电阻定律部分电路欧姆定律.ppt

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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,适用于纯电阻电路.(4)导体的伏安特性曲线:用横

2、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

3、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

4、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,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

5、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 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,

6、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.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

7、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

8、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.

9、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

10、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=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

11、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

12、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

13、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=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

14、 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 WD.灯泡L2消耗

15、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

16、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=r2hR=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

17、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.

18、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

19、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

20、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-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

21、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.(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

22、中要不断地与 金属离子发生碰撞,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,