高中物理选修31第二章 恒定电流学案.docx

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高中物理选修31第二章恒定电流学案

第二章恒定电流

第一节导体中的电场和电流

新课标要求

1.理解电源的形成过程。

2.掌握恒定电场的形成过程。

3.理解恒定电流的形成过程，掌握计算电流的大小并灵活运用公式。

4.掌握电流的微观表达式。

5.通过本节对电源、电流的学习，培养将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。

重点：

理解电源的形成过程及电流的产生。

难点：

电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。

新课预习

1.电源：

有A、B两个导体，分别带正、负电荷，如果在它们之间接一条导线R，，导线R中的自由电子便会在的作用下定向运动，B失去电子，A得到电子，周围电场迅速减弱，A、B之间的电势差很快消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡。

倘若在A、B之间连接一个装置P,它能源源不断地把经过导线R流到A的电子取走，补充给B，使A、B始终保持一定数量的正、负电荷，这样，A、B周围始终存在一定得电场，使A、B之间便维持着一定的电势差。

由于这个电势差，导线中的自由电子就能不断地在静电力作用下由B经过R向A定向移动，使电路中保持持续的电流。

能把电子从A搬运到B的装置P就是。

2.导线中的电场：

（1）导线中电场的形成

导线本身由许多带电粒子组成，当它和电源连接后，在电源两极晟的正、负电荷激发的电场作用下，导线的表面以及导线的接头处会有电荷积累，正是这些电荷激发了导线内外地电场，也正是依靠这些电荷才保证导线内部的场强沿导线方向。

（2）恒定电场

导线内的电场，是由、、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，所以电荷的分布式稳定的，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。

3.恒定电流

（1）定义：

、都不随时间变化的电流。

（2）电流：

表示电流强弱程度的物理量。

（3）单位：

安培，符号（A），其他单位：

毫安（mA）、微安（μA），且1A=103mA=106μA

（4）公式：

q=It，I表示电流，q表示在时间t通过导体横截面积的电荷量。

变形公式：

I=q/t。

注：

①电流方向的规定：

规定正电荷定向移动的方向为电流方向。

②金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。

③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，此时I=q/中，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。

④电流强度虽有大小和方向，但不是矢量，而是标量。

⑤q=It是求电荷量的重要公式，其变形公式I=q/t求出的是电流在时间t内的平均值，对恒定电流来说，其瞬时值与平均值相等。

知识巩固

知识点1.电流

［例１］关于电流，以下说法正确的是（　　　）

Ａ．通过截面的电荷量的多少就是电流的大小

Ｂ．电流的方向就是电荷的定向移动方向

Ｃ．在导体中，只要自由电荷在运动，就一定会形成电流

Ｄ．导体两端没有电压就不能形成电流[答案]　　Ｄ

[例2]在电解液中，若5s内沿相反方向通过面积为0.5m2的横截面的正负离子电荷量均为5C，则电解液中的电流是多大？

[答案]2A

[总结]①误认为I=q/t中的q为通过单位面积的电荷量,实际上q与横截面的面积大小无关.②将电解液导电等同于金属导体导电,误认为电荷量q=5C.

[变式训练]1、电子绕核运动可等效为一环形电流,设氢原子中的电子以速率v在半径为r的轨道上运动，用e表示电子的电荷量，则其等效电流为多大？

[答案]ev/2

r

[变式训练]2、某电解池，如果在1s内共有5×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是（）

A.0AB.0.8AC.1.6AD.3.2A[答案]D

上题中，若1s内有5×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子分别在阴极和阳极放电，电路中的电流是（）[答案]B

[例3]铜的原子量为m,密度为

，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动的速率为（）

A.光速cB.I/neSC.

