模塊一 電阻定律

第四章直流電路模塊一電阻定律

雷鳴電閃時,強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光,但它只能存在于一瞬間,而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光,這是為什么?一、電源導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動形成電流.(瞬時電流)1、電流的形成2、持續(xù)電流的形成倘若在A,B之間連接一個裝置P,作用是不斷地把電子從A搬運(yùn)到B，使AB之間始終存在一定的電場，從而保持持續(xù)電流。裝置P電源-BA-A++++++++_B_______等勢體導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件:導(dǎo)體兩端存在電勢差A(yù)B水池導(dǎo)體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢體,達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R中會產(chǎn)生一個瞬時電流抽水機(jī)---+A+++++++___B_____P--電源1.能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置.2.作用:保持導(dǎo)體兩端的電勢差(電壓),使電路有持續(xù)的電流.--+A+++++++___B_____P假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線MNE0FFnFt二.導(dǎo)線中的電場--+A+++++++___B_____P假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線MNE0FFnFtMNE0E0E′

MNE導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線方向的電場二.導(dǎo)線中的電場導(dǎo)體內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行

小結(jié):形成電流的條件

（1）存在自由電荷金屬導(dǎo)體——自由電子電解液——正、負(fù)離子（2）導(dǎo)體兩端存在電壓當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流．電源的作用是保持導(dǎo)體兩端的電壓，使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流．

我們在上一章中曾經(jīng)得出結(jié)論:在靜電平衡時,導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)為零,導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢差為零(等勢體).這與我們現(xiàn)在的說法有矛盾嗎?為什么?思考題導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷也在運(yùn)動，但有的流走了，另外的又來補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)定。-----恒定電場

恒定電場

由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場.恒定電場電場強(qiáng)度不變自由電子在各個位置的定向運(yùn)動速率也不變串一個電流表,讀數(shù)不會變(恒定電流)恒定電流

電流：1、定義：大小、方向都不隨時間變化的電流

用單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量表示電流強(qiáng)弱2、公式：

4、方向：正電荷定向移動的方向金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動的方向相反?？傻?、單位：安培A

其他單位mA

μA（1）電流為標(biāo)量，電流雖有方向但是標(biāo)量

（2）電解液中正負(fù)離子定向移動方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動形成的電流方向是相同的，此時q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的絕對值之和。

例題1:某電解池，如果在1s中內(nèi)共有5.0×1018個二價(jià)正離子和5.0×1018個一價(jià)負(fù)電子通過某橫截面，那么通過這個橫截面的電流強(qiáng)度是多大？答案：1.6A說明

例題2有一條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)線，通過的電流I=1A。已知銅的密度ρ=8.9×103kg/m3，銅的摩爾質(zhì)量M=6.4×10-2kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA=6.62×1023mol-1，電子的電量e=-1.6×10-19C。求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率。解：設(shè)自由電子定向移動的速率是v通過橫截面的電荷量是由得從中解出代入數(shù)值后得v=7.5×10-5m/s四、電流的微觀表達(dá)式

推導(dǎo)：一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長為l,兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動的速率為v,設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為s，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷量為q。-------ABι總電量電荷總數(shù)nqSvnlSql/vNqtQI====l/vvtvsv例3.有一條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)線，通過的電流I=1A.已知銅的密度ρ=8.9×103kg/m3

，銅的摩爾質(zhì)量M=6.02×10-2kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA=6.62×1023mol-1，電子的電量e=-1.6×10-19C。求:銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率答案：思考題

如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動速率就是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？

電子定向移動的速率約10-5

m/s，電子熱運(yùn)動的平均速率105

m/s，電場的傳播速率3×108

m/s.

三種速度的區(qū)別（1）電流傳導(dǎo)速率等于光速，電路一接通，導(dǎo)體中的電子立即受到電場力作用而定向移動形成電流。（對整體而言）（2）電子定向移動速率，其大小與電流有關(guān)，一般每秒為10-2—-10-3m的數(shù)量級。（對每個電子而言）電子熱運(yùn)動速率，任何微觀粒子都做無規(guī)則運(yùn)動，其速度與

溫度有關(guān)，通常情況為每秒幾百米。1、形成電流的條件：（1）存在自由電荷（2）導(dǎo)體兩端存在電壓2、電源的作用：提供持續(xù)的電壓3、導(dǎo)線中的電場:導(dǎo)線內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行.(恒定電場)4、恒定電流:大小方向都不隨時間變化的電流.5、電流:表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量.

（1）定義式I=q/t

（2）金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算式小結(jié):

n為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，S為導(dǎo)體橫截面積，v為電荷定向移動速率,q為每個自由電荷的電量二、部分電路歐姆定律一、電流是怎樣形成的金屬棒導(dǎo)電干木棒不導(dǎo)電潮濕的木棒導(dǎo)電為什么？金屬棒和潮濕的木棒中存在能自由移動的電荷——自由電荷1、自由電荷：能夠自由移動的電荷一般情況下，金屬導(dǎo)體中的自由電子大約以105m/s的速率做永不停息的無規(guī)律熱運(yùn)動——宏觀上無電流（1）金屬導(dǎo)體中：自由電子（2）電解液中：正負(fù)離子怎么才能使導(dǎo)體中產(chǎn)生電流呢？金屬導(dǎo)線電解液電流是怎樣產(chǎn)生的呢？

電流形成的原理：導(dǎo)體兩端存在電壓時，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流請同學(xué)們總結(jié)形成電流的條件？2、形成電流的條件

