2020高考物理 考前复习利器之静电场和电路 专题3 直流电路 部分电路欧姆定律学案

2020高考物理 考前复习利器之静电场和电路 专题3 直流电路 部分电路欧姆定律学案

部分电路欧姆定律 ‎【学习目标】‎ ‎　 1.理解产生电流的条件．‎ ‎　　2.理解电流的概念和定义式，并能进行有关计算．‎ ‎　　3.了解直流电和恒定电流的概念．‎ ‎　　4.知道公式，但不要求用此公式进行计算．‎ ‎　　5.熟练掌握欧姆定律及其表达式，明确欧姆定律的适用范围，能用欧姆定律解决有关电路问题．‎ ‎　　6.知道导体的伏安特性，知道什么是线性元件和非线性元件．‎ ‎　　7.知道电阻的定义及定义式 ‎【要点梳理】‎ 要点一、电流 自由电荷——物体内部可自由运动的电荷 自由电子——金属内部可自由运动的电子 电流——电荷的定向流动 ‎ ‎ 在导体的两端加上电压，导体中才有电流，那么，导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢？下面我们通过实验来探究这个问题。‎ 实验电路：‎ ‎ ‎ ‎ 分压电路：可以提供从零开始连续变化的电压。‎ 数据记录 14‎ 作图像分析这些数据 ‎ ‎ 要点二、电阻 ‎1．定义：导体两端的电压与通过导体的电流大小之比叫导体的电阻．‎ ‎2．定义式：.‎ ‎3．单位：欧姆，常用的还有，且有.‎ ‎4．物理意义：反映导体对电流阻碍作用的大小．‎ ‎5．注意　电阻的定义式提供了一种量度电阻大小的方法，但导体对电流的这种阻碍作用是由导体本身性质决定的，与所加的电压和通过的电流无关，绝不能由而误认为“与成正比，与成反比”．‎ 要点三、欧姆定律 ‎1．内容：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比．这就是欧姆定律．‎ ‎2．表达式：.‎ ‎3．适用条件：金属导电和电解液导电．‎ 要点诠释：①欧姆定律公式中的必须对应同一导体或同一段纯电阻电路(不含电源、电动机、电解槽等电器的电路)．②欧姆定律不适用于气体导电．‎ ‎4．对于欧姆定律的表达为，可以通过数学变换写成和，从数学上讲，这三个式子只是用于求不同的物理量，没有什么本质上的差别．但从物理角度讲，这三个式子有着不同的物理意义，要在学习的过程中注意加深理解和学会不同情况下正确使用它们．‎ 14‎ 是定律的数学表达式，表示通过导体的电流与电压成正比，与电阻成反比，常用于计算一段电路加上一定电压时产生的电流，适用条件是金属或电解液导电(纯电阻电路)．‎ 是电阻的定义式，比值表示一段导体对电流的阻碍作用，常利用的值表示一段电路的等效电阻．这种表达不仅对于线性元件适用，对于其他任何的一种导体都是适用的，对给定的导体，它的电阻是一定的，和导体两端是否加电压，导体中是否有电流无关．因此，不能说电阻与电压成正比，与电流成反比．‎ 是电势降落的计算式，用来表示电流经过一电阻时的电势降落，常用于进行电路分析时，计算沿电流方向上的电势降落，是欧姆定律的变形，所以适用条件与欧姆定律的适用条件相同．‎ 要点四、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，用横轴表示电压，画出的导体的图线叫做导体的伏安特性曲线．‎ ‎2．线性元件．‎ 伏安特性是通过坐标原点的直线，表示电流与电压成正比，如图所示，其斜率等于电阻的倒数，即.所以曲线的斜率越大，表示电阻越小．‎ 要点诠释：①当导体的伏安特性为过原点的直线时，即电流与电压成正比例的线性关系，具有这种伏安特性的元件称为线性元件，直线的斜率表示电阻的倒数，所以斜率越大，电阻越小，斜率越小，表示电阻越大．②欧姆定律适用于纯电阻，或由若干纯电阻构成的一段电路．从能量转化的角度看，电流通过时，电能只转化成内能的用电器或电路，是纯电阻电路．某些电阻在电流增大时，由于温度升高而使电阻变化，这种情况下作出的伏安特性曲线不是直线，但对某一状态，欧姆定律仍然适用．‎ ‎3．非线性元件．‎ 14‎ 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，如下图，是二极管的伏安特性曲线．二极管具有单向导电性．加正向电压时，二极管电阻较小，通过二极管的电流较大；加反向电压时，二极管的电阻较大，通过二极管的电流很小．‎ 二极管由半导体材料制成，其电阻率随温度的升高而减小，故其伏安特性曲线不是直线．‎ 要点诠释：①由图看出随电压的增大，图线的斜率在增大，表示其电阻随电压的升高而减小，即二极管的伏安特性曲线不是直线，这种元件称为非线性元件．②气体导电的伏安特性曲线是非线性的．气体导电和二极管导电，欧姆定律都不适用．‎ 要点五、实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线 ‎1．实验目的．‎ ‎(1)掌握伏安法测电阻的电路设计(关键是内、外接法的特点)．‎ ‎(2)理解小灯泡的伏安特性曲线为什么不是过原点的一条直线．‎ ‎2．实验原理．‎ 由于电流增大，小灯泡的功率也增大，温度升高，由电阻定律可知，温度升高，电灯丝材料的电阻率增大，因此电灯丝的电阻增大，所以灯丝电阻并不是一个定值，电流与电压成正比在此并不适用．由于电流越大，灯丝电阻越大，它的伏安特性曲线(图线)并不是一条直线，其图线应大至如上图所示，在该曲线上，任意一点与原点连线的斜率表示该点(在此电压电流下)的电阻的倒数，斜率越小，电阻越大．‎ 14‎ ‎3．实验器材．‎ 或的小灯泡，学生电源(或个电池组)，的滑动变阻器，的电压表，的电流表，开关一个、导线若干．‎ ‎4．实验步骤．‎ ‎(1)选取适合的仪器按如图所示的电路连接好．‎ ‎(2)将滑动变阻器滑到A端后，闭合开关．‎ ‎(3)使滑动变阻器的值由小到大逐渐改变．在灯泡额定电压范围内读取数组不同的电压值和电流值，并制表记录．‎ ‎(4)断开开关，拆下导线，将仪器恢复原状．‎ ‎(5)以为纵轴，为横轴，画出曲线并进行分析．‎ ‎5．注意选项．‎ ‎(1)本实验中，因被测小灯泡电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接．‎ ‎(2)因本实验要作图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此变阻器采用分压接法．‎ ‎(3)开关闭合前变阻器滑片移到所分电压为零处．‎ ‎(4)在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要用平滑曲线将各数据点连接起来.‎ ‎【典型例题】‎ 类型一、对导体电阻和欧姆定律的理解 例1．下列说法正确的是(　　)‎ A．由知道，一段导体的电阻跟它两端的电压成正比，跟通过它的电流成反比 B．比值反映了导体阻碍电流的性质，即电阻 C．导体电流越大，电阻越小 D．由知道，通过一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比 14‎ ‎【答案】BD ‎【解析】导体的电阻取决于导体自身，与无关，故A、C错误；比值反映了导体对电流的阻碍作用，定义为电阻，所以B正确；由知通过导体的电流跟加在它两端的电压成正比，D正确．‎ ‎【总结升华】欧姆定律的原形式是，而公式应该理解成电阻的比值定义式，比值定义的魅力就在于被定义的物理量与比值中的那两个物理量无关.但告诉了我们一种测量导体电阻的方法，即伏安法.‎ 举一反三: ‎ ‎【变式1】如图所示对应的两个导体：‎ ‎　　　　‎ ‎（1）电阻关系∶为_____________；‎ ‎（2）若两个导体中的电流强度相等（不为零）时，电压之比∶=___________；‎ ‎（3）若两个导体两端的电压相等（不为零）时，电流强度之比∶=___________．‎ ‎【答案】∶；∶；∶．‎ ‎【解析】（1）由图可知，；.‎ 所以：∶=∶．‎ ‎　　　（2）若两个导体中的电流强度相等，则为两个导体串联，电压之比与电阻成正比：∶=∶=∶．‎ ‎ （3）若两个导体两端的电压相等，则为两个导体串联，电流强度之比与电阻成反比比：∶=∶=∶．‎ ‎【变式2】关于欧姆定律的适用条件，下列说法正确的是(　　)‎ A．欧姆定律是在金属导体导电的基础上总结出来的，对于其他导体不适用 B．欧姆定律也适用于电解液导电 14‎ C．欧姆定律对于气体导电也适用 D．欧姆定律适用于一切导体 ‎【答案】B 例2．某电阻两端电压为，在内通过电阻横截面的电量为，此电阻为多大？内有多少个电子通过它的横截面？‎ ‎【答案】 ‎ ‎【解析】由题意知，‎ 电阻中的电流 ‎ ‎ 据欧姆定律 得 ‎ ‎ 故此电阻为，内有个电子通过它的横截面。‎ 举一反三:‎ ‎【变式】某灯泡两端的电压为时,其电流为,当电压为时,其电流为,那么电压为时,则(　　)‎ A．其电流一定为 B．其电流一定大于而小于 C．其电流一定大于而小于 D．以上说法均不对 ‎【答案】B ‎【解析】分析易知,电压为时，灯丝电阻 ‎，‎ 所以当电压为时，其电流 ‎ ‎ 类型二、欧姆定律的应用 例3．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．如果所加电压变为原来的倍，则导体中的电流多大？‎ ‎【思路点拨】电阻一定，导体中的电流随导体两端的电压变化而变化，可根据欧姆定律的公式求解，也可根据图象，找出关系求解．‎ 14‎ ‎【答案】‎ ‎【解析】对欧姆定律理解的角度不同，求解的方法也不相同.本题可以有三种解法：‎ 解答一：‎ 依题意和欧姆定律得：‎ 所以 ‎ 又因为 所以 ‎ ‎ ‎ 解答二：‎ 由 得 ‎ 又 所以 解答三：‎ 画出导体的图像，如图所示，设原来导体两端的电压为时，导体中的电流强度为.‎ 14‎ ‎ ‎ 当时，‎ 当时，电流为 由图知 ‎ 所以 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎【总结升华】（1）用I—U图像结合比例式解题，显得更直观、简捷。物理意义更鲜明。‎ ‎（2）导体的电阻是导体自身的一种属性，与U、I无关，因而，‎ 用此式讨论问题更简单明了。‎ 举一反三:‎ ‎【变式1】如图所示，在、两端加一恒定不变的电压，电阻为，若将短路，中的电流增大到原来的倍，则为( )‎ ‎　　　　‎ A． B．‎ C． D．‎ ‎【答案】B ‎【解析】设短路前、两端的电压分别为、，由题得，,‎ 14‎ ‎.在串联电路中电压分配与电阻成正比，即 , 所以：. ‎ ‎【变式2】一段导体两端的电压是4V时导体中的电流是‎1A如果将电压减少2V则电流为(　　)‎ A．‎2A B．‎0.25A C．‎3A D．‎‎0.5A ‎【答案】D ‎【解析】由得 当时，.‎ 类型三、实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线 例4．为探究小灯泡的伏安特性，连好图示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光。由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的图象应是( )‎ ‎ ‎ ‎【答案】C ‎【解析】灯丝电阻随电压的增大而增大，图像的斜率应越来越大。C正确。‎ 举一反三:‎ ‎【变式】小灯泡通电后其电流随所加电压变化的图线如图所示，为图线上一点，为图线过点的切线，为轴的垂线，为 轴的垂线。则下列说法中正确的是( )‎ 14‎ A．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小 B．对应点，小灯泡的电阻为 C．对应点，小灯泡的电阻为 D．对应点，小灯泡的电阻为 ‎【答案】C 例5．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,可供选择的实验仪器如下：‎ 某同学测量小电珠U-I关系的实验数据如表所示：‎ ‎（1）在上述器材中，电压表应选 ；电流表应选 ；滑动变阻器应选 ．‎ ‎（2）该实验应选用的实验电路图是图1中的 ．‎ ‎（3）根据表格中的实验数据在图2方格纸内画出小电珠U-I曲线．分析曲线可知小电珠的电阻值随I变大而 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；‎ 14‎ ‎【答案】（1）V1，A1，R1，（2）A（3）如图，变大 ‎【解析】（1）灯泡的额定电压为3V，所以电压表的量程选择V1；额定电流是‎0.3A，所以电流表的量程选择A1，‎ 灯泡电压能从零开始变化，滑动变阻器采用分压式接法，使用选择电阻值比较小的滑动变阻器R1， （2）灯泡电压能从零开始变化，滑动变阻器采用分压式接法，灯泡正常工作时的电阻，远小于电压表的内阻，属于小电阻，电流表采用外接．故选：A． （3）根据表中实验数据在坐标系中描点，然后作出U-I图象，小灯泡的U-I图象如图所示．‎ ‎ ‎ 根据欧姆定律知图线上的点与原点O连线的斜率表示电阻R，显然R随电流的增大而变大．‎ 举一反三:‎ ‎【变式】表格中所列数据是测量小灯泡关系的实验数据：‎ 14‎ ‎（1）分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图_______（填“甲”或“乙”）；‎ ‎（2）在方格纸内画出小灯泡的曲线，分析曲线可知小灯泡的电阻随变大而 （填“变大”、“变小”或“不变”）； ‎ ‎（3）如图丙所示，用一个定值电阻和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计，电动势为的电源上。已知流过电阻的电流是流过灯泡电流的两倍，则流过灯泡的电流约 为 。 ‎ ‎ ‎ ‎【答案】甲 变大 ‎ ‎【解析】（1）测量小灯泡关系的实验数据可知，电压要从开始，即必须用分压器接法，故选用甲图电路。‎ ‎（2）关系图线的斜率越来越大，故小灯泡的电阻随变大而变大。‎ ‎（3）流过电阻的电流是流过灯泡电流的两倍,则流过灯泡的电流是流过灯泡电流的倍，‎ ‎，‎ 且 ‎，‎ 用试探法求流过灯泡的电流，‎ 当 ‎, ，‎ 则 ‎, ，，‎ 14‎ 当 ‎, ，‎ 则 ‎, ，，‎ 所以流过灯泡的电流约为。‎ 14‎