第一节 导体的伏安特性曲线（导学案）物理粤教版必修第三册

第一节 导体的I-U特性曲线 1.物理观念：理解导体的伏安特性曲线的物理含义，能说出I-U图像中某点坐标、斜率、曲率所代表的物理意义；能区分线性元件（如金属电阻）与非线性元件（如小灯泡〉的I-U特性差异，并解释其成因。 2.科学思维：能运用控制变量法设计测量导体电流与电压关系的实验方案，具备初步的实验设计能力；能根据实验数据绘制I-U图像，通过图像分析判断元件是否遵循欧姆定律，并进行合理外推与比较。 3.科学探究：经历完整的实验探究过程:提出问题→设计实验→收集数据→分析图像→得出结论，提升动手操作与团队协作能力；能正确连接电路，规范使用电压表、电流表和滑动变阻器，准确记录多组实验数据。 4.科学态度与责任：在实验过程中养成实事求是、严谨细致的科学态度，尊重实验数据，敢于质疑异常现象；认识到物理图像在科学研究中的重要价值，体会从实验中发现规律的科学方法，增强探索自然的兴趣与责任感。 1.掌握描绘导体I-U特性曲线的实验方法，理解图像的物理意义(重点)。 2.理解线性元件与非线性元件的区别，明确欧姆定律适用条件(重点)。 3.理解I-U图像斜率的物理意义（即电阻的倒数），避免与力学图像混淆，解释小灯泡I-U曲线弯曲的原因——温度对电阻的影响(重难点)。 【知识回顾】 欧姆定律 1、内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比． 2、公式:I＝ 3、适用条件：金属导电和电解液导电。 【自主预习】 第一节　导体的I-U特性曲线 一、电流 1、定义:通过导体横截面的电量Q跟通过这些电量所用时间t的比值叫做电流。 2、公式:I＝ 3、单位:国际单位:安培(A) 1A=1C/s，常用单位：毫安（mA）、微安（μA） 4、方向:正电荷定向移动的方向。 二、欧姆定律 1、内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比． 2、公式:I＝ 3、适用条件：金属导电和电解液导电。 三、伏安特性曲线 1、符合欧姆定律的导体的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件； 2、不符合欧姆定律的导体和器件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线,这种电学元件叫做非线性元件。 四、限流分压接法 思考与讨论1 一、电流 1.在前面的学习中,我们已经知道,若A、B两个导体分别带正、负电荷,则其周取存在电场。如果在它们之间连接一条导线,则导线中的自由电子在静电力的作用下将沿导线移动,形成电流,如图所示。思考一下，这个电流有什么特点？ 答案　导线中的电流是瞬时的。 2.要如何才能持续不断地形成电流呢？ 答案　在 A、B之间连接一个装置P,如图所示,能在导体B失去电子的过程中,不断从导体 A取走电子,补充给导体B,使A、B之间始终存在电势差,则导线H中就会产生持续电流。如图所示。 3.电源有什么作用呢？ 答案　搬运电荷，保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流。 其它形式能转化为电能。 4.请大家归纳概括出电流的有关知识。 答案　1、电流(I):表示电流的强弱程度。 定义:通过导体横截面的电量Q跟通过这些电量所用时间t的比值叫做电流。 公式:I＝ 单位:国际单位:安培(A) 1A=1C/s，常用单位：毫安（mA）、微安（μA） 方向:正电荷定向移动的方向。 5.为了得到电流的微观解释,我们建构电流形成的微观物理模型。如图所示，一段均匀导体长度为L，横截面积为S，设导体中单位体积内所含的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，自由电荷定向移动平均速率为v，请同学们推导导体中电流I的表达式。 答案　导体中的自由电子总数N＝nlS 总电荷量Q＝Ne＝nlSe 所有电子都通过横截面所需要的时间t＝ 可得导体AD中的电流I＝＝neSv。 【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1.0×1018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？ 【答案】由A指向B；0.16A 【详解】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＝1.60×10－19 C。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的电荷量应该是正、负两种离子电荷量的绝对值之和。 思考与讨论2 二、欧姆定律 结合教材内容，小组合作，总结归纳欧姆定律的有关内容。 答案　1、内容：导体中的电流I 跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比． 2、公式:I＝ 3、适用条件：金属导电和电解液导电。 思考与讨论3 三、伏安特性曲线 1.如何计算电阻R？结合教材内容，小组合作，给出设计思路和画出实验电流。 