（1）存在自由電荷——內(nèi)因

（2）導(dǎo)體兩端存在持續(xù)電壓—外因電路中有持續(xù)電流的條件：

a、電路要閉合

b、要有電源3、電流的方向：（1）規(guī)定正電荷定向移動的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍?）在金屬導(dǎo)體中，電流的方向與自由電子的定向移動方向相反；在電解液中，電流的方向與正離子定向移動的方向相同，與負(fù)離子定向移動的方向相反。4、電流的強(qiáng)弱——電流強(qiáng)度（1）定義：通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q跟通過這些電量所用的時間t的比值。（2）公式：I=q/t單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大

（3）國際單位：安培簡稱：安，符號：A常用單位：1A=103mA=106μA（4）性質(zhì)：標(biāo)量（5）恒定電流：方向和強(qiáng)弱不隨時間變化而變化的電流案例分析：如圖所示：AD表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體長為L,，兩端加有一定電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的平均速率為v，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體中每單位體積的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電量為q，請寫出在t內(nèi)通過該截面的電荷量Q=電流I=AD二、電阻電阻定律1、電阻產(chǎn)生的根本原因金屬導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下定向移動過程中，不斷地與原子實(shí)碰撞，形成對電子定向移動的阻礙作用2、什么是導(dǎo)體的電阻導(dǎo)體兩端的電壓與通過導(dǎo)體的電流的比值叫導(dǎo)體的電阻。導(dǎo)體的電阻與哪些因素有關(guān)呢？長度橫截面積材料3、電阻定律(1)、內(nèi)容：

導(dǎo)體的電阻R跟它的長度L成正比，跟它的橫截面積S成反比。(2)、表達(dá)式：R=ρ—LS(3)、電阻率ρc、單位：歐·米（Ω·m)其意義為：用該材料制成長1m、橫截面積為1m2的導(dǎo)體的電阻值。b、電阻率越大，表明在相同長度、相同橫截面積的情況下，導(dǎo)體的電阻越大。a、物理意義：電阻率是反映材料導(dǎo)電性能的物理量。二、部分電路歐姆定律(1)、內(nèi)容：通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟它的電阻成反比(2)、表達(dá)式：I=

—UR三、電阻定律

請仔細(xì)觀察兩只燈泡的照片,說出它們有哪些不同之處?回顧初中知識:

影響電阻大小的因素有哪些?猜測:

這些因素怎么影響電阻大小的？如何驗(yàn)證？實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法測電阻R方法:伏安法實(shí)驗(yàn)電路圖:實(shí)驗(yàn)方案：同種材料，S一定，改變L，測R

同種材料，L一定，改變S，測R

不同材料，L一定，S一定，測R實(shí)驗(yàn)示意圖實(shí)驗(yàn)電路圖結(jié)論:同種材料,S一定,電阻R與L成正比

R∝L

同種材料,L一定,電阻與S成反比

理論探究和驗(yàn)證電阻串聯(lián)電阻并聯(lián)R∝L

電阻定律1.內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體,其電阻R與它的長度L成正比,與它的橫截面積S成反比;導(dǎo)體電阻與構(gòu)成它的材料有關(guān).2.表達(dá)式:是比例常數(shù)，它與導(dǎo)體的材料有關(guān)，是一個反映材料導(dǎo)電性能的物理量，稱為材料的電阻率。4、金屬的電阻率隨溫度的升高而增大電阻率3、純金屬的電阻率小，合金的電阻率大1、反映材料導(dǎo)電性能的物理量2、單位：歐姆·米

Ω·m

演示錳銅合金和鎳銅合金的電阻率隨溫度變化極小，利用它們的這種性質(zhì)，常用來制作標(biāo)準(zhǔn)電阻。電阻溫度計(jì)abhR2R1電流方向材料相同厚度相同上表面是正方形兩個導(dǎo)體

這兩個導(dǎo)體的電阻有什么樣的關(guān)系？hρR1=R2

CCTV-《每周質(zhì)量報(bào)告》

消息引用檢驗(yàn)負(fù)責(zé)人的話：“不合格產(chǎn)品中，大部分存在電阻不合格問題，主要是銅材質(zhì)量不合格，使用了再生銅或含雜質(zhì)很多的銅。再一個就是銅材質(zhì)量合格，但把截面積縮小了，買2.5平方（毫米）的線，拿到手的線可能是1.5或1.5多一點(diǎn)的，載流量不夠。另一個問題是絕緣層質(zhì)量不合格，用再生塑料制作電線外皮，電阻率達(dá)不到要求……上述講話中體現(xiàn)了那些物理原理？思考題1、有人說電阻是導(dǎo)體阻礙電流的性質(zhì)，電阻率是由導(dǎo)體的性質(zhì)決定的，所以電阻率越大，則電阻越大，對嗎？為什么?

不對電阻率反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能的優(yōu)劣,電阻率大,不一定電阻大,由電阻定律,電阻還與L和S有關(guān)思考題2、一白熾燈泡銘牌顯示“220V，100W”字樣，由計(jì)算得出燈泡燈絲電阻R=484，該阻值是工作時的電阻值還是不工作時的電阻值，兩者一樣嗎？為什么？不一樣

100W是額定功率,是燈泡正常工作時的功率,所以484是工作時的電阻;當(dāng)燈泡不工作時,由于溫度低,電阻比正常工作時的電阻小，所以小于484。課堂訓(xùn)練1、一段均勻?qū)Ь€對折兩次后并聯(lián)在一起，測得其電阻為0.5Ω