高二物理第十四章 稳恒电流 第一节、第二节、第三节人教版知识精讲

高二物理第十四章 稳恒电流 第一节、第二节、第三节人教版

【本讲教育信息】

一. 教学内容：

第十四章 稳恒电流

第一节 欧姆定律

第二节 电阻定律 电阻率

第三节 半导体及其应用

二. 知识要点：

1. 电流

电流的定义式：t

q I =，适用于任何电荷的定向移动形成的电流。 对于金属导体有I=nqvS （n 为单位体积内的自由电子个数，S 为导线的横截面积，v 为

自由电子的定向移动速率，约为10－5m/s ，远小于电子热运动的平均速率105m/s ，更小于电

场的传播速率3×108m/s ），这个公式只适用于金属导体，千万不要到处套用。

2. 电阻定律

导体的电阻R 跟它的长度l 成正比，跟它的横截面积S 成反比。s

l R ρ= （1）ρ是反映材料导电性能的物理量，叫材料的电阻率（反映该材料的性质，不是每根具体的导线的性质）。单位是Ω m 。

（2）纯金属的电阻率小，合金的电阻率大。

（3）材料的电阻率与温度有关系：

① 金属的电阻率随温度的升高而增大（可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧，对自由电子的定向移动的阻碍增大。铂较明显，可用于做温度计；锰铜、镍铜几乎不随温度而变，可用于做标准电阻）。

② 半导体的电阻率随温度的升高而减小（半导体靠自由电子和空穴导电，温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大，导电能力提高）。

③ 有些物质当温度接近0 K 时，电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。能够发生超导现象的物体叫超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度T C 。我国科学家在1989年把T C 提高到130K 。现在科学家们正努力做到室温超导。

3. 欧姆定律

R

U I =（适用于金属导体和电解液，不适用于气体导电）。 电阻的伏安特性曲线：注意I —U 曲线和U —I 曲线的区别。还要注意：当考虑到电阻率随温度的变化时，电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。

[例1] 实验室用的小灯泡灯丝的I —U 特性曲线可用以下哪个图象来表示（ ）

解：灯丝在温度达到一定值时会发光发热，而且温度能达到很高，因此必须考虑到灯丝的电阻随温度的变化而变化。随着电压的升高，电流增大，灯丝的电功率将会增大，温度升高，电阻率也将随之增大，电阻增大，U 越大I —U 曲线上对应点于原点连线的斜率必然越小，选A 。

[例2] 下图所列的4个图象中，最能正确地表示家庭常用的白炽电灯在不同电压下消耗的电功率P 与电压平方U 2之间的函数关系的是以下哪个图象（

）

解：此图象描述P 随U 2变化的规律，由功率表达式知：R

U P 2=，U 越大，电阻越大，图象上对应点与原点连线的斜率越小。选C 。

4. 学生实验：测定金属的电阻率

（1）学会螺旋测微器的使用，学会电压表、电流表的使用及读数方法。

（2）掌握测定电阻率的实验原理。

实验原理：由电阻定律R ＝S

L ρ可得到ρ＝L RS ，可见有三个量须测量（或算出）：① 金属丝的电阻R ：由伏安法测出；② 金属丝的横截面积S ：用螺旋测微器测得直径D 后可求出；③ 金属丝接入电路的有效长度L ，用米尺测量。

器材：电源、电流表、电压表、待测金属丝、滑动变阻器、电键、导线、螺旋测微器、米尺。

实验中的注意事项：

<1> 本实验中被测金属导线的阻值较小，因此电路应采用电流表外接电路。

<2> 导线的长度应为接入电路中的有效长度，而不是金属丝的总长度。

<3> 电流不宜过大（电流表用0～0.6A 量程）。通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率因温度而变化。

[例1] 在“测定金属的电阻率”的实验中，需要测定的物理量有哪些?写出用这些物理量表达的电阻率的表达式。

解：根据部分电路欧姆定律R ＝I U 及电阻定律R ＝S

L R ρ=可知电阻率为ρ＝L RS ＝IL

UD IL D U L S I U 44122

ππ=⨯⨯⨯=。所以需要测定的物理量为：电压（U ）、电流（Ｉ）、直径（D ）和长度（L ）。

[例2] 在“测定金属的电阻率”的实验中，若被测金属丝的长度为80.00cm ，电阻约为3Ω～4Ω，在下列器材中应选用的是 （写代号）。

A. 电压表（0～15V）

B. 电压表（0～3V）

C. 电流表（0～0.6A）

D. 电流表（0～3A）

E. 滑动变阻器（0～50Ω，2A）

F. 滑动变阻器（0～500Ω，lA）

G. 电源（Ｅ=3V，ｒ=0.2Ω）

H. 电源（Ｅ=10V，r=lΩ）

I. 开关

J. 导线（若干）

解：略

答案：B、C、E、G、I、J

5. 电路分析和计算

部分电路欧姆定律的应用在初中时就已比较熟悉，因此没有必要过多的练习。而全电路欧姆定律的不同之处关键在于需要考虑内电阻，也就是某段电路两端的电压不再恒定。只要我们认清这个区别，熟练掌握欧姆定律的应用是并不困难的。下面就电路分析中的几个难点和同学一起讨论一下。

（1）电路的结构分析

搞清电路各元件之间的连接关系，画出结构清晰的等效电路，是利用欧姆定律解决电路问题的重要前提。我们通常采用节点跨接法来分析电路结构。

具体方法为：首先标明电路中各节点名称，经过电源和用电器的节点名称应不同，而一段导线两端的节点名称不变．理想的电压表可视为断路。理想的电流表可视为导线。考虑电表内阻时，就应把它们当作用电器对待．接着，定性判断电路中各节点电势高低（没有标明的可假设）。最后将各电器填在对应的节点间以判明彼此间的串、并联关系。

[例1] 如图1所示，设R1=R2=R3=R4=R，求：开关S闭合和开启时的AB两端的电阻比。

图1

解：利用节点法，开关闭合时，电路中各节点标称如图2所示

图2

其中R1、R2、R3都接在AB两点间，而R4两端都为B，即R4被短路，所以其等效电路如图3所示，易得R AB=R/3。

图3

当开关开启时，电路中各节点标称如图4所示，其对应等效电路为图5所示，易得