2.1 电流 电压 电阻 课件 -2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

第二章 电路及其应用 2.1 电流 电压 电阻 学习目标 1.知道电路、电流、电压、恒定电场及恒定电流等基本概念。 2.理解电流的定义式 I＝ ，并会分析相关问题；了解电流的微观表达式；掌握欧姆定律的内容及公式；了解欧姆表的内部结构和刻度特点，知道多用电表的测量功能。 3.会推导电流的微观表达式。 4.实事求是地对导体中的三种速度进行比较。 新课导入 1800 年，一个具有伟大意义的事件发生了：伏特（A. Volta，1745—1827）发明了电池，并用它得到持续 稳定的电流。这开创了人类认识和实际利用 电能的新纪元，今天的电力技术就是在此基 础上发展起来的。 什么是电流、电压和电阻？怎样测量 它们？本章将探究与此相关的一系列问题。 温故而知新 电路就是把电源、用电器、开关用导线连接起来组成的电流可流过的路径。 电源 导线 用电器 开关 ①电源：提供电能的装置叫作电源。 ②用电器：消耗电能的元器件，把电能转化为其他形式的能。 ③开关：用来接通或断开电路，控制用电器工作，起控制电路的作用。 ④导线：用来连接电路，输送电能。 通路：正常接通的电路，即用电器能够工作的电路。 特点：电路有持续电流，用电器工作。 断路：电路中某处被切断，没有电流通过的电路。 特点：电路没有电流，用电器不工作。 温故而知新 短路： 直接用导线将电源的正、负极相连的电路——电源被短路。 电源短路：不经过用电器，直接用导线把电源正、负极连接起来。 用电器被短接：电路是接通的，但用电器两端被导线直接接通，这种情况叫作该用电器被短接，也称局部短路，此时该用电器不工作。 可能把电源烧坏，甚至引起火灾！ 温故而知新 温故而知新 电路图 L2 L1 S 第一种连接方法： 小灯泡首尾相连 两个小灯泡首尾相连，然后连接到电路中，我们就说这两个小灯泡是串联的。 温故而知新 实物图 L2 L1 S 第二种连接方法： 实物图 L1 L2 S L2 S L1 电路图 两个小灯泡的两端分别连接在一起，然后连接到电路中，我们就说这两个小灯泡是并联的。 未通电时，自由电子的移动杂乱无章 通电后，自由电子定向移动，形成电流 电流是自由电荷的定向移动形成的 某段时间内通过导体截面的电荷量q与通电时间t的比叫作电流 电流的单位是安培，简称安，符号是A。 温故而知新 （1）电压：电路中产生电流的原因，电源在电路中的作用就是提供电压，不同的电源在电路两端提供的电压一般不同，电压通常用U 表示。 （2）国际单位：伏特（简称“伏”） 符号是V 常用单位：千伏（kV） 毫伏（mV） 换算关系：1kV=1000V 1V=1000mV （3）表述电压时，不能说是哪一点的电压，应该是“哪一个用电器两端的电压”或“哪两点间的电压”。 温故而知新 1．在物理学中，用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。 导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用就越大。导体的电阻通常用字母R表示。 2．单位：欧姆（ohm），简称欧，符号Ω。 3．电阻的单位还有：兆欧（MΩ） 千欧（kΩ） 换算关系是： 　　1 kΩ = 1 000 Ω= 103 Ω 　　1 MΩ = 1 000 000 Ω=106 Ω 欧姆 温故而知新 I = U R 电流 电阻 电压 2. 数学表达式 如果用U 表示导体两端的电压，R 表示导体的电阻，I 表示导体中的电流，那么用公式表示就是： U I R 1. 欧姆定律的内容 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。 + + + + + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + - - - - - - 电流是由自由电荷的定向移动形成的 金属导体中，原子核对电子的束缚能力较弱，电子很容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子 橡胶等绝缘体内，原子核对电子的束缚能力较强，很少有电子挣脱而成为自由电子 回路中存在自由电荷是形成电流的条件 电流的形成 新课讲解 （1）存在自由电荷 　 金属导体——自由电子 电解液 ——正、负离子 气体导电——正、负离子和自由电子 （2）导体两端存在电压（电势差） 　　 当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流。 