3.1 导体的伏安特性曲线（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理必修第三册（粤教版）

第一节　导体的伏安特性曲线 学习目标 素养提炼 1.知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流。 2．掌握欧姆定律，理解导体的伏安特性曲线。 3．初步了解电流形成的微观解释。 物理观念：恒定电流。 科学思维：恒定电流的表达式。 科学探究：电流的微观表达式的推导，描绘导体的伏安特性曲线。 授课提示：对应学生用书第39页 一、电流 1．物理意义：反映了电流的强弱程度。 2．表达式：I＝。 3．单位：在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。常用的单位还有毫安、微安(单位符号分别为mA、μA)。 4．电流的方向：规定正电荷定向移动的方向或负电荷定向移动的反方向为电流方向。 [思考] 　电流的方向一定是电荷的定向移动方向吗？方向不变的电流一定是恒定电流吗？ 提示：不一定。电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反。恒定电流是指大小和方向都不变的电流，方向不变、大小改变的电流不是恒定电流。 二、欧姆定律 1．内容：导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。 2．公式：I＝。 3．适用条件：欧姆定律适用于纯电阻电路，如金属导体和电解液。对于含有电动机等非纯电阻元件的电路不适用。 三、导体的伏安特性曲线 1．伏安特性曲线 (1)定义：建立平面直角坐标系，用纵轴表示电流I，用横轴表示电压U，画出的导体的I­U图线叫作导体的伏安特性曲线。 (2)特点：对于线性元件，伏安特性曲线的斜率等于电阻的倒数，即k＝，如图所示，斜率越大，电阻越小。＝＝ 2．线性元件：导体的伏安特性曲线为过原点的直线，即电流与电压为成正比的线性关系，具有这样特点的电学元件称为线性元件，如金属导体、电解液等欧姆定律适用的电学元件。 3．非线性元件：伏安特性曲线不是直线的，即电流与电压不成正比的电学元件，称为非线性元件，如气态导体、二极管等。对于非线性元件，可以用电阻定义式R＝求某一电压下的电阻。 4．二极管的伏安特性曲线：(如图所示) (1)二极管具有单向导电性，即加正向电压时，二极管电阻较小，通过二极管的电流较大；加反向电压时，二极管的电阻较大，通过二极管的电流很小。但当反向电压很大时，二极管被击穿，击穿后，反向电流剧增，单向导电性被破坏。 (2)由图像可以看出，随正向电压的增大，图线与原点连线的斜率在增大，表示其电阻随电压的升高而减小。 授课提示：对应学生用书第40页 要点一　恒定电流的理解及计算 　如图所示，在装有导电液体的细管中，有正、负两种电荷向相反的方向运动，在时间t内通过细管某截面的正电荷为q1，通过此截面的负电荷为q2。 (1)确定通过导电液体中电流的方向。 (2)计算导电液体中电流的大小。 提示：(1)电流方向为正电荷定向移动的方向或负电荷定向移动的反方向，故导电液体中电流方向为由左向右。 (2)I＝。 1．电流的方向：规定正电荷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的方向相反。 2．电流的大小 (1)I＝是电流的定义式，I＝neSv是电流的决定式，故电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关。 (2)电解液中应用I＝计算电流时，Q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 3．电流是标量：电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则。 [特别提醒] (1)用I＝计算出的电流是时间t内的平均值。对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等。 (2)电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的。 　如图所示，电解池内有一价的电解液，t s内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下解释正确的是(　　) A．当n1＝n2时，电流为零 B．当n1>n2时，电流方向从A→B，电流为I＝ C．当n1<n2时，电流方向从B→A，电流为I＝ D．溶液内电流方向A→B，电流I＝ [解析]　正电荷定向移动的方向就是电流的方向，负电荷定向移动的反方向也是电流的方向，有正、负电荷反向经过同一截面时，公式I＝，电流方向由A指向B，与正、负电荷的数量无关，故A、B、C错误，D正确。中的q应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故I＝ [答案]　D 不同导体中电流的计算方法 (1)金属导体：自由电荷只有自由电子，运用I＝计算时，q是某一时间内通过金属导体横截面的电子的电荷量。 (2)电解液：自由电荷是正、负离子，运用I＝计算时，q应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和。 (3)电离状态的气体：自由电荷既有正、负离子，也有自由电子，利用公式I＝求气体导电电流时，q应是三种带电粒子通过横截面的电荷量的绝对值之和。 (4)环形电流：有些电流，并不是导体内电荷的定向移动形成的，如电子绕核运动，经电场加速的粒子流、带电体的运动等，可以通过等效