答案　利用伏安法测电阻。电路图如下： 2.如何直观表示电流I、电压U和电阻R之间的关系？ 答案　以纵坐标表示电流I，横坐标表示电压 U建立坐标系，画伏安特性曲线（I-U图）。 3.如图是A和B两个导体的伏安特性曲线。图线斜率的物理意义是什么？A和B哪个导体的电阻大？ 答案　图线斜率表示电阻的倒数；A导体的电阻大。 4.若某导体伏安特性曲线是曲线，如图所示。请思考： （1） 导体电阻是否等于该点切线斜率的倒数？ （2） 可以直接用k=tanθ来表示切线的斜率吗？ 答案　都不能。如图所示，导体电阻不等于A点切线斜率的倒数，也不等于tanθ，A点电阻只能用R＝计算。 【典例2】两个电阻R1、R2的伏安特曲线如图所示，由图可知（　　） A．R1为线性元件，R2为非线性元件 B．R1的电阻R1＝tan 45° Ω＝1Ω C．R2的电阻随电压的增大而减小 D．当U＝1V时，R2的电阻等于R1的电阻 【答案】AD 【详解】A．由题图可知R1的伏安特性曲线为过原点的直线，故R1为线性元件，R2的伏安特性曲线为曲线，故R2是非线性元件，故A正确；B．R1的电阻为，故B错误；C．I－U图像上的点与坐标原点连线的斜率表示电阻的倒数，由题图可知R2的电阻随电压的增大而增大，故C错误；D．由题图可知，当U＝1 V时，R2的电阻等于R1的电阻，都为2 Ω，故D正确；故选AD。 思考与讨论4 四、限流分压接法 1.在两种电路中，用电器两端电压的变化范围分别是多少？各物理量标注如图所示。 答案　限流式接法≤U≤E；分压式接法0≤U≤E。 2.在两种电路中，通过用电器的电流变化范围分别是多少？ 答案　限流式接法≤I≤；分压式接法0≤I≤。 课堂小结： 对于实验思路和实验方案的设计,对学生而言难度较大,尤其是涉及滑动变阻器的限流式接法和分压式接法。针对实验方案的设计,要求学生对前面所学的知识熟练掌握。为日后开展实验教学和学生实验奠定了基础。 1. 根据欧姆定律，下列说法不正确的是（ A ） A. 从R=U/I可知，导体的电阻跟加在导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比 B. 从R=U/I可知，对于某一确定的导体，通过的电流越大，说明导体两端的电压越大 C. 从I=U/R可知，导体中的电流跟两端的电压成正比， 跟导体的电阻成反比 D. 从R=U/I可知，对于某一确定的导体，所加电压跟通过导体的电流之比是个恒量 2. (多选)一横截面积为S的铝导线，当有电压加在该导线上时，导线中的电流为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，此时电子定向移动的速度为v，则在Δt时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为( AC ) A． B． C． D． 3.一个标有“4V 0.7A”的小灯泡，所加的电压U由零逐渐增大到4V，在此过程中电压U和电流I的关系可以用图象表示，在图中符合实际的是（ B ） A．B．C．D． 4.如图所示是电阻R的I－U图象，图中α=45°，由此得出(　A　) A．欧姆定律适用于该元件 B．电阻R=0.5 Ω C．因I－U图象的斜率表示电阻的倒数，故R==1.0 Ω D．在R两端加上6.0 V的电压时，每秒通过电阻横截面的电荷量是2.0 C 5.如图所示，图线1表示的导体的电阻为，图线2表示的导体的电阻为，则下列说法正确的是（　AD　） A． B． C．将与串联后接于电源上，则电流比：=1：3 D．将与并联后接于电源上，则电流比：=3：1 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 导体的I-U特性曲线 1.物理观念：理解导体的伏安特性曲线的物理含义，能说出I-U图像中某点坐标、斜率、曲率所代表的物理意义；能区分线性元件（如金属电阻）与非线性元件（如小灯泡〉的I-U特性差异，并解释其成因。 2.科学思维：能运用控制变量法设计测量导体电流与电压关系的实验方案，具备初步的实验设计能力；能根据实验数据绘制I-U图像，通过图像分析判断元件是否遵循欧姆定律，并进行合理外推与比较。 3.科学探究：经历完整的实验探究过程:提出问题→设计实验→收集数据→分析图像→得出结论，提升动手操作与团队协作能力；能正确连接电路，规范使用电压表、电流表和滑动变阻器，准确记录多组实验数据。 4.科学态度与责任：在实验过程中养成实事求是、严谨细致的科学态度，尊重实验数据，敢于质疑异常现象；认识到物理图像在科学研究中的重要价值，体会从实验中发现规律的科学方法，增强探索自然的兴趣与责任感。 1.掌握描绘导体I-U特性曲线的实验方法，理解图像的物理意义(重点)。 2.理解线性元件与非线性元件的区别，明确欧姆定律适用条件(重点)。 3.理解I-U图像斜率的物理意义（即电阻的倒数），避免与力学图像混淆，解释小灯泡I-U曲线弯曲的原因——温度对电阻的影响(重难点)。 【知识回顾】 欧姆定律 1、内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成 ，跟导体的电阻R成 ． 2、公式:I＝ 3、适用条件： 导电和 导电。 【自主预习】 第一节　导体的I-U特性曲线 一、电流 1、定义:通过导体横截面的 跟通过这些电量所用 的比值叫做电流。 2、公式:I＝ 3、单位:国际单位:安培(A) 1A=1C/s，常用单位：毫安（mA）、微安（μA） 4、方向:正电荷 的方向。 二、欧姆定律 1、内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比． 2、公式:I＝ 3、适用条件：金属导电和电解液导电。 三、伏安特性曲线 1、符合欧姆定律的导体的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的 ，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件； 2、不符合欧姆定律的导体和器件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线 ,这种电学元件叫做非线性元件。 四、限流分压接法 思考与讨论1 一、电流 1.在前面的学习中,我们已经知道,若A、B两个导体分别带正、负电荷,则其周取存在电场。如果在它们之间连接一条导线,则导线中的自由电子在静电力的作用下将沿导线移动,形成电流,如图所示。思考一下，这个电流有什么特点？ 2.要如何才能持续不断地形成电流呢？ 3.电源有什么作用呢？ 4.请大家归纳概括出电流的有关知识。 5.为了得到电流的微观解释,我们建构电流形成的微观物理模型。如图所示，一段均匀导体长度为L，横截面积为S，设导体中单位体积内所含的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，自由电荷定向移动平均速率为v，请同学们推导导体中电流I的表达式。 【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1.0×1018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？ 思考与讨论2 二、欧姆定律 结合教材内容，小组合作，总结归纳欧姆定律的有关内容。 思考与讨论3 三、伏安特性曲线 1.如何计算电阻R？结合教材内容，小组合作，给出设计思路和画出实验电流。 2.如何直观表示电流I、电压U和电阻R之间的关系？ 3.如图是A和B两个导体的伏安特性曲线。图线斜率的物理意义是什么？A和B哪个导体的电阻大？ 4.若某导体伏安特性曲线是曲线，如图所示。请思考： （1） 导体电阻是否等于该点切线斜率的倒数？ （2） 可以直接用k=tanθ来表示切线的斜率吗？ 【典例2】两个电阻R1、R2的伏安特曲线如图所示，由图可知（　　） A．R1为线性元件，R2为非线性元件 B．R1的电阻R1＝tan 45° Ω＝1Ω C．R2的电阻随电压的增大而减小 D．当U＝1V时，R2的电阻等于R1的电阻 思考与讨论4 四、限流分压接法 1.在两种电路中，用电器两端电压的变化范围分别是多少？各物理量标注如图所示。 2.在两种电路中，通过用电器的电流变化范围分别是多少？ 课堂小结： 对于实验思路和实验方案的设计,对学生而言难度较大,尤其是涉及滑动变阻器的限流式接法和分压式接法。针对实验方案的设计,要求学生对前面所学的知识熟练掌握。为日后开展实验教学和学生实验奠定了基础。 1. 根据欧姆定律，下列说法不正确的是（  ） A. 从R=U/I可知，导体的电阻跟加在导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比 B. 从R=U/I可知，对于某一确定的导体，通过的电流越大，说明导体两端的电压越大 C. 从I=U/R可知，导体中的电流跟两端的电压成正比， 跟导体的电阻成反比 D. 从R=U/I可知，对于某一确定的导体，所加电压跟通过导体的电流之比是个恒量 2. (多选)一横截面积为S的铝导线，当有电压加在该导线上时，导线中的电流为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，此时电子定向移动的速度为v，则在Δt时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为( ) A． B． C． D． 3.一个标有“4V 0.7A”的小灯泡，所加的电压U由零逐渐增大到4V，在此过程中电压U和电流I的关系可以用图象表示，在图中符合实际的是（  ） A．B．C．D． 4.如图所示是电阻R的I－U图象，图中α=45°，由此得出(　　) A．欧姆定律适用于该元件 B．电阻R=0.5 Ω C．因I－U图象的斜率表示电阻的倒数，故R==1.0 Ω D．在R两端加上6.0 V的电压时，每秒通过电阻横截面的电荷量是2.0 C 5.如图所示，图线1表示的导体的电阻为，图线2表示的导体的电阻为，则下列说法正确的是（　　） A． B． C．将与串联后接于电源上，则电流比：=1：3 D．将与并联后接于电源上，则电流比：=3：1 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $