高中物理选修31学案32研究电流电压和电阻同步练习课堂练习Word含答案.docx

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高中物理选修31学案32研究电流电压和电阻同步练习课堂练习Word含答案

学案2　研究电流、电压和电阻

[目标定位]1.掌握电流的定义及定义式，能应用电流的表达式进行有关计算.2.理解电路中的电压与电势降落的关系，掌握电路中电势变化的规律.3.知道电阻的形成原因，理解金属电阻与温度的关系．

一、电流

1．如图1所示，盐水中可以形成电流，盐水中电流方向是怎样的呢？

图1

2.如图2所示，AD表示粗细均匀的一段长为l的导体，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.试证明：

导体内的电流可表示为I＝nqSv.

图2

[要点总结]

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．

（1）定义式：

I＝________

（2）单位：

________，符号________；常用的电流单位还有：

毫安（mA）、微安（μA）．

1A＝________mA；1A＝________μA

（3）方向：

规定__________定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流方向________．

2．电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I＝

时，Q为正电荷的总电荷量和负电荷总电荷量的________________．

3.从微观上看，电流I＝________，即I决定于导体中单位体积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量q、自由电荷__________________，导体的横截面积S.

4．三种速率的比较

（1）电子定向移动速率：

电子在金属导体中的平均运动速率v，也是公式I＝nqSv的v，大小约为10－5m/s.

（2）电流的传导速率：

电流在导体中的传导速率等于光速，为____________m/s.闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流．

（3）电子热运动速率：

电子做无规则热运动的速率，大小约为105m/s.由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流．

[延伸思考]　有的同学说：

“电流有方向，电流就是矢量”对吗？

例1　在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子在做定向移动，方向如图3所示．如果测得2s内分别有1.0×1018个正离子和1.0×1018个负离子通过溶液内部的横截面M，则溶液中电流的方向如何？

电流多大？

图3

例2　铜的摩尔质量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动速率为（　　）

A．光速cB.

C.

D.

二、电路中电势变化的规律　欧姆定律

如图4所示，用多用电表测量R1、R2未接入电路时的电阻值，闭合开关，用多用电表的电压挡测量ab、bc、ac的电势差，用电流挡测量线路的电流，分析测量结果，能得到怎样的结论．

图4

[要点总结]

1．沿着电流的方向电势逐渐________，所以电路中任意两点之间的电势差又叫____________．

从电源正极到负极总的电势降落等于电路中沿电流方向的电势降落的________．即U总＝U1＋U2＋….

2．欧姆定律：

导体中的电流I跟导体两端的电压U成________，跟导体的电阻R成________．

（1）公式：

I＝________.

（2）适用条件：

适用于金属导体和电解质溶液，不适用于气态导体和半导体元件．

例3　如图5所示的图像所对应的两个导体：

图5

（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？

三、导体的电阻

电流通过导体时为什么存在电阻？

导体为什么发热？

[要点总结]

1．电阻：

反映了导体对电流的________作用．

（1）定义式：

R＝

.

（2）单位：

________，符号是________．

常用单位：

kΩ、MΩ.1kΩ＝______Ω，1MΩ＝______Ω.

2．电阻的产生原因：

自由电子与晶体点阵上的原子实碰撞，形成对电子定向移动的阻碍作用．它也是电阻元件发热的原因．

3．金属导体的电阻会随着温度的升高而________，即R＝R0（1＋αt），其中R表示金属在t℃时的电阻，R0表示金属在0℃时的电阻值，α叫做电阻的温度系数．

例4　电路中有一段导体，如果给它加上3V的电压，通过它的电流为2mA，可知这段导体的电阻为________Ω；如果给它加上2V的电压，则通过它的电流为________mA；如果在它两端不加电压，则它的电阻为________Ω.

1．（电流的理解）关于电流的说法中正确的是（　　）

A．根据I＝

，可知I与Q成正比

B．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流

C．电流有方向，电流是矢量

D．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位

2．（公式I＝

的理解和应用）某电解液，如果在1s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流大小为（　　）

A．0B．0.8AC．1.6AD．3.2A

3．（欧姆定律的理解）根据欧姆定律，下列判断正确的是（　　）

A．导体两端的电压越大，电阻就越大

B．导体中的电流越大，电阻就越小

C．比较几只电阻的I－U图像可知，电流变化相同时，电压变化较小的图像是属于阻值较大的那个电阻的

D．由I＝

可知，通过一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比

4．（欧姆定律的应用）如图6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10V电压时，通过导体B的电流是________．

图6

答案精析

知识探究

一、

1．在电场中，盐水中正电荷Na＋向左移动，形成向左的电流，负电荷Cl－向右移动，形成向左的电流，故盐水中电流方向向左．

2．AD导体中的自由电荷总数：

N＝nlS

总电荷量Q＝Nq＝nlSq

所有这些自由电荷通过横截面所需要的时间：

t＝

根据公式Q＝It可得：

导体AD中的电流I＝

＝

＝nqSv.

