3.1 导体的伏安特性曲线 课件 -2025-2026学年高二上学期物理粤教版必修第三册

该高中物理课件聚焦恒定电流基础，涵盖电流定义、欧姆定律及导体伏安特性曲线等核心知识，通过“闪电与灯泡发光对比”“导体A/B持续电流装置”等生活情境问题链导入，搭建从电荷定向移动到恒定电流的认知支架。 其特色在于以科学探究（伏安特性曲线实验分析）和科学思维（比值定义法、电流微观表达式推导）为核心，结合手机快充计算等实例及易错辨析，深化学生物理观念，教师可借结构化设计提升教学效率，学生增强知识应用与探究能力。

第三章　恒定电流 第一节　导体的I-U特性曲线 学习目标 1.理解电流的定义、定义式、单位及方向的规定,会用公式Q=It分析相关问题.(科学思维) 2.理解电阻的定义,进一步分析体会比值定义法.(科学思维) 3.探究导体的伏安特性曲线,会利用I-U图像处理实验数据.(科学探究) 4.知道什么是线性元件和非线性元件.(物理观念) 基础落实·必备知识全过关 一、电流 1.形成电流的条件 (1)导体中有　　　　　,例如金属中的自由电子,电解液中的　　　　　　.  (2)导体两端存在　　　　.  2.恒定电流 (1)电流的符号及单位:用符号　　表示,单位是　　　　,单位的符号为A.  (2)表达式:I=　　　　.  (3)电流的方向:规定　　　　定向移动的方向为电流的方向.  (4)恒定电流:电流的　　　　和强弱都不随时间而改变.  自由电荷 正、负离子 电压 I　 安培 正电荷 方向 想一想 电闪雷鸣时,强大的电流能使天空发出耀眼的强光,但为什么它只能存在于一瞬间,而灯泡却能持续发光? 提示 闪电不能产生持续的电流,而灯泡发光时有电源供电. 二、欧姆定律 1.内容:导体中的电流跟导体两端的电压成　　　,与导体的电阻成　　　. 2.表达式:I=　　　　.  3.适用条件:适用于金属和电解质溶液导电,对气态导体和半导体元件不适用. 三、导体的伏安特性曲线 1.定义:以纵坐标表示　　　　、横坐标表示　　　　画出的I-U图像叫作导体的伏安特性曲线.  2.(1)线性元件:伏安特性曲线是通过坐标原点的　　　　　,即I与U成　　　　.  (2)非线性元件:伏安特性曲线是曲线. 正比 反比 电流I　 电压U 直线 　正比 情境链接 如图所示,当用导线连接带正、负电荷的导体A、B时,导线中的自由电子便会在电场力的作用下沿导线做定向移动,形成电流,但很快就中和完了,如果想要形成持续的电流需要在A、B间加一装置P,请问装置P的作用是什么? 提示 源源不断地把经导线流到A的电子取走,补充给B,提供电压. 教材拓展 阅读教材第58页“资料活页”,查找资料,了解伏打电堆的工作原理.思考伏打电堆与莱顿瓶的联系与区别. 提示 两者都可以产生电流,伏打电堆可以产生持续的电流,莱顿瓶无法产生持续的电流. 易错辨析 (1)电流的方向为电荷定向移动的方向.(　　) (2)电流既有大小,又有方向,是矢量.(　　) (3)电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多.(　　) (4)导体的伏安特性曲线能形象地描述电流与电压的关系.(　　) (5)欧姆定律不适用于非线性元件,因此非线性元件的电阻不能用公式 计算.(　　) × 正电荷定向移动的方向为电流的方向. × 电流虽有方向,但其是标量. √ √ × 非线性元件有可能是纯电阻. 重难探究·能力素养全提升 探究点一　对电流的理解和计算 导学探究 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为Q1,通过此截面的负电荷为Q2. (1)确定通过导电液体中电流的方向. (2)计算导电液体中的电流. 提示 (1)电流方向为正电荷定向移动方向或负电荷定向移动方向的反方向,故导电液体中电流方向为由左向右. 知识归纳 1.电流的方向:规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反. 2.电流的定义式: .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. 3.电流虽然有方向,但它是标量,遵循代数运算法则. 典例剖析 【例题1】 如图所示,电解池内有含一价离子的电解液,t时间内通过溶液内面积为S的截面的正离子数是n1,负离子数是n2,元电荷为e,下列说法正确的是(　　) D 规律方法　求解电流大小的解题思路 (1)认真审题,明确导电的物质. (2)由题设条件求出时间t内通过某一横截面的电荷量Q.注意若有正、负电荷同时相向通过某一横截面,那么在一段时间内通过这一横截面的电荷量等于正、负电荷电荷量的绝对值之和. (3)由定义式 求出电流大小. 对点演练 1.(2025江西高二期中)某品牌推出了手机快充技术,其中66 W快充的参数如图所示,当充电器与手机连接时,手机将启动66 W快充模式充电,即充电器输出电压为11 V,输出电流为6 A.若用该充电模式对容量为4 500 mA·h的电池充电(初始电量为零),要把电池充满,理论上充电的时间约为(　　) 某品牌手机66 W快充参数 输入:100~240 V　50/60 Hz 输出:5 V　2 A、10 V　4 A、11 V　6 A A.15 min　　　　　B.30 min C.45 min D.60 min C 解析 电池充满后的容量为q=It,t==45 min,故选C. 探究点二　电流的微观表达式 导学探究 在时间t内有n个自由电荷通过某段导体的横截面,每个自由电荷的电荷量为q,则电流I为多少? 知识归纳 1.电流的微观表达式的推导 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,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大小为q.则: 导体AD内的自由电荷全部通过横截面D所用的时间 导体AD内的自由电荷总数N=nlS 总电荷量Q=Nq=nlSq 通过此导体的电流 2.电流的微观表达式I=nqSv 是电流的定义式,I=nqSv是电流的决定式,I与通过导体横截面的电荷量Q及时间t无关,从微观上看,电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量大小q、定向移动的平均速率v、导体的横截面积S. 典例剖析 【例题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个数可表示为(　　)　　　　　　　　　　　　　　 A.nvSΔt B.nvΔt AC 教你析题 读取题干 获取信息 一横截面积为S的铜导线 金属导体,横截面积 每单位体积的导线中有n个自由电子 自由电荷—电子,体积V内所含电子个数为nV 电子的电荷量为e 电子个数 电子的定向移动速率为v Δt时间,体积V为SvΔt 教你破题 规律方法　用电流的微观表达式求解问题的两点注意 (1)准确理解公式中各物理量的意义,式中的v是指自由电荷定向移动的平均速率,不是电流的传导速率,也不是电子热运动的速率. (2)I=nqSv是由 导出的,若n的含义不同,表达式的形式也会不同. 对点演练 2.(2025河北石家庄高二期末)两根材料相同、横截面半径之比为3∶1的均匀直导线P、Q按如图所示的方式接入电路.当电路中通入恒定电流时,流过P、Q的自由电子定向移动的平均速率之比为(　　) A.1∶9 B.1∶3 C.3∶1 D.9∶1 A 解析 根据I=neSv=nevπr2,可得v=,可知流过P、Q的自由电子定向移动的平均速率之比为1∶9.故选A. 探究点三　对欧姆定律的理解与应用 导学探究 有两个导体通有电流,当电压U、电流I发生变化时.它们的U-I图像如图所示. (1)同一导体,电压与电流的比值如何? (2)对不同的导体,这个比值如何? 提示 (1)不变.(2)不同. 知识归纳 1.欧姆定律的适用条件 (1)适用于金属导体或电解质溶液(纯电阻),气体或半导体不适用. (2)适用于纯电阻电路,对非纯电阻电路不适用. 2.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. 典例剖析 【例题3】 (多选)下列说法正确的是(　　) BD 规律方法　欧姆定律的公式及变形 (1) 表示通过导体的电流I与电压U成正比,与电阻R成反比,常用于计算一段电路加上一定电压时产生的电流. (2) 是电阻的定义式,比值表示一段导体对电流的阻碍作用.注意不能说电阻与电压成正比、与电流成反比. (3)U=IR是电势降落的计算式,用来表示电流经过一电阻时的电势降落,在进行电路分析时,常用于计算沿电流方向上的电势降落. 对点演练 3.从欧姆定律可以导出公式 ,下列说法正确的是(　　) A.当电压扩大2倍时,电阻R扩大2倍 B.当电流扩大2倍时,电阻R减小为原来的一半 C.电阻是导体本身的性质,当电压为零时,电阻阻值不变 D.当电压为零时,电阻R也为零 C 解析 导体电阻由导体自身因素决定,与加在导体两端的电压或通过导体中的电流大小无关,A、B、D错误,C正确. 探究点四　对伏安特性曲线的理解 导学探究 研究导体中的电流与导体两端的电压之间的关系,可以用公式法,可以用列表法,还可以用图像法.分析图中甲、乙两电学元件的I-U图像,我们可以得出两元件的电流和电压有怎样的关系? 提示 甲元件图像为非线性关系;乙元件图像为线性关系,电流与电压成正比. 知识归纳 1.U-I图像与I-U图像 坐标轴意义不同:I-U图像表示通过导体的电流I随导体两端电压U的变化规律,横轴表示U,纵轴表示I;U-I图像的横轴表示I,纵轴表示U. 2.线性元件与非线性元件 (1)线性元件:欧姆定律适用的元件,例如,金属导体、电解质溶液,其伏安特性曲线是直线. (2)非线性元件:欧姆定律不适用的元件,包括气态导体和半导体元件,例如,日光灯、霓虹灯管中的气体,其伏安特性曲线是曲线. 3.非线性元件电阻的确定 如图为一非线性元件的I-U图像,图线是曲线,导体电阻 ,即电阻等于图线上点(Un,In)与坐标原点连线的斜率的倒数,而不等于该点切线斜率的倒数. 典例剖析 【例题4】 (多选)如图是某导体的I-U图线,图中α=45°,下列说法正确的是(　　) 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数值的倒数,所以电阻 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 ABD 规律方法　应用伏安特性曲线应注意的两个问题 (1)对于导体的伏安特性曲线,可变形为U-I曲线.在I-U曲线上,各点与原点连线的斜率表示电阻的倒数,在U-I曲线上,各点与原点连线的斜率表示电阻. (2)利用导体的伏安特性曲线求导体的电阻时,若选取不同的标度,同一电阻的伏安特性曲线的倾角可能不同,所以求斜率只能根据 计算,而不能根据k=tan α计算. 对点演练 4.(2025广东东莞高二阶段练习)导体的伏安特性曲线是研究导体电流和电压关系的重要工具.一灯泡的伏安特性曲线如图中的AB(曲线)所示,AC为图线在A点的切线,C点的坐标为(1 V,0).下列说法正确的是(　　) A.当灯泡两端的电压升高时,灯泡的电阻不变 B.当灯泡两端的电压升高时,灯泡的电阻减小 C.当灯泡两端的电压为2 V时,灯泡的电阻为1 Ω D.当灯泡两端的电压为2 V时,灯泡的电阻为2 Ω C 解析 由灯泡的伏安特性曲线可知,图像上每一个点与坐标原点连线斜率为k=,则灯泡两端的电压升高时,灯泡的电阻增大,故A、B错误;当灯泡两端的电压为2 V时,由图可知电流为2 A,可得小灯泡电阻为R= Ω=1 Ω,故C正确,D错误. 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 4 5 1.(对电流的理解)某电解池中,若在2 s内有5.0×1015个二价正离子和1.0×1016个一价负离子通过某截面M,其中正离子水平向右移动,那么通过这个截面的电流的大小和方向是(　　) A.0.8 mA,水平向左 B.0.08 mA,水平向左 C.1.6 mA,水平向右 D.0.16 mA,水平向右 C 解析 2 s内流过截面的电荷量为Q=5.0×1015×2×1.6×10-19 C+1.0×1016 ×1.6×10-19 C=3.2×10-3 C,由电流的定义式可知 =1.6 mA,由于正离子水平向右移动,故电流的方向水平向右.故A、B、D错误,C正确. 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 2.(多选)(伏安特性曲线)如图是某一种电阻元件的伏安特性曲线,下列判断正确的是(　　) A.该元件是非线性元件 B.图线切线的斜率代表该元件的电阻 C.图线斜率的倒数代表该元件的电阻 D.随电压的增大该元件的电阻逐渐变大 AD 解析 线性元件的I-U图线为过原点的直线,所以该元件是非线性元件,A正确;在I-U图线中,图线上某点与原点连线的斜率代表电阻的倒数,图线切线的斜率不代表该元件的电阻,随电压的增大,图像上的点与原点连线的斜率越来越小,则电阻逐渐变大,B、C错误,D正确. 1 2 3 4 5 3.(电流的微观表达式) 一长度为l的铜导线,共有n个自由电子,电子的电荷量为e.若时间t内通过铜导线某一横截面的电荷量为q,则电子定向移动的平均速率为(　　) A 1 2 3 4 5 4.(欧姆定律)已知用电器A的电阻是用电器B的电阻的2倍,加在A上的电压是加在B上电压的一半,那么通过A和B的电流IA和IB的关系是(　　) D 1 2 3 4 5 5.(欧姆定律)如图为某小灯泡的U-I图像,当通过灯泡的电流由0.10 A变为0.15 A时,灯泡的电阻变化了(　　) A.10 Ω B.30 Ω C.40 Ω D.60 Ω A R= (2)I=. I= A.当n1=n2时电流为零 B.当n1>n2时,电流方向从A→B,电流为I= C.当n1<n2时,电流方向从B→A,电流为I= D.溶液内电流方向从A→B,电流为I= 解析 正离子定向移动的方向就是电流的方向,负离子定向移动的反方向也是电流的方向;正、负离子向相反方向经过同一截面时,公式I=中的Q是正、负离子电荷量绝对值之和,故I=,电流方向由A指向B,A、B、C错误,D正确. I= 提示 I=. t= I==nqSv. I= C. 解析 因为I=,所以Q=IΔt,自由电子个数为N=,C正确,D错误;由电流的微观表达式得I=nevS,则自由电子个数为N==nvSΔt,A正确,B错误. N= I= I= A.由R=可知,一段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 B.比值 C.通过导体的电流越大,导体的电阻越小 D.由I=可知,通过同一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比 解析 导体的电阻跟它两端的电压、通过它的电流均无关,A、C错误;反映了导体对电流的阻碍作用,电阻R=,B正确;由欧姆定律I=可知,通过同一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比,D正确. R= I= R= Rn= R= Ω=1 Ω 解析 由题图可知,电流随着导体两端的电压的增大而增大,电流与导体两端的电压成正比,A正确;由I=可知,I-U图线的斜率表示电阻的倒数,则导体的电阻R不变,且R=2 Ω,B正确,C错误;在该导体的两端加6 V的电压时,电路中电流I'==3 A,每秒通过导体横截面的电荷量q=I't=3×1 C=3 C,D正确. k= I= A 解析 设铜导线的横截面积为S,则单位体积内电子数为n0=,根据电流定义式和微观表达式可得I=,I=n0eSv,联立可得电子定向移动的平均速率为v=,故选A. A. C. D.光速c 解析 设A的电阻为R,加在A上的电压为U,则B的电阻为,加在B上的电压为2U,则IA=,IB=,可得IA=IB,故选D. A.IA=2IB B.IA= C.IA=IB D.IA= 解析 由题图可知,当电流IA=0.10 A时,电压UA=3.0 V,则电阻为RA= Ω=30 Ω;当电流IB=0.15 A时,电压UB=6.0 V,则电阻为RB= Ω=40 Ω,则电阻的改变量ΔR=40 Ω-30 Ω=10 Ω,故A正确,B、C、D错误. $