2.1 电流 电压 电阻（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第三册（教科版2019）

第1节　电流　电压　电阻　 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.理解电流的概念。 2．掌握形成电流的条件和电流的方向、大小的计算。 3．能对电流的产生做出微观解释。 4．知道电压形成的原因。 5．了解电阻是怎样形成的。 1.了解电流的微观原理及其定义式，知道电流的方向是如何规定的。 2．会用多用电表测量电压、电流及电阻，并知道电势的高低。 　　了解电源的发明对人类的生产生活产生的巨大影响。 一、温故而知新 1．电路至少由电源、用电器、导线和开关四部分组成。电路元件有串联和并联两种最基本的连接方式。 2．电荷的定向移动形成电流，符号I，单位：安培(A)，电流虽然有大小和方向，但电流是标量(选填“矢量”或“标量”)，规定电流的方向为正电荷定向移动的方向。 3．电流的大小：某段时间内通过导体横截面的电荷量q与通电时间t的比值。定义式：I＝。 4．一段导体中要形成持续的电流需要导体两端要有持续的_电势差，即电压。 5．电压的测量：将电压表与被测电路并联；电流的测量：将电流表与被测电路串联。 6．部分电路欧姆定律：通过导体的电流I跟它两端的电压U成正比，跟它的电阻R成反比。 表达式：I＝。 二、恒定电场与恒定电流 1．电流的微观表达式I＝nqvS，其中各个字母的物理意义是：n：导体单位体积内自由电荷个数；q：单个自由电荷的电荷量；v：自由电荷定向移动的速率；S：导体横截面积。 2．恒定电流：大小和方向不变。 三、认识多用电表 多用电表：可以用来测量交流或者直流电压和电流，电阻等。 判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)静电场中的电势、电势差与电场强度的关系，在恒定电场中同样适用。(　　√　　) (2)电流既有大小，又有方向，是矢量。(　　×　　) (3)电流的方向与电荷定向移动的方向相同。(　　×　　) (4)恒定电流的大小、方向均不变。(　　√　　) (5)由于I＝，所以I正比于q，反比于t。(　　×　　) 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 探究点一___对公式I＝的理解 下图是模拟电流形成的示意图。电流的形成与水流相似，图中A、B带有等量的异种电荷，如果用导线将A、B连接，导线中产生电流。 [问题设计] (1)结合水流思考能够产生持续电流条件是什么？ 提示：导体两端有持续的电压。 (2)计算电流的大小与计算水流或者车流的大小相似，思考一下如何计算电流的大小？ 提示：通过导体横截面的电荷量与所用时间的比值。 1．电流：电荷的定向移动形成电流。规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。产生持续电流的条件是导体两端存在持续的电压。 2．电流大小的定义式：I＝。单位：安培，简称安，符号A。用电流表测量某段电路中的电流时，应将电流表与所测部分电路串联。 3．电压：即电势差。单位：伏特，简称伏。符号V。 4．导体两端存在电压，在导体内部会产生电场，在电场的作用下，导体内部的自由电荷会发生定向移动，形成电流，同时将电能转化为其他形式的能量(如内能或者机械能)。使用电压表测量某段电路两端的电压时，应将电压表与所测部分电路(或元件)并联。 5．电阻：反应导体对电流阻碍性质的物理量。电流流过电阻都会产生热量。单位：欧姆，简称欧，符号Ω。 6．部分电路欧姆定律：通过导体的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比。I＝。 (1)注意公式中各个物理量的对应关系，即U是加在某段电路或者电阻两端的电压，R是该段电路的电阻，电流I是在该电压下产生的电流。 (2)导体的电阻由导体自身决定，与电压或者电流无关。 (3)含有电动机或者电解槽等元器件的电路不适合该定律。 【例1】如图所示的电解池接入电路后，在t秒内有n1个一价正离子通过溶液内某截面S，有n2个一价负离子通过溶液内某截面S，设e为元电荷，以下说法正确的是(　　) A．当n1＝n2时，电流为零 B．当n1>n2时，溶液中电流方向从A→B，电流为I＝ C．当n1<n2时，溶液中电流方向从B→A，电流为I＝ D．溶液中电流方向A→B，电流为I＝ D　解析：根据正电荷定向移动的方向为电流的方向，负电荷定向移动的方向与电流的方向相反，可判断出溶液中电流方向为A→B，选项A、C错误；由题意t秒内流过横截面S的电荷量q＝(n2＋n1)e，代 入I＝，得电流为I＝，选项B错误，D正确。 [练1] 对电流的正确理解是(　　) A．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大 B．导体的横截面越大，电流越大 C．导体中的自由电荷越多，电流越大 D．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流越大 D　解析：电流的大小取决于电荷量与时间的比值，即单位时间内通过导体横截面的电荷量越大，电流越大；与横截面的大小及自由电荷无关。 【例2】某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示，则下列说法中正确的是(　　) A．加5 V电压时，导体的电阻约是5 Ω B．加11 V电压时，导体的电阻约是1.4 Ω C.由图可知，随着电压的增大，导体的电阻不断减小 D．此导体为线性元件 A　解析：对某些导电器材，其伏安特性曲线不是直线，但曲线上某一点的值仍表示该点所对应的电阻值。当导体加5 V电压时，电阻R1＝＝5 Ω，A正确；当导体加11 V电压时，由题图知电流约为1.4 A，电阻R2大于1.4 Ω，B错误；当电压增大时，值增大，导体为非线性元件，C、D错误。 [练2] 如图所示，甲、乙分别是两个电阻的I­U图线，甲电阻阻值为________Ω，乙电阻阻值为________Ω，电压为10 V时，甲中电流为________A，乙中电流为________A。 答案：2.5，5，4，2 解析：根据I­U图线得R甲＝ Ω＝2.5 Ω，R乙＝ Ω＝5 Ω，根据欧姆定律得，甲中的电流I甲＝＝ A＝4 A，乙中的电流I乙＝＝ A＝2 A。 探究点二___恒定电场与恒定电流 下图是一段金属导体内部自由电子运动的示意图。当金属导体上不加电场时，导体内的自由电子做无规则热运动。将导体两端加上稳定的电压时…… [问题设计] 导体两端加上稳定的电压时，导体中建立稳定的电场，如何从微观的角度探究电流的形成以及电流的大小取决于哪些因素？ 提示：导体中建立稳定的电场时，自由电荷在电场力作用下定向移动形成电流，利用电流定义可以探究电流的大小与哪些因素有关。 1．导体两端加上稳定的电压，导体中形成恒定的电场，导体内的自由电荷在电场力作用下做定向移动，由于自由电荷之间的相互碰撞等原因，定向移动的速率保持不变。 2．探究电流的微观解释 (1)推导：设对一段导线通以强度为I的电流，导线的横截面积为S，电荷定向移动的速率为v，单位体积内的自由电荷数为n，通电时间为t，则在这段时间内： 自由电荷定向移动的距离为L＝vt 通过导体横截面的电荷量为Q＝nqV＝nqSL＝nqSvt 根据电流的定义式，得I＝＝＝nqvS。 (2)公式：I＝nqvS(微观决定式) 3．三种速率比较 自由电荷定向移动的速率 自由电荷定向移动形成电流，其中电荷定向移动的平均速率约为10－4 m/s 无规则热运动速率 导体中的自由电子在不停地做无规则运动，由于沿各个方向无规则运动的机会相等，故不能形成电流。常温下自由电子热运动的速率约为105 m/s 电场传播速率(或电流传导速率) 就是导体中建立电场的速率，等于光速，为3×108 m/s。闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，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 【例3】 如图所示为一块均匀的长方体金属导体，长为a，宽为b，厚为c。在导体EF两侧加上电压U，导体中的自由电子在电场力的作用下开始定向移动，形成电流。根据电荷守恒定律，单位时间内通过导体横截面的电荷量应相同。设电子的带电量为e，单位体积内的自由电子数为n，自由电子定向移动的平均速率为v，则在时间 Δt内，通过长方体金属导体样品的自由电子数目N为(　　) A．N＝ B．N＝ C．N＝nvabΔt D．N＝nvbcΔt D　解析：由电流的定义式有I＝＝，根据电流的微观表达式I＝neSv＝nebcv，则自由电子数目N为N＝＝＝nbcv·Δt。D正确。 [练3] 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． C． D． D　解析：单位体积的电子数为N＝，根据I＝NeSv可得v＝＝。D正确。探究点三___认识多用电表 上图是两种常见的多用电表，查阅资料和电表的使用说明书，看一下如何使用多用电表进行测量。 [问题设计] 使用电表测量前应当先进行什么操作？指针式多用电表的刻度一样吗？有什么不同。 提示：使用电表测量前，首先要进行机械调零。测量直流电压和电流的刻度盘是均匀的，零刻度线在左侧。测量电阻的刻度盘是不均匀的，且零刻度线在右侧。 1．多用电表的外部构造(如图所示) (1)转动选择开关可以使用多用电表测量电流、电压、电阻。电压、电流的挡位对应量程，电阻挡位对应的是测量倍率。 (2)表盘的上部为表头。直流电压和电流的刻度均匀，零刻度线在左侧。欧姆表的刻度不均匀，零刻度线在右侧。 2．多用电表的内部结构 挡位以及对应的电表： 挡位 对应的电表 1 大量程电流表 2 小量程电流表 3 小倍率欧姆表 4 大倍率欧姆表 5 小量程电压表 6 大量程电压表 3．欧姆表原理(多用电表测电阻原理) (1)构造：如图所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成。 (2)欧姆表内部：电流表、电池、调零电阻串联。 外部：接被测电阻Rx。 (3)刻度的标定：红、黑表笔短接(被测电阻Rx＝0)时，调节调零电阻R，电流表的指针达到满偏，这一过程叫欧姆调零。即指针指在欧姆表的零刻度线。欧姆表最左侧的刻度线为无穷大。使用欧姆表测量电阻读数时，应当乘以倍率。 【例4】(多选)关于多用电表上的欧姆刻度线，下列说法中正确的是(　　) A．零欧姆刻度线与零电流刻度线重合 B．零欧姆刻度线与电流表满偏刻度线重合 C．欧姆刻度线是不均匀的，欧姆值越大，刻度线越密 D．欧姆刻度线是不均匀的，欧姆值越小，刻度线越密 BC　解析：电流的刻度线是均匀的，因为指针偏转的角度与电流成正比；而欧姆刻度线是不均匀的，因为待测电阻的阻值与电流并不成正比。欧姆刻度线的特点是，电阻的阻值越大，刻度线越密集，选项C正确；另外，在闭合电路中，电流为零时，电阻为无限大，电流最大时，电阻最小，故选项B正确。 [练4] (多选)关于多用电表的使用，下列说法不正确的是(　　) A．表盘上电阻的刻度线不均匀，越靠近右侧刻度线越密集 B．使用完毕应把选择开关旋到OFF挡或交流电压最高挡 C．测量电阻时，第一次测量之前要欧姆调零，之后就算换倍率测量，也没有必要重新欧姆调零 D．测量直流电压、直流电流时电流从“＋”接线柱流入多用电表，测电阻时电流从“－”接线柱流入多用电表 ACD　解析：欧姆挡刻度分布不均匀，越靠近左侧刻度线越密集，故A错误；使用完毕应把选择开关旋到OFF挡或交流电压最高挡，故B正确；测量电阻时，第一次测量之前要欧姆调零，之后只要换倍率测量，就必须重新欧姆调零，故C错误；测量直流电压、直流电流时电流从“＋”接线柱流入多用电表，测电阻时也是电流从“＋”接线柱流入多用电表，故D错误。 1．下列说法中正确的是(　　) A．电荷定向移动的方向就是电流的方向 B．电路中，电流的方向从电源的正极流向负极 C．根据R＝可知，导体的电阻与导体两端电压成正比，与通过导体的电流成反比 D．金属的电阻率随温度的升高而增大 D　解析：物理学上规定，正电荷定向移动的方向就是电流的方向，A不符合题意； 在电源外部电路中，电流的方向是从电源的正极流向负极，电源内部电流的方向是从电源负极流向正极，B不符合题意；R＝是电阻的定义式，采用比值法定义，可知，导体电阻与导体两端电压和通过导体的电流无关，C不符合题意；金属的电阻率随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，D符合题意。 2．在示波管中，电子枪2 s内发射了6×1013个电子，则示波管中电流的大小为(　　) A．4.8×10－6 A B．3×10－13 A C．9.6×10－6 A D．3×10－6 A A　解析：每个电子的电荷量大小为e＝1.6×10－19 C，6×1013个电子总电荷量为q＝6×1013×1.6×10－19 C＝9.6×10－6 C，则示波管中电流大小为I＝＝ A＝4.8×10－6 A。A正确。 3．导体的电阻是4 Ω，在60 s内通过导体横截面的电荷量是240 C，这时加在导体两端的电压是(　　) A．8 V　　　　　　　 B．16 V C．20 V D．32 V B　解析：由电流的定义式可得电流强度为I＝＝ A＝4 A，加在导体两端的电压为U＝IR＝4×4 V＝16 V。B正确。 4．欧姆表是由表头、干电池和调零电阻等串联而成的。有关欧姆表的使用和连接，下列说法正确的是(　　) A．测电阻前要使红、黑表笔短接，调节调零电阻，使表头的指针指最左端 B．红表笔与表内电池正极相接，黑表笔与表内电池负极相连接 C．红表笔与表内电池负极相接，黑表笔与表内电池正极相连接 D．测电阻时，表针偏转角度越大，待测电阻值越大 C　解析：测量电阻之前都要进行欧姆调零，使指针指最右端电阻为零处，所以A错误；由欧姆表内部结构可知B错误，C正确；测电阻时，表针偏转角度越大，说明通过表头的电流越大，待测电阻值越小，故D错误。 [课时梯级训练(10)见P149] 学科网（北京）股份有限公司 $$