1 第一节 导体的I-U特性曲线-【金版新学案】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（粤教版2019）

第一节　导体的I-U特性曲线 　　　　 第三章 恒定电流 1.知道电流的定义、单位及方向的规定，理解恒定电流。 2.会推导电流的微观表达式，了解表达式中各物理量的含义。 3.掌握欧姆定律，理解伏安特性曲线的意义。 素养目标 知识点一　电流 1 知识点二　电流的微观表达式 2 知识点三　欧姆定律与导体的I-U特性曲线 3 课时测评 5 随堂达标演练 4 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 知识点一　电流 返回 自主学习 情境导学　流量Q是描述水流大小的物理量，其大小等于单位时间内通过某横截面积的水的体积，单位时间流出的水的体积越大，水流越大。计算公式Q＝ 。同理，电荷定向移动形成电流，类比水流流量，思考如何定义电流的大小。 提示：可用单位时间内通过某横截面积的电量表示电流的大小，即I＝ 。 教材梳理 (阅读教材P55－P56完成下列填空) 1．(1)电流的形成：电流是由电荷______移动形成的。 (2)形成电流的两个条件 ①有能够自由移动的电荷； ②导体两端存在电压。 定向 2．电流 (1)定义：通过某段导体横截面的________与所用时间t之比称为通过这段导体的电流。用I表示电流。 (2)定义式：I＝__。 (3)国际单位制中，电流的单位是______，简称安，符号是A。1 A＝1 C/s，常用的电流单位还有______(mA)和______(μA) 。 (4)电流的方向：习惯上规定________定向移动的方向为电流的方向。金属中电流的方向与电子定向移动的实际方向______。 3．直流和恒定电流 (1)直流：导体中的电流______不随时间而改变的电流。 (2)恒定电流：电流的______和______都不随时间而改变的电流。 电量Q 安培 毫安 微安 正电荷 相反 方向 方向 强弱 合作探究 问题探究　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量为Q1，通过此截面的负电荷量为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：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。 (多选)如图所示，电解池内有一价的电解液，t时间内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下说法中正确的是 A．正离子和负离子定向移动形成的电流方向都是从A到B B．电解液内正、负离子向相反方向移动，电流抵消 例1 √ √ 1．金属导体中的电流是由自由电子定向移动形成的，因此Q为通过导体横截面的自由电子的电荷量。 2．电解质溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反。　　 3．电解质溶液中的电流是正、负离子同时向相反方向定向移动形成的，因此Q为正、负离子电荷量的绝对值之和。 探究归纳 针对练．(2023·南山区校级月考)某新款手机的说明书标明该手机电池容量为4 800 mA·h，待机时间为20 d。说明书还标明，用该手机播放视频的续航时间是16 h，请估算播放视频的电流大约是待机电流的几倍 A．10　 B．15　　 C．30 D．31 √ 返回 知识点二　电流的微观表达式 返回 1.如图所示，导体长为l，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的平均速率为v，导体的横截面积为S，导体中单位体积内所含自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q。 (2023·广东佛山高二月考)如图所示，来自质子源的质子(初速度为零)，经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I，质子的质量为m，其电荷量为e。那么这束质子流内单位体积内所含质子数n为 例2 √ 针对练．(2023·广州市高二期中)一横截面积为S的铝导线，导线单位体积内含有的自由电子数为n，电子的电荷量为e，若电子定向移动的平均速率为v时，导线中的电流为I，则单位时间内通过导线某横截面的电子个数为 A．nev　　 B．