《电阻定律-部分电路欧姆定律.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电阻定律-部分电路欧姆定律.ppt(51页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、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,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
2、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
3、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 nSvt.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=neSvt.根据 ,就可以得到电流和 自由电子定向移动速率的关系式 =neSv.,热点聚集,2.三种速率: =neSv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105 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3108 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
4、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,
5、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,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
6、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.
7、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RaRb(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
8、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NA,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=mnNAe 所以 答案,变式练习1 有一横截面积为S
9、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.nv S B.nvt 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=vt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=Svt.所以t内通过横截面S的自由电子数为 N=nV=nSvt,选项A、B均错. 答案 C,题型2 电阻
10、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 abc =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I1;在3、4两端加上恒定的电压U,通过导体的电流为I2.求I1I2. 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,I1I2
11、=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
12、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
13、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= =
14、=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=2IR0+U,即U=8-20I 将U=8-20I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IA=2I=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
15、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,L1、L2、L3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L1的电阻为12 B.通过灯泡L1的电流为灯泡L2的电流的2倍 C.灯泡L1消耗的电功率为0.75 W D.灯泡L2消耗的电功率为0.30 W 解析 L1两端的电压为3 V,由图乙知,通过L1的电流为0.25 A,所以L1的电阻为12 ,L1消耗的电功率为0.75 W,A、C选项正确;L2和L3串联,每个灯泡的电压为1.5 V,由图乙可知,通过L2、L3的电
16、流为0.2 A,所以灯泡L2、L3消耗的电功率为0.30 W,故D选项正确; L1与L2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1.6105 . (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 cm3,当在其两底面上加上1 000 V的电压时,通 过该圆柱体
17、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 =8106 m ,(2)由欧姆定律和圆柱体体积公式 R= V=r2h 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8106 m;圆面半径为4 cm,高 为2 cm. 答案 (1)8106 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
18、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=3.0105 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
19、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=3.0105 V 则由题意得I= =1 800 A (3分) R电= = 103 (3分) 又由电阻定律R电= (2分),得 21012 m (2分) 地球漏电功率为P=UI=31051 800 W5108 W (2分) 答案 21012 m 5108 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
20、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=nqSv,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-
21、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0100 ).,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R1=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R2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
22、. (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R2分担电压U2=U总- U=3.80 V. R2= =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(111.6112.0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,
23、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= mv2 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NA,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=It 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,
链接地址:https://www.31doc.com/p-3452978.html