要点总结

1．

（1）

（2）安培　A　103　106　（3）正电荷　相反

2．绝对值之和

3．nqSv　定向移动速率v

4．

（2）3×108

延伸思考　不对，电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量而是标量．

典型例题

例1　由A指向B　0.16A

解析　水溶液中导电的是自由移动的正、负离子，它们在电场的作用下向相反方向定向移动．电学中规定，电流的方向为正电荷定向移动的方向，所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，即由A指向B.

每个离子的电荷量是e＝1.6×10－19C．该水溶液导电时负离子由B向A运动，负离子的定向移动可以等效看作是正离子反方向的定向移动．所以，一定时间内通过横截面M的电荷量应该是正、负两种离子电荷量的绝对值之和．

I＝

＝

＝

A

＝0.16A.

例2　D　[假设电子定向移动的速率为v，那么在t时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vt·S中的自由电子数，而体积为vtS的铜的质量为vtSρ，摩尔数为

，所以电荷量q＝

，I＝

＝

，于是得v＝

.]

二、

实验结论：

Uab＝IR1

Ubc＝IR2

Uac＝Uab＋Ubc

要点总结

1．降低　电势降落　和

2．正比　反比　

（1）

典型例题

例3　

（1）3∶1　

（2）3∶1　（3）1∶3

解析　

（1）因为在I－U图像中，R＝

＝

，

所以R1＝

Ω＝2Ω，

R2＝

Ω＝

Ω，

所以R1∶R2＝2∶（

）＝3∶1.

（2）由欧姆定律得U1＝I1R1，U2＝I2R2，

由于I1＝I2，则U1∶U2＝R1∶R2＝3∶1.

（3）由欧姆定律得I1＝

，I2＝

，

由于U1＝U2，则I1∶I2＝R2∶R1＝1∶3.

三、

导体中的自由电子在电场力作用下做定向移动，但在移动过程中不断地与晶体点阵上的原子实碰撞，将它的一部分动能传递给原子实，使原子实的热振动加剧，宏观上表现为导体发热．自由电子与晶体点阵上的原子实碰撞，形成对电子定向运动的阻碍作用，这是“电阻”产生的根本原因．

要点总结

1．阻碍　

（2）欧姆　Ω　103　106

3．增大

典型例题

例4　1500　1.33　1500

解析　导体中的电流随电压的变化而变化，但对于一确定的电阻而言，其电阻不随电压的变化而变化，也与导体中有无电流无关．由欧姆定律I＝

得：

R＝

＝

Ω＝1500Ω；当U＝2V时，I＝

＝

A≈1.33×10－3A＝1.33mA.

达标检测

1．D　2.D　3.D

4．C　2.5A

解析　由I－U图像知，电阻最大的应该是斜率最小的，故应是C.其中导体B的电阻为RB＝

＝4Ω，所以在导体B上加10V电压时，通过导体B的电流为2.5A.

学案3　探究电阻定律

[目标定位]1.掌握用控制变量法探究电阻定律的实验方法，并能用电阻定律解决有关问题.2.掌握电阻的串联、并联和混联特点，熟练求解各种情况下电路的总电阻．

一、探究电阻定律

1．在电学实验中，移动滑动变阻器的滑片可以改变它的电阻，这说明导体电阻跟什么因素有关？

同是220V的灯泡，灯丝越粗用起来越亮，说明导体电阻跟什么因素有关？

电线常用铜丝制造而不用铁丝，说明导体电阻跟什么因素有关？

2．用多用电表分别测定下述导体的电阻，比较得出结论．

（1）长度不同、横截面积相同的两根锰铜导线，电阻与长度有什么关系？

（2）长度相同、横截面积不同的两根镍铬合金导线，电阻与横截面积有什么关系？

（3）长度相同、横截面积也相同的锰铜导线和镍铬合金导线，电阻相同吗？

[要点总结]

1．电阻定律

（1）内容：

对同种材料的导体而言，导体的电阻跟它的________成正比，跟它的________________成反比．

（2）公式：

R＝ρ

，式中ρ是材料的电阻率，它与导体的________和温度有关，反映了材料的________性能．

2．电阻率

（1）概念：

电阻率是反映导体________性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小________．

（2）单位是欧姆·米，符号为________．

（3）电阻率与温度的关系

①金属的电阻率随温度升高而________（可用于制造电阻温度计）．

②半导体和绝缘体的电阻率随温度的升高而__________（半导体的电阻率随温度变化较大，可用于制做热敏电阻）．

③有些合金（如锰铜、镍铜）的电阻率几乎不受温度变化的影响（可用来制做________电阻）．

④当温度降低到____________附近时，某些材料的电阻率突然减小到零成为超导体．

[延伸思考]　白炽灯的灯丝断了，轻轻摇晃把断了的灯丝搭接上后，再接入电路时，会发现比原来更亮了，怎么解释这种现象？

例1　目前集成电路的集成度很高，要求里面的各种电子元件都微型化，集成度越高，电子元件越微型化、越小．图1中R1和R2是两个材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体，但R2的尺寸远远小于R1的尺寸．通过两导体的电流方向如图所示，则关于这两个导体的电阻R1、R2关系的说法正确的是（　　）

图1

A．R1＞R2B．R1＜R2

C．R1＝R2D．无法确定

例2　关于电阻率的