nvS　　 √ 由电流的定义可得，Δt时间内通过导线某横截面的电荷量为Q＝IΔt，通过 的电子个数为N＝ ＝ ，单位时间内通过导线某横截面的电子个数为N0＝ ＝，故C、D错误；Δt时间内体积为vΔtS内的所有电子均能通过导线某横截面，通过的电子个数N＝nvΔtS，单位时间内通过导线某横截面的电子个数为N0＝ ＝nvS，故A错误，B正确。 返回 知识点三　欧姆定律与导体的I-U特性曲线 返回 自主学习 情境导学　现有两个导体a和b，利用如图所示的电路分别测量通过a和b的电流和其两端的电压，测得的实验数据见下表。   U/V 0 2.0 4.0 6.0 8.0 导体a I/A 0 0.20 0.40 0.60 0.80 导体b I/A 0 0.12 0.23 0.38 0.48 在坐标系中，用横轴表示电压U、用纵轴表示电流I，分别将a和b的数据在如图所示的坐标系中描点，并作出I-U图线如图所示。 (1)以导体a为例说明电流与它两端的电压有什么关系？ 提示：电流与电压成正比。 (2)对导体a、b，在电压U相同时，谁的电流小？谁对电流的阻碍作用大？ 提示：电压相同时，b的电流小，说明b对电流的阻碍作用大。 教材梳理 (阅读教材P56－P57完成下列填空) 1．欧姆定律 (1)内容：导体中的电流与导体两端的电压成____，与导体的电阻成_____。 (2)表达式：I＝__。 (3)电阻的表达式：R＝__。 正比 反比 2．导体的I-U特性曲线 (1)导体的I-U特性曲线：以纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U画出的I-U图像。 (2)导电器件分类 ①线性元件：导体的I-U特性曲线是通过坐标原点的______，即电流与电压成正比，具有这种特点的I-U特性曲线的电学元件称为线性元件。 ②非线性元件：I-U特性曲线不是______的电学元件称为非线性元件。 直线 直线 合作探究 问题探究　某非线性元件的伏安特性曲线如图所示，其电阻随电压增大如何变化，切线斜率代表元件的电阻吗？ 提示：随电压增大，元件电阻变小；切线斜率不代表元件电阻，图线上的点与原点连线的斜率的倒数表示电阻。 √ √ 角度1　欧姆定律 (多选)(2023·广东东莞高二上期中)由欧姆定律I＝ 导出U＝IR和R＝ ，则下列叙述正确的是 A．一定的电流流过导体，电阻越大，其两端的电压就越大 B．通过导体的电流跟导体两端的电压和导体的电阻均无关 C．导体的电阻由导体本身的性质决定，跟导体两端的电压及流过导体的电流的大小无关 D．导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比 例3 根据U＝IR可知，一定的电流流过导体，电阻越大，其两端的电压就越 大，A正确；根据I＝ 可知，通过导体的电流跟导体两端的电压和导体的电阻均有关，B错误；导体的电阻由导体本身的性质决定，跟导体两端的电压及流过导体的电流的大小无关，但是可以通过R＝ 计算导体的电阻，C正确，D错误。故选AC。 返回 公式 物理意义 适用条件 I＝ 某段导体电流、电压和电阻的关系 计算通过某段导体电流的大小，仅适用于纯电阻电路 R＝ 导体电阻的定义式，反映导体对电流的阻碍作用 R由导体本身决定，与U、I无关，适用于所有导体 探究归纳 针对练．(多选)已知两个导体的电阻之比R1∶R2＝2∶1，那么 A．若两导体两端电压相等，则I1∶I2＝2∶1 B．若两导体两端电压相等，则I1∶I2＝1∶2 C．若两导体中电流相等，则U1∶U2＝2∶1 D．若两导体中电流相等，则U1∶U2＝1∶2 √ √ 当两导体两端电压相等时，由I＝ 得I1∶I2＝R2∶R1＝1∶2，B正确， A错误；当两导体中电流相等时，由U＝IR得U1∶U2＝R1∶R2＝2∶1，C正确，D错误。 角度2　伏安特性曲线 (2023·广东佛山高二期中)某研究小组通过实验画额定电压为3 V的小灯泡的伏安特性曲线，在甲、乙两电路中，最好选用乙电路进行实验，理由是 √ 例4 A．能够使小灯泡两端的电压从零开始增大 B．能够控制电路的电流和电压 C．能够使通过小灯泡的电流更大 D．能够使小灯泡两端的电压更高 滑动变阻器在电路中的接法有分压式和限流式两种接法，“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，小灯泡电压或电流需要从零调节，所以滑动变阻器的接法采用分压式，所以选用乙电路进行实验，理由是能够使小灯泡两端的电压从零开始增大，故A正确，B、C、D错误。 