3.1 导体的伏安特性曲线 课件 -2026-2027学年高二上学期物理粤教版必修第三册

课程标准 3.2电路及其应用 【内容要求】 3.2.1观察并能识别常见的电路元器件，了解它们在电路中的作用。 会使用多用电表。 3.2.2通过实验，探究并了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系。会测量金属丝的电阻率。 例1知道滑动变阻器的工作原理。 例2通过I-U图像了解材料的电阻特性。 3.2.3了解串、并联电路电阻的特点。 3.2.4理解闭合电路欧姆定律。会测量电源的电动势和内阻。 例3通过探究电源两端电压与电流的关系，体会图像法在研究物理问题中的作用。 3.2.5理解电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。 3.2.6能分析和解决家庭电路中的简单问题，能将安全用电和节约用电的知识应用于生活实际。 例4根据某家庭的电器设施，估算该家庭电路中所需导线的规格。 活动建议 (1)分别描绘电炉丝、小灯泡、半导体二极管的I-U特性曲线，对比它们导电性能的特点。 (2)收集新型电热器的资料，了解其发热原理。 (3)观察家庭用电器的工作状况，检查是否存在安全隐患，知道安全用电的基本方法。 (4)调查近年来家庭用电的情况，讨论节约用电如何从自己做起， 养成节约用电的习惯。 第三章 恒定电流 一、课程标准的要求 (1)通过实验，探究并了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系. (2)会测量金属丝的电阻率. (3)了解串、并联电路电阻的特点. 这是教师教学用书上写的 引入本章内容 第二次工业革命以电力的广泛应用为标志，不仅推动了社会生产由机械化向电气化、自动化转变，而且极大地改变了人们的生活方式，打开了人类进入现代文明时代的大门。 1800年，伏特发明了电池，人类第一次得到持续稳定的电流───恒定电流，开创了人类认识和实际利用电能的新纪元. 今天的用电技术就是在恒定电流的基础上发展起来的。 电流是怎样形成的？恒定电流有哪些特点？它在导体中受到怎样的阻碍作用？这些都是我们将在本章探究的内容. 第一节 导体的I-U 特性曲线 [学习目标]　 1.知道电流的形成条件，掌握电流的定义式和单位。 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(重难点)。 3.理解欧姆定律，会用欧姆定律进行有关计算(重点)。 4.理解导体的I-U特性曲线(重点)。 耀眼的闪电只能存在于一瞬间 城市的电灯持续照亮夜空 怎样能形成电流？雷鸣电闪时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间，而城市的灯却能持续发光，这是为什么? 电荷的热运动，电荷不能定向移动形成电流 正离子都在自己的平衡位置附近振动而不移动 一、电流 - A + + + + + + + + B _ _ _ _ _ _ _ H 导线H中的自由电子在静电力的作用下沿导线导线定向移动，形成电流。 思考1：有A、B两个导体，分别带正、负电荷。如果他们之间连接一条导线H，会出现什么现象？ 思考2：形成的电流是持续电流吗？为什么？ 不是，由于B失去电子，A得到电子，A、B之间的电势差很快消失，两导体成为一个等势体。产生的电流是一个瞬时电流。 - A + + + + + + + + B _ _ _ _ _ _ _ - B A 等势体 H H 水流 A B 连通器 水势A 水势B 水流 A B 连通器 抽水机 思考3：如何形成持续的电流？ 思考：如何使得连通器中存在持续的水流？ 思考4：导线中产生的电流是瞬时电流，如何使导线中有持续电流呢？ - - - + A + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - + 装置P的作用：源源不断的把电子从A搬运到B，从而能保持导体两端的电势差(电压)，从而使得电路中有持续的电流 （1）存在自由电荷 　金属导体——自由电子 电解液 ——正、负离子 气体导电——正、负离子和自由电子 1.形成电流的条件： P B A — — _ _ _ _ _ _ _ — — — + + + + + + + （2）导体两端存在电压（电势差） 当导体两端分别与电源的两极连接时，导体两端存在电压，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流。 思考5：电荷的定向移动形成电流，如何描述电流的强弱？ 利用单位时间内通过导体横截面的电荷量的多少来描述电流的强弱. 