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 1. 电流　电压　电阻 【学习任务与素养目标】 1.了解形成电流的条件,并会做出微观解释。(物理观念) 2.知道电流的大小、方向、单位,理解电流的定义式,并能进行相关计算。(科学思维) 3.知道电流、电压间的关系,理解用比值定义电阻的方法和欧姆定律的含义。(物理观念) 4.认识多用电表。(科学探究) 基础知识梳理与落实 一、温故而知新 1.电路:电路至少由　　　　、用电器、导线和　　　　四部分组成。通路、断路、短路是电路的三种状态,其中　　　　是必须避免出现的。  电路元件有　　　　和　　　　两种最基本的连接方式。  2.电流 (1)物理意义:一是电荷的定向流动的过程,二是衡量这一过程的“　　　　”。  比值定义法 电源 开关 短路 串联 并联 强弱 (3)方向规定:把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。 (4)单位:在国际单位制中,电流的单位是　　　　,简称　　　　,符号是　　　　。  电流虽然有方向,但它是标量 3.电压:电压是形成电流的必要条件,在国际单位制中它的单位是　　　　,简称　　　,符号是V。  测量电压使用　　　　　,它必须与被测量电路　　　联,这是因为______　　　联电路各支路电压相等。  安培 安 A 伏特 伏 电压表 并 并 4.电阻 (1)定义:导体两端的电压与通过它的电流的比值。 (2)定义式:R=　　　　。  (3)物理意义:反映了导体的性质。 (4)单位:欧姆,符号是Ω。 比值定义法 5.欧姆定律 (1)内容:通过导体的电流I跟它两端的　　　　成正比,跟它的　　　　成反比。   (2)公式:I=　　　　。  (3)适用范围:欧姆定律对金属导体导电和电解质溶液适用,但对气态导体和半导体元件并不适用。 不是比值定义法 电压U　 电阻R 二、恒定电场与恒定电流 1.恒定电场:聚集的电荷在导体内产生的电场的性质类似于静电场,我们把它称为　　　　电场。电荷在恒定电场内受到的电场力,仍称为________　　　　力。  2.恒定电流:这些自由电荷定向移动的速率　　　　　　,即电流的大小　　　　　　,这种电流称为恒定电流。当在恒定电场作用下导体中形成恒定电流时,其内部的恒定电场　　　　　　,导体两端的电势差(即电压)也是　　　　的。  　上一章的公式仍然适用 恒定 静电 保持不变 保持不变 保持不变 恒定 3.电流的微观表达式:设金属导体的横截面积为S,导体每单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷所带的电荷量为q,设自由电荷沿着导体定向运动的平均速率为v。根据电流的定义I= =　　　　,根据欧姆定律,该导体两端电压U=IR=　　　　。  nSvq nSvqR 三、认识多用电表 1.功能:比较简单的多用电表可以测量　　　　、　　　　、　　　　等(电流和电压又分直流和交流)。  2.使用:把选择开关旋转到　　　　挡或　　　　挡的某个量程的位置,它就是电流表或电压表。测量直流时需要注意把红表笔接　　　电势(即电 源的正极)一边,黑表笔接　　　电势(即电源的负极)一边,使电流从______　　　表笔流入,经表头后从　　　表笔流出。  所有挡位电流均“红入黑出” 电流 电压 电阻 电流 电压 高 低 红 黑 选择开关旋转至电阻挡,使用前先把两支表笔　　　　　(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　　　　　　　　　　,即调节调零电阻的阻值,使得指针指示电阻挡刻度线的　　　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　　　　　　　　,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　　　　,重新把两表笔短接进行　　　　　　,然后再进行测量。如果测量时指针稳定下来后处于靠近　　　　　　　的位置,则测量结果比较准确。  短接 电阻挡调零旋钮 零 相应的倍率 倍率 电阻调零 表盘中间 易错辨析 (1)当导体两端有持续的电压时,导体内将存在持续的电场。