《2017-2018学年高中物理 第二章 恒定电流 第3节 欧姆定律教学案 新人教版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中物理 第二章 恒定电流 第3节 欧姆定律教学案 新人教版选修3-1（17页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、第3节 欧姆定律1电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小，其定义式为R，电阻的大小取决于导体本身，与U和I无关。2欧姆定律的表达式为I，此式仅适用于纯电阻电路。3在温度不变时，线性元件的伏安特性曲线是一条过原点的倾斜直线。4所有金属的电阻率均随温度的升高而变大。一、欧姆定律1电阻(1)定义：导体两端的电压与通过导体的电流大小之比，用R表示。(2)定义式：R。(3)单位：欧姆()，常用的单位还有k、M，且1 103k106 M。(4)物理意义：反映导体对电流阻碍作用的大小。2欧姆定律(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。(2)表达式：I。(3)适用范围：适用于金属导
2、电、电解液导电的纯电阻电路(不含电动机、电解槽等的电路)，而对气体导电、半导体导电不适用。二、导体的伏安特性曲线1定义建立平面直角坐标系，用纵轴表示电流I，用横轴表示电压U，画出导体的IU图线。2线性元件导体的伏安特性曲线为过原点的直线，即电流与电压成正比的线性关系的元件，如金属导体、电解液等。3非线性元件伏安特性曲线不是直线的，即电流与电压不成正比的电学元件，如气态导体、半导体等。1自主思考判一判(1)定值电阻满足R，U和I变化时，二者变化的倍数相同。()(2)电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大，导体的导电能力越强。()(3)对于金属导体，电压变化时，可能导致电阻发生变化。()(4)无论
3、是线性元件还是非线性元件，其伏安特性曲线均过原点。()(5)UI图线和IU图线中，图线上的点与原点连线的斜率的含义不同。()2合作探究议一议(1)一台电动机接入电路中，正常工作时能用欧姆定律求电流吗？提示：不能。(2)某同学用正确的方法描绘出了某种半导体元件的伏安特性曲线如图231所示，这种元件是线性元件吗？该元件的电阻随U的增大是如何变化的？图231提示：该元件是非线性元件，该元件的电阻随U的增大而减小。对欧姆定律的理解1欧姆定律的适用情况欧姆定律仅用于纯电阻(将电能全部转化为内能)电路。非纯电阻(电能部分转化为内能)电路不适用。2欧姆定律的两性(1)同体性：表达式I中的三个物理量U、I、R
4、对应于同一段电路或导体。(2)同时性：三个物理量U、I、R对应于同一时刻。3公式I和R的比较比较项目IR意义欧姆定律的表达形式电阻的定义式前后物理量的关系I与U成正比，与R成反比R是导体本身的性质，不随U、I的改变而改变适用条件适用于金属导体、电解液等适用于计算一切导体的电阻典例若加在某导体两端的电压变为原来的时，导体中的电流减小了0.4 A。如果所加电压变为原来的2倍，则导体中的电流是多大？思路点拨(1)导体的电阻不随导体两端电压的变化而变化。(2)理清导体两端原来的电压与后来的电压之间的数量关系。解析由欧姆定律得：R，电压变化后有：R，解得I01.0 A。电压加倍后同理可得R，所以I22I
5、02.0 A。答案2.0 A(1)欧姆定律I仅适用于金属导电及电解液导电。(2)对R，R与U、I无关，导体电阻R一定时，U和I成正比，R。 1(多选)关于R，下列说法正确的是()A导体两端的电压越大，导体的电阻越大B通过导体的电流越小，导体的电阻越大C导体的电阻由导体本身性质决定，与导体两端的电压和通过导体的电流无关D比值反映了导体阻碍电流的性质解析：选CD导体的电阻由导体本身性质决定，与导体两端的电压和通过导体的电流无关，选项A、B错误，C正确；比值为导体的电阻，反映了导体阻碍电流的性质，选项D正确。2(多选)根据欧姆定律，下列说法中正确的是()A由关系式UIR可知，导体两端的电压U由通过它
6、的电流I和它的电阻R共同决定B由关系式R可知，导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比C由关系式I可知，导体中电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比D由关系式R可知，对一个确定的导体来说，所加的电压跟通过导体的电流的比值是一定值解析：选CDUIR和I的意义不同，可以说I由U和R共同决定，但不能说U由I和R共同决定，因为电流产生的条件是导体两端存在电势差，A错误，C正确；可以利用R计算导体的电阻，但R与U和I无关，B错误，D正确。3.如图232所示，图线和图线所表示的电阻值分别是()图232A4 和2 B0.25 和0.5 C4 k和2 kD2.5104 和5.0104 解
7、析：选C在UI图中，斜率越大，电阻越大，且斜率大小与电阻阻值大小相等，所以R1k1 4 k，同理R22 k。对导体的伏安特性曲线的理解1UI图像与IU图像(1)坐标轴意义不同：IU图线为导体的伏安特性曲线，表示电流I随电压U的变化规律，横轴表示U为自变量，纵轴表示I为因变量；UI图线的横轴表示电流I，纵轴表示电压U。(2)图像上任意一点与坐标原点连线的斜率的意义不同：如图233甲中，R1R2；而在图乙中R2R1。图233图2342非线性元件电阻的确定如图234所示，非线性元件的IU图线是曲线，导体电阻Rn，即电阻等于图线上点(Un，In)与坐标原点连线的斜率的倒数，而不等于该点切线斜率的倒数。
8、1(多选)某同学做三种导电元件的导电性实验，他根据所测数据，分别绘制了三种元件的IU图像，如图235所示。下列判断正确的是()图235A只有乙图像是正确的B甲、丙图像是曲线，肯定误差太大C甲、丙为非线性元件，乙为线性元件D甲、乙、丙三个图像都可能是正确的，并不一定有较大误差解析：选CD由于三种导电元件可能是线性的，也可能是非线性的，故其IU图像可能是直线，也可能是曲线，故C、D正确。2.如图236所示的图像所对应的两个导体为R1、R2，则：图236(1)电阻R1R2为多少？(2)若两个导体中的电流相等(不为零)时，电压之比U1U2为多少？(3)若两个导体中的电压相等(不为零)时，电流之比I1I
9、2为多少？解析：(1)因为在IU图像中，R，所以R1 2 ，R2 。所以R1R2231。(2)由欧姆定律得U1I1R1，U2I2R2，由于I1I2，则U1U2R1R231。(3)由欧姆定律得I1，I2，由于U1U2，则I1I2R2R113。答案：(1)31(2)31(3)131根据部分电路欧姆定律，下列判断正确的有()A导体两端的电压越大，电阻就越大B导体中的电流越大，电阻就越小C比较几只电阻的IU图像可知，电流变化相同时，电压变化较小的图像是属于阻值较大的那个电阻的D由I可知，通过一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比解析：选DR只是电阻计算的定义式，U0，I0时 R仍存在，即R与U和I不存
10、在正、反比关系。对一段确定的导体而言，R一定，故I与U成正比，D对。2鸟儿落在110 kV的高压输电线上，虽然通电的高压线是裸露导线，但鸟儿仍然安然无恙，这是因为()图1A鸟有耐高压的本领B鸟脚是干燥的，所以鸟的身体不导电C鸟两脚间的电压几乎为零D鸟身体的电阻极大，所以无电流通过解析：选C鸟两脚间导线的电阻非常小，故两脚间电压几乎为零。3一个标有“220 V60 W”的白炽灯泡，加上的电压由零逐渐增大到200 V，在此过程中，电压U和电流I的关系可用下图所示的图线表示，给出的四个图线中符合实际的是()解析：选C灯泡的电阻受温度的影响，不同电压下温度不同，其电阻也不同，随温度的升高电阻增大，因此
11、图像C是符合要求的，所以本题选C。4.一个阻值为R的电阻两端加上电压U后，通过电阻横截面的电荷量q随时间变化的图像如图2所示，此图像的斜率可表示为()图2AUBRC. D.解析：选Cqt图像的斜率表示流过电阻R的电流，由此可知，通过电阻R的电流不变，由欧姆定律知，I，故C正确。5.某同学对四个电阻各进行了一次测量，把每个电阻两端的电压和通过它的电流在UI坐标系中描点如图3所示，分别用Ra、Rb、Rc、Rd代表电阻的阻值，则()图3ARaRd BRdRaCRcRb DRbRc解析：选A连接aO、bO、cO、dO，UI图线的斜率表示电阻的大小，故RaRd，A正确，B错误，又因为O、b、c三点在一条
12、直线上，故RbRc，故C、D错误。6灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大，加在灯泡两端的电压较小时，通过灯泡的电流也较小，灯丝的温度较低。加在灯泡两端的电压较大时，通过灯泡的电流也较大，灯丝的温度较高，已知一只灯泡两端的电压为1 V时，通过灯泡的电流为0.5 A，灯泡两端的电压为3 V时，通过灯泡的电流为1 A，则灯泡两端电压为2 V时，通过灯泡的电流可能是()A0.5 A B0.6 AC0.8 A D1 A解析：选C灯泡电压为1 V时，灯泡的电阻为2 ，当灯泡的电压为3 V时，灯泡的电阻为3 ，所以电压为2 V时，电阻2 R3 ，由I得此时的电流 AI1 A，故C正确。7某导体中的电流随其两端电
