2019-2020學(xué)年高中物理 第2章 3 歐姆定律學(xué)案 新人教版選修3-1

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1、3　歐姆定律 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.了解電阻的定義式及電阻的意義。(重點(diǎn))2.理解歐姆定律。(重點(diǎn))3.了解導(dǎo)體的伏安特性曲線。(難點(diǎn)) 一、歐姆定律 1．實(shí)驗(yàn)探究 (1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯繉?dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓、導(dǎo)體的電阻的關(guān)系。 (2)實(shí)驗(yàn)電路如圖所示： (3)數(shù)據(jù)處理：用表格記錄多組不同的電壓、電流值，作出U-I圖象。 (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論： ①同一導(dǎo)體的U-I圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線。 ②不同導(dǎo)體的U-I圖象的傾斜程度不同。 (5)實(shí)驗(yàn)分析——電阻： ①定義：導(dǎo)體兩端的電壓與通過(guò)導(dǎo)體電流的比值叫作電阻，即R＝。 ②意義：反映導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用。 ③單位：歐姆

2、(Ω)、千歐(kΩ)、兆歐(MΩ) 1 kΩ＝103 Ω；1 MΩ＝106 Ω。 2．歐姆定律 (1)內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，跟導(dǎo)體的電阻R成反比。 (2)公式：I＝。 (3)適用條件：適用于金屬導(dǎo)電和電解質(zhì)溶液導(dǎo)電。對(duì)氣態(tài)導(dǎo)體和半導(dǎo)體元件不適用。 二、導(dǎo)體的伏安特性曲線 1．定義：建立平面直角坐標(biāo)系，用縱軸表示電流I，用橫軸表示電壓U，畫出導(dǎo)體的I-U圖線。 2．線性元件：導(dǎo)體的伏安特性曲線為過(guò)原點(diǎn)的直線，即電流與電壓成正比的線性關(guān)系的元件，如金屬導(dǎo)體、電解液等。 3．非線性元件：伏安特性曲線不是直線的，即電流與電壓不成正比的電學(xué)元件，如氣體導(dǎo)體、二極

3、管等。 4．二極管的伏安特性曲線(如圖所示) 由圖象可以看出隨電壓的增大，圖線的斜率在增大，表示其電阻隨電壓的升高而減小。 1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”) (1)導(dǎo)體兩端的電壓越大，導(dǎo)體電阻越大。 (×) (2)歐姆定律適用于白熾燈，不適用于日光燈管。 (√) (3)對(duì)于線性元件，伏安特性曲線的斜率越大，電阻越大。 (×) (4)若伏安特性曲線為曲線，說(shuō)明該導(dǎo)體的電阻隨導(dǎo)體兩端電壓的變化而變化。 (√) 2．(多選)由歐姆定律I＝導(dǎo)出U＝IR和R＝，下列敘述中正確的是(　　) A．導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體中的電流成反比 B．導(dǎo)體的電

4、阻由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定，跟導(dǎo)體兩端的電壓及流過(guò)導(dǎo)體的電流的大小無(wú)關(guān) C．對(duì)確定的導(dǎo)體，其兩端電壓和流過(guò)它的電流的比值就是它的電阻值 D．一定的電流流過(guò)導(dǎo)體，電阻越大，其電壓降越大 BCD　[導(dǎo)體的電阻是由導(dǎo)體自身的性質(zhì)決定的，與所加的電壓和通過(guò)的電流無(wú)關(guān)。當(dāng)R一定時(shí)，才有I∝U，故A錯(cuò)誤，B、C、D正確。] 3．(多選)某同學(xué)在探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與其兩端電壓的關(guān)系時(shí)，將記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)整理作出了如圖所示的圖象，根據(jù)圖象，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．導(dǎo)體甲的電阻大于導(dǎo)體乙的電阻 B．在導(dǎo)體乙的兩端加1 V的電壓時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體乙的電流為0.1 A C．當(dāng)通過(guò)導(dǎo)體甲的電流為0.9 A

5、時(shí)，導(dǎo)體甲兩端的電壓為4 V D．將導(dǎo)體乙連接到電壓為5 V的電源上時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流為0.5 A BD　[I-U圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，則R甲＝＝ Ω＝5 Ω，R乙＝ Ω＝10 Ω，A錯(cuò)誤；由I＝，得當(dāng)導(dǎo)體乙兩端的電壓為1 V時(shí)，I1＝＝ A＝0.1 A，選項(xiàng)B正確；乙連接到電壓為5 V的電源上時(shí)，I2＝＝ A＝0.5 A，選項(xiàng)D正確；由U＝IR，得當(dāng)通過(guò)導(dǎo)體甲的電流為0.9 A時(shí)，導(dǎo)體甲兩端的電壓U＝I′R甲＝0.9×5 V＝4.5 V，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。] 對(duì)歐姆定律的理解 1.歐姆定律的適用情況 歐姆定律僅適用于純電阻(將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能)電路。非純電阻(電能的一部分

6、轉(zhuǎn)化為內(nèi)能)電路不適用。 2．歐姆定律的兩性 (1)同體性：表達(dá)式I＝中的三個(gè)物理量U、I、R對(duì)應(yīng)于同一段電路或?qū)w。 (2)同時(shí)性：三個(gè)物理量U、I、R對(duì)應(yīng)于同一時(shí)刻。 3．公式I＝和R＝的比較 比較項(xiàng)目 I＝ R＝ 意義 歐姆定律的表達(dá)形式 電阻的定義式 前后物理 量的關(guān)系 I與U成正比，與R成反比 R是導(dǎo)體本身的性質(zhì)，不隨U、I的改變而改變 適用條件 適用于金屬導(dǎo)體、電解液等 適用于計(jì)算一切導(dǎo)體的電阻 【例1】　若加在某導(dǎo)體兩端的電壓為原來(lái)的時(shí)，導(dǎo)體中的電流減小了0.4 A．如果所加電壓變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則導(dǎo)體中的電流多大？ 思路點(diǎn)撥：(1)不特別說(shuō)明

7、認(rèn)為導(dǎo)體的電阻不變。 (2)每次改變電壓后對(duì)應(yīng)的U、I比值不變。 (3)對(duì)應(yīng)同一導(dǎo)體，有＝。 [解析]　解法一：設(shè)原來(lái)的電壓為U0，電流為I0，導(dǎo)體的電阻為R， 由歐姆定律得R＝＝ 解得I0＝1.0 A 電壓變?yōu)樵瓉?lái)的2倍后，R＝＝ 所以I＝2I0＝2.0 A。 解法二：根據(jù)同一電阻電壓的變化量與電流的變化量之比相等，有 ＝ 解得I0＝1 A 又R＝＝ 聯(lián)立得I＝2I0＝2.0 A。 [答案]　2.0 A 對(duì)公式I＝和R＝的兩點(diǎn)提醒 (1)歐姆定律的表達(dá)式是I＝，而公式R＝應(yīng)該理解成電阻的比值定義式，比值定義的魅力就在于被定義的物理量與比值中的那兩個(gè)物理量無(wú)關(guān)

8、。 (2)R＝告訴了我們一種測(cè)量導(dǎo)體電阻的方法，即伏安法。 (3)對(duì)于定值電阻，由于U-I圖象為過(guò)原點(diǎn)的直線，故R＝。 1．(多選)根據(jù)歐姆定律，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．由關(guān)系式U＝IR可知，導(dǎo)體兩端的電壓U由通過(guò)它的電流I和它的電阻R共同決定 B．由關(guān)系式R＝可知，導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體中的電流成反比 C．由關(guān)系式I＝可知，導(dǎo)體中電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比 D．由關(guān)系式R＝可知，對(duì)一個(gè)確定的導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，所加的電壓跟通過(guò)導(dǎo)體的電流的比值是一定值 CD　[U＝IR和I＝的意義不同，可以說(shuō)I由U和R共同決定，但不能說(shuō)U由I和R共同

9、決定，因?yàn)殡娏鳟a(chǎn)生的條件是導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差，A錯(cuò)誤，C正確；可以利用R＝計(jì)算導(dǎo)體的電阻，但R與U和I無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤，D正確。] 對(duì)伏安特性曲線的理解 1.I-U圖線不同于U-I圖線，I-U圖線為導(dǎo)體的伏安特性曲線，加在導(dǎo)體兩端的電壓U是自變量，I是因變量。 2．對(duì)I-U圖象或U-I圖象進(jìn)行分析比較時(shí)，要先仔細(xì)辨認(rèn)縱軸與橫軸各代表什么，以及由此對(duì)應(yīng)的圖象上任意一點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率的具體意義，如圖甲中R2R1。 甲　　　　　　　　　　乙 3．I-U圖線是曲線時(shí)：導(dǎo)體電阻RP＝，即電阻等于圖線上點(diǎn)(UP，IP)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率的倒數(shù)，而不等于該點(diǎn)切線

10、斜率的倒數(shù)，如圖所示。 【例2】　(多選)某導(dǎo)體中的電流隨其兩端電壓的變化如圖所示，則下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．該元件是非線性元件，所以不能用歐姆定律計(jì)算導(dǎo)體在某狀態(tài)下的電阻 B．加5 V電壓時(shí)，導(dǎo)體的電阻約是5 Ω C．由圖可知，隨著電壓的增大，導(dǎo)體的電阻不斷減小 D．由圖可知，隨著電壓的減小，導(dǎo)體的電阻不斷減小 思路點(diǎn)撥：(1)由伏安特性曲線可知，導(dǎo)體是非線性元件。 (2)R＝可以計(jì)算任何情況下的電阻。 (3)根據(jù)各點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率變化判斷導(dǎo)體電阻變化。 BD　[雖然該元件是非線性元件，但可以用R＝計(jì)算各狀態(tài)的電阻值，A錯(cuò)誤；當(dāng)U＝5 V時(shí)，I＝1.0 A，R

11、＝＝5 Ω，B正確；由圖可知，隨電壓的增大，各點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率越來(lái)越小，電阻越來(lái)越大，反之，隨電壓的減小，電阻減小，C錯(cuò)誤，D正確。] 上例中，若導(dǎo)體兩端的電壓從5 V增加到12 V，則導(dǎo)體的電阻變化了多少？ 提示：由于5 V時(shí)，導(dǎo)體的電阻約為5 Ω，12 V時(shí)導(dǎo)體的電阻為8 Ω，所以電阻值增加了3 Ω。 利用I-U圖象或U-I圖象求電阻應(yīng)注意的問(wèn)題 (1)明確圖線斜率的物理意義，即斜率等于電阻R還是等于電阻的倒數(shù)。 (2)某些電阻在電流增大時(shí)，由于溫度升高而使電阻變化，伏安特性曲線不是直線，但對(duì)某一狀態(tài)，歐姆定律仍然適用。 (3)利用I-U圖象或U-I圖象求電阻時(shí)，

12、應(yīng)利用ΔU和ΔI的比值進(jìn)行計(jì)算，而不能用圖象的斜率k＝tan α，因?yàn)樽鴺?biāo)軸標(biāo)度的選取是根據(jù)需要人為規(guī)定的，同一電阻在坐標(biāo)軸標(biāo)度不同時(shí)直線的傾角α是不同的。 2．(多選)如圖所示是電阻R的I-U 圖象，圖中α＝45°，由此得出(　　) A．通過(guò)電阻的電流與兩端電壓成正比 B．電阻R＝0.5 Ω C．因I-U圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，故R＝＝1.0 Ω D．在R兩端加上6.0 V的電壓時(shí)，每秒通過(guò)電阻橫截面的電荷量是3.0 C AD　[由I-U圖象可知，圖線是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，即I和U成正比，A正確；電阻R＝＝ Ω＝2 Ω，B錯(cuò)誤；由于縱、橫坐標(biāo)的標(biāo)度不一樣，故不能用k＝

13、tan α計(jì)算斜率表示電阻的倒數(shù)，C錯(cuò)誤；在R兩端加上6.0 V電壓時(shí)，I＝＝ A＝3.0 A，每秒通過(guò)電阻橫截面的電荷量q＝It＝3.0×1 C＝3.0 C，D正確。] 滑動(dòng)變阻器的兩種接法 1.兩種接法及對(duì)比 限流接法 分壓接法 電路圖 閉合電鍵前 滑片位置 滑動(dòng)觸頭在最左端，即保證滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值最大 滑動(dòng)觸頭在最左端，即開(kāi)始時(shí)R上分得的電壓為零 電壓調(diào)節(jié)范圍 U～U 0～U 電流調(diào)節(jié)范圍 ～ 0～ 2.方法選擇 通?；瑒?dòng)變阻器以限流式為主，但遇到下述三種情況時(shí)必須采用分壓式。 (1)當(dāng)待測(cè)電阻遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的最大電阻，且實(shí)

14、驗(yàn)要求的電壓變化范圍較大(或要求測(cè)量多組數(shù)據(jù))時(shí)，必須選用分壓接法。 (2)若采用限流接法，電路中實(shí)際電壓(或電流)的最小值仍超過(guò)負(fù)載電阻或電表的額定值時(shí)，只能采用分壓接法。 (3)要求回路中某部分電路的電流或電壓實(shí)現(xiàn)從零開(kāi)始連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)(如測(cè)定導(dǎo)體的伏安特性，校對(duì)改裝后的電表等)，即大范圍內(nèi)測(cè)量時(shí)，必須采用分壓接法。 【例3】　在如圖所示的電路中，滑動(dòng)變阻器的最大值為R0＝10 Ω，負(fù)載為RL＝10 Ω，電路兩端所加的電壓為U0＝20 V保持不變。 (1)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，變阻器觸頭移動(dòng)時(shí)，電阻RL兩端的電壓UL變化范圍是多少？ (2)開(kāi)關(guān)S閉合，變阻器觸頭移動(dòng)時(shí)，電阻RL兩端的電壓UL變

15、化范圍是多少？ 思路點(diǎn)撥：(1)先確認(rèn)變阻器的連接方式。 (2)根據(jù)串、并聯(lián)電路規(guī)律分析問(wèn)題。 [解析]　(1)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，變阻器觸頭在變阻器下端時(shí)，電阻RL與整個(gè)變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)分壓規(guī)律，電阻RL兩端電壓為U0＝10 V 變阻器觸頭在變阻器上端時(shí)，滑動(dòng)變阻器的接入阻值為零，相當(dāng)于電阻RL直接接在電源上，其兩端電壓為U0＝20 V 所以電阻RL兩端的電壓變化范圍是10 V≤UL≤20 V。 (2)開(kāi)關(guān)S閉合，變阻器觸頭在變阻器下端時(shí)，電阻RL被短路，其兩端電壓為零，觸頭在變阻器上端時(shí)，電阻RL與變阻器并聯(lián)，其兩端電壓為U0＝20 V 所以電阻RL兩端的電壓變化范圍是0≤U′L

16、≤20 V。 [答案]　見(jiàn)解析 限流、分壓接法的優(yōu)缺點(diǎn) (1)限流接法：①優(yōu)點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、耗能低。②缺點(diǎn)：待測(cè)電阻兩端電壓不能從零開(kāi)始變化，且變化范圍不大。 (2)分壓接法：①優(yōu)點(diǎn)：待測(cè)電阻兩端電壓能從零開(kāi)始變化，且變化大。②缺點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，耗能高。 3．(多選)如圖所示的電路中，若ab為輸入端，AB為輸出端，并把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸片置于變阻器的中央，則以下說(shuō)法正確的是(　　) A．空載時(shí)輸出電壓UAB＝ B．當(dāng)AB間接上負(fù)載R時(shí)，輸出電壓UAB< C．AB間的負(fù)載R越大，UAB越接近 D．AB間的負(fù)載R越小，UAB越接近 ABC　[空載時(shí)，AB間的

17、電壓為總電壓的一半，即UAB＝，A正確；當(dāng)AB間接上負(fù)載R后，R與變阻器的下半部分并聯(lián)，并聯(lián)電阻小于變阻器總阻值的一半，故輸出電壓UAB<，但R越大，并聯(lián)電阻越接近于變阻器總阻值的一半，UAB也就越接近，R越小，并聯(lián)電阻越小，UAB就越小于，B、C正確，D錯(cuò)誤。] 課 堂 小 結(jié) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.歐姆定律的理解及應(yīng)用。 2.電阻的定義及物理意義。 3.對(duì)伏安特性曲線的理解及應(yīng)用，圖線的斜率與電阻的關(guān)系。 1．有a、b、c、d四個(gè)電阻，它們的U-I圖象如圖所示，則圖中電阻最大的是(　　) A．a(chǎn)　　　　　　　　 B．b C．c D．d A　[本題給出的圖象是U-I

18、圖線，直線的斜率等于導(dǎo)體的電阻，A正確。] 2．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(guò)A和B的電流IA和IB的關(guān)系是(　　) A．IA＝2IB B．IA＝ C．IA＝IB D．IA＝ D　[由I＝得：IA∶IB＝∶＝UARB∶UBRA＝1∶4，即IA＝IB，應(yīng)選D。] 3．以下給出幾種電學(xué)元件的電流與電壓的關(guān)系圖象，如圖所示，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．這四個(gè)圖象都是伏安特性曲線 B．這四種電學(xué)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(gè)圖象中，直線的斜率都表示了元件的電阻 C　[伏安特性曲線是以I為縱軸，U為橫軸的，A錯(cuò)誤；線性元件并不只是說(shuō)I-U、U-I圖象是直線，而必須是過(guò)原點(diǎn)的直線，所以只有①②是線性元件，③④不是線性元件，B錯(cuò)誤，C正確；在U-I圖象中，過(guò)原點(diǎn)的直線的斜率才是導(dǎo)體的電阻，D錯(cuò)誤。] - 9 -