思考6：电流可能是正电荷或负电荷定向移动形成 的，也可能是正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成的，人们是如何规定电流的方向的？ 规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 一、电流 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= Q / tzxx////k 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 电流是标量，它的运算不遵循平行四边形定则。 2、物理学中把方向不随时间变化的电流称为直流电，大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。 1.电流 【例1—金版P44】如图所示，电解池内有一价的电解液，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，设元电荷为e，以下说法中正确的是 A．当n1＝n2时电流强度为零 B．当n1 > n2时，电流方向从A→B，电流强度为 C．当n1 <n2时，电流方向从B→A，电流强度为　 D．溶液内电流方向从A→B，电流强度为 【拓展】电解液含有的是二价正离子，一价负离子，电流强度为 电流的微观解释 问题：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， 推导出导体中电流I的表达式； 推导：这段导体中的 自由电荷个数是＿＿＿＿＿＿ 总电荷量＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 总电荷量通过横截面积S所需要的时间＿＿＿ 导体中电流＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，即＿＿＿＿＿。 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.试推导出导体中电流I 的表达式. 均匀导体 定义式 微观表达式 一、电流 【金版P45】 AC 【例3—课本P73】如图所示，两段长度和材料相同、各自粗细均匀的金属导线a、b，单位体积内的自由电子数相等，横截面积之比为Sa∶Sb=1∶2.已知5s内有5×1018个自由电子通过导线a的横截面，则 A. 流经导线a的电流为 0.16 A B. 流经导线b的电流为 0.32 A C. 5 s 内有 10 ×1018个自由电子通过导线b的横截面 D. 自由电子在导线a 和b中移动的速率之比va∶vb = 2∶1 AD 二、欧姆定律 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: 3、适用： 金属导电和电解液导电 导体两端的电压U与 通过导体的电流 I 的比值 3、定义式： 4、单位： 1、物理意义： 2、定义： 国际单位制中 欧姆（Ω） 反映导体对电流的阻碍作用 电 阻 (R只与导体本身性质有关) 5、测量方法： 常用方法伏安法——测U、I BD 【例4—金版P46】 【观察与思考】如图所示，用电流表测量通过金属导体 的电流 ，用电压表测量两端的电压 ，图中虚线框内是一个能提供可变电压的电路，通过调节滑动变阻器的滑片，可得到金属导体的几组 和 的值。然后，换用金属导体 代替 进行实验，可得到金属导体 的几组 和 的值。 记录实验数据，并在同一坐标系中做出 和 的 图像。 实验操作步骤 1、连接电路：按电路图连接器材，开关保持断开，将滑动变阻器滑片移到最左端，使被测导体两端电压为零 2、测量导体a：闭合开关，多次调节滑动变阻器滑片，记录每组对应的电压表和电流表示数 3、换测导体b：断开开关，换用另一个金属导体b代替a，重复上述测量步骤，记录多组I、U数据 4、描点作图：在同一I-U坐标系中分别描出a、b的各组数据点，用直线拟合，作出两者的伏安特性曲线 三、导体的伏安特性曲线 伏安特性曲线（I-U图）： 纵坐标表示电流 I 横坐标表示电压 U 思考：如何直观表示电流I、电压U和电阻R之间的关系？ 三、导体的伏安特性曲线 I U O B A 图线斜率的物理意义是什么？ 电阻的倒数 A和B哪个导体的电阻大？ A 线性元件和非线性元件 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； 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． 例:如图是电阻a和b的I-U特性曲线，求两电阻阻值之比. 