导体的电流与其两端的电压成正比,故A正确;I-U图像的斜率表示电阻的倒数,当物理量所取单位不同时,则图线倾角不同,所以电阻不能通过倾角正切值求得,故B错误;由公式R=,结合图线可得此导体的电阻R==2 Ω,故C错误;根据I-U图像可知,在此导体两端加6 V电压时,电流I==3 A,则每秒通过导体横截面的电荷量q=It=3 C,故D错误。
5.A 由题图可知,当电流I1=0.20 A时,元件两端电压U1=3 V,R1== Ω=15 Ω,当电流I2=0.30 A时,元件两端电压U2=6 V,R2== Ω=20 Ω,所以当通过元件的电流由0.20 A变为0.30 A时,元件电阻变化了ΔR=R2-R1=5 Ω,选项A正确。
能力提升练
1.A 在运动方向上取一横截面,则在t时间内通过该横截面的电荷量为Q=vt·q,等效电流I==vq,选项A正确,B、C、D错误。
2.C 电子绕核运动可等效为一环形电流,电子的运动周期为T=,根据电流的定义式得电流I===,因为电子带负电,所以电流方向与电子定向移动方向相反,即沿逆时针方向,故C正确。
3.B 设单位体积内电子数为n,对电子加速过程应用动能定理有eU=mv2,则电子刚射出电场时定向移动速度v=,由电流的微观表达式I=nSqv得n==,Δl内的电子数为N=n·ΔlS=,故B正确。
4.D 设该导线中自由电子从一端定向移动到另一端所用时间为t,对导线进行研究,导线的体积为V=Svt,导线的质量为m=ρV,每个原子只提供一个自由电子,则原子数与自由电子数目相等,则自由电子的数目为n=NA,t时间内通过导线横截面的电荷量为q=ne,则电流为I=,联立可得I=,选项D正确。
5.答案 (1)乙 (2)图见解析 (3)0.50 2.60 5.2 (4)增大
解析 (1)灯泡正常发光时的电阻较小,所以电流表采用外接法,本实验要求小灯泡两端的电压从零开始调节,所以滑动变阻器采用分压式接法,因此实验电路应选乙。
(2)实验电路实物连接图如图所示:
(3)电流表选择0~0.6 A量程,每一小格表示0.02 A,根据表针的位置可知电流表的示数为0.50 A。电压表选择0~3 V量程,每一小格是0.1 V,则电压表示数为2.60 V。此时小灯泡的电阻R= Ω=5.2 Ω。
(4)根据题图可知,I-U图像上的点与坐标原点连线的斜率越来越小,说明电阻越来越大,所以当小灯泡两端的电压增加时,小灯泡的电阻将增大。
