2020-2021學(xué)年高二物理人教版選修3-1教師用書：第2章 3　歐姆定律 Word版含解析

1、3歐姆定律學(xué)習(xí)目標(biāo)1.物理觀念知道電阻的定義式及電阻的意義。(重點(diǎn))2.科學(xué)思維理解歐姆定律。(重點(diǎn))3.科學(xué)方法了解導(dǎo)體的伏安特性曲線。(難點(diǎn))一、歐姆定律1實(shí)驗(yàn)探究(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯繉?dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓、導(dǎo)體的電阻的關(guān)系。(2)實(shí)驗(yàn)電路如圖所示：(3)數(shù)據(jù)處理：用表格記錄多組不同的電壓、電流值，作出u­i圖象。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：同一導(dǎo)體的u­i圖象是一條過原點(diǎn)的直線。不同導(dǎo)體的u­i圖象的傾斜程度不同。(5)實(shí)驗(yàn)分析電阻：定義：導(dǎo)體兩端的電壓與通過導(dǎo)體電流的比值叫作電阻，即r。意義：反映導(dǎo)體對電流的阻礙作用。單位：歐姆()、千歐(k)、兆歐(m)1 k1

2、03 ；1 m106 。2歐姆定律(1)內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓u成正比，跟導(dǎo)體的電阻r成反比。(2)公式：i。(3)適用條件：適用于金屬導(dǎo)電和電解質(zhì)溶液導(dǎo)電。對氣態(tài)導(dǎo)體和半導(dǎo)體元件不適用。二、導(dǎo)體的伏安特性曲線1定義：建立平面直角坐標(biāo)系，用縱軸表示電流i，用橫軸表示電壓u，畫出導(dǎo)體的i­u圖線。2線性元件：導(dǎo)體的伏安特性曲線為過原點(diǎn)的直線，即電流與電壓成正比的元件，如金屬導(dǎo)體、電解液等。3非線性元件：伏安特性曲線不是直線的，即電流與電壓不成正比的電學(xué)元件，如氣體導(dǎo)體、二極管等。4二極管的伏安特性曲線(如圖所示)由圖象可以看出隨電壓的增大，圖線的斜率在增大，表示其電阻隨電壓

3、的升高而減小。1思考判斷(正確的打“”，錯誤的打“×”)(1)導(dǎo)體兩端的電壓越大，導(dǎo)體電阻越大。(×)(2)歐姆定律適用于白熾燈，不適用于日光燈管。()(3)對于線性元件，伏安特性曲線的斜率越大，電阻越大。(×)(4)若伏安特性曲線為曲線，說明該導(dǎo)體的電阻隨導(dǎo)體兩端電壓的變化而變化。()2(多選)由歐姆定律i導(dǎo)出uir和r，下列敘述中正確的是()a導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體中的電流成反比b導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定，跟導(dǎo)體兩端的電壓及流過導(dǎo)體的電流的大小無關(guān)c對確定的導(dǎo)體，其兩端電壓和流過它的電流的比值就是它的電阻值d一定的電流流過導(dǎo)體，電阻越大

4、，其電壓降越大bcd導(dǎo)體的電阻是由導(dǎo)體自身的性質(zhì)決定的，與所加的電壓和通過的電流無關(guān)。當(dāng)r一定時，才有iu，故a錯誤，b、c、d正確。3.(多選)某同學(xué)在探究通過導(dǎo)體的電流與其兩端電壓的關(guān)系時，將記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過整理作出了如圖所示的圖象，根據(jù)圖象，下列說法正確的是()a導(dǎo)體甲的電阻大于導(dǎo)體乙的電阻b在導(dǎo)體乙的兩端加1 v的電壓時，通過導(dǎo)體乙的電流為0.1 ac當(dāng)通過導(dǎo)體甲的電流為0.9 a時，導(dǎo)體甲兩端的電壓為4 vd將導(dǎo)體乙連接到電壓為5 v的電源上時，通過導(dǎo)體的電流為0.5 abdi­u圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，則r甲 5 ，r乙 10 ，a錯誤；由i，得當(dāng)導(dǎo)體乙兩端的電壓為1

