2012新课标同步导学物理[沪科版]课件：选修3-1第3章 3．2　研究电流、电压和电阻

(共51张PPT)
3．2　研究电流、电压和电阻
当我们闭合电灯、收音机、电视机、电风扇等家用电器开关时，家用电器便开始工作，里面就有电流通过，那么电流是如何形成的呢？电流流过导体时大小如何计算？……
1．基本定义
电荷的定向移动形成电流．
2．要点剖析
产生电流的条件
(1)有自由移动的电荷
金属导体中的自由电子，电解液中的正、负离子均为自由移动的电荷．
(2)导体两端存在电压
导体两端的电压使导体中形成电场，电荷在电场力的作用下发生定向移动而形成电流．
导体两端的电压是瞬间的，在导体中形成瞬间电流；导体两端的电压是持续的，就在导体中形成持续的电流．导体两端没有电压，自由电荷做无规则的热运动，没有定向移动，也就没有电流．电源可在导体两端保持持续的电压．
3．思维拓展
电流“传播”速率
电流“传播”的速率不是自由电子定向移动的速率，而是电场的传播速率．金属导线中各处都有自由电子，电路一旦接通，导线中便以3×108米/秒的速率在各处迅速地建立起电场，在这个电场作用下，导线中各处的自由电子几乎同时开始做定向移动，整个电路中几乎同时形成了电流．
4．易误警示
通常情况下，气体几乎完全是由中性的原子或分子组成的，没有自由移动的电荷，因此它是不导电的，而空气在火花的作用下，或者用紫外线、X射线或放射性元素发出的放射线照射等，能使气体电离．气体电离时，分解成正离子和电子，还有一部分负离子，可见，气体中既有像金属中那样的电子导电，也有像电解质中那样的离子导电，所以空气在一定条件下也能导电．
3．要点剖析
(1)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向．在金属导体中，电流方向与电子定向移动的方向相反．但电流是标量．电流的磁效应、化学效应与电流的方向有关，电流的热效应与电流的方向无关，电流是表示电流强弱的物理量．
(2)电流的单位安(A)是国际单位制中的七个基本单位之一，也是电磁学中唯一的一个基本单位．
(3)方向不随时间而改变的电流叫做直流，方向和大小都不随时间而改变的电流叫做恒定电流，通常说的直流往往指恒定电流．
(4)电流的微观表达式为I＝nqSv.
如右图所示，AD表示粗细均匀的一段导体l，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，导体每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.
AD导体中的自由电荷总数：N＝nlS.
总电荷量Q＝Nq＝nlSq.
①同种电荷同向通过同一横截面时，电荷量q＝q1＋q2；
②同种电荷反向通过同一横截面时，电荷量q＝|q1－q2|；
③异种电荷同向通过同一横截面时，电荷量q＝|q1－q2|；
④异种电荷反向通过同一横截面时，电荷量q＝q1＋q2.
5．易误警示
导体中有电流时应区分三种速率
(1)金属导体中自由电子热运动的平均速率
大量自由电子无规则的热运动用热运动的平均速率(数量级为105m/s)来描述，但从宏观效果上看，没有电荷的定向移动，即没有形成电流．
(2)金属导体中自由电子定向移动的平均速率
自由电子的定向移动的速率很小．(数量级为10－3m/s)在有电流时，自由电子在速率很大的无规则热运动上加上一个速率很小的定向移动．
(3)电场传播速率
电路一接通，导线中以3×108 m/s速率在各处建立电场，自由电子在电场作用下几乎同时开始做定向移动，整个电路就形成电流．
1．基本定义
电压：沿电流方向上的任意两点间都有电势差，这就是电路中的电压．
电阻：导体具有的对电流阻碍作用的性质叫电阻．
2．要点剖析
(1)同一电流通过电阻越大的导体，导体两端的电压越大．
(2)电路中导线的电阻很小，一段导线两端的电压也很小，通常认为一段导线两端的电压为零．
(3)一段金属导体的电阻随温度的升高而增大，具体规律为R＝(1＋αt)·R0.
