高中物理人教版 (新课标)选修33 欧姆定律学案

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修33 欧姆定律学案，共10页。







eq \([先填空])


1．实验探究


(1)实验目的：研究导体的电流与导体两端的电压、导体的电阻的关系．


(2)实验电路：





图2­3­1


(3)数据处理：用表格记录多组不同的电压、电流值，作出U­I图象．


(4)实验结论：


①同一导体的U­I图象是一条过原点的直线．


②不同导体的U­I图象的倾斜程度不同．


(5)实验分析——电阻：


①定义：导体两端的电压与通过导体电流的比值叫作电阻，即R＝U/I.


②意义：反映导体对电流的阻碍作用．


③单位：欧姆(Ω)、千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)


1 kΩ＝103Ω；1 MΩ＝106Ω.


2．欧姆定律


(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比．


(2)公式：I＝eq \f(U,R).


(3)适用条件：适用于金属导电和电解质溶液导电．对气态导体和半导体元件不适用．


eq \([再判断])


1．导体两端的电压越大，导体电阻越大．(×)


2．导体的电阻与流过导体的电流成反比．(×)


3．欧姆定律适用于白炽灯，不适用于日光灯管．(√)


eq \([后思考])


一台电动机接在电路中，正常工作时能用欧姆定律吗？


【提示】 不能．欧姆定律适用于金属导体、电解液等导体，对于含电动机的电路、含蓄电池的电路等欧姆定律是不适用的．





eq \([合作探讨])


现有两个导体A和B，利用如图2­3­2所示的电路分别测量A和B的电压和电流，测得的实验数据见下表．





图2­3­2


探讨1：对导体A或导体B来说，电流I与它两端电压U的关系怎样？


【提示】 正比．


探讨2：对导体A和导体B来说，电压U相同时，哪个导体中的电流I大些？哪个导体对电流的阻碍作用大些？


【提示】 导体A 导体B.


eq \([核心点击])


1．欧姆定律的适用情况


欧姆定律仅适用于纯电阻(将电能全部转化为内能)电路．非纯电阻(电能的一部分转为内能)电路不适用．


2．欧姆定律的两性


(1)同体性：表达式I＝eq \f(U,R)中的三个物理量U、I、R对应于同一段电路或导体．


(2)同时性：三个物理量U、I、R对应于同一时刻．


3．公式I＝eq \f(U,R)和R＝eq \f(U,I)的比较





1．(多选)根据欧姆定律，下列说法中正确的是( )


A．由关系式U＝IR可知，导体两端的电压U由通过它的电流I和它的电阻R共同决定


B．由关系式R＝U/I可知，导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比


C．由关系式I＝U/R可知，导体中电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比


D．由关系式R＝U/I可知，对一个确定的导体来说，所加的电压跟通过导体的电流的比值是一定值


【解析】 U＝IR和I＝U/R的意义不同，可以说I由U和R共同决定，但不能说U由I和R共同决定，因为电流产生的条件是导体两端存在电势差，A错误，C正确；可以利用R＝U/I计算导体的电阻，但R与U和I无关，B错误，D正确．


【答案】 CD


2．若加在某导体两端的电压为原来的eq \f(3,5)时，导体中的电流减少了0.4 A．如果所加电压变为原来的2倍，则导体中的电流多大？


【导学号：34522022】


【解析】 设原来的电压为U0，电流为I0，导体的电阻为R，则


由欧姆定律得R＝eq \f(U0,I0)＝eq \f(\f(3,5)U0,I0－0.4 A)


解得I0＝1.0 A


电压变为2倍后，R＝eq \f(U0,I0)＝eq \f(2U0,I)


所以I＝2I0＝2.0 A.


【答案】 2.0 A





对公式I＝eq \f(U,R)和R＝eq \f(U,I)的两点提醒


(1)欧姆定律的表达式是I＝eq \f(U,R)，而公式R＝eq \f(U,I)应该理解成电阻的比值定义式，比值定义的魅力就在于被定义的物理量与比值中的那两个物理量无关．


(2)R＝eq \f(U,I)告诉了我们一种测量导体电阻的方法，即伏安法．


(3)对于定值电阻，由于U­I成正比，故R＝eq \f(ΔU,ΔI).











eq \([先填空])


1．伏安特性曲线


(1)概念：用纵坐标表示电流I，横坐标表示电压U的I­U图象．


(2)形状


过原点的直线，对应元件叫线性元件；


过原点的曲线，对应元件叫非线性元件．


(3)意义：能形象直观的反映出导体电阻的变化规律．


2．测绘小灯泡的伏安特性曲线


(1)实验器材：小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、学生电源(或电池组)、开关、导线、坐标纸、铅笔等．


(2)实验电路如图2­3­3所示．





图2­3­3


3．实验操作


(1)按如图2­3­3所示连接好电路，开关闭合前，将变阻器滑片滑至R的最左端．


(2)闭合开关，右移滑片到不同位置，并分别记下电压表、电流表的示数．


(3)依据实验数据作出小灯泡的I­U图线．


eq \([再判断])


1．凡导电的物体，伏安特性曲线一定是直线．(×)


2．对于线性元件，伏安特性曲线的斜率越大，电阻越大．(×)


3．若伏安特性曲线为曲线，说明该导体的电阻随导体两端电压的变化而变化．(√)


eq \([后思考])


某同学用正确的方法描绘出了某种半导体元件的伏安特性曲线如图2­3­4所示，这种元件是线性元件吗？该元件的电阻随U的增大是如何变化的？





图2­3­4


【提示】 因其I­U图象为曲线，所以它是非线性元件．随着电压的增大，半导体元件的温度升高，图线的斜率逐渐增大，又因为斜率的物理意义反映了电阻的倒数的变化规律，所以半导体元件的电阻随温度的升高而减小．





eq \([合作探讨])


如图2­3­5所示为电学元件中的电流与导体两端电压之间的关系图象．





图2­3­5


探讨1：图甲和图乙中的图线所描述的电流和电压关系有何区别？


【提示】 图甲中的电流和电压之间为非线性关系，图乙中的电流和电压之间为线性关系，电流与电压成正比．


探讨2：图乙中的图线A和B所对应的元件的电阻哪个大些？


【提示】 图线B.


eq \([核心点击])





1．对导体的伏安特性曲线的三点理解


(1)I­U图线不同于U­I图线，I­U图线为导体的伏安特性曲线，加在导体两端的电压U是自变量，I是因变量．


(2)对I­U图象或U­I图象进行分析比较时，要先仔细辨认纵轴与横轴各代表什么，以及由此对应的图象上任意一点与坐标原点连线的斜率的具体意义，如图2­3­6甲中，R2R1.





图2­3­6


(3)I­U图线是曲线时：导体电阻RP＝eq \f(UP,IP)，即电阻等于图线上点(UP，IP)与坐标原点连线的斜率的倒数，而不等于该点切线斜率的倒数，如图2­3­7所示．





图2­3­7


2．滑动变阻器的两种接法


(1)两种接法及对比


(2)方法选择


通常滑动变阻器以限流式为主，但遇到下述三种情况时必须采用分压式．


①当待测电阻远大于滑动变阻器的最大电阻，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时，必须选用分压接法．


②若采用限流接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过负载电阻或电表的额定值时，只能采用分压接法．


③要求回路中某部分电路的电流或电压实现从零开始连续调节时(如测定导体的伏安特性，校对改装后的电表等)，即大范围内测量时，必须采用分压接法．





3.某导体中的电流随其两端电压的变化如图2­3­8所示，则下列说法中正确的是( )





图2­3­8


A．加5 V电压时，导体的电阻是5 Ω


B．加12 V电压时，导体的电阻约是1.4 Ω


C．由图可知，随着电压的增大，导体的电阻先减小后不变


D．由图可知，随着电压的减小， 导体的电阻不断增大


【解析】 对某些导电器材，其伏安特性曲线不是直线，但曲线上某一点的eq \f(U,I)值仍表示该点所对应的电阻值．本题中给出的导体在加5 V电压时，eq \f(U,I)值为5 Ω，所以此时电阻为5 Ω；加12 V电压时，eq \f(U,I)值为8 Ω，当电压增大时，eq \f(U,I)值增大，即电阻增大，故选项A正确．


【答案】 A


4．有一个小灯泡上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I­U图线．现有下列器材供选择：


A．电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)


B．电压表(0～15 V，内阻20 kΩ)


C．电流表(0～3 A，内阻1 Ω)


D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)


E．滑动变阻器(10 Ω，2 A)


F．滑动变阻器(500 Ω，1 A)


G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干


(1)实验时，选用图2­3­9甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：____________________________________________________________________.





图2­3­9


(2)实验中所用电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．(用序号字母表示)．


(3)把图2­3­10中所示的实验器材用实线连接成实物电路图．


【导学号：34522023】





图2­3­10


【解析】 因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用甲图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据．因小灯泡额定电压为4 V，则电压表选0～5 V的A而舍弃0～15 V的B，因15 V的量程太大，读数误差大．小灯泡的额定电流I＝0.5 A，则电流表只能选D.滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡内阻8 Ω，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去．小灯泡内阻为电流表内阻的eq \f(8,0.4)＝20倍，电压表内阻是小灯泡的eq \f(10×103,8)＝1 250倍，故电流表采用了外接法．


【答案】 (1)描绘小灯泡的I­U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据


(2)A D E


(3)如图所示








测绘小灯泡的伏安特性曲线问题的三点注意


(1)根据题目要求明确变阻器采用分压接法还是限流接法，测量电路采用电流表外接法．


(2)选择电表量程时，在不超过电表量程的前提下，指针尽量偏转eq \f(1,3)至eq \f(2,3)量程之间．


(3)电流表、电压表连线时，注意电流从正接线柱流入，从负接线柱流出．


学 习 目 标
知 识 脉 络
1.了解电阻的定义式及电阻的意义．(重点)


2．理解欧姆定律．(重点)


3．了解导体的伏安特性曲线．(难点)
欧 姆 定 律
U/V
0
2.0
4.0
6.0
8.0
导体A
I/A
0
0.20
0.41
0.60
0.79
导体B
I/A
0
0.13
0.26
0.40
0.53
比较项目
I＝eq \f(U,R)
R＝eq \f(U,I)
意义
欧姆定律的表达形式
电阻的定义式
前后物理量的关系
I与U成正比，与R成反比
R是导体本身的性质，不随U、I的改变而改变
适用条件
适用于金属导体、电解液等
适用于计算一切导体的电阻
导 体 的 伏安 特 性 曲 线
两种接法
限流接法
分压接法
电路图(图中R为负载电阻，R0为滑动变阻器)
闭合电键前滑片位置
滑动触头在最左端，即保证滑动变阻器接入电路中的阻值最大
滑动触头在最左端，即开始时R上分得的电压为零
负载两端的电压调节范围
eq \f(R,R0＋R)U～U
0～U
通过负载的电流调节范围
eq \f(U,R0＋R)～eq \f(U,R)
0～eq \f(U,R)
接线情况
用到滑动变阻器一上一下两个接线柱
用到滑动变阻器两下一上三个接线柱