沪教版高中物理选修3-1课件 3.2 研究电流、电压和电阻32张PPT

(共32张PPT)
研究电流、电压和电阻
1．电流：流过导体某一横截面的电荷量Q 跟所用时间t 的比值I 叫做电流．

定义式： 单位：安培，简称安（A ）
电流是有方向的：规定为正电荷定向移动的方向。

一、电场与电流
2．参与导电的自由电荷：
金属导体中的是自由电子;
电解质溶液中的是正、负离子;
电离气体中的是正、负离子 和电子。
电荷是在电场力作用下发生定向移动形成电流．
与负电荷定向移动的方向相反。
案例、(1)在金属导体中，若10 s内通过横截面的电荷量为10 C,则导体中的电流为多少A?
(2)某电解槽横截面积为0.5 m2，若10 s内沿相反方向通过横截面的正、负离子的电荷量均为10 C，则电解液中的电流为多少A?
3．金属导体中电流形成的机理:




设金属导体横截面积为S，
金属导体中电流的微观表达式
每个自由电子的电荷量是q，
导体中每单位体积中自由电子数目为n个，
自由电子定向移动的速率是v，通电时间t
案例、现有一铜导线截面面积为1mm2 .若通过该导线中通有电流2.4A,导线每单位体积的自由电子数为8.4ⅹ1028m-3.求自由电子定向移动的速率
三个不同的速率：自由电子定向移动的速率10－5 m/s ；
自由电子无规则热运动的速率105 m/s；
电流的传播速率即光速
2．电势变化规律：在外电路沿电流的方向，电势逐渐降低，即在电场力的作用下电流总是由高电势，流向低电势。无电阻的导线上无电势降落。
二、电路中的电压和电势变化规律
1．电压：沿电流方向上任意两点间存在的电势差，就是电压。
也叫电势降落


外电路中的电势变化的图像
实验表明：沿电流方向电势是逐渐降低的。
2．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：
3．纯金属电阻与温度之间的关系:R＝R0(1＋αt)
R:t ℃时的电阻;R0表:0 ℃时的电阻值，α:电阻的温度系数．
原子实：失去一些核外电子的金属原子叫做原子实
1、定义：导体对电流的阻碍作用叫做电阻，
定义式:
4.电流流过电阻，电阻发热原因：
自由电子定向移动过程中不断地与原子实碰撞，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．

四、部分电路欧姆定律
2、应用注意:











I
U
o


R1
R2
R2﹥R1











U
I
o


R1
R2
R2＜R1
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半导体器件．
1)两个对应：时间对应、空间对应
3、伏安特性曲线:研究部分电路常画成I～U或U～I图象,对于线性元件伏安特性曲线是直线,对于非线性元件,伏安特性曲线是非线性的.
要点考查
要点1　对公式I＝Q/t的理解及应用
要点2　电流的微观解释及其应用
要点3　电阻的形成及与温度的关系
要点4　部分电路欧姆定律的应用及电阻伏安特性图像


注意问题
1）对于公式I＝nqSv，要理解每个符号所代表的物理量，不要死记公式．注意其他变形
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．
3）若已知单位长度的自由电荷数为n，则电流的微观表达式为
4.关于公式I＝nqSv的应用
1.某电解池内，如果在1 s内共有5×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子从相反方向通过某截面,那么通过这个截面的电流是 (　 　)
A．0　　 　 B．0.8 A
C．1.6 A D．3.2 A
D
对公式I＝Q/t的理解及应用
习题讲解
3.如图所示，在某一电解池中有一价的电解液，t s
内通过溶液内截面的正离子个数为n1，负离子的个数
为n2，设元电荷的带电量为e，则下列说法正确的是( )
A．正离子定向移动形成的电流方向从A指向B，负离子定向移动形成的电流方向从B指向A
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
C．溶液内电流方向为从A指向B，电流为
D．溶液内电流方向为从A指向B，电流为

D
2.在电解槽中，1 min内通过横截面的一价正离子和一价负离子的个数分别为1.125×1021和7.5×1020，则通过电解槽的电流为 。
5A
截面面积为S 的导线中通有电流I.已知导线每单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量是e，自由电子定向移动的速率是v，则在时间Δt内通过导线横截面的电子数是(　　 )
A．nSvΔt　　　　B．nvΔt
C．IΔt/e D．IΔt/(Se)
解：根据电流的定义式可知，在Δt内通过导线截面的电荷量
Q＝IΔt，