4．易误警示
(1)电路中沿电流的方向电势逐渐降低，是有条件的，只有在电源以外的电路中才成立，在电源的内部是不成立的．
(2)金属材料的电阻随温度的升高而增大，而有一些材料，比如半导体材料，它们的电阻随温度的升高而减小．
(3)三种求电流公式可对比理解
1．电路中电势变化的规律
提出问题 在电路中电势变化的规律如何
猜想与假设 正电荷在电场力的作用下总是从电势高处向电势低处运动，因此，沿电流方向电势应逐渐降低．电势降低的多少和两点间的电路的电阻应该有一定关系
进行实验与收集证据 1.测课本P62图3－14中相应两点间的电阻
2.用电压表测1中对应的两点间的电压
3.将测量结果写在课本P62图3－15中
分析与结论 1.电路中沿电流方向电势逐渐降低
2.电流流过电阻大的导体电势降低的多，电流通过电阻接近零的导线电势降低几乎为零，可忽略不计
2.金属电阻与温度的关系
提出问题 金属电阻与温度的关系有何关系
制定计划与设计实验 让一个干电池给几厘米长的白炽灯灯丝供电，用电流表测电路中的电流，加热灯丝，通过电流的变化可推知灯丝电阻的变化
进行实验与收集证据 灯丝加热后电路中的电流减小
分析与结论 灯丝加热后电路中的电流减小，说明灯丝的电阻增大．精确实验表明金属的电阻与温度间的关系为：R＝R0(1＋α)
以下说法正确的是(　　)
A．只要有可以自由移动的电荷，就能存在持续电流
B．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的
C．电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率
D．在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了
【解析】　注意正确理解电流形成的条件及三种速率的区别．要有持续电流必须有电压，A不对．
导体中形成电流其原因是在导体两端加上电压，于是在导体内形成了电场，导体内的自由电子将在电场力作用下定向移动形成电流，B正确．
电流的传导速度等于光速，电子定向移动的速率很小，C不对．
在形成电流时电子定向移动，并不是热运动就消失了，其实电子仍然做无规则的热运动，D不对．
【答案】　B
1.导体内电荷的无规则运动与电荷的定向移动不是一回事，导体两端存在电势差时，导体内的电荷才会定向移动，但电荷的无规则运动是不需要条件的．
2．电流强度是描述电流强弱的物理量，它有方向但是个标量．
1.下列说法中正确的是(　　)
A．导体中电荷运动就形成了电流
B．在国际单位制中，电流的单位是A
C．电流有方向，它是一个矢量
D．任何物体，只要其两端电势差不为零，就有电流存在
【解析】　自由电荷定向移动才形成电流，仅有电荷移动但不是定向移动则不行，故选项A错误．形成电流的条件是导体两端保持有电压，且必须是导体而非任何物体，故选项D错误．电流有方向，但它是标量，故选项C错误．正确答案为选项B.
【答案】　B
【答案】　D
2.电子绕核运动可等效为一环形电流，设氢原子中的电子以速率v在半径为r的轨道上运动，用e表示电子的电荷量，则其等效电流为多大？
②自由电子定向移动的速率是v，因此在时间Δt内，位于以截面S为底、长l＝vΔt的这段导线内的自由电子都能通过截面(如图)．这段导线的体积V＝Sl＝SvΔt，
所以Δt内通过截面S的自由电子数为N＝nV＝nSvΔt
综上可知，A、C正确．
【答案】　AC
【答案】　D
1．电流
(1)电荷的 移动形成电流，电流的方向规定为 ．负电荷的定向移动方向与电流方向 ．
(2)定义： ．
(3)公式： 单位有： ，换算关系是： .
定向
正电荷
的移动方向
相反
通过导体横截面的电量q跟通过这些电荷量所用
的时间t的比值称为电流
I＝q/t
A、mA、μA
1 A＝103 mA＝106 μA
2．电压
(1)定义：电路中沿电流的方向电势逐渐降低，导体两端的电势差又叫电压．
(2)公式：U＝
(3)单位： ，符号表示： .
3．电阻
(1)定义： ．
(2)公式：R＝ .
(3)单位： ，符号表示： .
IR
伏特
V
导体对电流的阻碍作用
U/I
欧姆
Ω
1．(考查点：电流的计算)一块石英手表正常工作时，通过表芯的电流为2 μA，则在24 h内通过表芯的电荷量是________，通过电子的数目是________．
【解析】　由q＝It得出24 h内通过表芯的总电荷量，而每个电子的电荷量为1.6×10－19C，可求得通过电子的数目．
【答案】　0.172 8 C　1.08×1018个
2．(考查点：对恒定电场、电流形成的认识)关于电流的形成，下列叙述正确的是(　　)
A．只要将导体置于电场中，导体中就有持续电流
B．电源的作用可以使电路中有持续电流
C．导体中没有电流时，就说明导体内部的电荷没有移动
D．恒定电流是由恒定电场产生的
【解析】　电流在形成时有瞬时电流和恒定电流，瞬时电流是电荷的瞬时移动形成的，而恒定电流是导体两端有稳定的电压形成的．电源的作用就是在导体两端加上稳定的电压，从而在导体内部出现了恒定电场而产生恒定电流．
【答案】　BD
3．(考查点：对电流概念的理解)关于电流的概念，下列说法正确的是(　　)
A．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大
B．电子的定向移动速率越大，电流越大
C．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大
D．电场的传导速率越大，电流越大
【解析】　A选项中没有考虑时间的因素；由I＝nqsv知，电流大小不仅与v有关，还与其他因素有关，故不能仅根据v的大小确定电流的大小，即B错；D选项中，电场的传导速率是定值，为光速c.
【答案】　C
【答案】　A
5．(考查点：伏安特性曲线的认识)如右图所示是某导体的伏安特性曲线，由图可知正确的是(　　)
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
【答案】　ACD
练考题、验能力、轻巧夺冠