2020-2021学年新教材物理粤教版必修第三册课件：第三章 第一节 导体的伏安特性曲线

I 1.0
则可得导体的电阻为:R′= 12 Ω=8 Ω,故选项B错误;由图可知,随电压的增
1.5
大,图线上的点与原点连线的斜率减小,则可知导体的电阻随电压的增大而不
【典例示范】 【典例】(多选)某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示,则下列说法正 确的是 ( ) A.所加电压为5 V时,导体的电阻是5 Ω B.所加电压为12 V时,导体的电阻是14 Ω C.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断减小 D.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断增大
【解析】选A、D。由图可知,所加电压为5 V时,电流为1.0 A,则由电阻的定义 式可得:R= U 5 Ω=5 Ω,故选项A正确;所加的电压为12 V时,电流为1.5 A,
t
【素养训练】
1.电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积为0.5 mm2的导线,那么电路
中的电流是 ( )
A.0.016 μA
B.1.6 μA
C.16 μA
D.0.16 μA
【解析】选D。每分钟通过的电量为:q=60×1012×1.6×10-19 C=9.6×10-6 C,
则电路中的电流为:I= q 9.610－6 A=1.6×10-7 A=0.16 μA,故选项D正确。
T 2
【素养训练】
1.在电解槽中,1 min内通过横截面的二价正离子和一价负离子的个数分别为
7.5×1020个和1.5×1021个,则通过电解槽的电流为
()
A.0
B.8 A
C.4 A
D.480 A
【解析】选B。电流由正、负离子的定向移动形成,则在60 s内通过横截面的 总电荷量应为Q=2×1.6×10-19×7.5×1020 C+1.6×10-19×1.5×1021 C= 480 C。由电流的定义式可知I= Q 480 A =8 A,故选项B正确。
第三章 恒 定 电 流 第一节 导体的伏安特性曲线
必备知识·自主学习
一、电流 【情境思考】 有的同学说:“电流有方向,电流就是矢量”,这种说法对吗? 提示:不对,电流虽然有方向,但是电流的运算不遵循平行四边形定则,所以电 流不是矢量,是标量。
1.电流: (1)定义:电荷的_定__向__移动形成电流。 (2)意义:表示电流的_强__弱__。
t
两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和。
【典例示范】 【典例2】如图所示,电解池内有一价的电解液,时间t内通过溶液内截面S的正 离子数是n1,负离子数是n2,设元电荷为e,以下解释中正确的是 ( ) A.正离子定向移动形成的电流方向从A→B,负离子定向移动形成的电流方向从 B→A B.溶液内正、负离子向相反方向移动,电流抵消
(3)单位:
①国际单位:安培,简称安,符号为A。
②常用单位:毫安(mA)、微安(μA)。 ③关系:1 mA=_1_0_-3_A;1 μA=_1_0_-6_A。 (4)表达式:I= Q 。
t
(5)电流的方向:_正__电__荷__定向移动的方向规定为电流的方向。
2.恒定电流:大小、_方__向__都不随时间变化的电流。
③
因为每摩尔铜原子有n个自由电子,
所以所选研究对象所含自由电子个数
n1=Nn=nmlS
④
电流:I=
q t
n1e l
⑤
v
由④⑤得v= mI,故D正确。
neS
【误区警示】 用电流的微观表达式求解问题的注意点 (1)准确理解公式中各物理量的意义,式中的v是指自由电荷定向移动的速率, 不是电流的传导速率,也不是电子热运动的速率。 (2)I=nqSv是由I= q 导出的,若n的含义不同,表达式的形式也会不同。
横截面积为S的铜导线,当通过的电流为I时,电子定向移动的平均速率为
() A.光速c
B. I
neS
C. I
neSm
D. mI
neS
【解析】选D。如图所示,选长度为l的铜导线为研究对象。
所选研究对象的体积为V=lS ①
铜的摩尔体积V0= m
②
由①②可得所选研究对象的物质的量
N= V
V0
lS m
lS m
关键能力·合作学习
知识点一 电流的性质 1.形成电流的三种电荷: 形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子,举例说明: (1)金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子; (2)液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子; (3)气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子。
2.电流的形成: (1)形成原因:电荷的定向移动。 (2)形成条件:导体两端有电压。 (3)电路中产生持续电流的条件:电路中有电源且电路闭合。
【解析】选D。若正负离子移动方向相反,则通过横截面的总电荷量是两种离
子电荷量绝对值之和,若正负离子向着同一个方向流动,则通过横截面的总电
荷量等于正负离子的电荷量的代数和,所以在1 min内通过横截面的总电荷量 应为q=6 C-9 C=-3 C,所以电流I= q =0.05 A,方向与河水的流动方向相反,即
方法来计算导体的电阻的方法。 (2)表达式:R= U 。
I
三、伏安特性曲线 【情境思考】 导体在A状态下的电阻的倒数是该点切线的斜率还是OA直线的斜率?