A、C




　电流的微观解释及其应用
A. B. C. D.
1．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为(　　)
B
（体密度乘以体积求总数）
（电场力做功求速度）
D
解法1：
电阻的形成及与温度的关系
关于电阻的形成,下列说法正确的是 ( 　 )
A.电阻是自由电子在导体中定向运动所受的阻力，类似于固体在液体中移动时所受的黏滞阻力
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阻碍作用
C.电阻是由于电阻元件在通电时发热所产生的阻碍作用
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
B D
某纯金属的电阻温度系数为0.004/℃，该金属电阻在0 ℃时的电阻值为100 Ω，则阻值为102 Ω时的温度为 (　 　)
A．1 ℃ B．2 ℃ C．5 ℃ D．10 ℃
C
金属电阻与温度的关系：R＝R0(1＋αt)；
金属电阻随温度的升高而增大．
1.如图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．导体的电阻是25 Ω
B．导体的电阻是0.04 Ω
C．当导体两端的电压是10 V时，
通过导体的电流是0.4 A
D．当通过导体的电流是0.1 A时
导体两端的电压是2.5 V
A C D
电阻伏安特性图像
2．小灯泡的伏安特性曲线如图中的AB段(曲线)
所示，由图可知，灯丝的电阻因温度的影响改变(　　)
A.5 Ω B.10 Ω
C.1 Ω D.6 Ω
B
3.如图, 若电源输出电压保持不变，R1=30欧姆, 滑动
变阻器的滑片P在中点时, 伏特表的示数为3伏, 滑片P
在b端时, 伏特表示数为4.5伏,求电源电压和滑动变阻
器的阻值?
[特例]　来自质子源的质子(初速度为零)，经一加速电压为800 kV的直线加速器加速，形成电流为1 mA的细柱形质子流．
(1)已知质子的电荷量为e＝1.60×10－19C．
这个质子流每秒钟打到靶上的质子数为多少？
(2)假定分布在质子源到靶之间的电场是均匀的，在质子束中与质子源相距L和4L的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为N1和N2，则N1与N2之比是多少？
【思维流程】

+
+
+
+
+
+
+
+
+




800 kV


L


4L
v1

v2

（2）设质子束的横截面积为S，在质子束中与质子源相距L和4L两处质子速度分别为v1和v2，单位体积内质子数分别为n1和n2. ：

+
+
+
+
+
+
+
+
+




800 kV


L


4L
v1

v2

因流过质子束各截面的电流都等于I，由电流的微观表达式I＝nevS可得：
n1ev1S＝n2ev2S. ①
因加速电场是均匀的，可知质子的加速度相等，设为a，由匀加速直线运

动公式可得:
1．导体中电流I的表达式为I＝nqSv，其中S为导体的横截面
积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷
所带的电荷量，v是 (　　 )
A．导体运动的速率 B．电流传导的速率
C．电子热运动的速率 D．自由电荷定向移动的速率
2．某电解池中，若在2 s内各有1.0×1019个2价正离子和
2.0×1019个1价负离子通过某截面，那么通过这个截面的
电流是 (　 　)

A．0 B．0.8 A C．1.6 A D．3.2 A
D
D

练习
3．如图所示，一根横截面积为S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
4.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A，在铝导线上取一个截面B，若在1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(　 )
A．电流相等
B．电流不相等
C．自由电子定向移动的速率一定相等
D．自由电子定向移动的速率可能不相等
A D
解析：由电流定义知 故A正确，B错误．

由电流的微观表达式I＝nSqv 知，I、q均相等，但n不相等，

SA＜SB，所以vA和vB不一定相等，故C错误，D正确．
6．如果导线中的电流为1 mA，那么1 s内通过导体横截面
的自由电子数是多少？若“220 V　60 W”的白炽灯正常发光
时的电流为273 mA，则20 s内通过灯丝的横截面的自由电子
数目是多少个？
6.25×1015个　3.4×1019个
5. 如图所示，A、B、C为三个通电导体的I－U关系图像．由图可知，电阻最大的导体是________；若在导体B两端加上10 V电压时，通过导体B的电流是________．
　2.5 A
C

7．半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电量为Q，现使圆环绕垂直环所在平
面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流应有
( 　　)
A．若ω不变而使电量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍
B．若电量Q不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍
C．若使Q、ω不变，将橡胶环拉伸，使半径增大，电流将变大
D．若使Q、ω不变，将橡胶环拉伸，使半径增大，电流将变小
A 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

为Q，所以有 ,所以产生的等效电流与Qω的乘积成正比，

故A、B正确；由公式得产生的等效电流与半径没有关系，故C、D错误．





8.盛夏的入夜，天空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
设这次闪电产生的电压可等效为2.5×107 V、电流可等效
为2×105 A、历时1×10－3 s，则：
(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？
(2)这次闪电释放的电能是多少？
解析：
9．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(可能接近光速)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同学说法的正确性．横截面积S＝1mm2铜导线，可允许通过电流为1 A，铜单位体积自由电子数为 8.5×1028个/m3.
以这样的速度传播1 m长导线需用时t＝13680s＝3.8 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．
10．北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m的近似圆
形轨道．当环中电流是10 mA时(设电子的速度3×107m/s)
则整个环中运行的电子数目为(e＝1.6×10－19 C) (　　)
A．5×1011 B．5×1010
C．1×102 D．1×104
解法1：电子运行的周期:

A
所以整个环中运行的电子数为:
解法2：设单位长度的自由电荷数为n，则电流的
微观表达式为 I＝nev.
一个电子形成的电流为

11．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？