粤教版（2019）物理必修第三册 3.1 导体的伏安特性曲线 课件(67张ppt）

第三章　恒定电流
①物理观念：了解电流的形成，知道电源的作用和导体中的恒定电场．知道什么是导体的电阻，知道U-I图线的斜率反映导体电阻的大小．知道串、并联电路的电流、电压和电阻的特点．了解电流表(表头)的原理．
②科学思维：知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流．掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法．掌握游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法．认识多用电表表盘刻度和各种测量功能．知道什么是满偏电流和满偏电压．
③科学探究：通过实验探究知道影响导体电阻的因素．掌握导体电阻的计算公式．学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率．理解表头改装成电压表和电流表的原理，会求分压电阻和分流电阻的阻值．


④科学态度与责任：理解电流形成的微观解释．理解电阻率的概念及物理意义，了解电阻率与温度的关系．会使用多用电表测量电压、电流．掌握串、并联电路的相关计算，掌握用多用电表测量二极管的正、反向电阻及一般电阻的方法．
第一节　导体的伏安特性曲线
学习目标
1.了解电流的形成，知道电源的作用和导体中的恒定电场
2．知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流
3．理解电流形成的微观实质
4．理解导体伏安特性曲线的意义
知识导图
知识导图
预习导学 | 新知领悟
1．电流
(1)概念：电荷的________移动形成电流．
(2)物理意义：反映了电流的__________程度．
(3)符号及单位：符号是______，单位有__________、________、________(单位符号分别为A、________、________)．
恒定电流
定向
强弱
I
安培
毫安
微安
mA
μA
正电荷
负电荷
方向
碰撞
平均速率
【答案】电子带有负电，定向运动形成的电流的方向与电子的定向运动方向相反．
金属导体中的电流是由于其中的自由电子运动形成的，试问电流的方向与自由电子定向运动的方向有何关系？
欧姆定律
正比
反比
金属
电解质溶液

2．电阻
(1)定义：导体两端的________与________________的比值叫作电阻，

即R＝________.
(2)意义：反映导体对电流的________作用．
(3)单位：欧姆(Ω)、千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)
1 kΩ＝103 Ω；1 MΩ＝________Ω.
电压
通过导体电流
阻碍
106
【答案】不能．欧姆定律适用于金属导体、电解液等导体，对于含电动机的电路、含蓄电池的电路等欧姆定律是不适用的．
一台电动机接在电路中，正常工作时能用欧姆定律吗？
【答案】C
【解析】导体电阻由导体自身因素决定，与加在导体两端的电压或通过导体中的电流大小无关，A、B、D错误，C正确．
1．定义
建立平面直角坐标系，用_____轴表示电流I，用_____轴表示电压U，画出导体的I-U图线．
导体的伏安特性曲线
纵
横
2．线性元件
就是导体的伏安特性曲线为________的直线，即电流与电压成________的线性关系的元件，如金属导体、电解液等．
3．非线性元件
伏安特性曲线不是________的，即电流与电压不成正比的电学元件，如气态导体、半导体等．
过原点
正比
直线
【答案】该元件是非线性元件，该元件的电阻随U的增大而减小
某同学用正确的方法描绘出了某种半导体元件的伏安特性曲线如图所示，这种元件是线性元件吗？该元件的电阻随U的增大是如何变化的？



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有人说通电导线内部电荷在运动，电荷分布将是不稳定的，形成的电场也是变化的，试讨论这种说法对不对．
【答案】不对．导线与电源连通后，导线内部很快形成沿导线切线方向的电场，这个电场是由电源，导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也不会随时间变化．这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场．
不同导体中电流的计算
精例1　如图所示，电解池内有一价的电解液，时间t内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下解释中正确的是 (　　)

【答案】D
变式1　某电解池中，若在4 s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0× 1019个一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
【答案】C
　求电流的技巧
1．要分清形成电流的电荷种类，是只有正电荷或负电荷，还是正、负电荷同时定向移动．
2．当正、负电荷都参与定向移动时，正、负电荷对电流的形成都有贡献．
1．推导过程
(1)题设：如图所示，AB表示粗细均匀的一段导体，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，设导体的长度为L，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.
电流的微观表达式

