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2019-2020年高中物理第二章第3讲欧姆定律教学案新人教版选修3-1[目标定位]
1.通过探究电压和电流的关系,体会利用IU图象处理、分析实验数据.
2.进一步体会比值定义法,理解电阻的定义和欧姆定律.
3.通过伏安特性曲线,知道什么是线性元件和非线性元件.
一、欧姆定律1.电阻1导体对电流的阻碍作用,叫做导体的电阻.2定义式R=3电阻的单位欧姆,简称欧,符号是Ω.常用的电阻单位还有千欧kΩ和兆欧MΩ.换算关系1kΩ=103Ω,1MΩ=106Ω.2.欧姆定律1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公式I=.想一想 导体两端的电压为零时,导体中没有电流流过,那么导体的电阻是不是也为零?答案 不是的,电阻是导体本身的固有属性,利用电压和电流计算电阻只是一种比值定义法,电压为零时,导体的电阻不为零.
二、导体的伏安特性曲线1.伏安特性曲线在实际应用中,常用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U,这样画出的IU图象叫做导体的伏安特性曲线.2.线性元件对于金属导体,在温度没有显著变化时,电阻几乎是不变的不随电流、电压改变,它的伏安特性曲线是一条直线,具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件.3.非线性元件对气态导体如日光灯管、霓虹灯管中的气体和半导体元件,电流与电压不成正比,这类电学元件叫做非线性元件.想一想 金属导体的电阻随温度的升高会增大,它的伏安特性曲线是向上弯曲还是向下弯曲?答案 金属导体电阻随温度升高而增大,所以它的电阻增大,根据IU图象斜率可以反映出电阻的倒数,所以图线向下弯曲.
一、欧姆定律1.电阻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,公式R=,是比值法定义的物理量,电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小.由导体本身的性质决定,与外加的电压和通过的电流大小无关.2.欧姆定律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.公式I=.适用条件欧姆定律对金属导体适用,对电解质溶液适用,但不适用于气态导体和半导体元件.例1 对于欧姆定律的理解,下列说法中错误的是 A.由I=,通过电阻的电流跟它两端的电压成正比,跟它的电阻成反比B.由U=IR,对一定的导体,通过它的电流越大,它两端的电压也越大C.由R=U/I,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D.对一定的导体,它两端的电压与通过它的电流的比值保持不变答案 C解析 根据欧姆定律可知,通过电阻的电流跟它两端的电压成正比,跟它的电阻成反比,A正确;对一定的导体,它两端的电压与通过它的电流的比值保持不变,即电阻不变,电流与电压成正比,通过它的电流越大,两端的电压也越大,B、D正确;导体的电阻与电压的大小无关,是由导体本身决定的,C错误;故选C.
二、导体的伏安特性曲线1.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,具有这种特点的元件称为线性元件,如金属导体、电解质溶液等.2.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,称为非线性元件,如气态导体、半导体元件等.3.IU曲线上各点与原点连线的斜率表示电阻的倒数,而UI曲线上各点与原点连线的斜率表示电阻.如图231所示甲图中斜率表示导体电阻的倒数,所以RⅠ<RⅡ;乙图中斜率表示导体的电阻,所以RⅠ>RⅡ.例2 如图232所示的图象所对应的两个导体1电阻R1∶R2为多少?2若两个导体中的电流相等不为零时,电压之比U1∶U2为多少?3若两个导体中的电压相等不为零时,电流之比I1∶I2为多少?答案 13∶1 23∶1 31∶3解析 1因为在IU图象中,R==,所以R1=Ω=2Ω,R2=Ω=Ω,所以R1∶R2=2∶=3∶
1.2由欧姆定律得U1=I1R1,U2=I2R2,由于I1=I2,则U1∶U2=R1∶R2=3∶
1.3由欧姆定律得I1=,I2=,由于U1=U2,则I1∶I2=R2∶R1=1∶
3. 对欧姆定律的理解1.根据欧姆定律,下列判断正确的是 A.导体两端的电压为零,电阻即为零B.导体中的电流越大,电阻就越小C.比较几只电阻IU图象可知,电流变化相同时,电压变化较小的图象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答案 D解析 导体的电阻由导体本身的性质决定,公式R=只提供了测定电阻的方法,R与只是在数值上相等,当我们不给导体两端加电压时,导体的电阻仍存在,因此不能说导体的电阻与加在它两端的电压成正比,与导体中的电流成反比,A、B错误.由R=知C错误.对伏安特性曲线的认识图2332.小灯泡的伏安特性曲线如图233中的AB段曲线所示,由图可知,灯丝的电阻因温度的影响改变了 A.5ΩB.10ΩC.1ΩD.6Ω答案 B解析 由电阻的定义R=知,A点电阻RA=Ω=30Ω;B点的电阻RB=Ω=40Ω,从而AB段电阻改变10Ω,故B正确.时间60分钟题组一 对欧姆定律的理解1.欧姆定律适用于 A.金属导电B.气体导电C.电解液导电D.所有导电物质答案 AC解析 欧姆定律适用于金属、电解质溶液,对气体导电、半导体导电不适用,故A、C正确,B、D错误,故选AC.2.由欧姆定律I=导出U=IR和R=,下列叙述中正确的是 A.由R=知,导体的电阻由两端的电压和通过的电流决定B.导体的电阻由导体本身的性质决定,跟导体两端的电压及流过导体的电流的大小无关C.对于确定的导体,其两端的电压和流过它的电流的比值等于它的电阻值D.电流相同时,电阻越大,其电压降越大答案 BCD3.关于导体的电阻,下列说法正确的是 A.从R=可知,导体的电阻跟加在导体两端的电压成正比B.从R=可知,对于某一确定的导体,通过的电流越大,导体两端的电压越大C.从I=可知,导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比D.从R=可知,对于某一确定的导体,所加电压跟通过导体的电流之比是定值答案 BCD4.在电阻为4Ω的导体中通以恒定电流,5min内通过导体横截面的电荷量是45C,这时加在导体两端的电压是 A.60VB.6VC.
0.6VD.
3.6V答案 C解析 通过导体的电流为I==A=
0.15A;根据欧姆定律得加在导体两端的电压是U=IR=
0.15×4V=
0.6V,故选C.5.有甲、乙两导体,甲的电阻是乙的一半,而单位时间内通过导体乙横截面的电荷量是甲的两倍,则以下说法中正确的是 A.甲、乙两导体中的电流相同B.乙导体中的电流是甲导体中的2倍C.甲、乙两导体两端的电压相同D.乙导体两端的电压是甲的2倍答案 B解析 由电流的定义式I=可知乙导体中的电流是甲的两倍.由I=得U=IR,因R乙=2R甲,可知乙两端的电压是甲两端电压的4倍,所以A、C、D错误.6.已知用电器A的电阻是用电器B的电阻的2倍,加在A上的电压是加在B上的电压的一半,那么通过A和B的电流IA和IB的关系是 A.IA=2IBB.IA=C.IA=IBD.IA=答案 D解析 由I=得IA∶IB=∶=UARB∶UBRA=1∶4,即IA=IB,应选D.题组二 对伏安特性曲线的理解7.某同学做三种电学元件的导电性实验,他根据所测量的数据分别绘制了三种元件的IU图象,如图234所示,则下述判断正确的是 图234A.只有乙图正确B.甲、丙图的曲线肯定是偶然误差太大C.甲、丙不遵从欧姆定律,肯定错误D.甲、乙、丙三个图象都可能正确,并不一定有较大误差答案 D解析 由于三种电学元件可能是线性的,也可能是非线性的,故其IU图象可能是直线,也可能是曲线,故D正确.8.将阻值为R的电阻接在电压为U的电源两端,则描述其电压U、电阻R及流过R的电流I间的关系图象中正确的是 答案 CD解析 电阻的阻值不随U、I的变化而改变,但电压U与电流I成正比,C、D正确.
9.图235如图235所示为一小灯泡的伏安特性曲线,横轴和纵轴分别表示电压U和电流I图线上点A的坐标为U1,I1,过点A的切线与纵轴交点的纵坐标为I2,小灯泡两端的电压为U1时,电阻等于 A.B.C.D.答案 B解析 本题考查利用小灯泡的伏安特曲线求电阻,意在考查学生对小灯泡的伏安特性曲线以及对电阻定义式的理解.由电阻的定义式R=U/I可知,B正确,其他选项错误.要特别注意R≠ΔU/ΔI.10.以下给出几种电学元件的电流与电压的关系图象,如图236所示,下列说法中正确的是 图236A.这四个图象都是伏安特性曲线B.这四种电学元件都是线性元件C.
①②是线性元件,
③④是非线性元件D.这四个图象中,直线的斜率都表示元件的电阻答案 C解析 伏安特性曲线是以I为纵轴、U为横轴的图象,A错误.线性元件的I-U图象是过原点的直线,所以
①②是线性元件,
③④是非线性元件,B错误,C正确.在UI图象中,过原点的直线的斜率才是导体的电阻,D错误.图23711.如图237所示,A、B、C为三个通电导体的IU关系图象.由图可知,电阻最大的导体是________;若在导体B两端加上10V电压时,通过导体B的电流是________.答案 C
2.5A解析 由IU图象知,电阻最大的应该是斜率最小的,其中导体B的电阻为RB==4Ω,所以在导体B上加10V电压时,通过导体B的电流为
2.5A.题组三 能力提升12.下列物理公式属于定义式的是 A.I=B.a=C.E=kD.ρ=答案 D解析 任何一个定义式,都不存在正比与反比的关系,它只表示量度该物理量的一种方法.电流的定义式是I=,A错误;加速度的定义式是a=,B错误;电场强度的定义式是E=,C错误;密度的定义式是ρ=,D正确.故选D.13.小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1V时,通过灯泡的电流为
0.5A,灯泡两端的电压为3V时,通过灯泡的电流是1A,则灯泡两端电压为2V时,通过灯泡的电流可能是 A.
0.5AB.
0.6AC.
0.8AD.1A答案 C图23814.图示238是某导体的IU图线,图中倾角为α=45°,下列说法正确的是 A.通过电阻的电流与其两端的电压成正比B.此导体的电阻R=2ΩC.IU图线的斜率表示电阻的倒数,所以电阻R=cot45°=
1.0ΩD.在R两端加
6.0V电压时,每秒通过电阻截面的电量是
6.0C答案 AB解析 通过电阻的电流I与其两端的电压U成正比.A正确;导体的电阻R==10V/5A=2Ω.B正确;IU图线的斜率等于电阻的倒数,而斜率k==
0.5,所以电阻为2Ω,而cot45°=1,所以电阻R≠cot45°.故C错误;在R两端加
6.0V电压时,电流I==A=3A,每秒通过电阻截面的电量是q=It=3×1C=3C.故D错误.故选A、B.。