高中物理 第十四章穩(wěn)恒電流第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)知識(shí)精講 新人教版

1、高二物理高二物理第十四章第十四章 穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流 第一節(jié)、第二節(jié)、第三節(jié)第一節(jié)、第二節(jié)、第三節(jié)人教版人教版【本講教育信息本講教育信息】一. 教學(xué)內(nèi)容：第十四章 穩(wěn)恒電流 第一節(jié) 歐姆定律 第二節(jié) 電阻定律 電阻率 第三節(jié) 半導(dǎo)體及其應(yīng)用二. 知識(shí)要點(diǎn)：1. 電流電流的定義式：tqI ，適用于任何電荷的定向移動(dòng)形成的電流。 對(duì)于金屬導(dǎo)體有 I=nqvS（n 為單位體積內(nèi)的自由電子個(gè)數(shù)，S 為導(dǎo)線的橫截面積，v 為自由電子的定向移動(dòng)速率，約為 105m/s，遠(yuǎn)小于電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率 105m/s，更小于電場(chǎng)的傳播速率 3108m/s） ，這個(gè)公式只適用于金屬導(dǎo)體，千萬(wàn)不要到處套用。2. 電阻定

2、律導(dǎo)體的電阻 R 跟它的長(zhǎng)度l成正比，跟它的橫截面積 S 成反比。slR（1） 是反映材料導(dǎo)電性能的物理量，叫材料的電阻率（反映該材料的性質(zhì)，不是每根具體的導(dǎo)線的性質(zhì)） 。單位是 m。（2）純金屬的電阻率小，合金的電阻率大。（3）材料的電阻率與溫度有關(guān)系： 金屬的電阻率隨溫度的升高而增大（可以理解為溫度升高時(shí)金屬原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，對(duì)自由電子的定向移動(dòng)的阻礙增大。鉑較明顯，可用于做溫度計(jì)；錳銅、鎳銅幾乎不隨溫度而變，可用于做標(biāo)準(zhǔn)電阻） 。 半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而減?。ò雽?dǎo)體靠自由電子和空穴導(dǎo)電，溫度升高時(shí)半導(dǎo)體中的自由電子和空穴的數(shù)量增大，導(dǎo)電能力提高） 。 有些物質(zhì)當(dāng)溫度接近 0 K 時(shí)，

3、電阻率突然減小到零這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象。能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物體叫超導(dǎo)體。材料由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度叫超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度 TC。我國(guó)科學(xué)家在 1989 年把 TC提高到 130K。現(xiàn)在科學(xué)家們正努力做到室溫超導(dǎo)。3. 歐姆定律RUI （適用于金屬導(dǎo)體和電解液，不適用于氣體導(dǎo)電） 。電阻的伏安特性曲線：注意 IU 曲線和 UI 曲線的區(qū)別。還要注意：當(dāng)考慮到電阻率隨溫度的變化時(shí)，電阻的伏安特性曲線不再是過原點(diǎn)的直線。例 1 實(shí)驗(yàn)室用的小燈泡燈絲的 IU 特性曲線可用以下哪個(gè)圖象來(lái)表示（ ）解：解：燈絲在溫度達(dá)到一定值時(shí)會(huì)發(fā)光發(fā)熱，而且溫度能達(dá)到很高，因此必須考慮到燈絲的電阻隨溫度的變化而變化

4、。隨著電壓的升高，電流增大，燈絲的電功率將會(huì)增大，溫度升高，電阻率也將隨之增大，電阻增大，U 越大 IU 曲線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)于原點(diǎn)連線的斜率必然越小，選 A。例 2 下圖所列的4 個(gè)圖象中，最能正確地表示家庭常用的白熾電燈在不同電壓下消耗的電功率 P 與電壓平方U 2之間的函數(shù)關(guān)系的是以下哪個(gè)圖象（ ）解：解：此圖象描述P 隨 U 2變化的規(guī)律，由功率表達(dá)式知：RUP2，U 越大，電阻越大，圖象上對(duì)應(yīng)點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率越小。選C。4. 學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率（1）學(xué)會(huì)螺旋測(cè)微器的使用，學(xué)會(huì)電壓表、電流表的使用及讀數(shù)方法。（2）掌握測(cè)定電阻率的實(shí)驗(yàn)原理。實(shí)驗(yàn)原理：由電阻定律 RSL可得到LRS，可