(　　) (2)电荷定向移动的方向为电流的方向。(　　) (3)由 可知,通过导体某截面的电荷量越大,导体中的电流越大。(　　) √ × 提示 正电荷定向移动的方向为电流的方向,与负电荷定向移动的方向相反。 × 提示 是电流的定义式,电流与电荷量无正比关系,电流与时间也无反比关系。 (4)导体两端的电压越大,电阻就越大。(　　) (5)多用电表所有刻度线都是均匀的。(　　) (6)多用电表所有刻度线的零位置都在最左边。(　　) × 提示 是电阻的定义式,电阻与加在它两端的电压和通过它的电流无关,由自身因素决定其大小。 × 提示 多用电表的电阻挡刻度线是不均匀的。 × 提示 电阻挡刻度线的零位置在最右边。 重点难点探究与突破 学习任务一　电路、电流、电压和电阻 情境导学 水为什么能从水池A自动流到水池B?抽水机的作用是什么? 提示 因为水池A的水位比水池B的水位高,两水池有“水势差”;抽水机的作用是把水从低水位搬运到高水位,维持“水势差”形成持续水流。 规律总结 1.对电流的理解 (1)形成原因:电荷的定向移动。 (2)形成条件:导体两端有电压。 (3)电路中产生持续电流的条件:电路中有电源且电路闭合。 2.电流的大小 (1)公式: 。用该式计算出的电流是时间t内的平均值。对于恒定电流,电流的瞬时值与平均值相等。 (2)两点说明: ①电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反,但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的,应用 求电流时,q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 ②q=It是 的变形,是求电荷量的重要公式,其中I是电流在时间t内的平均值。 3.电阻 (1) 是电阻的定义式,反映了导体对电流的阻碍作用,其大小由导体本身的性质决定,与导体两端是否加电压、导体中是否有电流无关。适用于任何情况下电阻的求解。 (2) 是欧姆定律的表达式,表示通过导体的电流I与电压U成正比,与电阻R成反比。适用条件为金属或电解质溶液导电(纯电阻电路)。 特别提示　欧姆定律的“两性” (1)同体性:表达式 中的三个物理量U、I、R对应于同一段电路或导体。 (2)同时性:三个物理量U、I、R对应于同一时刻。 公式 物理意义 适用条件 某段导体电流的决定式 计算通过某段导体电流大小,仅适用于纯电阻电路 导体电阻定义式,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 U=IR 沿电流方向电势逐渐降低,电压等于I和R的乘积 计算导体两端电压,适用于金属导体、电解液导电 典例剖析 角度1电流 【例题1】 电解槽内有二价的电解质溶液(正、负离子均为二价),时间t内通过溶液内横截面S的正离子数是n1,负离子数是n2,元电荷为e。下列说法正确的是(　　) A.负离子定向移动形成的电流方向为从A到B B.溶液内正、负离子沿相反方向运动,电流相互抵消 D 解析 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,所以正离子定向移动形成电流,方向从B到A,负离子定向移动形成电流的方向也从B到A,不会相互抵消,A、B错误;溶液内电流方向从B到A,t时间内通过溶液内横截面S的电荷量q=2n1e+2n2e=2(n1+n2)e,则根据电流的定义 对点演练 1.如图所示,在NaCl溶液中,正、负电荷定向移动,方向如图所示,若测得2 s内分别有1.0×1018个Na+和Cl-通过溶液内部的横截面M,溶液中的电流方向如何?电流多大? 答案 溶液中的电流方向由A指向B,大小为0.16 A。 解析 NaCl溶液导电是靠自由移动的Na+和Cl-,它们在静电力作用下向相反方向运动。溶液中电流方向与Na+定向移动方向相同,即由A指向B。 Na+和Cl-都是一价离子,每个离子的电荷量为e=1.60×10-19 C,NaCl溶液导电时,Na+由A向B定向移动,Cl-由B向A定向移动,负离子的运动可以等效地看作正离子沿相反方向的运动,所以每秒通过M横截面的电荷量为两种离 角度2电阻 【例题2】 (多选)在一次实验中某同学用电流表测出了流过导体A的几组电流,用电压表测出了导体A两端对应的几组电压,通过描点连线得出了A的U-I图像,把导体A改换为导体B,得出了B的U-I图像,如图所示。下列说法正确的是(　　) A.对导体A,当通过的电流为I1时,电阻为R1,当通过的电流为I2时,电阻为R2, B.导体A的电阻随电流的增大而增大 C.导体A的电阻大于导体B的电阻 AC 对点演练 A.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 B.导体的电阻由导体本身性质决定,跟导体两端的电压及流过导体的电流的大小无关 C.对确定的导体,其两端电压和流过它的电流的比值就是它的电阻值 D.一定的电流流过导体,电阻越大,其两端电压就越大 BCD 解析 导体的电阻由导体本身性质决定,与U、I无关,公式 只是提供一种测量计算导体电阻的方法,A错误,B、C正确;公式U=IR,当I一定时U与R成正比,D正确。 学习任务二　恒定电场和恒定电流 情境导学 如图所示,AD表示粗细均匀的一段长为l的导体,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,设导体的横截面积为S,导体每单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q。 (1)AD导体中有多少个自由电荷?总电荷量是多少? (2)这些电荷都通过横截面D所需的时间是多少? (3)导体AD中的电流是多大? 提示 (1)AD导体中的自由电荷总数N=nlS。总电荷量Q=Nq=nlSq。 规律总结 对电流微观表达式的理解 (1)从微观上看,电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动平均速率、导体的横截面积。 (2)电流的微观表达式I=nevS。式中n为导体中单位体积内的自由电荷数,e为每个自由电荷的电荷量,v为自由电荷定向移动的平均速率,S为导体的横截面积。 (3)三种速率的比较 自由电荷定向移动速率 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 典例剖析 【例题3】 (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,此时电子定向移动的平均速率为v,在t时间内,通过导线横截面的自由电子数可表示为(　　) A.nvSt　　　　 　B.nvt AC 解析 t时间内,通过导线横截面的自由电子数 ,C正确。将I=neSv代入上式得N=nvSt,A正确。 方法技巧　使用公式I=neSv进行计算时的注意事项 (1)各个物理量都要用国际单位制单位。 (2)正确理解各符号的意义,特别是n表示导体中单位体积内的自由电荷数,v表示自由电荷定向移动的平均速率。 (3)若已知单位长度的自由电荷数为n,则电流的微观表达式为I=nev。 对点演练 3.有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的2倍,而单位时间内通过横截面的电荷量乙是甲的2倍,下列说法正确的是(　　) A.甲、乙的电流相同 B.乙的电流是甲的2倍 C.乙中自由电荷定向移动的平均速度是甲的2倍 D.甲、乙中自由电荷定向移动的平均速度大小相等 B 解析 由于单位时间内通过乙横截面的电荷量是甲的2倍,因此通过乙的电流是甲的2倍,A错误,B正确。由I=neSv得 , 由于不知道甲、乙的性质(n未知),所以无法判断v,C、D错误。 学习任务三　认识多用电表 情境导学 多用电表的原理图如图所示,旋转电阻调零旋钮时,改变的是什么? 多用电表的原理 提示 改变的是图中的调零电阻的阻值。 规律总结 多用电表中电流的流向:红表笔接“+”插孔,黑表笔接“-”插孔。 (1)电流挡串联接入电路,电流从红表笔流 进电表,从黑表笔流出电表。 (2)电压挡并联接入电路,红表笔接高电势点,黑表笔接低电势点,电流仍然是“红进黑出”。 (3)使用电阻挡时,红表笔连接表内电源的负极,黑表笔连接表内电源的正极,电流还是“红进黑出”。 典例剖析 【例题4】 (多选)关于多用电表,下列说法正确的是(　　) A.多用电表是电压表、电流表、电阻表共用一个表头改装而成的 B.用多用电表无论是测电压、电流,还是测电阻,红表笔的电势都高于黑表笔的电势 C.多用电表的电压挡、电流挡和电阻挡都是靠外部提供电流的 D.用多用电表测电压、电流和电阻时,电流都是从红表笔流入的 AD 解析 多用电表内只有一个表头,故A正确;对于多用电表,电流都是从红表笔流入,从黑表笔流出,测电压和电流时,电流是由外部提供,但是测电阻时,电流由内部电源提供,故B、C错误,D正确。 即学即用检测与提升 1 2 3 1. 重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射+5价重离子束,其电流大小为1.2×10-5 A,则在1 s内发射的重离子个数为(e=1.6×10-19 C)(　　) A.3.0×1012 B.1.5×1013 C.7.5×1013 D.3.75×1014 B 1 2 3 2.(多用电表)多用电表的刻度盘如图所示。若选用倍率为“×100”的电阻挡测电阻时,表针指示如图所示,则: (1)所测电阻的阻值为　　　　　　　 Ω;如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104 Ω的电阻,为了使测量结果比较精确,应选用的电阻挡是 　　　　　　　　(选填“×10”“×100”或“×1k”)。  1.5×103 ×1k 1 2 3 (2)用此多用电表进行测量,当选用量程为50 mA电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为　　　　　 mA;当选用量程为250 mA电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为　　　　　 mA。  (3)当选用量程为10 V电压挡测量电压时,表针也指于图示位置,则所测电压为　　 V。  25.0 125 5.0 1 2 3 解析 (1)欧姆表读数,对应最上一行刻度值为15,倍率为“×100”,读数为1.5×103 Ω;测2.0×104 Ω的电阻时应选“×1k”的欧姆挡。 (2)选50 mA电流挡,则每一小格表示1 mA,测量的精确度为1 mA,应估读到0.1 mA,指针对应的读数为25.0 mA;选择量程为250 mA的电流挡,则每一小格表示5 mA,测量的精确度为5 mA,应估读到1 mA,指针对应的读数为125 mA。 (3)选择10 V电压挡,则每一小格表示0.2 V,测量的精确度为0.2 V,应估读到0.1 V,指针对应的读数为5.0 V。 1 3 2 3.(电阻)若加在某导体两端的电压变为原来的 时,导体中的电流减小了0.4 A。如果所加电压变为原来的2倍,则导体中的电流多大? 答案 2.0 A (2)表达式:I=。 I= I= R= I= I= I= R= I= I= 4.I=、R=和U=IR三式的区别 I= R= C.溶液内电流的方向为从A到B,大小为 D.溶液内电流的方向为从B到A,大小为 式I=,C错误,D正确。 子电荷量的绝对值之和,则有I= =A =0.16 A。 则R1=R2= D.的值反映了导体A对电流的阻碍作用比导体B的小 解析 由图像可知,U-I图像是倾斜的直线,图像的斜率等于电阻阻值,所以导体A、B的阻值都是恒定的,由欧姆定律得R1=R2=,A正确;从图像可以看出导体A的阻值是恒定的,B错误;U-I图像的斜率k=表示导体电阻,由U-I图像可知,A的图像的斜率大于B的图像的斜率,则导体A的电阻大于导体B的电阻,的值反映了导体A对电流的阻碍作用比导体B大,C正确,D错误。 2.(多选)由欧姆定律I=导出U=IR和R=,下列叙述正确的是(　 　) R= (2)这些电荷都通过横截面D所需要的时间t=。 (3)根据公式q=It可得,导体AD中的电流I==nqSv。 C. D. N= v= 解析 1 s内发射的重离子的电荷量为Q=It=1.2×10-5 C,每个重离子的电荷量为5e,则通过的重离子个数为n==1.5×1013,B正确。 解析 由欧姆定律得R=,电压变化后有R=,解得I0=1.0 A。 电压加倍后,同理可得R=,解得I2=2I0=2.0 A。 $