对于线性元器件：R = 而I-U图像斜率 k = 则对于线性元器件，I-U图像斜率代表电阻的倒数 Ra = 则Ra: Rb = 3 :5 【思考】U-I图呢？ 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来表示直线的斜率吗？ A θ=60° 不能某点切线的斜率无意义 不能 某点电阻等于图线上点与坐标原点连线的斜率的倒数 欧姆定律 的适用范围： 电阻定义式 的适用范围： 金属导体、电解质 但对气体导体、晶体管等非线性元件不适用 线性元件、非线性元件均适用 （原因：元件两端的电压与电流不成正比，没有恒定的电阻。） 思考： 【讨论与交流】如图所示是某额定电压为3V的小灯泡的伏安特性曲线。当加在小灯泡两端的电压分别是0.2V、0.9V、3V时，求小灯泡钨丝的电阻，并讨论其导电特性。 【讨论与交流】如图所示是某额定电压为3V的小灯泡的伏安特性曲线。当加在小灯泡两端的电压分别是0.2V、0.9V、3V时，求小灯泡钨丝的电阻，并讨论其导电特性。 小灯泡的I-U特性曲线： 请注意： 1.正文标题为：黑体，30号字； 2.正文内容为：华文楷体，尽量不小于24号，特殊辅助性文字不低于18；根据文字量可适当调整。内容文字一行一般不能超过28个字，单页文字一般不能超过8行。 3.拍摄版本呈现内容务必与上传版本呈现的内容完全一致。 英文 1.正文标题为：以Times New Roman为主,可搭配使用Arial。字号为32—36号，特别强调可以用40号。 2.正文内容为：以Times New Roman为主,可搭配使用Arial。字号为24—28号，特别强调可用32号。 3.英文每行一般不能超过15个单词；单页文字一般不能超过8行。 37 【例5—金版P47】 B 描绘发光二极管的I-U特性曲线 V A + - 点击播放视频 描绘发光二极管的伏安特性曲线 发光二极管的的伏安特性曲线特点：单向导电性 非线性元器件：伏安特性曲线是一条曲线，如二极管等. 微专题：控制电路的选取(滑动变阻器的接法) 测量电路 控制电路 定值电阻 电阻箱 滑动变阻器的常规处理 ——将变阻器从滑动触点P分成两个部分，把一个完整的变阻器看成是由两部分串联组成的，如下图所示。 限流式接法：（一上一下） 1.限流式：一上一下接线(一上两下也可以) - + 滑动变阻器的常规处理 ——将变阻器从滑动触点P分成两个部分，把一个完整的变阻器看成是由两部分串联组成的，如下图所示。 分式式接法：（一上两下） 2.分压式：一上两下接线 + - 如图所示，若不计内阻的电源两端电压为3V，待测电阻的阻值为Rx=290Ω，滑动变阻器的全阻值R=10Ω若采用限流式，待测电阻Rx两端电压的调节范围是多少？ 即： 思考：这种情况用限流接法好吗？ 1.滑小必分（R滑动<<R待测）：若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，导致待测电阻电压变化范围不够大。 限流法 用电器两端电压的变化范围 通过用电器的电流变化范围 （a）限流式接法 (通过变阻器改变电路中的电阻，以控制电路中的电流) 分压式 用电器两端电压的变化范围 通过用电器的电流变化范围 （b）分压式接法 （通过变阻器改变用电器两端的电压，起调压器的作用） 课本P59，第2题 2.零起必分：若实验中要求电压从零开始连续可调，则必须采用分压式接法。(或者要求测尽量多组数据) 一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，实验时，要求小灯泡两端的电压从零开始逐渐增大。 该小组应选用如图所示电路中哪个电路进行实验？为什么？ 如图所示，若不计内阻的电源两端电压为6V，待测电阻的阻值为Rx=20Ω，额定电压为3V，电压表的最大量程为3V，滑动变阻器的全阻值R=10Ω.若采用限流式，待测电阻Rx两端电压的调节范围是多少？ 3.超额必分（或烧表必分)：不论怎样调节滑动变阻器，待测电阻上的都会超过额定电压或超过电压表的量程 即： 限流式接法和分压式接法的比较 限流电路 分压电路 电路图 作 用 R上电压U的范围 能损耗 电路选择依据 主要控制Rx中的电流 主要控制Rx上电压 变阻器上能量损耗小 变阻器上能量损耗大 除分压电路①②外,一般应用限流电路 ①电流与电压从0开始取值 ②变阻器最大值比R小很多时 小结： 电荷的定向移动形成电流，正电荷定向移动的方向为电流方向． 欧姆定律：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比． 导体的伏安特性曲线的物理意义：图线斜率的倒数表示电阻． Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $