(京津瓊魯專用)2018-2019學年高中物理 第二章 恒定電流 3 歐姆定律學案 新人教版必修2.doc
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3 歐姆定律 [學科素養(yǎng)與目標要求] 物理觀念:1.進一步體會比值定義法,理解電阻的定義.2.掌握歐姆定律,知道什么是線性元件和非線性元件. 科學探究:能進行分組分層自主合作實驗,經(jīng)歷探究過程,綜合信息得出通過電阻的電流和兩端電壓的關系,體會利用I-U圖象處理、分析實驗數(shù)據(jù). 科學思維:1.通過對比思維找出線性元件和非線性元件的區(qū)別.2.能根據(jù)I-U圖象或U-I圖象求導體的電阻. 一、歐姆定律 1.電阻:導體兩端的電壓與通過導體的電流大小之比. (1)定義式:R=. (2)單位:歐姆(Ω),常用的單位還有千歐(kΩ)、兆歐(MΩ),且1 Ω=10-3 kΩ=10-6 MΩ. (3)物理意義:反映導體對電流阻礙作用的大小. 2.歐姆定律:導體中的電流跟導體兩端的電壓U成正比,跟導體的電阻R成反比. (1)表達式:I=. (2)適用范圍:適用于金屬導電、電解液導電的純電阻電路(不含電動機、電解槽等的電路),而對氣體導電、半導體導電不適用. 二、導體的伏安特性曲線 1.伏安特性曲線:用縱坐標表示電流I,用橫坐標表示電壓U,這樣畫出的導體的I-U圖象叫做導體的伏安特性曲線. 2.線性元件和非線性元件: (1)線性元件:伏安特性曲線是一條直線,歐姆定律適用的元件,如金屬導體、電解質溶液. (2)非線性元件:伏安特性曲線是一條曲線,歐姆定律不適用的元件.如氣態(tài)導體(日光燈、霓虹燈管中的氣體)和半導體元件. 1.判斷下列說法的正誤. (1)由R=知,導體的電阻由兩端的電壓和通過的電流決定.( ) (2)導體的電阻由導體本身的性質決定,跟導體兩端的電壓及流過導體的電流的大小無關. ( √ ) (3)對于確定的導體,其兩端的電壓和流過它的電流的比值等于它的電阻值.( √ ) (4)線性元件的電流與電壓成正比.( √ ) (5)電阻的I-U圖象和U-I圖象為直線時,兩種圖象的斜率均表示電阻的倒數(shù).( ) 2.如圖1是某導體的伏安特性曲線,由圖可知,此導體的電阻是 Ω. 圖1 答案 25 一、歐姆定律的理解和應用 現(xiàn)有兩個導體A和B,利用如圖2所示的電路分別測量A和B的電壓和電流,測得的實驗數(shù)據(jù)見下表. U/V 0 2.0 4.0 6.0 8.0 導體A I/A 0 0.20 0.42 0.60 0.78 導體B I/A 0 0.13 0.26 0.40 0.54 圖2 (1)在坐標系中,用縱軸表示電壓U、用橫軸表示電流I,分別將A和B的數(shù)據(jù)在圖3坐標系中描點,并作出U-I圖線. 圖3 (2)對導體A(或導體B)來說,電流與它兩端的電壓有什么關系?U與I的比值怎樣? (3)對導體A、B,在電壓U相同時,誰的電流???誰對電流的阻礙作用大? 答案 (1)U-I圖線如圖所示 (2)對導體A(或導體B),電流與它兩端的電壓成正比,導體A或導體B的電壓與電流的比值是個定值,但兩者的比值不相等. (3)電壓相同時,B的電流小,說明B對電流的阻礙作用大. 1.I=是歐姆定律的數(shù)學表達式,表示通過導體的電流I與電壓U成正比,與電阻R成反比,常用于計算一段電路加上一定電壓時產(chǎn)生的電流,適用條件是金屬或電解液導電(純電阻電路). 2.R=是電阻的定義式,比值表示一段導體對電流的阻礙作用.對給定的導體,它的電阻是一定的,與導體兩端是否加電壓,導體中是否有電流無關.因此,不能說電阻與電壓成正比,與電流成反比. 例1 若加在某金屬導體兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼臅r,導體中的電流減小了0.4 A.如果所加電壓變?yōu)樵瓉淼?倍,則導體中的電流是多大? 答案 2 A 解析 由歐姆定律得:R=,電壓變化后有:R=,解得I0=1 A.電壓加倍后同理可得R==,所以I2=2I0=2 A. 1.歐姆定律I=僅適用于金屬導電及電解液導電. 2.對R=,R與U、I無關,導體電阻R一定時,U和I成正比,R=. 針對訓練 (多選)下列判斷正確的是( ) A.由I=知,電流跟導體兩端電壓成正比,跟導體的電阻成反比 B.由I=可知,通過一段導體的電流跟加在它兩端的電壓成正比 C.由R=可知,I一定時,導體的電阻R與U成正比,U一定時,導體的電阻R與I成反比 D.對給定的導體,在溫度沒有顯著變化時,比值是個定值,反映了導體本身的性質 答案 ABD 二、導體的伏安特性曲線 研究導體中的電流與導體兩端的電壓之間的關系,可以用公式法,可以用列表法,還可以用圖象法.分析圖4中甲、乙兩電學元件的I-U圖象,我們可以得出兩元件的電流和電壓有怎樣的關系? 圖4 答案 甲為非線性關系;乙為線性關系,電流與電壓成正比. 1.I-U圖象與U-I圖象的區(qū)別 (1)坐標軸的意義不同:I-U圖象中,橫坐標表示電壓U、縱坐標表示電流I;U-I圖象中,橫坐標表示電流I,縱坐標表示電壓U. (2)圖線斜率的意義不同:I-U圖象中,斜率表示電阻的倒數(shù),U-I圖象中,斜率表示電阻,如圖5所示,在圖甲中R2<R1,圖乙中R2>R1. 圖5 2.I-U圖象是曲線時,導體某狀態(tài)的電阻RP=,即電阻等于圖線上點P(UP,IP)與坐標原點(0,0)連線的斜率的倒數(shù),而不等于該點切線斜率的倒數(shù),如圖6所示. 圖6 例2 (多選)如圖7所示是某一導體的I-U圖象,圖中α=45,下列說法正確的是( ) 圖7 A.通過電阻的電流與其兩端的電壓成正比 B.此導體的電阻R=2 Ω C.I-U圖象的斜率表示電阻的倒數(shù),所以R==1.0 Ω D.在R兩端加6.0 V電壓時,每秒通過導體橫截面的電荷量是3.0 C 答案 ABD 解析 由于導體的I-U圖象是一條過原點的傾斜直線,故通過電阻的電流與其兩端的電壓成正比,選項A正確;I-U圖象的斜率表示電阻的倒數(shù),即k==,故R== Ω=2 Ω,不能利用R=求電阻,選項B正確,C錯誤;在R兩端加6.0 V電壓時,每秒通過導體截面的電荷量q=It=t=1 C=3.0 C,選項D正確. 例3 (多選)如圖8所示為某一金屬導體的伏安特性曲線,由圖象可知( ) 圖8 A.該導體的電阻隨電壓的升高而增大 B.該導體的電阻隨電壓的升高而減小 C.導體兩端電壓為2 V時,電阻為0.5 Ω D.導體兩端電壓為2 V時,電阻為1 Ω 答案 AD 解析 該導體的I-U圖象為曲線,但根據(jù)R=知,某點與原點(0,0)連線的斜率的倒數(shù)表示電阻,故可知U=2 V時,R= Ω=1 Ω,且導體電阻隨電壓升高而增大,故A、D正確. 1.(對歐姆定律的理解)根據(jù)歐姆定律,下列判斷正確的是( ) A.導體兩端的電壓為零,電阻即為零 B.導體中的電流越大,電阻就越小 C.當電壓增大2倍時,電阻增大2倍 D.由I=可知,通過一段導體的電流跟加在它兩端的電壓成正比 答案 D 解析 導體的電阻由導體本身的性質決定,公式R=只提供了測定電阻的方法,R與只是在數(shù)值上相等,當我們不給導體兩端加電壓時,導體的電阻仍存在,因此不能說導體的電阻與加在它兩端的電壓成正比,與導體中的電流成反比,A、B、C錯誤. 2.(對伏安特性曲線的理解) (多選)甲、乙兩個電阻,它們的伏安特性曲線畫在同一個坐標系中,如圖9所示,則( ) 圖9 A.甲的電阻是乙的電阻的 B.把兩個電阻兩端加上相同的電壓,通過甲的電流是通過乙的電流的兩倍 C.欲使有相同的電流通過兩個電阻,加在乙兩端的電壓應是加在甲兩端電壓的3倍 D.甲的電阻是乙的電阻的2倍 答案 AC 3.(對伏安特性曲線的理解)如圖10所示為一小燈泡的伏安特性曲線,橫軸和縱軸分別表示電壓U和電流I.圖線上點A的坐標為(U1,I1),過點A的切線與縱軸交點的縱坐標為I2,小燈泡兩端的電壓為U1時,電阻等于( ) 圖10 A. B. C. D. 答案 B 解析 由電阻的定義式R=可知,B正確,其他選項錯誤.要特別注意R≠. 4.(歐姆定律的應用)某金屬導體兩端所加電壓為8 V時,10 s內通過某一橫截面的電荷量為0.16 C,求: (1)導體的電阻; (2)若導體兩端電壓為10 V,求通過導體的電流. 答案 (1)500 Ω (2)0.02 A 解析 (1)電壓U1=8 V,10 s內通過的電荷量Q=0.16 C, 則電流I1== A=0.016 A, 電阻R== Ω=500 Ω. (2)若導體兩端電壓為U2=10 V,則電流I2== A=0.02 A. 一、選擇題 考點一 歐姆定律的理解與應用 1.根據(jù)歐姆定律,下列判斷正確的是( ) A.導體兩端的電壓越大,導體的電阻越大 B.加在氣體兩端的電壓與通過的電流的比值是一個常數(shù) C.電流經(jīng)過電阻時,沿電流方向電勢要降低 D.雖然電解質溶液短時間內導電的U-I圖線是一條直線,但歐姆定律并不適用 答案 C 解析 導體的電阻與電壓無關,A錯誤;對氣體,歐姆定律不適用,即≠常數(shù),B錯誤;由U=IR知電流每經(jīng)過一個電阻要產(chǎn)生一定的電勢降落,歐姆定律適用于電解質溶液導電,C正確,D錯誤. 2.(多選)由歐姆定律I=導出U=IR和R=,下列敘述中正確的是( ) A.由R=知,導體的電阻由兩端的電壓和通過的電流決定 B.導體的電阻由導體本身的性質決定,跟導體兩端的電壓及流過導體的電流的大小無關 C.對于確定的導體,其兩端的電壓和流過它的電流的比值等于它的電阻值 D.電流相同時,電阻越大,其兩端電壓越大 答案 BCD 3.已知用電器A的電阻是用電器B的電阻的2倍,加在A上的電壓是加在B上的電壓的一半,那么通過A和B的電流IA和IB的關系是( ) A.IA=2IB B.IA= C.IA=IB D.IA= 答案 D 解析 由I=得,IA∶IB=∶=UARB∶UBRA=1∶4,即IA=IB,故選D. 4.在電阻為4 Ω的導體中通以恒定電流,5 min內通過導體橫截面的電荷量是45 C,這時加在導體兩端的電壓是( ) A.60 V B.6 V C.0.6 V D.3.6 V 答案 C 解析 通過導體的電流為I== A=0.15 A,根據(jù)歐姆定律得,加在導體兩端的電壓是U=IR=0.154 V=0.6 V,故選C. 5.(多選)將阻值恒為R的電阻接在電壓為U的電源兩端,則描述其電壓U、電阻R及流過R的電流I間的關系圖象中正確的是( ) 答案 CD 解析 電阻的阻值R不隨U、I的變化而改變,但電流I與電壓U成正比,C、D正確. 考點二 伏安特性曲線的理解與應用 6.如圖1為給出的幾種電學元件的電流與電壓關系圖象,下列說法正確的是( ) 圖1 A.這四個圖象都是伏安特性曲線 B.這四種電學元件都是線性元件 C.①②是線性元件,③④是非線性元件 D.這四個圖象中,直線的斜率都表示元件的電阻 答案 C 解析 伏安特性曲線是以I為縱軸、U為橫軸的,A錯誤;線性元件的I-U圖象是必須過原點的直線,所以只有①②是線性元件,③④不是線性元件,B錯誤,C正確;在U-I圖象中,過原點的直線的斜率才是導體的電阻,D錯誤. 7.(多選)如圖2所示是某導體的伏安特性曲線,由圖可知,下列說法正確的是( ) 圖2 A.導體的電阻是25 Ω B.導體的電阻是0.04 Ω C.當導體兩端的電壓是10 V時,通過導體的電流是0.4 A D.當通過導體的電流是0.1 A時,導體兩端的電壓是2.5 V 答案 ACD 解析 由題圖可知,導體的電阻: R== Ω=25 Ω, 當電壓U1=10 V時,電流I1== A=0.4 A, 當電流I2=0.1 A時,電壓U2=I2R=0.125 V=2.5 V,故選A、C、D. 8.有四個金屬導體,它們的U-I圖象如圖3所示,電阻最大的導體是( ) 圖3 A.a B.b C.c D.d 答案 D 9.(2018山東濟寧市高一下期末)如圖4所示,曲線MN為某白熾燈的一段伏安特性曲線,當白熾燈兩端的電壓由30 V升高到60 V時,其燈絲的電阻增加了( ) 圖4 A.10 Ω B.20 Ω C.30 Ω D.40 Ω 答案 A 解析 當電壓為30 V時,R1= Ω=30 Ω 當電壓為60 V時,R2= Ω=40 Ω 電阻增加了40 Ω-30 Ω=10 Ω,選項A正確. 10.某導體中的電流隨其兩端電壓的變化關系如圖5所示,則下列說法中正確的是( ) 圖5 A.加5 V電壓時,導體的電阻大于5 Ω B.加11 V電壓時,導體的電阻可能為1.4 Ω C.由圖可知,隨著電壓的增大,導體的電阻不斷減小 D.由圖可知,隨著電壓的減小,導體的電阻不斷減小 答案 D 解析 對某些電學元件,其伏安特性曲線不是直線,但曲線上某一點的值仍表示該點所對應的電阻值.本題中給出的導體在加5 V電壓時,=5 Ω,所以此時電阻為5 Ω;當電壓增大時,值增大,即電阻增大,綜合判斷可知A、B、C項錯誤,D項正確. 11.某同學在研究三種導電元件的伏安特性曲線時,他根據(jù)實驗中所測得的數(shù)據(jù),分別繪制了I-U圖線如圖6甲、乙、丙所示.下列說法正確的是( ) 圖6 A.圖甲的元件可以作為標準電阻使用 B.圖乙的元件的電阻隨電壓升高而減小 C.圖丙的元件的電阻隨電壓升高而增大 D.以上說法均不正確 答案 A 解析 題圖甲元件的電阻不變,可作標準電阻使用,題圖乙元件的電阻隨電壓升高而增大,題圖丙元件的電阻隨電壓的升高而減小,故選A. 12.(多選)如圖7所示為A、B兩電阻的U-I圖線,則關于兩電阻的描述正確的是( ) 圖7 A.電阻A的阻值隨電流的增大而增大,電阻B的阻值不變 B.在兩圖線交點處,電阻A的阻值等于電阻B的阻值 C.在兩圖線交點處,電阻A的阻值大于電阻B的阻值 D.在兩圖線交點處,電阻A的阻值小于電阻B的阻值 答案 AB 二、非選擇題 13.加在某導體上的電壓變?yōu)樵瓉淼?倍時,導體中的電流增加了0.9 A,如果所加電壓變?yōu)樵瓉淼臅r,導體中的電流變?yōu)槎嗌伲? 答案 0.225 A 解析 設導體電阻為R,導體上原來的電壓為U0,原來通過的電流為I0,則當電壓變?yōu)樵瓉淼?倍時,由歐姆定律得: I0=,I0+0.9 A= 由以上兩式解得:=0.45 A. 當電壓為U0時,I==0.45 A=0.225 A.- 配套講稿:
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