I/neSmD.mI/nes

[答案]D

基础达标

一、选择题：

1、在国际单位制中，电流的符号是（）

A．C/sB．V/

C．I/AD．W/V

2、下列叙述中正确的是（　　　）

A．导体中电荷运动就形成电流

B．国际单位制中电流的单位是安

C．电流强度是一个标量，其方向是没有意义的

D．对于导体，只要其两端电势差不为零，电流强度必定不为零

3、满足下面哪一个条件，就产生电流（）

A．有自由电子

B．导体两端有电势差

C．任何物体两端有电压

D．导体两端有恒定电压

4、一段横截面积为0.5cm2的导体材料中，每秒钟有0.2C正电荷和0.3C负电荷相向运动，则电流强度是（）

A．0.2AB．0.3AC．05AD．104　A

5、如图所示，电解池内有一价的电解液，ts内通过溶液内截面S的正离子数是n1,负离子数是n2,设基元电荷为e,以下解释中正确的是（）

A．正离子定向移动形成电流方向从A到B,负离子定向移动形成电流方向从B到A

B．溶液内正负离子向相反方向移动,电流

抵消

C．溶液内电流方向从A到B，电流强度I=ne/t

D．溶液内电流方向从B到A，电流强度

I=（n1+n2）e/t

6．某电解池，如果1s钟内共有5

1018个二价正离子和1.0

1019个一价负离子通过面积为0.1m2的某截面，那么通过这个截面的电流强度是（）

A．0AB．0.8AC.1.6AD3.2A

第二节电动势

新课标要求

1.掌握电动势的概念及表达式。

2.了解电池内部能量的转化过程。

3.了解生活中的电池，感受现代科技的不断进步。

重点：

电动势的的概念

难点：

对电源内部非静电力做功的理解

新课预习

1、电源：

（1）定义：

电源是通过做功把其他形式的能转化为的装置。

（2）注:

：

非静电力的种类：

在蓄电池中，非静电力是化学作用，它使能转化为能。

在发电机中，非静电力是电磁作用，它使能转化为能。

2、电动势：

（1）定义：

。

（2）公式：

E=Ｗ/q

（3）单位：

伏特

（4）物理意义：

反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小，在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。