5、見有三個(gè)量須測(cè)量（或算出）： 金屬絲的電阻 R：由伏安法測(cè)出； 金屬絲的橫截面積 S：用螺旋測(cè)微器測(cè)得直徑 D 后可求出； 金屬絲接入電路的有效長(zhǎng)度 L，用米尺測(cè)量。器材：電源、電流表、電壓表、待測(cè)金屬絲、滑動(dòng)變阻器、電鍵、導(dǎo)線、螺旋測(cè)微器、米尺。實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)： 本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)金屬導(dǎo)線的阻值較小，因此電路應(yīng)采用電流表外接電路。 導(dǎo)線的長(zhǎng)度應(yīng)為接入電路中的有效長(zhǎng)度，而不是金屬絲的總長(zhǎng)度。 電流不宜過大（電流表用 00.6A 量程） 。通電時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以免金屬導(dǎo)線的溫度明顯升高，造成其電阻率因溫度而變化。例 1 在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)定的物理量有哪些?寫出用這些物理量表達(dá)的電阻

6、率的表達(dá)式。解：解：根據(jù)部分電路歐姆定律 RIU及電阻定律 RSLR可知電阻率為 LRSILUDILDULSIU44122。所以需要測(cè)定的物理量為：電壓（U） 、電流（） 、直徑（D）和長(zhǎng)度（L） 。例 2 在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，若被測(cè)金屬絲的長(zhǎng)度為 80.00cm，電阻約為34，在下列器材中應(yīng)選用的是（寫代號(hào)） 。A. 電壓表（015V）B. 電壓表（03V）C. 電流表（00.6A）D. 電流表（03A） E. 滑動(dòng)變阻器（050，2A）F. 滑動(dòng)變阻器（0500，lA）G. 電源（=3V，=0.2）H. 電源（=10V，r=l）I. 開關(guān) J. 導(dǎo)線（若干）解：解：略答案：答案

7、：B、C、E、G、I、J5. 電路分析和計(jì)算部分電路歐姆定律的應(yīng)用在初中時(shí)就已比較熟悉，因此沒有必要過多的練習(xí)。而全電路歐姆定律的不同之處關(guān)鍵在于需要考慮內(nèi)電阻，也就是某段電路兩端的電壓不再恒定。只要我們認(rèn)清這個(gè)區(qū)別，熟練掌握歐姆定律的應(yīng)用是并不困難的。下面就電路分析中的幾個(gè)難點(diǎn)和同學(xué)一起討論一下。（1）電路的結(jié)構(gòu)分析搞清電路各元件之間的連接關(guān)系，畫出結(jié)構(gòu)清晰的等效電路，是利用歐姆定律解決電路問題的重要前提。我們通常采用節(jié)點(diǎn)跨接法來(lái)分析電路結(jié)構(gòu)。具體方法為：首先標(biāo)明電路中各節(jié)點(diǎn)名稱，經(jīng)過電源和用電器的節(jié)點(diǎn)名稱應(yīng)不同，而一段導(dǎo)線兩端的節(jié)點(diǎn)名稱不變理想的電壓表可視為斷路。理想的電流表可視為導(dǎo)線。考

8、慮電表內(nèi)阻時(shí)，就應(yīng)把它們當(dāng)作用電器對(duì)待接著，定性判斷電路中各節(jié)點(diǎn)電勢(shì)高低（沒有標(biāo)明的可假設(shè)）。最后將各電器填在對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)間以判明彼此間的串、并聯(lián)關(guān)系。例 1 如圖 1 所示，設(shè) R1=R2=R3=R4=R，求：開關(guān) S 閉合和開啟時(shí)的 AB 兩端的電阻比。圖 1解：解：利用節(jié)點(diǎn)法，開關(guān)閉合時(shí)，電路中各節(jié)點(diǎn)標(biāo)稱如圖 2 所示圖 2 其中 R1、R2、R3都接在 AB 兩點(diǎn)間，而 R4兩端都為 B，即 R4被短路，所以其等效電路如圖 3 所示，易得 RAB=R/3。圖 3當(dāng)開關(guān)開啟時(shí)，電路中各節(jié)點(diǎn)標(biāo)稱如圖 4 所示，其對(duì)應(yīng)等效電路為圖 5 所示，易得RAB=2R/5。所以兩次電阻比為 5/6。圖

9、4 圖 52. 含電容電路的分析讓學(xué)生按圖 6 所示連好電路。圖 6觀察分別將單刀雙擲開關(guān)擲于 b、c 兩邊時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象并分析原因。學(xué)生看到：當(dāng) ab 相接時(shí)，燈 L1、L2都不亮，說明電容阻斷了電流；當(dāng) ac 相接時(shí)，燈L2閃亮一下，說明電容剛才被充電，現(xiàn)在向 L2放電。教師總結(jié)：教師總結(jié)：電容器是一個(gè)儲(chǔ)能元件，在直流電路中，它對(duì)電流起到阻止作用，相當(dāng)于斷路。同時(shí)電容器又可被充電，電量的大小取決與電容和它兩端對(duì)應(yīng)的電路的電壓。因此，在分析含電容電路時(shí)，可先把電容去掉后畫出等效電路，求出各用電器的電壓、電流，再看電容與哪部分電路并聯(lián)，而求出它兩端的電壓和它的電量。例 2 如圖 7 所示，電源電

10、動(dòng)勢(shì)V12，內(nèi)阻1r，電阻 R1=3，R2=2，R3=5，電容器的電容 C1=4F，C2=1F，求 C1、C2所帶電量。解：解：C1、C2看成斷路后，外電路相當(dāng)于 R1、R2串聯(lián)，R3中無(wú)電流，可視為短路，即UCD=UCB，UAD=UAB，由閉合電路歐姆定律知：V4) rRR/(RU212CBV10) rRR/()RR(U2121AB所以 C1、C2所帶電量 Q1、Q2分別為：Q1=C1UCB=1.6105CQ2=C2UAB=1105C圖 73. 電路中電勢(shì)升降的分析如圖所示，讓學(xué)生按電流方向分析整個(gè)回路的電勢(shì)升降，并找出升降值之間的關(guān)系式。答：答：從電源正極出發(fā)，沿電流方向經(jīng)過電阻 R 時(shí)，

11、電勢(shì)降落 IR，而到電源負(fù)極，在電流流向正極時(shí)，在內(nèi)阻上電勢(shì)降落 Ir。但同時(shí)非靜電力做功，使電勢(shì)升高。因此整個(gè)閉合電路中) rR( IU降，升U。由閉合電路歐姆定律知)(rRI，即 U升=U降教師總結(jié)：教師總結(jié)：沿電流方向經(jīng)過電阻類用電器（含內(nèi)阻）時(shí)，電勢(shì)降低；反之升高，而經(jīng)過電源時(shí)，如由電源負(fù)極到正極，則電勢(shì)升高；反之則電勢(shì)降低。而在任意閉合回路中，電勢(shì)升降代數(shù)和為零。例 3 如圖 8 所示，三個(gè)完全一樣的電源串聯(lián)成閉合回路，求 A、B 兩點(diǎn)間的電勢(shì)差。圖 8解：解：電路中電流為逆時(shí)針方向，由 A 出發(fā)逆電流向右觀察，經(jīng)電源時(shí)電勢(shì)降低，而在內(nèi)阻上又升高Ir，由全電路歐姆定律知：rrI33，

12、所以0IrUAB。4. 電路中的電表我們接觸比較多的電表是電壓表和電流表，理想情況下電流表可以看成導(dǎo)線，電壓表可以看成無(wú)窮大的電阻而忽略它們的內(nèi)阻對(duì)電路的影響，可在某些實(shí)際問題中，這種影響很大，根本不可能忽略不計(jì)。這時(shí)就要把電表看成一個(gè)可以讀數(shù)的特殊電阻，放在電路中，與其它用電器一起分析。例 4 如圖 9 所示，R1=2k，R2=3k，電源內(nèi)阻可忽略?，F(xiàn)用一電壓表測(cè)電路端電壓，示數(shù)為 6V；用這電壓表測(cè) R1兩端，電壓示數(shù)為 2V。那么（ ）圖 9A. R1兩端實(shí)際電壓是 2VB. 電壓表內(nèi)阻為 6kC. R2兩端實(shí)際電壓是 3.6VD. 用這電壓表測(cè) R2兩端電壓，示數(shù)是 3V解：解：本題中

13、電阻 R1、R2的阻值較大，電壓表與之相比不能看成電阻為無(wú)窮大的斷路。因此要把它當(dāng)成一個(gè)特殊電阻來(lái)處理。由于不計(jì)電源內(nèi)阻，電壓表測(cè)得的電壓 6V 就是電源電動(dòng)勢(shì)，所以 R1兩端實(shí)際電壓為U1=6V2k/（2k+3k）同理，U2=3.6V。當(dāng)電壓表測(cè) R1兩端電壓時(shí)，顯示的是它與 R1并聯(lián)后所分得的電壓，即21V1V1V1VRRRRRRRRR62，所以 RV=6k。當(dāng)電壓表測(cè) R2兩端電壓時(shí)，易得電壓表示數(shù)為 3V。所以選項(xiàng) B、C、D 正確?！灸M試題模擬試題】 （答題時(shí)間：50 分鐘）歐姆定律1. 圖中電壓 U ，U2和電阻 R1 ，R2均已知，測(cè)流過 R1的電流 I1為（ ）A. 11RU

