第 1 課時 電動勢歐姆定律 基礎(chǔ)知識歸納1.導(dǎo)線中的電場(1)形成因素：是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的.(2)方向：導(dǎo)線與電源連通后，導(dǎo)線內(nèi)很快形成了沿導(dǎo)線方向的恒定電場.(3)性質(zhì)：導(dǎo)線中恒定電場的性質(zhì)與靜電場的性質(zhì)不同.2.電流(1)導(dǎo)體形成電流的條件：要有自由電荷；導(dǎo)體兩端形成電壓.(2)電流定義：通過導(dǎo)體橫截面的電荷量跟這些電荷量所用時間的比值叫電流.(3)電流的宏觀表達式：I，適用于任何電荷的定向移動形成的電流.(4)電流是標量但有方向，規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向(或與負電荷定向移動的方向相反).單位：A， 1 A103mA106A.(5)電流的微觀表達式：InqvS，n是單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，q是每個自由電荷電荷量，S是導(dǎo)體的橫截面積，v為自由電荷的定向移動速率.說明：導(dǎo)體中三種速率：定向移動速率非常小，約105 m/s；無規(guī)律的熱運動速率較大，約105 m/s；電場傳播速率非常大，為3×108 m/s.3.電動勢(1)電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的裝置；(2)電源電動勢是表示電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)的大小的物理量；(3)電源電動勢E在數(shù)值上等于非靜電力把1 C正電荷在電源內(nèi)從負極移送到正極所做的功，即EW/q；(4)電源電動勢和內(nèi)阻都由電源本身的性質(zhì)決定，與所接的外電路無關(guān).4.部分電路的歐姆定律(1)內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比.(2)公式 ：I.(3)適用條件：金屬導(dǎo)電或電解液導(dǎo)電.對氣體導(dǎo)電和晶體管導(dǎo)電不適用.(4)圖象注意I-U曲線和U-I曲線的區(qū)別：對于電阻一定的導(dǎo)體，圖中兩圖都是過原點的直線，I-U圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，U-I圖象的斜率表示電阻.當考慮到電阻率隨溫度的變化時，電阻的伏安特性曲線不再是過原點的直線，但部分電路的歐姆定律還是適用.重點難點突破一、公式Iq/t和InqSv的理解Iq/t是電流的定義式，適用于任何電荷的定向移動形成的電流.注意：在電解液導(dǎo)電時，是正、負離子向相反方向定向移動形成電流，q應(yīng)是兩種電荷的電荷量絕對值之和，電流方向為正電荷定向移動的方向.InqvS是電流的微觀表達式(n為單位體積內(nèi)的自由電荷個數(shù)，S為導(dǎo)線的橫截面積，v為自由電荷的定向移動速率，約105 m/s).二、電動勢和電壓的關(guān)系電動勢和電壓這兩個物理量盡管有著相同的單位，而且都是描述電路中能量轉(zhuǎn)化的物理量，但在能量轉(zhuǎn)化方式上和決定因素上有本質(zhì)的區(qū)別：1.電壓表示電場力做功(UAB)，是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的本領(lǐng)；電源電動勢表示非靜電力做功(E)，是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的本領(lǐng).2.決定因素不同：電壓由電源和導(dǎo)體的連接方式?jīng)Q定；電動勢由電源本身的性質(zhì)決定，與所接的外電路無關(guān).三、伏安特性曲線及其應(yīng)用1.伏安特性曲線電阻恒定不變的導(dǎo)體，它的伏安特性曲線是直線，如右圖中a、b兩直線所示，具有這種伏安特性曲線的電學(xué)元件叫線性元件，直線的斜率等于電阻的倒數(shù).電阻因外界條件變化而變化的導(dǎo)體，它的伏安特性曲線是曲線，如圖中c所示，這類電學(xué)元件叫非線性元件，導(dǎo)體c的電阻隨電壓升高而減小.2.利用伏安特性曲線的斜率求電阻時，不能用直線的傾角的正切來求，原因是物理圖象坐標軸單位長度是可以表示不同大小的電壓或電流，而應(yīng)用R求電阻.3.一般金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大，其伏安特性如下圖所示.由于金屬導(dǎo)體是純電阻，所以歐姆定律仍然適用，伏安特性曲線上某一點的縱坐標和橫坐標的比值，即曲線的割線斜率表示了導(dǎo)體的電阻(圖甲)或?qū)w的電阻的倒數(shù)(圖乙).典例精析1.公式Iq/t和I nqvS的理解和應(yīng)用【例1】來自質(zhì)子源的質(zhì)子(初速度為零)，經(jīng)一加速電壓為800 kV的直線加速器加速，形成電流強度為1 mA的細柱形質(zhì)子流.已知質(zhì)子電荷e1.60×1019 C.這束質(zhì)子流每秒打到靶上的質(zhì)子數(shù)為.假定分布在質(zhì)子源到靶之間的加速電場是均勻的，在質(zhì)子束中與質(zhì)子源相距L和4L的兩處，各取一段極短的相等長度的質(zhì)子流，其中的質(zhì)子數(shù)分別為n1和n2，則n1n2.【解析】按定義，I，所以6.25×1015由于各處電流相同，設(shè)這段長度為l，其中的質(zhì)子數(shù)為n個，則由I和t得I，所以n.而v22as，所以v，所以【答案】6.25×1015；21【思維提升】解決本題的關(guān)鍵是：(1)正確把握電流強度的概念 Iq/t和qne.(2)善于將運動學(xué)知識和電流強度的定義式巧妙整合，靈活運用.【拓展1】試研究長度為l、橫截面積為S，單位體積自由電子數(shù)為n的均勻?qū)w中電流的流動，在導(dǎo)體兩端加上電壓U，于是導(dǎo)體中有勻強電場產(chǎn)生，在導(dǎo)體內(nèi)移動的自由電子(e)受勻強電場作用而加速，和做熱運動的陽離子碰撞而減速，這樣邊反復(fù)進行邊向前移動，可以認為阻礙電子運動的阻力大小與電子移動的平均速度v成正比，其大小可以表示成kv(k是常數(shù)).(1)電場力和碰撞的阻力相平衡時，導(dǎo)體中電子的速率v成為一定值，這時v為B.A. B. C. D.(2)設(shè)自由電子在導(dǎo)體中以一定速率v運動時，該導(dǎo)體中所流過的電流是.(3)該導(dǎo)體電阻的大小為 (用k、l、n、S、e表示).【解析】 據(jù)題意可得kveE，其中E，因此v.據(jù)電流微觀表達式IneSv，可得I，再由歐姆定律可知R2.電源電動勢的理解【例2】關(guān)于電源電動勢，以下說法正確的是()A.電動勢表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)的大小，在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時兩極板間的電壓B.由電動勢E可知電動勢E的大小跟W和q的比值相等，跟W的大小和q的大小無關(guān)，由電源本身決定C.1號干電池比5號干電池大，但是電動勢相等，內(nèi)電阻相同D.電動勢的大小隨外電路的電阻增大而增大【解析】電動勢由電源本身的性質(zhì)決定，與W、q無關(guān)，與所接的外電路無關(guān)，所以B對，D錯.1號干電池和5號干電池電動勢相等，但內(nèi)電阻不同，所以C錯.由電源電動勢的本質(zhì)知A正確.【答案】AB【思維提升】應(yīng)正確理解電源電動勢的物理意義和決定因素.【拓展2】關(guān)于電源電動勢和電壓，以下說法正確的是( A )A.在某電路中每通過20 C的電荷量，電池提供的電能是30 J，那么這個電池的電動勢是1.5 VB.電源內(nèi)，電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能越多，其電源電動勢一定越大C.電動勢就是電源兩極間的電壓D.電動勢公式E中的“W”和電壓公式U中的“W”是一樣的，都是電場力做的功3.伏安特性曲線的理解和應(yīng)用【例3】如圖所示為電阻R1和R2的伏安特性曲線，并且把第一象限分為、三個區(qū)域.現(xiàn)把R1和R2并聯(lián)在電路中，消耗的電功率分別用P1和P2表示；并聯(lián)的總電阻設(shè)為R.下列關(guān)于P1與P2的大小關(guān)系及R的伏安特性曲線應(yīng)該在的區(qū)域的說法，正確的是()A.特性曲線在區(qū)，P1<P2 B.特性曲線在區(qū)，P1<P2C.特性曲線在區(qū)，P1P2 D.特性曲線在區(qū)，P1P2【解析】并聯(lián)之后電阻比R1和R2電阻都小，由于此圖的斜率的倒數(shù)是電阻，所以并聯(lián)之后的特性曲線在區(qū)，B、D錯，由題圖可得R1<R2，且兩者并聯(lián)，所以P1P2，C對.【答案】C【思維提升】導(dǎo)體的伏安特性曲線有兩種畫法：用縱坐標表示電壓U，橫坐標表示電流I，畫出的I-U關(guān)系圖線，它的斜率的倒數(shù)為電阻；用縱坐標表示電壓U，橫坐標表示電流I，畫出的U-I關(guān)系圖線，它的斜率為電阻.一定要看清圖象的坐標.【拓展3】一個用半導(dǎo)體材料制成的電阻器D，其電流I隨它兩端的電壓U的關(guān)系圖象如圖(a)所示，將它與兩個標準電阻R1、R2并聯(lián)后接在電壓恒為U的電源上，如圖(b)所示，三個用電器消耗的電功率均為P.現(xiàn)將它們連接成如圖(c)所示的電路，仍然接在該電源的兩端，設(shè)電阻器D和電阻R1、R2消耗的電功率分別為PD、P1、P2，它們之間的大小關(guān)系有( C )A.P14P2 B.PDP/9 C.P14P2 D.PDP2易錯門診【例4】如圖所示的圖象所對應(yīng)的兩個導(dǎo)體：(1)兩導(dǎo)體的電阻的大小R1 ，R2；(2)若兩個導(dǎo)體中的電流相等(不為零)時，電壓之比U1U2；(3)若兩個導(dǎo)體的電壓相等(不為零)時，電流之比I1I2.【錯解】(1)因為在I-U圖象中R1/kcot ，所以R1 ，R2 【錯因】上述錯誤的原因，沒有弄清楚圖象的物理意義.【正解】(1)在I-U圖象中R1/kU/I，所以R12 ，R2 (2)由歐姆定律得U1I1R1，U2I2R2，由于I1I2，所以U1U2R1R231(3) 由歐姆定律得I1U1/R1，I2U2/R2，由于U1U2，所以I1I2R2R113【答案】(1)2 ； (2)31(3)13【思維提升】應(yīng)用圖象的斜率求對應(yīng)的物理量，這是圖象法討論問題的方法之一，但應(yīng)注意坐標軸的物理意義.在用斜率求解時U、I是用坐標軸上的數(shù)值算出的，與坐標軸的標度的選取無關(guān)，而角度只有在兩坐標軸單位長度相同時才等于實際角的大小，從本圖中量出的角度大小沒有實際意義.