(讲义)第3章 第1节 导体的I-U特性曲线-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册(粤教版2019)

第一节　导体的I-U特性曲线 学习任务 1．知道形成电流及持续电流的条件和三种速率，电流的两个表达式及大小、方向和单位，理解欧姆定律和I-U特性曲线。 2．理解电流的定义式I＝和微观表达式I＝nqSv，掌握电流的计算，能解决相关的物理问题。利用U-I图像分析问题。 3．通过对微观电流表达式的探究，从微观角度认识影响电流大小的因素，提高探究能力，培养科学普及能力，提高学习兴趣。 知识点一　电流 1．电流： (1)定义：电荷的定向移动形成电流。 (2)意义：表示电流的强弱。 (3)单位：①国际单位：安培，简称安，符号为A。 ②常用单位：毫安(mA)、微安(μA)。 ③关系：1mA＝10-3A；1μA＝10-6A。 (4)表达式：I＝。 (5)电流的方向：正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。 2．恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。 　Q是通过某段导体横截面的电荷量，是通过的正电荷总电荷量与反向移动的负电荷总电荷量的绝对值之和。 知识点二　欧姆定律 1．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)表达式：I＝。 2．伏安法 (1)内容：用电压表测量导体两端的电压，用电流表测量通过导体的电流来计算导体的电阻的方法。 (2)表达式：R＝。 　①欧姆定律公式中的I、U、R必须对应同一导体或同一段纯电阻电路(不含电源、电动机、电解槽等电器的电路)。 ②I＝表明通过同一导体的电流I与导体两端电压U成正比，与其电阻R成反比。 1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)任何情况下导体的电阻与两端的电压成正比，与通过的电流成反比。 (×) (2)对于某个电阻而言，它两端的电压越大，通过它的电流越大。 (√) (3)欧姆定律适用于金属导体，也适用于半导体元件。 (×) 2．填空 在金属导体中，若10s内通过某一横截面的电荷量q＝10C，则导体中的电流大小为1_A。 知识点三　I-U特性曲线 1．I-U特性曲线：用横坐标表示电压U，纵坐标表示电流I，画出的I-U图像。 2．线性元件：I-U特性曲线是一条过原点的直线，也就是电流I与电压U成正比的元件。 3．非线性元件：I-U特性曲线不是一条直线，也就是电流I与电压U不成正比的元件。如图为二极管的I-U特性曲线，二极管为非线性元件。 有A、B两个导体，分别带正、负电荷。如果在它们之间连接一条导线R。 探究：(1)用导线连接后，电荷怎样移动？ (2)电荷的定向移动形成电流，如何描述电流的强弱？ [提示]　(1)导线中移动的是自由电子，故导体B上负电荷流向导体A。 (2)利用单位时间内通过导体横截面的电荷量描述电流的强弱。 　电流的理解与计算 1．电流形成的条件 (1)回路中存在自由电荷。 (2)电压。 (3)导体两端有持续电压是导体中形成持续电流的条件。 2．对I＝的理解 电流定义式 电流方向 (1)I＝是单位时间内通过导体横截面的电荷量，横截面是整个导体的横截面，不是单位横截面积 (2)当电解质溶液导电时，Q为通过某一横截面的正、负电荷量绝对值之和 (3)I与Q、t均无关 电流方向与正电荷定向移动方向相同，与负电荷定向移动方向相反(金属导体中电流的方向与自由电子定向移动方向相反) 【典例1】　在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子在定向移动，方向如图所示。如果测得2s内分别有个正离子和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？ 思路点拨：―→―→ [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＝1.60×10-19C。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的电荷量等于正、负两种离子电荷量的绝对值之和。 I＝A＋A＝0.16A。 [答案]　由A指向B　0.16A 应用公式I＝需注意的三个问题 (1)公式I＝反映的是在时间t内电流的平均值。 (2)计算电流大小时，要注意通过横截面的电荷量的计算(q、q1、q2均表示电荷量的绝对值)，常见的情况有以下两种： ①同种电荷同向通过某一横截面时，电荷量q＝。 ②异种电荷反向通过某一横截面时，若q1为正电荷，q2为负电荷，电荷量q＝q1＋|q2|。 (3)电解液导电时，在时间t内，有m个a价正离子通过溶液内横截面S，有n个b价负离子通过溶液内横截面S，则电流的大小I＝。 [跟进训练] 1．一太阳能电池对一用电器供电时，在1min时间内，通过该用电器的电荷量为1.2C，则通过用电器的电流为(　　) A．10mA