5、 v時，i1 a0.1 a，選項(xiàng)b正確；乙連接到電壓為5 v的電源上時，i2 a0.5 a，選項(xiàng)d正確；由uir，得當(dāng)通過導(dǎo)體甲的電流為0.9 a時，導(dǎo)體甲兩端的電壓uir甲0.9×5 v4.5 v，選項(xiàng)c錯誤。對歐姆定律的理解1.歐姆定律的適用情況歐姆定律僅適用于純電阻(將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能)電路。非純電阻(電能的一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能)電路不適用。2歐姆定律的兩性(1)同體性：表達(dá)式i中的三個物理量u、i、r對應(yīng)于同一段電路或?qū)w。(2)同時性：三個物理量u、i、r對應(yīng)于同一時刻。3公式i和r的比較比較項(xiàng)目ir意義歐姆定律的表達(dá)形式電阻的定義式前后物理量的關(guān)系i與u成正比，與r成反比r

6、是導(dǎo)體本身的性質(zhì)，不隨u、i的改變而改變適用條件適用于金屬導(dǎo)體、電解液等適用于計(jì)算一切導(dǎo)體的電阻【例1】若加在某導(dǎo)體兩端的電壓為原來的時，導(dǎo)體中的電流減小了0.4 a。如果所加電壓變?yōu)樵瓉淼?倍，則導(dǎo)體中的電流多大？思路點(diǎn)撥：(1)不特別說明認(rèn)為導(dǎo)體的電阻不變。(2)每次改變電壓后對應(yīng)的u、i比值不變。(3)對應(yīng)同一導(dǎo)體，有。解析解法一：設(shè)原來的電壓為u0，電流為i0，導(dǎo)體的電阻為r，由歐姆定律得r解得i01.0 a電壓變?yōu)樵瓉淼?倍后，r所以i2i02.0 a。解法二：根據(jù)同一電阻電壓的變化量與電流的變化量之比相等，有解得i01 a又r聯(lián)立得i2i02.0 a。答案2.0 a對公式i和r的兩

7、點(diǎn)提醒(1)歐姆定律的表達(dá)式是i，而公式r應(yīng)該理解成電阻的比值定義式，比值定義的魅力就在于被定義的物理量與比值中的那兩個物理量無關(guān)。(2)r告訴了我們一種測量導(dǎo)體電阻的方法，即伏安法。(3)對于定值電阻，由于u­i圖象為過原點(diǎn)的直線，故r。1下列說法正確的是()a歐姆定律適用于所有電路b根據(jù)r可知，對金屬導(dǎo)體而言，r與u成正比，與i成反比c根據(jù)i可知，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓u成正比，跟導(dǎo)體的電阻r成反比d電路中兩點(diǎn)之間的電壓就等于這兩點(diǎn)的電勢差，沿著電流的方向各點(diǎn)的電勢在降低c歐姆定律的適用范圍是金屬導(dǎo)電和電解液導(dǎo)電，歐姆定律不適用于氣體導(dǎo)電，故a錯誤；金屬導(dǎo)體電阻由導(dǎo)體的材料

8、、長度、橫截面積決定，與電壓、電流無關(guān)，故b錯誤；根據(jù)i可知，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電壓成正比，與電阻成反比，故c正確；沿著電流方向，通過電阻才有電勢的降落，故d錯誤。對伏安特性曲線的理解1.i­u圖線不同于u­i圖線，i­u圖線為導(dǎo)體的伏安特性曲線，加在導(dǎo)體兩端的電壓u是自變量，i是因變量。2對i­u圖象或u­i圖象進(jìn)行分析比較時，要先仔細(xì)辨認(rèn)縱軸與橫軸各代表什么，以及由此對應(yīng)的圖象上任意一點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率的具體意義，如圖甲中r2<r1；而在圖乙中r2>r1。甲乙3.i­u圖線是曲線時：導(dǎo)體電阻rp，即電阻等于圖線上

9、點(diǎn)(up，ip)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率的倒數(shù)，而不等于該點(diǎn)切線斜率的倒數(shù)，如圖所示?！纠?】(多選)某導(dǎo)體中的電流隨其兩端電壓的變化如圖所示，則下列說法中正確的是()a該元件是非線性元件，所以不能用歐姆定律計(jì)算導(dǎo)體在某狀態(tài)下的電阻b加5 v電壓時，導(dǎo)體的電阻約是5 c由圖可知，隨著電壓的增大，導(dǎo)體的電阻不斷減小d由圖可知，隨著電壓的減小，導(dǎo)體的電阻不斷減小思路點(diǎn)撥：(1)由伏安特性曲線可知，導(dǎo)體是非線性元件。(2)r可以計(jì)算任何情況下的電阻。(3)根據(jù)各點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率變化判斷導(dǎo)體電阻變化。bd雖然該元件是非線性元件，但可以用r計(jì)算各狀態(tài)的電阻值，a錯誤；當(dāng)u5 v時，i1.0 a，r5

10、，b正確；由圖可知，隨電壓的增大，各點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率越來越小，電阻越來越大，反之，隨電壓的減小，電阻減小，c錯誤，d正確。上例中，若導(dǎo)體兩端的電壓從5 v增加到12 v，則導(dǎo)體的電阻變化了多少？提示：由于5 v時，導(dǎo)體的電阻約為5 ，12 v時導(dǎo)體的電阻為8 ，所以電阻值增加了3 。利用i­u圖象或u­i圖象求電阻應(yīng)注意的問題(1)明確圖線斜率的物理意義，即斜率等于電阻r還是等于電阻的倒數(shù)。(2)某些電阻在電流增大時，由于溫度升高而使電阻變化，伏安特性曲線不是直線，但對某一狀態(tài)，歐姆定律仍然適用。(3)利用i­u圖象或u­i圖象求電阻時，應(yīng)利用u和

11、i的比值進(jìn)行計(jì)算，而不能用圖象的斜率ktan ，因?yàn)樽鴺?biāo)軸標(biāo)度的選取是根據(jù)需要人為規(guī)定的，同一電阻在坐標(biāo)軸標(biāo)度不同時直線的傾角是不同的。2.(多選)如圖所示是電阻r的i­u 圖象，圖中45°，由此得出()a通過電阻的電流與兩端電壓成正比b電阻r0.5 c因i­u圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，故r1.0 d在r兩端加上6.0 v的電壓時，每秒通過電阻橫截面的電荷量是3.0 cad由i­u圖象可知，圖線是一條過原點(diǎn)的傾斜直線，即i和u成正比，a正確；電阻r 2 ，b錯誤；由于縱、橫坐標(biāo)的標(biāo)度不一樣，故不能用ktan 計(jì)算斜率表示電阻的倒數(shù)，c錯誤；在r兩端加上6

12、.0 v電壓時，i a3.0 a，每秒通過電阻橫截面的電荷量qit3.0×1 c3.0 c，d正確?；瑒幼冏杵鞯膬煞N接法1.兩種接法及對比限流接法分壓接法電路圖閉合開關(guān)前滑片位置滑動觸頭在最左端，即保證滑動變阻器接入電路中的阻值最大滑動觸頭在最左端，即開始時r上分得的電壓為零電壓調(diào)節(jié)范圍uu0u電流調(diào)節(jié)范圍02.方法選擇通?；瑒幼冏杵饕韵蘖魇綖橹鳎龅较率鋈N情況時必須采用分壓式。(1)當(dāng)待測電阻遠(yuǎn)大于滑動變阻器的最大電阻，且實(shí)驗(yàn)要求的電壓變化范圍較大(或要求測量多組數(shù)據(jù))時，必須選用分壓接法。(2)若采用限流接法，電路中實(shí)際電壓(或電流)的最小值仍超過負(fù)載電阻或電表的額定值時，只

13、能采用分壓接法。(3)要求回路中某部分電路的電流或電壓實(shí)現(xiàn)從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)時(如測定導(dǎo)體的伏安特性，校對改裝后的電表等)，即大范圍內(nèi)測量時，必須采用分壓接法?！纠?】在如圖所示的電路中，滑動變阻器的最大值為r010 ，負(fù)載為rl10 ，電路兩端所加的電壓為u020 v保持不變。(1)開關(guān)s斷開，變阻器觸頭移動時，電阻rl兩端的電壓ul變化范圍是多少？(2)開關(guān)s閉合，變阻器觸頭移動時，電阻rl兩端的電壓ul變化范圍是多少？思路點(diǎn)撥：(1)先確認(rèn)變阻器的連接方式。(2)根據(jù)串、并聯(lián)電路規(guī)律分析問題。解析(1)開關(guān)s斷開，變阻器觸頭在變阻器下端時，電阻rl與整個變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)分壓規(guī)律，電阻r

14、l兩端電壓為u010 v變阻器觸頭在變阻器上端時，滑動變阻器的接入阻值為零，相當(dāng)于電阻rl直接接在電源上，其兩端電壓為u020 v所以電阻rl兩端的電壓變化范圍是10 vul20 v。(2)開關(guān)s閉合，變阻器觸頭在變阻器下端時，電阻rl被短路，其兩端電壓為零，觸頭在變阻器上端時，電阻rl與變阻器并聯(lián)，其兩端電壓為u020 v所以電阻rl兩端的電壓變化范圍是0ul20 v。答案見解析限流、分壓接法的優(yōu)缺點(diǎn)(1)限流接法：優(yōu)點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)簡單、耗能低。缺點(diǎn)：待測電阻兩端電壓不能從零開始變化，且變化范圍不大。(2)分壓接法：優(yōu)點(diǎn)：待測電阻兩端電壓能從零開始變化，且變化范圍大。缺點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，耗

15、能高。3.(多選)如圖所示的電路中，若ab為輸入端，ab為輸出端，并把滑動變阻器的滑動觸片置于變阻器的中央，則以下說法正確的是()a空載時輸出電壓uabb當(dāng)ab間接上負(fù)載r時，輸出電壓uab<cab間的負(fù)載r越大，uab越接近dab間的負(fù)載r越小，uab越接近abc空載時，ab間的電壓為總電壓的一半，即uab，a正確；當(dāng)ab間接上負(fù)載r后，r與變阻器的下半部分并聯(lián)，并聯(lián)電阻小于變阻器總阻值的一半，故輸出電壓uab<，但r越大，并聯(lián)電阻越接近于變阻器總阻值的一半，uab也就越接近，r越小，并聯(lián)電阻越小，uab就越小于，b、c正確，d錯誤。1科學(xué)思維歐姆定律的理解及應(yīng)用。2物理觀念電阻

16、的定義及物理意義。3科學(xué)方法對伏安特性曲線的理解及應(yīng)用，圖線的斜率與電阻的關(guān)系。1已知金屬棒a的電阻是金屬棒b的電阻的2倍，加在a上的電壓是加在b上的電壓的一半，那么通過a和b的電流ia和ib的關(guān)系是()aia2ibbiaciaib diad由i得：iaibuarbubra14，即iaib，應(yīng)選d。2以下給出幾種電學(xué)元件的電流與電壓的關(guān)系圖象，如圖所示，下列說法中正確的是()a這四個圖象都是伏安特性曲線b這四種電學(xué)元件都是線性元件c是線性元件，是非線性元件d這四個圖象中，直線的斜率都表示了元件的電阻c伏安特性曲線是以i為縱軸，u為橫軸的，a錯誤；線性元件并不只是說i­u、u­i圖象是直線，而必須是過原點(diǎn)的直線，所以只有是線性元件，不是線性元件，b錯誤，c正確；在u­i圖象中，過原點(diǎn)的直線的斜