提示:是OA直线的斜率。
1.伏安特性曲线:用横坐标表示电压U,纵坐标表示电流I,画出的I-U图像。 2.线性元件:伏安特性曲线是一条过原点的直线,也就是电流I与电压U成正比的 元件。 3.非线性元件:伏安特性曲线不是一条直线,也就是电流I与电压U不成正比的元 件。如图为二极管的伏安特性曲线,二极管为非线性元件。
A．0
B．2ne
t
C．3ne t
D．4ne t
【解析】选D。探测器电路中的电流I= n 2e 2n e＝4ne,故选项D正确。
t
t
知识点三 电流的微观表达式 1.推导过程: (1)情境。如图所示,AB表示粗细均匀的一段导体,两端加一定的电压,导体中 的自由电荷沿导体定向移动的速率为v,设导体的长度为L,横截面积为S,导体 单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q。
B.1×1015个
C.2×1014个
D.2×1015个
【解析】选A。根据电流的定义式I= q 可得:q=It=5×10-6×3.2 C=1.6×
t
10-5
C,通过该截面的自由电荷(自由电子)个数n=
q e
1.6 10－5 1.6 10－19
=1×1014个,故
选项A正确。
角度2 电解液中电流的计算 电解液中的自由电荷是正、负离子,运用I= q 计算时,q应是同一时间内正、负
2.电流的定义式和微观表达式的比较:
公式性质 电流的意义 描述的角度
联系
I=
q t
定义式
时间t内的平均电流
大量电荷定向移动的宏观表现
I=nqSv
决定式 某时刻的瞬时电流 形成电流的微观实质
由I=
q t
可导出I=nqSv
【典例示范】
【典例】铜的摩尔质量为m,密度为ρ,每摩尔铜原子有n个自由电子,今有一根
二、欧姆定律
【情境思考】
由欧姆定律I= U 得R= U ,能否说导体电阻与电压成正比,与电流成反比?
R
I
提示:不能,导体的电阻是由导体本身的性质决定的。
1.欧姆定律:(1)内容:导体的电流与导体两端的_电__压__成正比,与导体的_电__阻__成
反比。 (2)表达式:I= U 。
R
2.伏安法:(1)内容:电压表测量导体两端的电压,用电流表测通过导体的电流的
t
电流的方向为逆流而上,D正确。
知识点四 欧姆定律和导体的伏安特性曲线 1.欧姆定律:(1)表达式:I= U 。
R
(2)适用条件:金属电解液导电。
2.由I-U图像可以获得的信息:
(1)坐标轴的意义:I-U图像中,横坐标表示电压U、纵坐标表示电流I。
(2)图线斜率的意义:线性I-U图像中,斜率表示电阻的倒数,在图中R2<R1。
知识点二 电流的计算
角度1 金属导体中电流的计算 金属导体中的自由电荷只有自由电子,运用I= q横截面的电子的电荷量。
【典例示范】
【典例1】一条金属导体中的电流是5 μA,那么在3.2 s内通过金属导体横截面
定向运动的自由电荷个数是 ( )
A.1×1014个
t 60
2.北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m的近似圆形轨道。当环中电子
以光速的 1 的速度流动而形成的电流是10 mA时,环中运行的电子数目为(已
10
知光速c=3×108 m/s,电子电荷量e=1.6×10-19 C)
()
A.5×1010个 B.5×1011个
C.1×102个 D.1×104个
(2)推导。
导体AB中的自由电荷总数N=nLS,
总电荷量Q=Nq=nLSq,
所有这些电荷都通过横截面所需要的时间t= L ,
v
导体AB中电流为I=
Q ＝ nLSq tL
=nqSv。
v
(3)结论:电流的微观表达式为I=nqSv。电流的大小取决于单位体积内的自由
电荷数n、每个自由电荷的电荷量q、导体的横截面积S、自由电荷定向移动速 率v。
C.溶液内电流方向从A→B,电流强度I= n1e
t
D.溶液内电流方向从A→B,电流强度I= (n1＋n2)e
t
【解析】选D。正电荷定向移动的方向就是电流方向,负电荷定向移动的反方
向也是电流方向,故选项A、B错误;有正、负电荷反向经过同一截面时,I= q
t
公式中q应是正、负电荷的电荷量绝对值之和,故I= n1e＋n2e ,电流方向由A指
【典例3】半径为R的均匀带电圆环,横截面积为S,所带电荷量为Q,现使圆环绕
垂直圆环所在平面且过圆心的轴以角速度ω匀速转动,则由环产生的等效电流
为
()
A．Q 2
B．Q 2S
C ．Q
D．Q S
【解析】选A。圆环转动的周期为T= 2 ,根据I= Q ,则圆环产生的等效电流为
t
I= Q Q ,故选项A正确。
v
根据电流的定义式得:电流强度为 I= q e ve ,因为电子带负电,所以电流
t T 2r
方向与电子定向移动方向相反,即沿逆时针方向,故C项正确。
3.某兴趣小组调查一条河流的水质情况,计算结果表明,被污染的河里一分钟 内有相当于6 C的正离子和9 C的负离子向下游流去,则取样时这条河流的等效 电流大小和方向分别是 ( ) A.0.25 A 顺流而下 B.0.05 A 顺流而下 C.0.25 A 逆流而上 D.0.05 A 逆流而上
t
60
2.安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核运动可等效为一
环形电流。设带电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的
匀速圆周运动,其电流的等效电流强度I和方向为 ( )
A. ve
2r
C. ve
2r
顺时针 逆时针
B. ve
r
D. ve
r
顺时针 逆时针
【解析】选C。电子绕核运动可等效为一环形电流,电子运动周期为 T= 2r ,
【典例示范】 【典例】下列说法中正确的是 ( ) A.导体中电荷运动就形成了电流 B.在国际单位制中,电流的单位是A C.电流有方向,它是一个矢量 D.任何物体,只要其两端的电势差不为零,就有电流存在
【解析】选B。自由电荷定向移动才形成电流,仅有电荷移动但不是定向移动则 不能形成电流,故选项A错误;形成电流的条件是导体两端有电势差,且必须是导 体而非任何物体,故选项D错误;电流有方向,但它是标量,故选项C错误。
【易错辨析】 (1)电流的方向与电荷定向移动的方向相同。 ( × ) (2)电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。 ( √ ) (3)只要电路中有电源,电路中就会形成持续的电流。 ( × ) (4)由R= U 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
I
比。 ( × ) (5)在I-U图像中,图线切线的斜率表示为电阻的倒数。 ( × )
t
向B,故选项C错误,D正确。
角度3 环形电流的计算 环形电流的计算采用等效的观点分析。 (1)等效电流:就是把电子周期性地通过圆周上各处形成的电流看成持续不断 地通过圆周上各处时所形成的电流。 (2)对周期性运动的电荷,常取一个周期来计算等效电流,利用I= q＝q 求等效
tT
电流。
【典例示范】
【解析】选B。电子运动一周用的时间:t=
s v
240 3107
s=8×10-6
s,由电流的定
义式I= q ,则电量为q=It=0.01×8×10-6C=8×10-8 C,则在整个环中运行的电
t
子数目:n= 810－8 个=5×1011个,故选项B正确。
1.6 10－19
【加固训练】 某一探测器因射线照射,内部气体电离,在时间t内有n个二价正离子到达阴极, 有2n个电子到达探测器的阳极,则探测器电路中的电流为 ( )