形成电流的条件： P B A — — _ _ _ _ _ _ _ — — — + + + + + + + 新课讲解 - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P A、B周围空间的电场是由电源导线等电路元件积累的电荷所形成的，电荷分布处于动态平衡的状态，产生稳定的电场，叫作恒定电场 M N E0 F Fn Ft 问题：A、B周围空间产生的电场是何种电场? M N E0 E0 E′ M N E 导线内的电场沿导线方向 恒定电场 新课讲解 恒定电场 恒定电流 电场强度不变 由于阻力自由电子定向运动的平均速率不变 串一个电流表，读数不会变 新课讲解 电流是标量。它的运算不遵循平行四边形定则。 恒定电流 1.大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。 2.电流（ I ）：表示电流的强弱程度。 如果 I 表示电流，q 表示在t时间内通过导体横截面的电荷量，则 单位：国际单位 安培（A） 1 A=1 C/s 常用单位 毫安（mA）、微安（μA） 方向：正电荷定向移动的方向 新课讲解 电流强度的微观表达式 AD表示粗细均匀的一段导体长为，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为，设导体的横截面积为，导体每单位体积内的自由电荷数为，每个自由电荷的电荷量为。 新课讲解 AD导体中的自由电荷总数： 总电荷量： 所有这些电荷通过横截面D所需的时间 由可得： 导体AD中的电流 从微观上看，电流决定与导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关 1、多用电表：是一种多功能仪表 2、作用：可用来测量直流电流、直流电压、交变电流、交变电压以及电阻；也可以用来检修。 3、常见的多用电表用法： 认识多用电表 选择开关旋转到电阻区域的某个量程处，它就是一个测量电阻的表，称为电阻表（或欧姆表），这时表内部有电池作为电路的电源，如图所示 表内部电源的正极接黑表笔，负极则通过调零电阻、表头接到红表笔。 使用前先把两支表笔短接（直接接触），对于表头内部来说，电流仍是从红表笔一端流入而流向黑表笔一端，这时可看到指针偏转到表盘右侧接近满偏处。调整电阻挡调零旋钮（如标有↙Ω↘的旋钮），即调节图2-1-4中的调零电阻的阻值，使得指针指示电阻挡刻度线的零位置（最右边），再用两支表笔分别接触待测电阻的两端，待表的指针稳定下来后读取数据，把该数值乘以相应的倍率，即得到待测电阻的阻值。如果指针偏转的角度过大或过小，应该旋转选择开关以改变倍率，重新把两表笔短接进行电阻调零，然后再进行测量。如果测量时指针稳定下来后处于靠近表盘中间的位置，则测量结果比较准确。 新课讲解 D 新课讲解 AC B 课堂拓展 思考：既然电子的定向运动速率很小，为什么闭合开关时电路中的电灯立刻就亮了呢？ 实际上，闭合开关的瞬间，电路中的各个位置以光速迅速建立了电场。随着电场的建立，电路中各处的自由电子在静电力的作用下几乎同时开始做定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。 电子定向移动的速率约10-5m/s 电子热运动的平均速率105m/s 电场的传播速率3×108m/s 内阻Rg：表头的电阻 满偏电流Ig：指针偏转到最大刻度时，流过表头的电流 满偏电压Ug：表头通过满偏电流时，表头两端的电压Ug＝IgRg 小量程电流表G(表头)的三个参量 表头所能测量的电压值是有限的，为了测量更大的电压，可以采用什么方法？ 表头就是一个电阻，可通过串联电阻的方式，将表头改装成大量程的电压表。 (1)表头G改装电压表的原理： 给电流计串联一个较大的电阻，分担较多的电压UR。 (2)电压量程扩大n倍，分压电阻的计算 分压电阻 电压表的改装 → → V → → G U U 改装后量程＝Ig(Rg+R) 表头G改装成大量程的电流表 （1）测量较大的电流时，则要并联一个分流电阻 R，把小量程的表头改装成大量程的电流表。电流表可以看作一个 电流可读的“小电阻”。 （2）并联电阻 R 的作用是分去一部分电流，起这种作用的电阻常常被叫作分流电阻。 电流表的总电阻 改装后量程＝ 跟踪训练 C 跟踪训练 跟踪训练 AD 跟踪训练 跟踪训练 A B C D C 跟踪训练 课堂小结 电流、电压、电阻 电路、电流、电压、欧姆定律 恒定电场、恒定电流 认识多用电表 结构 电流流向 使用 电流的大小 定义式 微观表达式 欧姆定律 本节到此结束 祝学习愉快 【例1】　如图所示，电解池内有一价的电解液，时间t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，以下解释中正确的是(　　) A．