14、I B. 121RUI C. 121RUUI D. 221RUUI 2. 關(guān)于IUR 關(guān)系式，下列說法中正確的是（ ） 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. 對(duì)于某一導(dǎo)體，加在它兩端的電壓越大，導(dǎo)體的電阻就越大 C. 導(dǎo)體中維持一定的電流所需的電壓越高，則導(dǎo)體的電阻越大 D. 對(duì)于某個(gè)確定的導(dǎo)體，通過的電流越大，則導(dǎo)體兩端的電壓3. 對(duì)于圖中的圖線 1、2 所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)導(dǎo)體（ ） A. R1=3R2 B. R2=2R1 C. 兩導(dǎo)體中的電流相等（不為零）時(shí)的電壓之比 U1: U23:1D. 兩導(dǎo)體的電壓相等時(shí)電流之比 Il:I23:14. 一根粗細(xì)均勻的金屬通電直

15、導(dǎo)線，橫截面積為 S，電流為 I，導(dǎo)線單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)目為 n，則自由電子定向移動(dòng)的速度 。5. 在氫原子模型中，電子以 61015Hz 的頻率繞核旋轉(zhuǎn)已知電子的電量為1.61019C，則通過電子軌道上某處的電流為多大?6. 在彩色電視機(jī)的顯像管中，從電子槍射出的電子在高電壓 U 作用下被加速，形成電流為 I 的平均電流。問：（1）在時(shí)間 t 內(nèi)打到熒光屏上的電子數(shù)為多少?（2）若加速電壓 U增大 1 倍，則 I 如何變化?7. 如圖所示，電容 C=2.0106F 的平行板電容器接在電壓 U10V 的電源的兩極間，若將電容器兩極板間的距離減小為原來(lái)的 1/2，電容器的帶電量從開始變化到變

16、化結(jié)束經(jīng)歷的時(shí)間為 t=103s，求該過程中流過電流計(jì)的平均電流的大小和方向。測(cè)電阻率1. 某同學(xué)用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬線的直徑時(shí)，幾個(gè)主要操作情況如下，其中有哪些操作是不符合要求的（ ）A. 將金屬線放人小砧 A、測(cè)微螺桿 P 的夾縫中，轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕直至壓緊讀出讀數(shù) B. 選擇導(dǎo)線的中間部分測(cè)量一次直徑C. 讀數(shù)時(shí)，固定刻度尺上零刻度以右已露出半毫米刻度線，直徑一定大于 0.5mm D. 可動(dòng)刻度上第 16 刻度線正好與固定刻度尺上標(biāo)記線對(duì)齊，因此最后讀數(shù)為 0.66mm2. 某實(shí)驗(yàn)小組在測(cè)量金屬電阻率時(shí)，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下，其中做法不正確的是（ ）A. 用螺旋測(cè)微器在金屬線三個(gè)不同部位各測(cè)一次直徑

17、，取其平均值為 dB. 用米尺量出整個(gè)金屬線的長(zhǎng)度三次取其平均值為 lC. 選用電流表內(nèi)接線路來(lái)測(cè)電阻，多次測(cè)量取平均值為 RD. 將測(cè)得的 d、l、R 代入公式lRd42算出電阻率 3. 如圖在測(cè)量金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)中，螺旋測(cè)微器的刻度的示數(shù)，分別是 、 、 。4. 有一只電壓表，量程已知，內(nèi)阻為 Rv，另有一電池組（電動(dòng)勢(shì)未知，但不超過電壓表的量程，內(nèi)電阻可忽略） 。請(qǐng)用這只電壓表和電池組，再用一個(gè)開關(guān)和一些連接導(dǎo)線，設(shè)計(jì)測(cè)量某一高阻值電阻 Rx的實(shí)驗(yàn)方法。 （已知 Rx與電壓表內(nèi)阻 Rv相差不大）（1）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。（2）簡(jiǎn)要寫出完成接線后的測(cè)量步驟。（3）寫出高阻值電阻 Rx 的計(jì)算表達(dá)式。5. 如圖有小燈泡 L1（6V，3W）和 L2（6V，lW）各 1 只，定值電阻 R（18，5W）1 只，電源 1 只（電動(dòng)勢(shì) 12V，內(nèi)阻不計(jì)） ，開關(guān) 1 只，若干導(dǎo)線，試設(shè)計(jì)一電路，使 L1和 L2都能正常發(fā)光。 （1）將設(shè)計(jì)的電路圖畫在虛線框內(nèi)，電路圖中要標(biāo)明各元件的代號(hào)；（2）按設(shè)計(jì)的電路圖，用線完成圖中所示儀器的連線。6. 如圖所示，P 是一根在表面均勻地鍍有很薄的發(fā)熱電阻膜的長(zhǎng)陶瓷管（其長(zhǎng)度 L 為50cm 左右，直徑