13、压的变化如图4所示，则下列说法中正确的是()图4A加5 V电压时，导体的电阻是5 B加12 V电压时，导体的电阻约是1.4 C由图可知， 随着电压的增大，导体的电阻先减小后不变D由图可知， 随着电压的减小，导体的电阻不断增大解析：选A对某些导电器材，其伏安特性曲线不是直线， 但曲线上某一点的值仍表示该点所对应的电阻值。本题中给出的导体在加5 V电压时，值为5 ，所以此时电阻为5 ；加12 V电压时，值为8 ，当电压增大时，值增大，即电阻增大，故选项A正确。8(多选)两个电阻R1、R2的伏安特性曲线如图5所示，由图可知()图5AR1为线性元件，R2为非线性元件BR1的电阻R1tan 451 CR
14、2的电阻随电压的增大而减小D当U1 V时，R2的电阻等于R1的电阻解析：选AD由图可知R1的伏安特性曲线为过原点的直线，故R1为线性元件，R2的伏安特性曲线为曲线，故R2是非线性元件，故A正确；R1的电阻不等于tan 45，应为U与I的比值，大小为2 ，故B错；R2为非线性元件，其中电阻大小仍等于某一时刻U与I的比值，D正确；由图可知R2随电压增大而增大，故C错。9以下给出了几种电学元件的电流与电压的关系图像，如图6所示，下列说法中正确的是()图6A这四个图像都是伏安特性曲线B这四种电学元件都是线性元件C是线性元件，是非线性元件D这四个图像中，直线的斜率都表示元件的电阻解析：选C伏安特性曲线是
15、以I为纵轴，U为横轴的，A项错；线性元件的IU图像不仅是直线，而且是过原点的直线，所以是线性元件，是非线性元件，B项错，C项正确；在UI图像中，过原点的直线的斜率是导体的电阻，图中导体的电阻并非定值，在导体两端电压未达到临界电压前，导体中电流为零，电阻值相当于无穷大，当导体两端电压超过临界值时，其直线的斜率k，因而k不表示电阻值，D项错。10(多选)关于电流下列说法正确的是()A由I可知电流与通过导体某一横截面的电荷量成正比，与所用时间成反比B由I可知在任何电路中电流皆与电压成正比，与电阻成反比C由IneSv可知对于某一确定的金属导体，其电流与导体内自由电子定向移动的平均速率成正比D由I可得q
16、It，可知当t一定时通过导体横截面的电荷量与电流I成正比解析：选CDI是电流的定义式，I与q和t无关，故A错；欧姆定律I只适用于纯电阻电路，故B错；电流在微观上与n、e、S、v有关，IneSv，故C正确；电路中通过某一横截面的电荷量q由I和t决定，故D正确。11电路中有一段导体，给它两端加上4 V的电压时，通过它的电流为10 mA，可知这段导体的电阻为_ ；如果给它两端加上10 V的电压，在单位时间内通过某一横截面的电荷量为_C；如果要让导体的电流为15 mA，则需要在其两端加上_V的电压。(填空并写出解答过程)解析：由R可得R 400 由I可得I A0.025 A由qIt可得q0.0251
17、C2.5102 C由UIR可得U1.5102400 V6 V。答案：4002.51026 12如图7所示为甲、乙两金属电阻的UI图线，某同学是这样计算它们的阻值的：R甲R乙tan 60 ，你认为他的解法对吗？如果不对，它们的阻值应为多少？图7解析：该同学的解法是错误的。事实上在不同的坐标系中，由于所选取的标度不同，在相同的电压和电流值下图线的倾角是不同的，所以不可以用倾角的正切值表示电阻。正确的解法为：R甲 3 ，用同样的方法可以求得乙的电阻为6 。答案：不对3 6 实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的1测绘小灯泡的伏安特性曲线。2分析伏安特性曲线的变化规律。二、实验原理欧姆定律。三、实
18、验电路图11电流表的内、外接：由于小灯泡的电阻较小，为减小误差，采用电流表外接法。2滑动变阻器的接法：小灯泡两端的电压需要从0开始，滑动变阻器要采用分压式连接，实验电路图如图1所示。四、实验器材小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、学生电源(或电池组)、开关、导线、坐标纸、铅笔等。五、实验步骤1确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，按如图2所示的电路原理图连接好实验电路。图22把滑动变阻器的滑片调节到a端，电路经检查无误后，闭合开关S。3改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U，记入记录表格内，断开开关S。4拆去实验线路，整理好实验器材。六、数据处理1在坐标纸上建
19、立坐标系，坐标所取分度应参考测量数据，比例适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。2连线一定要用平滑的曲线，不能画成折线。3根据图像计算电阻时，应用R来计算。七、误差分析1由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来系统误差，电流表外接，则电流表示数偏大。2测量时，读数带来偶然误差。3在坐标纸上描点、作图也会带来偶然误差。八、注意事项1开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑到使灯泡两端电压为零的位置。2在增大电压的过程中，要确保不超过小灯泡的额定电压。3在选择电表的量程时，掌握以下原则：在测量值不超过电表量程的前提下，指针尽量偏转至量程左右。4测绘IU(UI)图线时要注意三点：一是标
20、度选取合理。即作出的图像既可以把表中所给出的所有点都标注上，同时又要使图像分布在中央位置上；二是用“”或“”标注点；三是用平滑曲线拟合连接各点，误差较大的点可以舍弃。例1使用理想电压表、电流表、滑动变阻器、直流电源等仪器，研究一只小灯泡完整的伏安特性，测得IU图像如图3所示。已知滑动变阻器滑动片的有效移动长度为30 cm，变阻器的最大阻值为22.5 ，电源电动势为6 V，内阻不计。(1)在右侧的虚线框内，不改变滑动变阻器和电源的位置，补上电压表、电流表、灯泡，画出完整的电路图。要求滑动变阻器的滑动片向左滑动时，灯泡的电压增大。(2)根据IU图像可知：从A到B的过程中灯泡的电阻逐渐_(选填“增大
21、”或“减小”)，改变的阻值为_ 。图3解析(1)小灯泡内阻很小，采用电流表外接法，要求研究一只小灯泡的完整的伏安特性曲线，滑动变阻器应采用分压式连接，同时考虑滑动片向左滑动时，灯泡的电压增大，故实验原理图如图所示。(2)A点对应灯泡的阻值：RA 15 。B点对应灯泡的阻值：RB 20 。故IU图像上，由A到B的过程中灯泡的电阻逐渐增大，增大了5 。答案(1)见解析(2)增大5例2为了研究小灯泡的伏安特性曲线，现选用额定值为“3.0 V0.4 A”的小灯泡进行实验，实验中除了电流表、电压表、开关、导线若干外，还需要_、_。(1)根据所学的知识，回答下列问题：实验中用两电表测量小灯泡两端的电压和流
22、过小灯泡的电流时，电路怎样连接才能使测得的小灯泡电阻误差较小？为什么？为使加在小灯泡两端的电压从零开始，且能在较大的范围内调节，滑动变阻器应怎样连接？在图4甲所示的方框内画出相关的电路图。图4(2)请根据你画的电路图，把图乙中的实验器材连成符合要求的实验电路。图5(3)为使读数误差尽可能小，电压表的量程应选用_V，电流表的量程应选用_A，为保证实验安全，测量范围不能超过_V和_A，开始做实验闭合开关前，应把P移到_端。(4)若实验中测得通过小灯泡的电流和小灯泡两端的电压如下表所示，请在图5中画出IU图线，该小灯泡的电阻有何特征？并分析其主要原因。U/V0.050.140.210.300.480
23、.701.021.481.962.50I/A0.100.200.260.300.360.400.440.480.520.56解析还需要的仪器有：电源、滑动变阻器。(1)为了在测量电阻时减小误差，电流表量程选择00.6 A，电压表量程选择03 V，电流表采用外接法。为了能够在较大的范围内测量小灯泡两端的电压，且使小灯泡两端的电压从零开始，滑动变阻器应采用分压接法，电路图如图甲所示。(2)依据电路图连接实物图如图乙所示。(3)为使读数误差尽可能小，电压表的量程应选用03 V，电流表的量程应选用00.6 A，为保证实验安全，测量范围不能超过3 V和0.4 A，开始做实验闭合开关前，应把P移到D端。(
24、4)IU图线如图丙所示。灯丝电阻随小灯泡两端电压的增大而增大，这是由于随着电压的增大，灯丝的温度升高，其电阻随温度的升高而增大。答案见解析1(多选)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，已备有以下器材：小灯泡、学生电源、开关、导线若干，还必需的器材有()A电压表B电流表C滑动变阻器 D多用电表解析：选ABC实验中要测量电压和电流，必需电压表和电流表，描绘图线必须测出多组U、I值，因此要用滑动变阻器调节小灯泡的电流和电压，A、B、C正确。2做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验。(1)实验电路图已经画出了一部分，如图6所示，但尚未完整，请将该电路完整地连接好；图6(2)按你连接的电路，S闭合后，要
25、使小灯泡的亮度增加，变阻器的滑片P应向_(选填“A”或“B”)端移动。解析：(1)采用滑动变阻器分压式连接，电路图如图所示：(2)要使小灯泡的亮度增加，变阻器的滑片P应向B端移动。答案：(1)见解析(2)B3以下是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的操作步骤：图7A闭合开关，记下电流表、电压表的一组示数(I，U)，移动滑动变阻器的滑动触头，每移动一次记下一组(I，U)值，共测出12组数据；B将电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路。电流表外接，滑动变阻器采用分压式，如图7所示；C调节触头位置，使闭合开关前触头处于滑动变阻器的左端；D按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段
26、连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线。(1)以上各步骤中存在错误或不妥之处的是_，应如何改正：_。(2)将各步骤纠正后，按实验先后顺序排列：_。解析：错误或不妥的步骤是ACD。A步骤：测量不同电压下的电流值I时，应先预设各组数据中的电压U或电流I的值，而不是随意测，随意测时会使描点疏密不均匀，画图线时出现较大误差，甚至无法画出IU图线。C步骤：闭合开关前应使小灯泡两端电压为零，即触头应置于滑动变阻器最右端。D步骤：应将各点用平滑的曲线连接。答案：(1)见解析(2)BCAD4要测绘一个标有“3 V0.6 W”的小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V，并便于操作。已选用的器材有
27、：电池组E(电动势为4.5 V，内阻约1 )电流表A(量程为0250 mA，内阻约5 )电压表V(量程为03 V，内阻约3 k)开关一个、导线若干(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的_(填字母代号)。A滑动变阻器R1(最大阻值20 ，额定电流1 A)B滑动变阻器R2(最大阻值1 750 ，额定电流0.3 A)(2)实验的电路图应选用下列的图_(填字母代号)。解析：描绘小灯泡的伏安特性曲线要求电压从零开始，需选用滑动变阻器的分压式接法，滑动变阻器阻值应选较小的，故选A。由于灯泡电阻较小，正常工作时R15 ，电流表选用外接法误差较小，故电路图选B。答案：(1)A(2)B5在“描绘小灯泡的伏安特
28、性曲线”的实验中，可供选择的器材有：A小灯泡：规格为“3.8 V,0.3 A”B电流表：量程00.6 A，内阻约为0.5 C电流表：量程03 A，内阻约为0.1 D电压表：量程05 V，内阻约为5 kE滑动变阻器：阻值范围010 ，额定电流2 AF电池组：电动势6 V，内阻约为1 G开关一只，导线若干(1)为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从0逐渐增大到3.8 V且能方便地进行调节，因此电流表应选_。(填器材代号)(2)根据你选用的实验电路，将图8中所示的器材连成实验电路。图8解析：(1)因小灯泡的额定电流为0.3 A，为减小读数误差，让指针偏角大一些，则电流表应选B。(2)先画出电
29、路图如图所示，然后根据电路图连接实物图。答案：(1)B(2)见解析图6小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大，某同学为研究这一现象，通过实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡的电流和电压)：I(A)0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U(V)0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00(1)在图9中画出小灯泡的UI曲线；图9(2)若小灯泡正常工作电压为1.5 V，求其正常工作时的电流。解析：(1)按表中给出的10组数据，在图中尽量准确地在对应位置处描点，然后用平滑曲线连接，如图所示。(2)由图可得U1.5 V时，I0.46 A。答案：(1)见解析(2)0.46 A17
2017-2018学年高中物理 第二章 恒定电流 第3节 欧姆定律教学案 新人教版选修3-1
