高三物理第一轮复习：欧姆定律、电阻定律、半导体、超导体及应用知识精讲

高三物理第一轮复习：欧姆定律、电阻定律、半导体、超导体及应用

【本讲主要内容】

欧姆定律、电阻定律、半导体、超导体及应用

1. 知道形成电流的条件，理解电流的概念。

2. 理解欧姆定律的内容和适用条件。

3. 理解电阻定律的内容、公式，电阻率的意义、线性元件及非线性元件。

4. 知道半导体、超导体及其应用。

【知识掌握】

【知识点精析】

1. 电流

（1）定义：电荷的定向移动形成电流。电荷指自由电荷，金属导体中指自由电子的定向移动，电解质溶液中指正负离子同时向相反方向的运动。

（2）形成电流的条件：导体两端存在电压。其一要有自由电荷；其二要有电场。电源的作用就是保持导体两端的持续的电压，形成持续的电流。

（3）电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。如果电流是靠自由电子的定向移动形成的，则电流的方向和自由电子的定向移动方向相反。

（4）电流强度：通过导体某横截面的电荷量Q 跟通过这些电荷量所用时间t 的比值叫电流强度，简称电流。定义式t

Q I =，其中Q 是通过导体横截面的电量 。 （5）单位：安培（A ）是国际单位制的基本单位之一 A 10mA 10A 163μ==。

（6）方向不随时间改变的电流叫直流；方向和强弱都不随时间改变的电流叫恒定电流。

（7）电流的微观本质：如图是粗细均匀的一段长为L 的导体，两端加上一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为V ，设导体的横截面积为S ，导体每单位体积内的电荷数为N ，每个自由电荷的电荷量为q 。

导体中的自由电荷总数为N ＝nSL

总电荷量为Q=Nq=nLSq

所有这些电荷通过横截面D 所需的时间为v L t =

所以导体中的电流nqSv v

L nLSq t Q I === 由此可见，从微观上讲，电流决定于导体中单位体积中的自由电荷数目，电荷量，定向移动速度，还与导体的横截面积有关。

2. 欧姆定律

（1）内容：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，即R

U I =

。 （2）适用条件：适用于金属导体导电和电解质溶液导电，不适用于气体导电。

（3）图象：在R 一定的情况下，I 正比于U ，所以I －U 图象和U －I 图象都是过原点的直线。

设k 为图中直线的斜率。 ①甲图中k

1I U R ==

， 21k k > 所以21R R < ②乙图中k I U R ==， 21k k > 所以21R R >

3. 电阻

（1）定义：导体两端的电压与导体中电流的比值叫导体的电阻。

（2）定义式：I

U R = （3）单位：欧姆、国际符号为Ω、1M Ω=Ω=Ω6310k 10

（4）注意：对给定的导体，它的电阻的大小是一定的， 因而与导体两端的电压、电流无关所以不能说电阻与电压成正比与电流成反比。

4. 电阻定律

（1）内容：导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比，即S L R ρ=。取决于导体本身。

（2）电阻率：

①反映材料导电性的好坏。一般纯金属电阻率小，用于制作电缆导线；合金电阻率相对较大。 ②计算式L

S R =ρ，可用于测金属的电阻率。但电阻率与导体的长度，截面面积无关，导体电阻的大小无关，决定于材料本身。

③跟温度有关，一般金属导体的电阻率随温度升高而增大；半导体的电阻率随温度升高而减小。

5. 半导体及应用

（1）导电性能介于导体和绝缘体之间，电阻随温度的增加而减小的材料成为半导体。

（2）半导体的导电性能与温度、光照、掺入微量杂质都有关系。一般，半导体的电阻随温度升高而减小；有光照时电阻减小；掺入微量杂质时电阻大大减小。

（3）光敏电阻、热敏电阻在自动控制中；二极管、三极管、集成电路在电子技术中有广泛的应用。

6. 超导体及应用

有些物质当温度降低到绝对零度附近时，它的电阻率突然变为零的现象叫超导现象。能够发生超导现象的物质叫超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度叫转变温度（临界温度）。超导体的应用有广阔的前景。

【解题方法指导】

一. 电流的确定

［例1］在电解液导电中，若5s 内分别有5C 的正离子和5C 的负离子通过电解槽中与电流方向垂直的截面，（1）电路中的电流是多少？（2）若5s 内有5C 的正负离子分别在阴极和阳极放电，电路中的电流是多少？

解析：（1）电解质溶液中，电流等于同一截面上，正负电荷迁移的绝对值的和与所用时间之比，所以A 2t Q Q I 2

1=+=

（2）电解质溶液中各种离子的质量、电荷量都可能不同，它们在电场中的电场力、加速度、速度各不相同，同一时间内通过电解液某一截面的正负离子数可能不同。阳极附近的正离子可以认为刚被加速，速度为0，而负离子的速度却被加速到最大，所以在阳极的横截面上，只有5C 的负电荷通过，故有电流t

Q I =＝1A. 答案：2A 1A

点拨：本题第二问极易解成I=2A ，认为同时有等量正负电荷到达极板，但问题的实质是到达阴极的正电荷与到达阳极的负电荷不是经过同一横截面的，在电解槽中不同位置处取截面，除两电极的正中外，其他截面上，在相等时间相反方向通过的正负电荷是不同的。

［例2］已知氢原子中电子的质量为ｍ，带电量为ｅ，轨道半径为R ，静电力恒量为ｋ。当电子绕氢核匀速旋转时，所产生的等效电流I 多大？

解析：考查电流强度的定义及圆周运动的知识。 电子绕氢核匀速旋转的向心力为电子与氢核的静电力，即r v m r

e k 2

22= 电子做圆周运动的周期为v

r 2T π= 所产生的等效电流T

e I = 由以上三式解得所产生的等效电流mr

k r 2e I 2π= 答案：mr

k r 2e 2π 方法总结：这类问题的解答

（1）由t

Q I =求解I 值的关键是找出某一截面经过ｔ时间的电量Q 。 （2）理解形成电流的载流子运动的实质。

（3）综合运用所学知识。

二. 部分电路的欧姆定律的应用

［例3］如图所示是两个导体的伏安特性曲线，对两个导体：

（1）电阻关系为=21R R ： ；（2）若两个导体中的电流相等（不为零）时，电压之比=21U U ： ；（3）若两导体的电压相等（不为零）时，电流之比=21I I ： 。