返回   限流式接法 分压式接法 电路图(图中R为测量电阻，R0为滑动变阻器)   滑动变阻器与测量电阻串联   滑动变阻器的一部分与测量电阻并联之后，再与滑动变阻器的另一部分电阻串联 滑动变阻器接入电路的特点 采用“一上一下”的接法 采用“一上两下”的接法 滑动变阻器的两种接法及其应用 探究归纳   限流式接法 分压式接法 闭合开关前滑片位置 应在最左端，即保证滑动变阻器接入电路中的阻值最大 应在最左端，即开始时R上分得的电压为零 R两端的电压范围 U～U 0～U 通过R的电流范围 ～ 0～ 优点 电路连接简单，耗电少 R的电压调节范围大 探究归纳 (2024·广东佛山段考)如图是某导体的I-U图线，图中α＝45°，下列说法错误的是 A．通过该导体的电流与其两端的电压成正比 B．此导体的电阻R不变 C．I-U图线的斜率表示电阻的倒数，所以电阻R＝ Ω＝1 Ω D．在该导体的两端加6 V的电压时，每秒通过导体横截面的电荷量是3 C √ 例5 返回 图线 比较 内容 I-U图线 U-I图线 斜率 图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体电阻的倒数 图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体的电阻 线性元件图线的形状 R1＞R2 R1＜R2 探究归纳 图线 比较 内容 I-U图线 U-I图线 非线性元件图线的形状 电阻随U的增大而增大 电阻随I的增大而减小 返回 探究归纳 随堂达标演练 返回 √ 1.(2024·广东深圳段考)如图所示的电解池，通电1 s内共有0.2 C的正离子和0.3 C的负离子通过截面xy，则这个电路中的电流是 A．0.5 A　 B．0.2 A　　 C．0.8 A　　 D．0.1 A 由题可知1 s内通过截面的电量为Q＝0.2 C＋0.3 C＝0.5 C，则这个电路中的电流是I＝ ＝0.5 A，故选A。 √ 2.如图所示，一根横截面积为S的均匀带电长直橡胶棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动，棒单位长度所带电量为－q(q＞0)。由于棒的运动而形成的等效电流大小和方向是 A．vq，方向与v的方向相反 B．vq，方向与v的方向相同 C．vqS，方向与v的方向相同 D．vqS，方向与v的方向相反 橡胶棒带负电，等效电流方向与v的方向相反，由电流定义式可得I＝ ＝ ＝vq，故A正确，B、C、D错误。 √ 3．(多选)对于欧姆定律的理解，下列说法中正确的是 A．由I＝ ，通过电阻的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比 B．由U＝IR，对一定的导体，通过它的电流越大，它两端的电压也越大 C．由R＝ ，导体的电阻跟它两端的电压成正比，跟通过它的电流成反比 D．对所有的导体，在温度不变的情况下，它两端的电压与通过它的电流的比值保持不变 √ 根据欧姆定律可知通过电阻的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比，故A正确；根据U＝IR，对一定的导体，通过它的电流越大， 它两端的电压也越大，故B正确；导体的电阻是由它本身的性质决定的， 与加在它两端的电压以及流过它的电流无关，故C错误；根据R＝ ， 对一定的纯电阻导体，在温度不变的情况下，电阻保持不变，它两端的电压与通过它的电流的比值保持不变，故D错误。 √ 4．(2023·广东中山高二期末)图甲为测绘小灯泡I-U特性曲线实验电路图，图乙为实验所得I-U特性曲线，小灯泡额定电压为3 V。以下说法正确的是 A．开关闭合前滑动变阻器的滑片应该置于最右端 B．图线表明小灯泡的电阻随温度的升高而减小 C．小灯泡正常工作时的电阻为15 Ω D．小灯泡的电阻保持不变 开关闭合前滑动变阻器的滑片应该置于最左端，A错误；随电压的增加，图线上各点与原点连线的斜率减小，则电阻增大，即表明小灯泡的阻 随温度的升高而增大，B错误；小灯泡正常工作时电压为3 V，电为 0.2 A，则电阻为R＝ ＝15 Ω，C正确；由题图乙可知，小灯泡的电阻在逐渐增大，D错误。 返回 课 时 测 评 返回 1．关于公式I＝ ，下列说法中正确的是 A．式中的Q表示单位时间内通过导体横截面的电量 B．式中的Q表示通过导体单位横截面积的电量 C．比值 能表示电流的强弱 D．