3．三种速率
(1)电流的传导速率等于光速，为3×108 m/s.
(2)电子定向移动速率，其大小与电流有关，约为10－5 m/s.
(3)电子热运动速率，其大小与温度有关，约为105 m/s.
【答案】AC
变式2　关于电流，下列说法中正确的是 (　　)
A．导体中无电流的原因是其内部自由电荷停止了运动
B．同种材料制成的两个金属导体都通电，则电流大的那个导体内自由电荷定向移动速率大
C．由于电荷做无规则热运动的速率比电荷定向移动的速率大得多，故电荷做无规则热运动形成的电流也就大得多
D．电荷做无规则热运动不形成电流

【答案】D
【解析】电流是自由电荷定向移动形成的，导体内的自由电子时刻都在做无规则的热运动，A错误；由电流的微观表达式I＝nqSv可知，同种材料制成的导体，电流大小不单是由自由电荷定向移动速率决定的，B错误；无规则的热运动不会形成电流，只有电荷定向移动才会形成电流，C错误，D正确．
1．欧姆定律的适用情况
欧姆定律仅适用于纯电阻(将电能全部转化为内能)电路．非纯电阻(电能的一部分转化为内能，另一部分转化为动能或化学能)电路不适用．
对欧姆定律的理解

【答案】CD
1．U-I图像与I-U图像
(1)坐标轴意义不同：I-U图线为导体的伏安特性曲线，表示电流I随电压U的变化规律，横轴表示U为自变量，纵轴表示I为因变量；U-I图线的横轴表示电流I，纵轴表示电压U.
对导体的伏安特性曲线的理解
(2)图像上任意一点与坐标原点连线的斜率的意义不同：如图甲中，R1＞R2；而在图乙中R2＞R1.
精例4　如图所示的图像所对应的两个导体为R1、R2，则：
(1)电阻R1∶R2为多少？
(2)若两个导体中的电流相等(不为零)时，电压之比U1∶U2为多少？
(3)若两个导体中的电压相等(不为零)时，电流之比I1∶I2为多少？
【答案】(1)3∶1　(2)3∶1　(3)1∶3


【答案】C
【解析】由于三种导电元件可能是线性的，也可能是非线性的，故其I-U图像可能是直线，也可能是曲线，故C正确．
核心素养微专题
绝缘体可以转变为导体
在潮湿、高温、高压的情况下，绝缘体有可能变为导体．例如，空气是绝缘体，但在一定条件下也可能转变为导体．在雷电现象中，由于两云层之间的电压极高，将空气击穿，此时空气就成了导体(如图)．因此，绝缘体和导体的划分与其周围的条件密切相关．
【专练】　假设某次雷电持续时间为0.5 s，所形成的平均电流为6.0×104 A，若这些电荷以0.5 A的电流通过电灯，则可供电灯照明的时间为多长？
【答案】6×104 s
课堂小练 | 素养达成

【答案】D

2．重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射＋5价重离子束，电流强度为1.2×10－5 A，则在1 s内发射的重离子个数为(e＝1.6×10－19 C) (　　)
A．3.0×1012　　　　　 B．1.5×1013
C．7.5×1013　 D．3.75×1014

【答案】B
3．某同学对四个电阻各进行了一次测量，把每个电阻两端的电压和通过它的电流在U-I坐标系中的描点如图，分别用Ra、Rb、Rc、Rd代表电阻的阻值，则 (　　)
A．Ra>Rd　　　 B．Rd>Ra
C．Rc>Rb　 D．Rb>Rc
【答案】A
【解析】连接aO、bO、cO、dO，U-I图线的斜率表示电阻的大小，故Ra>Rd，A正确，B错误；又因为O、b、c三点在一条直线上，故Rb＝Rc，故C、D错误．
4．如图所示，图线Ⅰ和图线Ⅱ所表示的电阻值分别是 (　　)
A．4 Ω和2 Ω
B．0.25 Ω和0.5 Ω
C．4 kΩ和2 kΩ
D．2.5×10－4 Ω和5.0×10－4 Ω
【答案】C