（5）注：

电动势由的特性决定，跟电源的无关，也跟无关。

3、电源内阻：

电源的内阻。

内阻和电动势同为电源的重要参数。

知识精讲

知识点1：

电动势：

［例１］关于电动势下列说法中正确的是（）

A．在电源内部把正电荷从负极移动正极，非静电力做功，电能增加

B．对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大

C．电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送单位电荷量做功越多

D．电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送电荷量越多

答案AC

[总结]对电动势的理解有多层次的描述,应根据具体要求选择回答

[例2]对电动势的定义式E=Ｗ/q的理解正确的是（）

A．E与W成正比B．E与q成反比

C．E的大小与W、q无关D．W表示非静电力做功

答案C、D

[变式训练]1.下列说法中正确的是（）

A．电源的电动势实质上就是电源两极的电压

B．电源的电动势在数值上等于两极的电压

C．电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别

D．电动势越大，电源两极间的电压一定越高

答案C

2、一内阻可以忽略的发电机用0.5A的电流向外输电，在1min内将180J的机械能转化为电能，这发电机的电动势为（）

A．6VB．48VC．24VD．12V

答案A

基础达标

一、选择题：

1、铅蓄电池的电动势为2V，这表示（）

A．电路中每通过1C电荷量，电源把2J的化学能转变为电能

B．蓄电池两极间的电压为2V

C．蓄电池在1s内将2J的化学能转变成电能

D．蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）的大

2、关于电源的电动势，下面正确的叙述是（）

A．电源的电动势就是接在电源两极间的电压表测得的电压

B．同一电源接入不同的电路，电动势就会发生变化

C．电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量

D．在闭合电路中，当外电阻变大时，路端电压增大，电源的电动势也增大

3、有关电压与电动势的说法中正确的是（）

A．电压与电动势的单位都是伏特，所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法

B．电动势就是电源两极间的电压

C．电动势公式Ｅ=Ｗ/q中Ｗ与电压Ｕ=Ｗ/q中Ｗ是一样的，都是电场力做的功

D．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量

4、用电动势Ｅ＝２Ｖ的电源给外电路供电时，当输出电流为２Ａ时，在１min的时间里电源消耗的化学能为（）

Ａ.240JB.4JC.216JD.3.6J

5、一内阻可以忽略的发电机用1.5A的电流向外输电，在1min内将1080J的机械能转化为电能，这发电机的电动势为（）

Ａ．６Ｖ　　Ｂ．４８Ｖ　　Ｃ．２４Ｖ　　　Ｄ．１２Ｖ

６、单位电量的电荷在电场力的作用下沿闭合电路移动一周所释放的能量大小决定于（）

A.电源电动势B.电流轻度大小C.电源的内阻D.电路的总电阻

第三节欧姆定律

新课标要求

1、掌握欧姆定律及其适用范围，并能用来解决有关电路的问题。

2、知道导体的伏安特性和Ｉ－Ｕ图象，知道线性元件和非线性元件。

3、通过对欧姆定律的理解和掌握，解决有关电路的生活中的问题，提高对定律的灵活运用程度。

重点：

正确理解欧姆定律及其适应条件

难点：

对电阻的定义的理解，对I-U图象的理解

新课预习

1、欧姆定律：

（1）内容：

（2）表达式：

（3）注：

欧姆定律只适用于纯电阻，或由若干纯电阻构成的一段电路。

从能量转化的角度看，电流通过时，电能只转化成热能的用电器或电路时纯电阻电路。

对电解质溶液也适用.但对气态导体（如日光灯霓虹灯管中的气体）和半导体元件不适用.

2、电阻：

（1）定义：

（2）定义式：

R=

（3）单位：

欧姆（

）

（4）注：

电阻是反映导体对电流阻碍作用的大小。

由导体本身决定，R与U、I无关，但可以通过U、I计算出导体的电阻R的大小

3、导体的伏安特性曲线：

（1）在实际应用中，常用纵坐标表示电流I、横坐标表示U，这样画出的I–U图象叫做导体的伏安特性曲线。

伏安特性曲线能直观地反映出导体中的电压和电流的关系。

（2）金属导体的伏安特性曲线是一条过原点的直线,直线的斜率为金属导体电阻的倒数.具有这种特性的电学元件叫做线性元件,通常也叫纯电阻元件,欧姆定律适用于该类型电学元件.对欧姆定律不适用的导体和元件,伏安特性曲线不是直线,这种元件叫做非线性元件,通常也叫非纯电阻元件.

知识精讲：

知识点1:

欧姆定律

[例1]根据欧姆定律,下列说法中错误的是（）

Ａ．从R=

可知，导体的电阻跟加在导体两端的电压成正比

Ｂ．从R=

可知，对于某一确定的导体，通过的电流越大，导体两端的电压就越大

Ｃ．从R=

可知，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比

Ｄ．从R=

可知，对于某一确定的导体，所加电压跟通过导线的电流之比是定值

思路分析　欧姆定律原形是

，而公式R=

应该理解成电阻的定义．比值定义的魅力就在于理解定义的该物理量与比值中的物理量无关．

答案Ａ

知识点2：

伏安特性曲线

[例2]如图所示，图象所对应的两个导体，

（1）电阻之比R1：

R2为

（2）若两个导体中电流相等（不为零）时，电压之比U1：

U2为

（3）若两个导体的电压相等（不为零时），电流之比I1：

I2为

[例3]加在某导体两端的电压变为原来的

时，导体中电流减小了0.4A，如果所加电压变为原来的2倍，则导体中的电流多大？

[变式训练]加在某导体两端的电压为原来的3倍时，导体中的电流增加0.9A，如果所加电压变为原来的1/2倍时，导体中的电流有多大？

[答案]0.225A

【综合拓展】

[例4]一只标有“220V、60W”的白炽灯泡，加上的电压Ｕ由零逐渐增大到220V。

在此过程中，电压Ｕ和电流Ｉ的关系可用图线表示。

在如图所示的四个图线中，肯定不符合实际的是（　　　）

Ｕ　　　　　　　　Ｕ　　　　　　　　Ｕ　　　　　　　Ｕ

０　　　　　　Ｉ０　　　　　　Ｉ０　　　　　Ｉ０　　　　　　Ｉ

　　　Ａ　　　　　　　Ｂ　　　　　　　Ｃ　　　　　　Ｄ　　　

【基础达标】

一、选择题：

１．一个阻值为Ｒ的导体两端加上电压Ｕ后，通过导体截面的电量q与通电时间t之间的联系为过坐标原点的直线，如图所示，此图象的斜率表示（）　q　　　　　　　　　　　　　　　Ｉ

Ａ．Ｕ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ⅰ

Ｂ．Ｒ

Ｃ．

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ⅱ　

Ｄ．

０（１题）t　　０　　（２题）　　　　　Ｕ

２.两个金属导体的伏安特性曲线如图所示，由图可知（　　　）

Ａ．ＲⅠ＞ＲⅡ　　　　　　　　　　　　　Ｂ．ＲⅠ＜ＲⅡ

Ｃ．电压相同时ＩⅠ＞ＩⅡ　　　　Ｄ．电压相同时ＩⅠ＜ＩⅡ

3.如果导体中产生了电流，则（）

Ａ．导体两端的电压不为零，导体内部的场强为零

Ｂ．导体两端的电压为零导体内部的场强不为零，导体内部的场强不为零

Ｃ．导体两端的电压不为零，导体内部的场强不为零

Ｄ．导体内部的场强不为零，导体内部的场强为零

４．鸟儿落在110kV的高压输电线上，虽然通电的高压线是裸露电线，但鸟儿仍然安然无恙。

这是因为（）

Ａ．鸟有耐高压的天性Ｂ．鸟脚是干燥的，所以鸟体不导电

Ｃ．鸟两脚间的电压几乎为零Ｄ．鸟体电阻极大，所以无电流通过

５.两根完全相同的金属裸导线，如果把其中的一根均匀拉长到原来的２倍，一根对折后绞合起来．然后给它们分别加上相同电压，则在同一时间内通过它们的电荷量之比为（　　　）

Ａ．1：

4　　Ｂ．1:

8　　Ｃ．1：

16　　　Ｄ．16:

1

6.欧姆定律对于下列各项物质的导电适用的是（）

Ａ．金属、电解液Ｂ．金属、电解液、气体Ｃ．稀薄气体　　Ｄ．任何气体

第四节串联电路和并联电路

新课标要求

1.了解串联电路和并联电路的连接方式，掌握串并联电路的电流和电压特点。

2.掌握电阻的串并联的计算。

3.知道常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表改装而成的。

重点：

教学重点是串、并联电路的规律。

难点：

难点是电表的改装。

新课预习

1、串联电路和并联电路的电流

串联电路各处的电流，并联电路的总电流各支路电流之和

2、串联电路和并联电路的电压

串联电路两端的总电压各部分电路电压之和，并联电路的总电压与各支路电压。

3、电阻的串联和并联

串联电路的总电阻各部分电路电阻之和，并联电路总电阻的倒数各支路电阻的倒数之和。

4、串联电路和并联电路中的分配关系

（1）串联电路中各电阻两端的电压跟它的阻值成阻值越大的电阻，两端分得的电压就越大

（2）并联电路中通过各支路电阻的电流跟它们的阻值成

电阻越小的支路，通过的电流越大

5、电压表和电流表

（1）小量程电流表G（表头）

小量程电流表G的主要参数是：

电流表的内阻Rg,指针偏转到最大刻度时的满偏电流Ig和电流表通过满偏电流时加在电流表两端的满偏电压Ug。

由欧姆定律知Ug=IgRg。

注：

电流表G的满偏电流和满偏电压一般都较小，如果通过电流表的电流大于Ig，电流表可能被烧坏。

（2）电流表G改装成电压表

电流表G的电压量程Ug较小，当要改装成量程为U的大量程电压表时，应根据串联分压，串联一个电阻R，起分压作用，R称为分压电阻。

由串联电路特点可得：

=

，R=（

-1）Rg=（n-1）Rg,

其中n为电压量程扩大倍数，n=

。

即电压表量程扩大的倍数为n时，需串联一个分压电阻R=（n-1）Rg，改装后电流表的总阻值Rv=Rg+R=nRg

（3）电流表G改装成大量程电流表

电流表G的量程为Ig，当改装成量程为I的电流表时，应根据并联电路分流，并联一个电阻R，起分流作用，这个电阻叫分流电阻。

由并联电路特点得:

（I-Ig）R=IgRg,则R=

Rg=

，

其中n为电流表量程扩大倍数，n=

。

改装后的电流表的总电阻RA=

=

（4）理想电压表和理想电流表

由改装后的电压表的分压电阻R=（n-1）Rg,可知电压表量程越大,其分压电阻越大,电压表内阻Rv越大.通常不做特别说明,都认为电压表内阻无穷大;由改装后的电流表的分流电阻R=

可知,电流表的量程越大,其分流电阻越小,电流表的内阻越小.通常不做特别说明,都认为电压表内阻为零.

知识精讲

1、串并联电路特点：

[例1]已知通过三个并联支路的电流之比是I1:

I2:

I3=1:

2:

3.则三个并联支路的电阻之比R1:

R2:

R3为（）

Ａ．1:

2:

3Ｂ.3:

2:

1Ｃ.2:

3:

6Ｄ.6:

3:

2

答案D

[例2]有R1、R2两个电阻，阻值分别为30

、90

，串联后接入某电路中总电阻为

，通过两个电阻中的电流之比为；两个电阻两端的电压之比为。

答案1201：

11：

3

[变式训练]3个电阻分别标有“100

4Ｗ”，“125

8Ｗ”，“90

100Ｗ”,若将它们串联起来，则允许通过的最大电流是A

[变换二]若将3个电阻并联，则允许加在它们两端的最大电压应是多少伏?

答案20Ｖ

[例3]电流表G的内阻为Rg,用它测量电压时，量程为U;用它改装成较大量程的电流表内阻为RA，量程为I，这几个量的关系式（）

Ａ.RA>Rg,U/I>RgＢ.RA>Rg>U/I

Ｃ.RA

答案C

[变式训练]一量程为100

Ａ的电流计，内阻为100

。

现串联一个阻值为9900

的电阻将它改装成电压表，该电压表的量程是V,内阻是

答案1V10k

基础达标

一、选择题：

1、电阻R1、R2、R3串联在电路中，已知R1=10

、R3=5

，R1两端的电压为6V，R2两端的电压为12V，则（）

Ａ。

电路中的电流为0.6AＢ.电阻R2的阻值为20

Ｃ.三只电阻两端的总电压为21VＤ.电阻R3消耗的电功率为3.6W

2、一个600

的电阻并联到电阻Ｒx上后的总电阻是Ｒx的1/3，则Ｒx的阻值是（）

Ａ.300

Ｂ.900

Ｃ.1200

Ｄ.15OO

3、甲、乙两个电阻的Ｉ－Ｕ图象如图所示　　Ｉ乙

则（　　）

Ａ.甲、乙串联后的Ｉ－Ｕ图象位于图中的Ⅰ区Ⅲ

Ｂ.甲、乙串联后的Ｉ－Ｕ图象位于图中的Ⅲ区Ⅱ甲

Ｃ.甲、乙并联后的Ｉ－Ｕ图象位于Ⅱ区内

Ｄ.甲、乙并联后的Ｉ－Ｕ图象位于Ⅲ区内Ⅰ

4、如图是一个电路的一部分，其中R1=5Ω，R2=1Ω，R3=3Ω，I1=0.2A，I2=0.1A，那么电流表测得的电流为（）

A．0.2A，方向向右

B．0.15A，方向向左

C．0.2A，方向向左

D．0.3A，方向间右

5.在图中，AB间的电压为30V，改变滑动变阻器触头的位置，可以改变CD间的电压，UCD的变化范围是（）

A．0～10VB．0～20V

C．10～20VD．20V～30V

6.如图电路所示，当ab两端接入100V电压时，cd两端为20V；当cd两端接入100V电压时，ab两端电压为50V，则R1∶R2∶R3之比是（）

A．4∶2∶1　　　　B．2∶1∶1

C．3∶2∶1　　　　D．以上都不对

7．如图所示，电源和电压表都是好的，当滑片由a滑到b的过程中，电压表的示数都为U，下列判断正确的是（）

A．a处接线断开B．触头P开路

C．a、b间电阻丝开路D．b处接线开路

8.某学生在研究串联电路电压特点时，接成如图所示电路，接通K后，他将高内阻的电压表并联在A、C两点间时，电压表读数为U；当并联在A、B两点间时，电压表读数也为U；当并联在B、C两点间时，电压表读数为零，则出现此种情况的原因可能是（）（R1、R2阻值相差不大）

A．AB段断路

B．BC段断路

C．AB段短路

D．BC段短路

二、填空题：

9．如图所示，四个相同的电流表分别改装成两个安培表和两个伏特表。

安培表A1的量程大于A2的量程，伏特表V1的量程大于V2的量程，把它们按图接入电路，则

安培表A1的读数安培表A2的读数；

安培表A1的偏转角安培表A2的偏转角；

伏特表V1的读数伏特表V2的读数；

伏特表V1的偏转角伏特表V2的偏转角；

（填“大于”，“小于”或“等于”）

10．用电压表测量某段电路的两端电压时，其读数为8V，如果这段电路两端电压不变，将4500Ω的电阻与电压表串联后再测其电压，结果示数为5V，则电压表内阻为________Ω。

11．某电路两端电压不变，当电阻增至30Ω时电流降为原来的4／5，则电路原来的电阻为_________Ω。

12．如图所示，电源可提供U=6V的恒定电压，R0为定值电阻，某同学实验时误将一电流表（内阻忽略）并联于Rx两端，其示数为2A，当将电流表换成电压表（内阻无限大）后，示数为3V，则Rx的阻值为_______Ω.

第五节焦耳定律

新课标要求

1.理解电功和电功率的概念和公式并能进行有关的计算。

2.了解焦耳定律

3.知道电场力对自由电荷做功的过程是电能转化为其他形式能量的过程

重点：

区别并掌握电功和电热的计算。

难点：

主要在学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识，接受起来比较困难。

新课预习

1、电功

（1）在电路各导体的自由电荷在______作用下发生______而形成电流，此过程中电场力对自由电荷做功。

在一段电路中电场力所做的功，就是我们常说的电流做功，简称电功。

（2）公式:

Ｗ=QU=IUt

（3）单位:

焦耳（J），常用的单位还有：

千瓦时（kW.h）1kW.h=3.6

106J

2、电功率

（1）定义:

______________________________

（2）公式:

P=

=IU

（3）单位:

瓦特（Ｗ）１kＷ=1000Ｗ

（4）用电器的额定功率和实际功率

用电器的额定功率是用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器加上额定电压时（或通以额定电流）时消耗的电功率。

用电器的实际功率是用电器的实际工作时消耗的电功率。

为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率。

3、焦耳定律

（1）内容:

______________________________________________________

（2）公式:

Ｑ=Ｉ2Ｒt

（3）注：

焦耳定律是电流热效应的实验规律：

凡是要计算电热都应首选焦耳定律

（4）电热:

由于导体的电阻,使电流流过导体时消耗的电能中转化为内能的那一部分叫电热.

（5）电功和电热的区别和联系

电功是电能转化为其他形式能量的量度,即电功表示了电流