该公式表明电流跟通过导体横截面的电量成正比，跟通电时间成反比 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 2．雷击，指打雷时电流通过人、畜、树木、建筑物等而造成杀伤或破坏，其中一种雷击形式是带电的云层与大地上某点之间发生迅猛的放电现象，叫作“直击雷”。若某次发生“直击雷”前瞬间云层所带的电量为8 C，雷击时放电时间为200 μs，则此次雷击时的平均电流为 A．0.04 A B．4×104 A C．0.08 A D．8×104 A √ 已知雷击时放电时间为200 μs，放电量等于8 C，则此次雷击时的平均电流为I＝ ＝ A＝4×104 A，故B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 3．(2024·广东东莞高二上阶段练习)一段东西方向放置的横截面积为0.05 cm2的导电材料中，每秒内有0.4 C正电荷向东移动，有0.6 C负电荷向西移动，则电流大小和方向是 A．0.2 A，向东 B．0.2 A，向西 C．1 A，向东 D．1 A，向西 电流的定义式是I＝ ，在导电材料中，Q指正负电荷绝对值的和，所以I＝1 A，方向与正电荷定向移动的方向相同，即向东，故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 4．北京正负电子对撞机的储存环是周长为L的近似圆形的轨道，环中的n个电子以速度v定向运动，已知电子的电荷量为e，则n个电子形成的电 流为 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 5. (2023·广东佛山高二上期中)有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为e。此时电子的定向移动速度为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为 A．nvS　　 B．nvΔt　　 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 根据电流的定义式可知，在Δt时间内通过导线横截面的电荷量Q＝IΔt， ，故C正确，D错误； 由于自由电子定向移动的速度是v，因此在Δt时间内，位于以横截面S、长L＝vΔt的这段导线内的自由电子都能通过横截面，这段导线的体积V＝SL＝SvΔt，所以Δt时间内通过横截面S的自由电子数为N＝nV＝nSvΔt，故A、B错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 6.如图是两个不同电阻的I-U图像，则从图像中可知 A．R1表示小电阻值的图像，且阻值不恒定 B．R2表示大电阻值的图像，且阻值恒定 C．R1表示大电阻值的图像，且阻值恒定 D．R1表示大电阻值的图像，且阻值不恒定 I-U图像中图线是过原点的直线，表示电阻不变，其斜率表示电阻的倒数，R1表示小电阻值的图像，R2表示大电阻值的图像，且阻值都是恒定的，故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 7．(2024·广东汕头高二上段考)两个电阻的U-I图像如图所示，则R1、R2的电阻比是 A．3∶1　　 B．6∶1　　 C．1∶2 D．1∶4 √ I-U图像中图线是过原点的直线，表示电阻不变，其斜率表示电阻的倒数，R1表示小电阻值的图像，R2表示大电阻值的图像，且阻值都是恒定的，故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 8.(2024·广东汕头高二上期中)a、b两元件的伏安特性曲线如图所示，图中α＝45°，关于两电阻的描述正确的是 A．元件a的阻值随电压的增大而增大 B．因I-U图线的斜率表示电阻的倒数，故电阻b的阻值R＝ ＝1.0 Ω C．在两图线的交点处，电阻a的阻值等于电阻b的阻值 D．在两图线的交点处，电阻a的阻值小于电阻b的阻值 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 9．(多选)(2024·广东佛山高二上阶段练习)关于电流，下列说法正确的是 A．通过导体横截面的电荷量越少，导体中的电流一定越小 B．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大 C．由I＝nqvS可知，同一粗细均匀的铜导线内电荷定向移动的速率越大，电流越大 D．