正离子定向移动形成电流方向从A→B，负离子定向移动形成电流方向从B→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→B，电流强度I＝eq \f(n1e,t) D．溶液内电流方向从A→B，电流强度I＝eq \f(n1＋n2e,t) 思路点拨：(1)电流的方向：与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反。 (2)通过某一截面的电荷量为通过该截面正、负离子电荷量的绝对值之和。 D　[正电荷定向移动的方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，A、B错误；有正、负电荷反向经过同一截面时，公式I＝eq \f(q,t)中q应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故I＝eq \f(n1e＋n2e,t)，电流方向由A指向B，C错误，D正确。] 【例2】　(多选)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，此电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为(　　) A．nvSΔt　　　　B．nvΔt　　　　C．eq \f(IΔt,e)　　　　D．eq \f(IΔt,Se) 思路点拨：(1)电子数等于总电荷量除以每个电子的电荷量，所以求出通过横截面的电荷量，即可求出电子数。 (2)单位体积内的电子数已知，只要求出Δt时间内有多少体积的电子通过横截面，即可求出电子数。 AC　[因为I＝eq \f(q,Δt)，所以q＝I·Δt，自由电子数目为N＝eq \f(q,e)＝eq \f(IΔt,e)，C正确，D错误；又因为电流的微观表达式为I＝nevS，所以自由电子数目为N＝eq \f(q,e)＝eq \f(IΔt,e)＝eq \f(nevSΔt,e)＝nvSΔt，A正确，B错误。] 【例3】　如图所示为多用电表电路图， 如果用该多用电表测量直流电压U和电阻R， 红表笔插入多用电表的正(＋)插孔，则(　　) A．前者电流从红表笔流入多用电表，后者电流 从红表笔流出多用电表 B．前者电流从红表笔流入多用电表，后者电流从红表笔流入多用电表 C．前者电流从红表笔流出多用电表，后者电流从红表笔流出多用电表 D．前者电流从红表笔流出多用电表，后者电流从红表笔流入多用电表 B　[题图中所示是多用电表电路图，无论是测电压U还是测电阻R，电流都是从红表笔流入多用电表，从黑表笔流出多用电表，选项B正确。] 安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流。设带电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，其电流的等效电流强度I和方向为(　　) A．eq \f(ve,2πr)　顺时针　　　　　B．eq \f(ve,r)　顺时针 C．eq \f(ve,2πr)　逆时针 D．eq \f(ve,r)　逆时针 C　[电子绕核运动可等效为一环形电流，电子运动周期为T＝eq \f(2πr,v)，根据电流的定义式得：电流强度为I＝eq \f(q,t)＝eq \f(e,T)＝eq \f(ve,2πr)，因为电子带负电，所以电流方向与电子定向移动方向相反，即沿逆时针方向，故C项正确。] (多选)如图所示，将左边的细铜导线与右边的粗铜导线连接起来，已知粗铜导线的横截面积是细铜导线横截面积的两倍，在细铜导线上取一个截面A，在粗铜导线上取一个截面B，若在1 s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的(　　) A．电流相等 B．电流不相等 C．自由电子定向移动的速率相等 D．自由电子定向移动的速率不相等 AD　[由电流定义知I＝eq \f(q,t)＝eq \f(ne,t)，故A正确，B错误；由电流的微观表达式I＝nSqv知，I、n、q均相等，因为SA<SB，所以vA>vB，故C错误，D正确。] 以下是欧姆表原理的电路示意图，正确的是(　　) C　[选项B的欧姆表中没有可调电阻，B错；选项A、D电流表的负极接到了电源的正极，A、D错；红表笔应接电源的负极，黑表笔应接电源的正极，C对。] $$