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核心内容，涵盖电流形成条件、定义式、微观表达式、欧姆定律及I-U特性曲线，通过“思考与讨论”“观察与思考”等问题导入，从基础概念到微观机理再到规律应用，构建递进式知识支架。 其亮点在于以科学思维和科学探究为导向，如电流微观表达式推导体现模型建构，AED除颤仪例题联系实际，I-U图像分析强化科学推理。采用比值定义法、图像法，小结含知识结构与思想方法，助学生深化物理观念，培养探究能力，也为教师提供系统教学资源。

Physics 第三章恒定电流 会推导电流的微观表达式，了解表达式中各物理量的含义。 02 知道电流的形成条件，掌握电流的定义式和单位。 01 理解欧姆定律，会用欧姆定律进行有关计算 03 理解导体的 I-U 特性曲线 04 重点 重难点 重点 电 流 01 电流形成的条件 正极 负极 - - - + A + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - + (1)存在自由电荷 金属导体 —— 自由电子 电解液 —— 离子 (2)导体两端存在电压 导体两端存在电势差时，导体内建立了电场，自由电荷在电场力的作用下定向移动形成了电流。 公司logo 公司logo 核心知识 电流 1.概念：为了表示电流的强弱，物理学中把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。 2.定义式： 4.方向：正电荷定向移动的方向，与负电荷定向移动的方向相反， 金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。 3.单位：国际单位：安培(A) 常用单位：毫安(mA)、微安(μA) 1 A＝103 mA＝106 μA 注意：电流虽然有方向，但它是标量，其计算遵循代数运算法则。 公司logo 公司logo 核心知识 电流 公司logo 公司logo 核心知识 恒定电流 恒定电流定义：电流的方向和强弱都不随时间而改变的电流称为恒定电流。 直流定义：导体中的电流方向不随时间而改变的电流称为直流。 I 公司logo 公司logo 核心知识 I＝是电流的定义式，其值与Q、t有关吗？计算出的是时间t内电流的平均值，对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值有何关系？ 答案　无关。对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等。 公司logo 公司logo 思考与讨论 (1)电流既有大小，又有方向，是矢量。(　　) (2)导体中的电流一定是正电荷定向移动形成的。(　　) (3)电子定向移动的方向就是电流的方向。(　　) (4)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量越多。(　　) × × √ × 例题 1.(2024·梅州市高二期末)2020年，“救命神器”——自动体外除颤仪AED是通过一个充电的电容器对心颤患者皮肤上的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，刺激患者的心脏恢复正常跳动。如图是一次除颤器的 模拟治疗，该除颤器的电容器电容为15 μF，充电至3.0 kV的电压，如果电容器在0.9 ms的时间内完成放电，则本次实验通过人体的电荷量及放电的平均电流分别为  A.0.045 C，50 A B.0.045 C，5 A C.45 C，5 A D.45 C，50 A √ 例题 本次实验通过人体的电荷量为Q＝CU＝15×10-6×3 000 C＝0.045 C，放电的平均电流为I＝ A＝50 A，故选A。 2. 如图所示，电解池内有一价的电解液(A、B间所接电 源未画出)，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，以下说法正确的是 A.当n1＝n2时，电流为零 B.当n1 > n2时，电流方向从A→B，电流大小为I＝ C.当n1 < n2时，电流方向从B→A，电流大小为I＝ D.溶液内电流方向从A→B，电流大小为I＝ √ 例题 正离子定向移动的方向就是电流方向，负离子定向移动的反方向也是电流方向。有正、负离子反向经过同一截面时，公式I＝中的q应是正、负离子电荷量绝对值之和，故I＝，溶液内电流方向由A指向B，与正、负离子的数量关系无关，故选D。 公司logo 公司logo 总结提升 一 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。 二 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。 三 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。 3.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内通过细管某横截面的正电荷为q1，通过此横截面的负电荷为q2。 (1)确定通过导电液体中电流的方向。 答案　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。 (2)计算导电液体中电流的大小。 答案　I＝。 例题 电流的微观表达式 02 电流的微观表达式 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。 公司logo 公司logo 核心知识 电流的微观表达式 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q、定向移动速率的大小v，还与导体的横截面积S有关。 公司logo 公司logo 核心知识 电流的微观表达式 公司logo 公司logo 核心知识 三种速率 物理意义 数量级(m·s－1) 自由电子定向移动的平均速率　　　 金属导体内自由电子的定向移动形成电流，电流与自由电子定向移动的平均速率的关系为I＝nqSv 10－4 电流的传导速率 等于光速。电路接通，导线内以光速c形成恒定电场，各处的自由电子几乎同时开始定向移动形成电流 3×108 电子热运动的 速率 导体内电子不停地做无规则的热运动，由于向各个方向运动的机会均等，不能形成电流 105 公司logo 公司logo 总结提升 (1)导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有运动。(　　) (2)电子定向移动的平均速率越大，电流就越大。(　　) (3)对一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电，粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大。(　　) × × √ 公司logo 公司logo 观察与思考 4.如图所示为一长方形金属导体，其长为l、高为a、宽为b。当从左右两面或者上下两面流过的电流均为I时，金属导体内自由电子定向移动的速率之比为 A.a∶b B.l∶a C.l∶b D.a∶l 根据电流的微观表达式可知I＝neS甲v甲＝neabv甲，I＝neS乙v乙＝nelbv乙，则v甲∶v乙＝l∶a，故选B。 √ 例题 欧姆定律 03 欧姆定律 2.公式：I = 4.单位： 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。 国际单位制：欧姆(Ω) 常用单位：千欧(kΩ) 兆欧( MΩ ) 定义式不成比例关系。 3.电阻表达式：R = 电阻是一个只跟导体本身性质有关，而与通过的电流无关的物理量。 公司logo 公司logo 核心知识 公式I=和R=的比较 比较项目 I＝ R＝ 意义 欧姆定律的表达式 电阻的定义式 前后物理量的关系 I与U成正比，与R成反比 R是导体本身的性质，线性元件的电阻不随U、I的改变而改变 适用条件 适用于金属导体、电解质溶液等，不适用于含电动机的电路 适用于计算一切导体的电阻 公司logo 公司logo 核心知识 5.(多选)小强在探究定值电阻两端电压和电流的关系，当在该电阻两端加U＝20 V的电压时，通过该电阻的电流为I＝5 A。下列说法正确的是 A.该电阻的阻值为4 Ω B.如果仅将电压升高到30 V，则通过的电流为6 A C.如果仅将该电阻换成阻值为10 Ω的定值电阻，则通过的电流应为2 A D.当通过该电阻的电流为零时，定值电阻的阻值应为零 √ √ 例题 由欧姆定律得R＝ Ω＝4 Ω，该电阻的阻值为4 Ω，A正确； 由于该电阻的阻值不变，则仅将电压升高到30 V，通过该电阻的电流应为I1＝ A＝7.5 A，B错误； 如果仅将电阻换为阻值为10 Ω的定值电阻，由欧姆定律得I'＝ A＝2 A，C正确； 定值电阻的阻值是一定的，与其是否接入电路无关，D错误。 导体的I-U特性曲线 04 图线斜率的物理意义是电阻的倒数 I U O B A 概念：以纵坐标表示电流I，横坐标表示电压U，画出的I－U图像。 I-U 特性曲线 公司logo 公司logo 核心知识 线性元件和非线性元件 (1)对于金属导体，当温度不变时，如欧姆定律所描述的，电流跟电压成正比，其伏安特性曲线是过坐标原点的直线，其电阻为定值，如图所示，具有这种伏安特性曲线的元件称为线性元件。(如金属导体、电解质溶液) I U O 公司logo 公司logo 核心知识 线性元件和非线性元件 O I U (2)对气态导体，如日光灯管中的气体，以及某些导体器件，如晶体管等并不适用。在这种情况下，其伏安特性曲线不是直线，这种电学元件称为非线性元件。(如晶体管、二极管) 公司logo 公司logo 核心知识 I-U图与U-I图的对比 I U O B A I U O B A k = R 在导体的U - I 图像中，斜率反映了导体电阻的大小。 在导体的 I - U 图像中，斜率反映了导体电阻的倒数。 U-I 图线 I-U 图线 公司logo 公司logo 核心知识 I-U图与U-I图的对比 注意： ①若横纵坐标选取不同的标度，斜率只能用k＝或k＝来计算，而不能用k＝tan α计算； ②伏安特性曲线某点切线的斜率没有意义。 公司logo 公司logo 核心知识 甲、乙两个电学元件的I－U图像如图所示，试分析： (1)两元件哪个是线性元件，哪个是非线性元件。 答案　甲为非线性元件，乙为线性元件。 公司logo 公司logo 思考与讨论 (2)它们的电阻如何变化。 答案　对甲图分析如图(a)所示，R1＝，R2＝，而图(a)中曲线上一点与原点连线斜率的倒数表示电阻，k1<k2，R1>R2，故甲的电阻随电压升高而变小。 对乙图分析如图(b)所示，图线斜率的 倒数＝R，故乙的电 阻恒定。 (a) (b) 公司logo 公司logo 思考与讨论 6. (多选)(2024·广州市高二期末)图中的实线分别是电阻a、b的I－U特性曲线，虚线c是b(U＝1 V)的切线，a、c相互平行，下列说法正确的是 A.U＝1 V时，b的电阻为5 Ω B.U＝1 V时，a、b的电阻相等 C.b的电阻随电压的升高而增大 D.U＝3 V时，a、b的电阻相等 √ √ 例题 根据I－U图像可知，电阻a的阻值保持不变，大小为Ra＝ Ω＝5 Ω，根据电阻b的I－U特性曲线可知，曲线上的点与原点连线的斜率逐渐减小，而连线斜率为k＝，可知b的电阻随电压的升高而增大，U＝1 V时，b的电阻为Rb＝ Ω＝2.5 Ω<Ra＝5 Ω，故A、B错误，C正确；U＝3 V时，b的电阻为Rb'＝ Ω＝5 Ω，此时Ra＝Rb'＝5 Ω，故D正确。 1.I－U图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体电阻的倒数，斜率越大，电阻越小。 2.定值电阻的I－U图线是一条倾斜直线，＝R定。 公司logo 公司logo 总结提升 导 体 的 I-U 特 性 曲 线 概念：电流、I-U特性曲线、线性元件和非线性元件 知道描绘I-U特性曲线的实验原理和过程 分析导体的I-U特性曲线，说明其导电性能的特点 知识结构 思想方法 科学态度和责任 比值定义法、图像法 经历科学探究过程，实事求是； 培养主动利用所学知识解决问题的意识 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.9.100 Lavf58.9.100 $你已经知道金属中的电流是自由电子做定向移动形成的那从微观上看，它的大小具体和哪些因素有关呢？再来推导一下，在均匀的直导线中取一个截面，如果导线中的电场方向是从左往右的那电子就从右往左运动。这样一来，在时间T内截面右方这个圆柱体内，所有的自由电子都会通过截面。这些电子所带的电量就是时间T内通过导体横截面的电量，用它除以T就得到电场强度了。这个电量具体是多少呢？这也可以用单个电子的电量E乘上自由电子的数量，数量怎么算呢？可以用单位体积内自由电子的数量N乘上圆柱体积得当体积容易计算，用底面积S跟长VT相乘，体积就是SVT。现在整理一下就可以得到电场强度的表达式了。可以看出金属导线中的电流强度取决于单体积内的自由电子个数N每一个电子所带的电量E导体的横截面积S和自由电子定向移动的速度V我还要说明一点，刚才的推导针对的是金属导体，所以才使用了电子的带电量E但如果是其他价态的离子导电，每个离子的带电量就不是意义了，此时就要把公式里的E改成Q他表示参与导电的每一个自由电荷的电荷量。不仅如此，在电解液中，可能正负离子都参与了导电，此时就得分别计算正负离子的总电量，用单位体积内的正离子个数N正乘上每个正离子所带电量Q正，就得到单位体积正离子的总电量。类似的，用单位体积内的负离子个数N负乘上每个负离子所载电量Q负就得到单位体积负离子的总电量。最后把它俩加起来，用这个数替换原来公式中的NQ就行。由此看来，公式中的NQ反映了导体的导电性能，N越大Q越大，导体的导电性能越强。例如同样电解质溶液的稀溶液与浓溶液相比，稀溶液中单位体积内自由电荷少些，导电性能就要差些。而浓溶液中单位体积内自由电荷多些，导电性能就要强些。同样导体与绝缘体的本质区别就是他们单位体积内的自由电荷数相差很多。NQ跟导体的材料有关，那剩下的S和V有什么关系呢？来看个例子，如图，导体两部分的半径之比是1比4，那么这两部分中电子的定向移动速度之比是多少呢？要解决这个问题需要用到一个隐藏条件，两段导线中的电流强度相同。把这两个电流用刚才的公式展开，它们是同种金属制成的，所以N和Q都相等，可以约去它们。这样一来，自由电子定向移动的速度与导线的横截面积就成反比，只要求出面积比，咱们想要的速度比就有了底面是圆的，可以用派R方来计算，R一是一份儿，R是四份，所以速度比最终是16比1，这就做完了。以上就是这个视频的全部内容，电流的微观表达式是I等于NQSV，其中单位体积内自由电荷的数量N会影响导体的导电性能。求解不同粗细导体的速度比的时候，要注意隐藏条件，电流相等。你明白了吗？明白了的话就快去刷个题。 这个视频我要说说电流强度，它是表示电流大小的物理量，简称为电流。用符号I来表示，它被定义为通过导体横截面的电荷量Q跟所用时间T的比值，这就是电流的定义式了。国际单位制中电流的单位是安培，简称安，符号是A安培是国际单位制的七个基本单位之一。根据电流的定义式，安培就等于电量的单位库仑除以时间的单位秒安是一个比较大的单位，通常咱们还用毫安和微安这两个小单位，安和毫安差十的3次方，安跟微安差十的6次方，除了大小，电流还有方向。在电路中定向移动的可能是正电荷，也可能是负电荷，还可能两者都有，如果正电荷往这边动，负电荷就往另一边动，它们产生的效应是一样的。那哪边算是电流方向呢？习惯上规定，正电荷定向移动的方向为电流方向。按照这种规定，在金属导体中带负电的自由电子导电，所以电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。而在电解液中正负离子都参与导电，所以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。我还要提醒你一下，虽然电流有方向，但两个电流合成并不能使用平行四边形法则，而应该将两个电流直接加减。因此电流不是矢量，而是标量。最后在使用定义式计算电流时，你还要注意电量Q的物理意义。按照定义，Q是单位时间通过导体横截面的电量。如果是金属之类的导体，只有一种自由电荷定向移动，那找到它们的电荷量就行。而如果是电解液之类的情况，正负离子都会定向移动，此时的Q应该如何处理呢？比如如果每一秒有一库的正电荷向右通过截面，同时有两库的负电荷向左通过截面，此时溶液中的电流强度是多少呢？这种情况下，这两库负电荷向左运动就跟两库的正电荷向右运动效果相同。所以应该把它们加起来，相当于每秒有三库的正电荷向右通过截面电流强度就是三库除以1秒是三安培，你做对了吗？以上就是这个视频的全部内容，表示电流大小的物理量是电流强度，它的单位是安培，电流是标量，但是也有方向规定，正电荷定向移动的方向为电流方向，负电荷定向移动的方向就与电流方向相反。电流的定义式为I等于Q比T计算公式中的Q10。如果像金属导体这样，只有一种自由电荷定向移动，直接用这个电量就行。但如果像电解液这样有两种自由电荷移动，就要将正负离子的电荷量加起来作为总的电量。你都明白了吗？明白了的话就快去刷题。