电流是标量 √ √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 根据I＝ 可知，通过导体横截面的电荷量越少，导体中的电流不一定 越小，单位时间通过导体横截面的电荷量越多，电流越大，故A错误，B正确；根据I＝nqvS可知，同一导体中，电子的定向移动速率越大，电流越大，故C正确；电流虽有方向，但是运算满足代数法则，是标量，故D正确。故选BCD。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 10．在电阻为4 Ω的导体中通以恒定电流，5 s内通过导体横截面的电荷量是10 C，这时加在导体两端的电压是 A．8 V　 B．12 V　　 C．0.2 V　　 D．200 V 由电流定义式可得I＝ ＝ A＝2 A，由欧姆定律得导体两端的电压为 U＝IR＝2×4 V＝8 V，故选A。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 11.一根横截面积为S的铜导线，通过的电流为I，已知铜的密度为ρ，铜的摩尔质量为M，电子电荷量为e，阿伏伽德罗常数为NA，设每个铜原子只提供一个自由电子，则铜导线中自由电子定向移动的平均速率为 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 设铜导线中自由电子定向移动的平均速率为v，自由电子从一端定向移 到另一端所用时间为t，铜导线中每个铜原子可提供一个自由电子，则 铜原子数与自由电子的总数相等，即N＝ NA，t时间内通过铜导线 横截面的电荷量为Q＝Ne，则电流大小为I＝ ＝ ，解得＝ ，故选A。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 12．(8分)图甲为某同学测绘额定电压为2.5 V的小灯泡的I-U特性曲线的实验电路图。 (1)根据电路图，用笔画线代替导线，将图乙中的实验电路连接完整。 实验电路连接如图甲所示。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (2)开关S闭合之前，图乙中滑动变阻器的滑片应该置于________(选填“A端”“B端”或“AB中间”)。 A端 开关S闭合后，调节滑动变阻器的滑片应使小灯泡两端的电压从零逐渐增大，防止小灯泡被烧毁。所以开关S闭合之前，滑片应该置于A端。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (3)实验中测得有关数据如下表所示： U/V 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 I/A 0.10 0.16 0.20 0.23 0.25 0.26 0.27 根据表中的实验数据，在图丙中画出小灯泡的I-U特性曲线。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 画出小灯泡的I-U特性曲线如图乙所示。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (4)该灯泡以额定电压工作时灯丝的电阻约为____________________ Ω。 9.5(9.3～9.6均可) 从I-U图中可以得出，小灯泡的电压为 2.5 V时，通过小灯泡的电流约为0.262 A， 小灯泡以额定电压工作时灯丝的电阻R＝ ≈9.5 Ω。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 13．(8分)将一恒定电压U0加在电阻R两端，测得通过R的电流为I0，更换电阻R为2R后，电流减少了1.2 A，如更换一阻值为6R的电阻，通过的电流变为多少？ 返回 答案：0.4 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 谢 谢 观 看 ！ 第三章 恒定电流 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 正离子定向移动的方向和负离子定向移动的反方向是电流的方向，都是从A到B，故A正确，B错误；由I＝得I＝，故C错误，D正确。 C．　　 D． 公式I＝、R＝的理解 A．　　 B．　　 C．　　 D． C．　　 D． 所以在这段时间内通过的自由电子数为N＝＝ A．　　 B． C．　　 D． $$