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高中物理从电表电路到集成电路研究电流电压和电阻学案沪科选修

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). 1 A=________ mA;1 A=________ 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=Qt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 10-5 m/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. 1 (3)电子热运动速率:电子做无规则热运动的速率,大小约为 105 m/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 2 s 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 c B.nIeS Iρ C.neSm mI D.neSρ 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. 2 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=UI. (2)单位:________,符号是________. 常用单位:kΩ、MΩ .1 kΩ=______ Ω,1 MΩ=______ 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. 3 例 4 电路中有一段导体,如果给它加上 3 V 的电压,通过它的电流为 2 mA,可知这段导体的电阻为 ________Ω;如果给它加上 2 V 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=Qt,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 Q 2.(公式 I=t的理解和应用)某电解液,如果在 1 s 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.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A 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=UR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

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