2017-2018学年沪科版高中物理选修3-1第3章从电表电路到集成电路3.2研究电流电压和电阻学案

3.2　研究电流、电压和电阻

 

1．电流

(1)定义：物理学中把流过导体某一横截面的电荷量Q跟所用时间t的比值I叫做电流．

(2)定义式：I＝.

(3)单位：安培．

常用单位还有毫安和微安；换算关系：1 A＝103mA＝106μA.

(4)电流的方向：电流的方向规定为正电荷定向移动的方向．

(5)物理意义：反映电流强弱的物理量．

2．电流的形成

(1)电源在导体中产生电场，导体中的自由电子在电场力的作用下，发生定向移动，形成电流．

(2)导体电流的微观表达式I＝nqvS.

3．电压

(1)沿电流方向上的任意两点间都有电势差，这就是电路中的电压．

(2)电路中沿电流方向的电势是逐渐降低的．

4．电阻

(1)金属导体中的自由电子，在电场力作用下做定向运动的过程中，自由电子与晶体点

阵上的原子实碰撞形成对电子定向运动的阻碍作用，是“电阻”产生的原因．

(2)纯金属电阻的阻值与温度间的关系：R＝R0(1＋αt)，式中R表示金属在t ℃时的电阻，R0表示金属在0 ℃时的电阻值，α叫做电阻的温度系数．

1．在电路中沿着电流的方向电势逐渐升高．(×)

2．电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多. (√)

3．自由电子与原子实的碰撞是产生电阻的根本原因．(√)

(1)假设电源两极的电压为1.5 V，若选择电源的正极为零电势点，那么它的负极电势是多少？

【提示】　－1.5 V.

(2)电阻元件在通电时发热的原因是什么？

【提示】　电阻元件通电时，自由电子不断地与晶体点阵上的原子实碰撞，将它的一部分动能传递给原子实，使原子实的热振动加剧，导体的温度就升高了．

如图3­2­1所示，把电源用导线连接在插入食盐水中的两个金属电极上，电路中形成电流．

图3­2­1

探讨1：盐水中的电流和金属导线中的电流形成机制有什么不同？

【提示】　盐水中的电流是Cl－离子和Na＋离子同时反向定向移动形成的，金属导线中的电流是自由电子定向移动形成的．

探讨2：盐水中的电流沿什么方向？

【提示】　左．

探讨3：　假设t s内有N个Cl－和N个Na＋通过图中虚面，则电路中的电流多大？

【提示】　I＝.

1．理解电流概念需注意的几个要点

(1)公式I＝中，q是通过导体横截面的电荷量，而不是通过导体单位横截面积的电荷量．

(2)当导体中有正、负电荷同时向相反方向定向移动形成电流时，公式中的q应为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量的绝对值之和．

(3)横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关．

(4)电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，它与负电荷定向移动的方向相反．在电源外部的电路中，电流的方向是从电源的正极流向负极；在电源的内部，电流是从电源的负极流向正极．电流虽然有大小和方向，但电流是标量，而不是矢量．因此电流的合成不遵循平行四边形定则．

2．电流的微观表达式I＝nqSv

(1)建立模型

图3­2­2

如图3­2­2所示，AB表示粗细均匀的一段导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v.设导体的长度为L，横截面积为S，导体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.

(2)理论推导

导体AB中的自由电荷总数N＝nLS

总电荷量Q＝Nq＝nLSq

所有这些电荷都通过导体横截面所需要的时间

t＝

根据公式I＝知，导体AB中的电流I＝＝＝nqSv.

(3)结论

由此可见，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动的速率以及导体的横截面积．

3．三种速率的区别