第1节 导体的I-U特性曲线-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

本讲义聚焦导体的I-U特性曲线，系统梳理电流的形成条件、定义式及方向规定，推导电流微观表达式，结合实验数据构建欧姆定律及线性、非线性元件的伏安特性曲线，形成从概念建立到微观解释再到规律应用的学习支架。 通过情境类比（水流流量）引入电流定义培养模型建构能力，实验数据描点作图分析伏安特性曲线提升科学探究素养，例题结合手机电池容量等生活实例强化科学态度。课中辅助教师引导互动探究，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

第一节　导体的I-U特性曲线 【素养目标】　1.知道电流的定义、单位及方向的规定，理解恒定电流。2.会推导电流的微观表达式，了解表达式中各物理量的含义。3.掌握欧姆定律，理解伏安特性曲线的意义。 知识点一　电流 【情境导入】　流量Q是描述水流大小的物理量，其大小等于单位时间内通过某横截面积的水的体积，单位时间流出的水的体积越大，水流越大。计算公式Q＝。同理，电荷定向移动形成电流，类比水流流量，思考如何定义电流的大小。 提示：可用单位时间内通过某横截面积的电量表示电流的大小，即I＝。 【教材梳理】 (阅读教材P55—P56完成下列填空) 1．(1)电流的形成：电流是由电荷定向移动形成的。 (2)形成电流的两个条件 ①有能够自由移动的电荷； ②导体两端存在电压。 2．电流 (1)定义：通过某段导体横截面的电量Q与所用时间t之比称为通过这段导体的电流。用I表示电流。 (2)定义式：I＝。 (3)国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。1 A＝1 C/s，常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(μA) 。 (4)电流的方向：习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。金属中电流的方向与电子定向移动的实际方向相反。 3．直流和恒定电流 (1)直流：导体中的电流方向不随时间而改变的电流。 (2)恒定电流：电流的方向和强弱都不随时间而改变的电流。 【师生互动】　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量为Q1，通过此截面的负电荷量为Q2。 任务1.确定通过导电液体中电流的方向； 任务2.计算导电液体中电流的大小。 提示：任务1.电流方向为正电荷定向移动的方向或负电荷定向移动的反方向，故导电液体中电流方向为由左向右。 任务2.I＝。 学生用书第59页 (多选)如图所示，电解池内有一价的电解液，t时间内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下说法中正确的是(　　) A．正离子和负离子定向移动形成的电流方向都是从A到B B．电解液内正、负离子向相反方向移动，电流抵消 C．电流I＝ D．电流I＝ 答案：AD 解析：正离子定向移动的方向和负离子定向移动的反方向是电流的方向，都是从A到B，故A正确，B错误；由I＝得I＝，故C错误，D正确。 1．金属导体中的电流是由自由电子定向移动形成的，因此Q为通过导体横截面的自由电子的电荷量。 2．电解质溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反。　　 3．电解质溶液中的电流是正、负离子同时向相反方向定向移动形成的，因此Q为正、负离子电荷量的绝对值之和。 针对练．(2025·南山区校级月考)某新款手机的说明书标明该手机电池容量为4 800 mA·h，待机时间为20 d。说明书还标明，用该手机播放视频的续航时间是16 h，请估算播放视频的电流大约是待机电流的几倍(　　) A．10 　 B．15 C．30 D．31 答案：C 解析：该手机的待机电流为I1＝ mA＝10 mA，用该手机播放视频时的电流I2＝ mA＝300 mA，则有＝＝30，即播放视频的电流大约是待机电流的30倍，故A、B、D错误，C正确。 知识点二　电流的微观表达式 1．如图所示，导体长为l，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，导体中单位体积内所含自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q。 2．导体中的自由电荷总数N＝nlS。总电量Q＝Nq＝nlSq。这些电荷都通过横截面D所需要的时间t＝。由Q＝It可得，导体中的电流为I＝＝nqSv，即导体中电流取决于n、q、S、v。 (2025·广东佛山高二月考)如图所示，来自质子源的质子(初速度为零)，经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I，质子的质量为m，其电荷量为e。那么这束质子流内单位体积内所含质子数n为(　　) A． B． C． D． 答案：D 解析：经加速电压为U的加速器加速后，有eU＝mv2，这束质子流内单位体积内所含质子数为n，根据电流的微观表达式有I＝neSv，解得n＝ ，故选D。 针对练．(2025·广州市高二期中)一横截面积为S的铝导线，导线单位体积内含有的自由电子数为n，电子的电荷量为e，若电子定向移动的平均速率为v时，导线中的电流为I，则单位时间内通过导线某横截面的电子个数为(　　) A．nev B．nvS C． D． 答案：B 解析：由电流的定义可得，Δt时间内通过导线某横截面的电荷量为Q＝IΔt，通过的电子个数为N＝＝，单位时间内通过导线某横截面的电子个数为N0＝＝，故C、D错误；Δt时间内体积为vΔtS内的所有电子均能通过导线某横截面，通过的电子个数N＝nvΔtS，单位时间内通过导线某横截面的电子个数为N0＝＝nvS，故A错误，B正确。 学生用书第60页 知识点三　欧姆定律与导体的I-U特性曲线 【情境导入】　现有两个导体a和b，利用如图所示的电路分别测量通过a和b的电流和其两端的电压，测得的实验数据见下表。 U/V 0 2.0 4.0 6.0 8.0 导体a I/A 0 0.20 0.40 0.60 0.80 导体b I/A 0 0.12 0.23 0.38 0.48 在坐标系中，用横轴表示电压U、用纵轴表示电流I，分别将a和b的数据在如图所示的坐标系中描点，并作出I-U图线如图所示。 (1)以导体a为例说明电流与它两端的电压有什么关系？ (2)对导体a、b，在电压U相同时，谁的电流小？谁对电流的阻碍作用大？ 提示：(1)电流与电压成正比。 (2)电压相同时，b的电流小，说明b对电流的阻碍作用大。 【教材梳理】 (阅读教材P56—P57完成下列填空) 1．欧姆定律 (1)内容：导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。 (2)表达式：I＝。 (3)电阻的表达式：R＝。 2．导体的I-U特性曲线 (1)导体的I-U特性曲线：以纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U画出的I-U图像。 (2)导电器件分类 ①线性元件：导体的I-U特性曲线是通过坐标原点的直线，即电流与电压成正比，具有这种特点的I-U特性曲线的电学元件称为线性元件。 ②非线性元件：I-U特性曲线不是直线的电学元件称为非线性元件。 【师生互动】　某非线性元件的伏安特性曲线如图所示，其电阻随电压增大如何变化，切线斜率代表元件的电阻吗？ 提示：随电压增大，元件电阻变小；切线斜率不代表元件电阻，图线上的点与原点连线的斜率的倒数表示电阻。 欧姆定律 (多选)(2025·广东东莞高二上期中)由欧姆定律I＝导出U＝IR和R＝，则下列叙述正确的是(　　) A．一定的电流流过导体，电阻越大，其两端的电压就越大 B．通过导体的电流跟导体两端的电压和导体的电阻均无关 C．导体的电阻由导体本身的性质决定，跟导体两端的电压及流过导体的电流的大小无关 D．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 答案：AC 解析：根据U＝IR可知，一定的电流流过导体，电阻越大，其两端的电压就越大，A正确；根据I＝可知，通过导体的电流跟导体两端的电压和导体的电阻均有关，B错误；导体的电阻由导体本身的性质决定，跟导体两端的电压及流过导体的电流的大小无关，但是可以通过R＝计算导体的电阻，C正确，D错误。故选AC。 公式I＝、R＝的理解 公式 物理意义 适用条件 I＝ 某段导体电流、电压和电阻的关系 计算通过某段导体电流的大小，仅适用于纯电阻电路 R＝ 导体电阻的定义式，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 针对练．(多选)已知两个导体的电阻之比R1∶R2＝2∶1，那么(　　) A．若两导体两端电压相等，则I1∶I2＝2∶1 B．若两导体两端电压相等，则I1∶I2＝1∶2 C．若两导体中电流相等，则U1∶U2＝2∶1 D．若两导体中电流相等，则U1∶U2＝1∶2 答案：BC 解析：当两导体两端电压相等时，由I＝得I1∶I2＝R2∶R1＝1∶2，B正确，A错误；当两导体中电流相等时，由U＝IR得U1∶U2＝R1∶R2＝2∶1，C正确，D错误。 学生用书第61页 伏安特性曲线 (2025·广东佛山高二期中)某研究小组通过实验画额定电压为3 V的小灯泡的伏安特性曲线，在甲、乙两电路中，最好选用乙电路进行实验，理由是(　　) A．能够使小灯泡两端的电压从零开始增大 B．能够控制电路的电流和电压 C．能够使通过小灯泡的电流更大 D．能够使小灯泡两端的电压更高 答案：A 解析：滑动变阻器在电路中的接法有分压式和限流式两种接法，“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，小灯泡电压或电流需要从零调节，所以滑动变阻器的接法采用分压式，所以选用乙电路进行实验，理由是能够使小灯泡两端的电压从零开始增大，故A正确，B、C、D错误。 滑动变阻器的两种接法及其应用 限流式接法 分压式接法 电路图(图中R为测量电阻，R0为滑动变阻器) 滑动变阻器与测量电阻串联 滑动变阻器的一部分与测量电阻并联之后，再与滑动变阻器的另一部分电阻串联 滑动变阻器接入电路的特点 采用“一上一下”的接法 采用“一上两下”的接法 闭合开关前滑片位置 应在最左端，即保证滑动变阻器接入电路中的阻值最大 应在最左端，即开始时R上分得的电压为零 R两端的电压范围 U～U 0～U 通过R的电流范围 ～ 0～ 优点 电路连接简单，耗电少 R的电压调节范围大 (2025·广东佛山段考)如图是某导体的I-U图线，图中α＝45°，下列说法错误的是(　　) 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的倒数，所以电阻R＝ Ω＝1 Ω 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 答案：C 解析：由题图可知，通过导体的电流随着导体两端的电压的增大而增大，通过该导体的电流与导体两端的电压成正比，故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，故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＝It＝3 × 1 C＝3 C，故D正确。故选C。 图线 比较内容 I-U图线 U-I图线 斜率 图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体电阻的倒数 图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体的电阻 线性元件图线的形状 R1＞R2 R1＜R2 非线性元件图线的形状 电阻随U的增大而增大 电阻随I的增大而减小 学生用书第62页 1．(2025·广东深圳段考)如图所示的电解池，通电1 s内共有0.2 C的正离子和0.3 C的负离子通过截面xy，则这个电路中的电流是(　　) A．0.5 A B．0.2 A C．0.8 A D．0.1 A 答案：A 解析：由题可知1 s内通过截面的电量为Q＝0.2 C＋0.3 C＝0.5 C，则这个电路中的电流是I＝＝0.5 A，故选A。 2．如图所示，一根横截面积为S的均匀带电长直橡胶棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动，棒单位长度所带电量为－q(q＞0)。由于棒的运动而形成的等效电流大小和方向是(　　) A．vq，方向与v的方向相反 B．vq，方向与v的方向相同 C．vqS，方向与v的方向相同 D．vqS，方向与v的方向相反 答案：A 解析：橡胶棒带负电，等效电流方向与v的方向相反，由电流定义式可得I＝＝＝vq，故A正确，B、C、D错误。 3．(多选)对于欧姆定律的理解，下列说法中正确的是(　　) A．由I＝，通过电阻的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比 B．由U＝IR，对一定的导体，通过它的电流越大，它两端的电压也越大 C．由R＝，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 D．对所有的导体，在温度不变的情况下，它两端的电压与通过它的电流的比值保持不变 答案：AB 解析：根据欧姆定律可知通过电阻的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比，故A正确；根据U＝IR，对一定的导体，通过它的电流越大，它两端的电压也越大，故B正确；导体的电阻是由它本身的性质决定的，与加在它两端的电压以及流过它的电流无关，故C错误；根据R＝，对一定的纯电阻导体，在温度不变的情况下，电阻保持不变，它两端的电压与通过它的电流的比值保持不变，故D错误。 4．(2025·广东中山高二期末)图甲为测绘小灯泡I-U特性曲线实验电路图，图乙为实验所得I-U特性曲线，小灯泡额定电压为3 V。以下说法正确的是(　　) A．开关闭合前滑动变阻器的滑片应该置于最右端 B．图线表明小灯泡的电阻随温度的升高而减小 C.小灯泡正常工作时的电阻为15 Ω D．小灯泡的电阻保持不变 答案：C 解析：开关闭合前滑动变阻器的滑片应该置于最左端，A错误；随电压的增加，图线上各点与原点连线的斜率减小，则电阻增大，即表明小灯泡的电阻随温度的升高而增大，B错误；小灯泡正常工作时电压为3 V，电流为0.2 A，则电阻为R＝＝15 Ω，C正确；由题图乙可知，小灯泡的电阻在逐渐增大，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $