高二物理 第十四章 稳恒电流 第一节、第二节、第三节 知识精讲 人教版

第一节欧姆定律●本节教材分析电流的概念、定义式，导体中产生电流的条件，部分电路的欧姆定律，电阻及电阻的单位，这些知识在初中都已学过，本节在初中的基础上加以充实和提高.从场的观点说明电流形成的条件，即导体两端与电源两极接通时，导体中有了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下，发生定向移动而形成电流.正电荷在电场力的作用下从电势高处向电势低处运动.所以在电源外部的电路中，电流的方向是从电势高的一端流向电势低的一端，即从电源的正极流向负极.欧姆定律的讲法与初中也有所不同，是用比值U/I定义电阻R的，这种讲法更科学，适合高中学生的特点.要求学生知道公式I=nqvS，从而知道电流的大小是由什么微观量决定的.在本节的“思考讨论〞中，希望学生能够按照其中的设问，自己推导出公式I=nqvS，以加深对电流的理解.如果学生推导有困难，希望老师加以引导.“自由电子定向移动的速率〞是阅读材料，不对全体学生都作要求，教师可根据学生的情况加以处理.●教学目标一、知识目标1.知道电荷的定向移动形成电流，理解导体中产生电流的条件：导体两端有电压.2.理解电流的概念和定义式I=q/t，并能进行有关的计算.知道公式I=nqvS，但不要求用此公式计算.3.知道什么是电阻及电阻的单位.4.理解欧姆定律并能用来解决有关电路的问题.5.知道导体的伏安特性，知道什么是线性元件和非线性元件.二、能力目标1.培养学生运用数学图象处理物理问题的能力，培养学生运用数学进行逻辑推理的能力.2.通过阅读教材中的阅读材料“自由电子定向移动的速率〞，培养学生处理信息、获取新知识的能力.3.培养学生抽象和概括、分析和综合等思维能力以及科学的语言文字表达能力.三、德育目标1.通过介绍“欧姆和欧姆定律〞的建立，激发学生的创新意识，培养学生在逆境中战胜困难的坚强性格.2.通过导体中产生电流的条件讲解，培养学生辩证唯物主义思想〔内因和外因的辩证关系〕.●教学重点1.电流的概念及定义式.2.欧姆定律的内容、表达式、适用条件及利用欧姆定律分析、解决实际问题.3.导体的伏安特性曲线.●教学难点公式I=nqvS的推导和理解是本节课的教学难点之一，另外伏安特性曲线的物理意义也是本节课的难点.●课时安排1课时●教学方法启发、设问、探讨、讲练结合.●教学用具晶体二极管、电压表、电流表、滑动变阻器、电键、导线、多媒体电脑、自制课件、投影仪.●教学过程一、引入新课同学们在初中已经学过了欧姆定律的一些基础知识，今天我们要在初中学习的基础上，进一步学习欧姆定律的有关知识.二、新课教学1.电流［师］请同学们思考，电流是如何形成的？［生］自由电荷的定向移动形成电流.［师］形成电流的内部条件是什么？［生］形成电流的内部条件是导体内部有能够自由移动的电荷，即自由电荷.［师］金属导体中的自由电荷是什么？电解质溶液中的自由电荷是什么？这些自由电荷的定向移动都能形成电流吗？［生］金属导体中的自由电荷是自由电子，电解质溶液中的自由电荷是正、负离子，这些自由电荷的定向移动都能形成电流.［师］导体中产生电流的外部条件是什么？［生］导体两端有电压.［师］为什么导体两端有电压，导体中就会产生电流呢？下面我们用电场的观点加以分析.〔1〕利用CAI课件模拟导体中自由电荷的无规那么运动.在通常情况下，导体中大量的自由电荷就像气体中的分子一样，不停地做无规那么的热运动.自由电荷向各个方向运动的机会相等，因而对导体的任一横截面在一段时间内从两侧穿过截面的自由电荷大致相等.从宏观上看，导体中的自由电荷没有定向移动，所以导体中没有电流.〔2〕利用CAI课件模拟金属导体中产生的电流.当金属导体两端有电压时，导体中就有电场存在.导体中的自由电子在电场力的作用下，逆着电场线的方向发生定向移动，形成电流.〔3〕利用CAI课件模拟电解质溶液中产生的电流.当电解质溶液两端有电压时，溶液中就有电场存在，溶液中的正离子在电场力的作用下，由高电势处向低电势处定向移动，溶液中的负离子在电场力的作用下，由低电势处向高电势处定向移动，形成电流.［师］电流的方向是如何规定的？［生］物理上规定，正电荷定向移动的方向为电流的方向.［师］在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向有什么关系？在电解质溶液中，电流的方向与正离子定向移动的方向有什么关系？［生］前者相反，后者相同.［师］电流不仅有方向，而且有强弱，电流的强弱用电流这个物理量来表示.电流是如何定义的？［生］通过导体横截面的电荷量q 跟通过这些电荷量所用时间t 的比值称为电流.用I 表示电流.［师］电流的定义式是什么？［生］I =tq ［师］电流的单位有哪些？它们之间的关系是什么？［生］电流的单位有：安〔A 〕、毫安〔mA 〕、微安〔μA 〕.它们之间的关系为： 1 mA=10－3 A 1μA=10－6A［师］1 A 的物理意义是什么？［生］如果在1 s 内通过导体横截面的电荷量是1 C ，导体中的电流就是1 A.即1 A=1 C/s.在单位时间内，在横截面B 和C 之间的自由电荷将全部通过横截面C［师］图15－3中的AD 表示粗细均匀的一段导体，两端加以一定的电压.设导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v .设想在导体中取两个横截面B 和C ，它们之间的距离在数值上等于v .这样，在单位时间内，在横截面B 和C 之间的自由电荷将全部通过横截面C .想一想，为什么？设导体的横截面积为S ，导体每单位体积内的自由电荷数为n ，每个自由电荷所带的电荷量为q ,单位时间内通过横截面C 的电荷量是多少？相信你能求出导体中电流I 的表达式：I =nqvS［生］在横截面B 和C 之间的自由电荷将全部通过横截面C ，否那么电荷便会集聚，不是恒定电流了.单位时间内通过横截面C 的电荷量为Q =nvSq .据电流的定义式：I =tQ =nqvS ：［师］在实际中，测量电流的仪器是什么？［生］电流表.［师］介绍直流和恒定电流.方向不随时间而改变的电流叫做直流.方向和强弱都不随时间而改变的电流叫做恒定电流.2.欧姆定律电阻［师］既然在导体的两端加上电压，导体中才有电流，那么导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢？［投影］电路图.请同学们思考如何利用该电路来研究导体AB中的电流跟导体两端电压的关系？［生］合上电键S，改变滑动变阻器滑片的位置，使导体两端的电压分别为0、2.0 V、4.0 V、6.0 V、8.0 V，记下不同电压下电流表的读数，然后通过分析实验数据，得出导体中的电流跟导体两端电压的关系.［师］在一次实验中得到如下实验数据.同学们如何分析在这次实验中得到的数据呢？U/V 0 2.0 4.0 6.0 8.0I/A 0 1.9 4.0 5.8 7.9［生］用图象法.在直角坐标系中，用纵轴表示电流I，用横轴表示电压U，根据实验数据在坐标纸上描出相应的点.根据这些点是否在一条直线上来研究导体中的电流跟它两端的电压的关系.［师］请一位同学上黑板作I—U图线.［生］作图，如上图所示.［师］这种描点作图的方法是处理实验数据的一种基本方法，同学们一定要掌握.根据图象可知I 与U 的函数关系是什么？［生］I 是U 的正比例函数，即导体中的电流跟导体两端的电压成正比，写成表达式为：I =RU . ［师］上面表达式中的R 表示什么物理量？［生］导体对电流的阻碍作用即电阻.［师］I =RU 表示的物理意义是什么？ ［生］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.［师］上述结论就是欧姆定律.〔教师介绍德国物理学家欧姆和欧姆定律的建立，从而对学生进行思想品德教育.〕 ［讨论］根据欧姆定律I =R U 得R=IU ，有人说导体的电阻R 跟加在导体两端的电压U 成正比，跟导体中的电流I 成反比，这种说法对吗？为什么？［生］这种说法不对，因为电阻是导体本身的一种特性，所以导体的电阻与导体两端的电压及导体中的电流没有关系.［师］电阻的单位有哪些？它们之间的关系如何？［生］电阻的单位有：欧〔Ω〕、千欧〔k Ω〕、兆欧〔M Ω〕.1 k Ω=103Ω 1 M Ω=106Ω［师］1 Ω的物理意义是什么？［生］如果在某段导体的两端加上1 V 的电压，通过导体的电流是1 A ，这段导体的电阻就是1 Ω.即1 Ω=1 V/A.3.导体的伏安特性曲线［师］用纵轴表示电流I ，用横轴表示电压U ，画出的I —U 图线叫做导体的伏安特性曲线.如下图是金属导体的伏安特性曲线.［讨论］在I —U 曲线中，图线的斜率表示的物理意义是什么？［生］在I —U 图中，图线的斜率表示导体电阻的倒数.即k =tan θ=RU I 1 .图线的斜率越大，电阻越小.［师］伏安特性曲线是过坐标原点的直线，这样的元件叫线性元件.［演示］用晶体二极管、电压表、电流表、滑动变阻器、电键连成如左以下图所示的电路，改变电压和电流，画出晶体二极管的伏安特性曲线如右以下图所示，可以看出图线不是直线.［师］伏安特性曲线不是直线，这样的元件叫非线性元件.三、小结通过本节课的学习，主要学习了如下几个问题：1.当导体两端有电压时，导体中的自由电荷发生定向移动形成电流.物理上规定正电荷定向移动的方向为电流方向.电流的大小可根据I =tq 来计算.电流的单位有：A 、mA 、μA. 2.电阻.导体对电流的阻碍作用，与导体本身有关.R =I U 3.欧姆定律.即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.表达式为I =RU .欧姆定律适用于金属导体和电解质溶液.4.电流I 与电压U 的关系可以用I —U 图线来表示，这样的图线叫做导体的伏安特性曲线.线性元件的I —U 图线是直线，非线性元件的I —U 图线不是直线.四、作业1.阅读“自由电子定向移动的速率〞.2.分组讨论教材151页方框内容.3.练习一写在作业本上.五、板书设计电阻：R =IU ，导体对电流的阻碍作用，与导体本身有关六、本节优化训练设计1.关于电流的方向，以下表达中正确的选项是A.金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B.在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定C.不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D.电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同2.某电解质溶液，如果在1 s 内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流是多大？3.氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R 的圆轨道上做匀速圆周运动.电子的电荷量为e ，运动速率为v ，求电子绕核运动的等效电流多大？参考答案：1.C2.解析：设在t=1 s 内，通过某横截面的二价正离子数为n 1，一价负离子数为n 2，元电荷的电荷量为e ，那么t 时间内通过该横截面的电荷量为q =(2n 1+n 2)e电流为I =tq =1100.1100.52)2(191821⨯+⨯⨯=+t e n n ×1.6×10－19A=3.2 A 3.解析：取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的时间T 内，通过这个截面的电量q =e ，由圆周运动的知识有：T =vR π2 根据电流的定义式得：I =Rev t q π2=。

高二物理 恒定电流 知识精讲 人教版一. 本周教学内容第十四章 恒定电流第一节 欧姆定律 第二节 电阻、电阻定律第三节 半导体与其应用 第四节 超导与其应用二. 知识要点理解电流的概念和定义，并能进展有关的计算，知道电流强度与电荷运动速度关系。

理解欧姆定律，并能用来解决有关问题。

知道导体的伏安特性，知道什么是线性元件和非线性元件。

掌握电阻定律，能用电阻定律进展有关计算，理解电阻率的物理意义。

知道半导体的电学特性与其应用知道超导现象，知道超导体的特性与其应用。

三. 重点、难点解析1. 电流——电荷的定向移动〔1〕形成条件首先导体中有大量的可以自由移动的电荷——自由电荷。

其次导体两端存在电势差，因为导体中存在电势差，导体中就有了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流。

〔2〕导体中有持续电流的条件是导体两端有持续电压、为此电路中要有电流。

电源的正极电势高负极的电势低，电源的作用是能保持导体两端的电压，使导体中有持续电流。

〔3〕电流的方向：习惯上规定正电荷的定向移动方向为电流方向。

在金属导体中自由电荷是自由电子，定向移动方向与电流方向相反。

在电解质溶液中，发生定向移动的既有正离子，又有负离子，电流方向与正离子定向移动方向一样，与负离子的移动方向相反。

另外电流有方向，但它是标量。

方向不改变的电流叫直流电流，简称直流，方向和强弱都改变的电流叫交流电流，简称交流。

〔4〕电流强度定义：通过导体的横截面与时间的比值叫电流强度。

用公式表示为t q I /=。

它表示通过导体横截面的电荷多少的数量。

但它的大小不表示电荷的速度。

电流强度的单位规定1秒内导体横截面通过的电荷量有1库仑，电流的大小就是1库仑/秒，简称安培。

电流强度大小与电荷的定向移动速率有关nqvS I =，式中n 为单位体积内自由电子数量，q 为定向移动电荷电量，S 为导体横截面积，v 为电荷的定向移动速率。

注意电荷的定向移动速率不是电流速度，电流的速度是电荷运动传递的速度大小为电场传播的速度与真空中光速度相等。

高二物理恒定电流知识点总结恒定电流是物理学中的一个重要概念，是指在电路中，电流大小不随时间变化的电流状态。

学习高二物理的同学们尤其需要掌握恒定电流的基本原理和相关知识，因为它是理解电路运行和电器工作原理的基础。

本文将就高二物理恒定电流的知识点进行总结和介绍。

一、恒定电流的定义及特点恒定电流是指在电路中，电流大小不随时间变化的电流状态。

它是完全经过自由电子和离子的电荷不变流动产生的。

在恒定电流中，电荷在电路中不断流动，但整个电路的电荷量保持不变。

这是由于电路中的电荷守恒定律决定的。

恒定电流的特点有两个：一是电流大小恒定不变；二是电路中各点的电位差相同，即电路中的电压稳定。

这个特点决定了各个电器元件在电路中的工作状态和相互之间的影响关系。

二、欧姆定律欧姆定律是指在恒温条件下，导体两端的电势差（电压）正比于通过导体的电流。

该定律的数学表达式为U = I × R，其中U代表电势差，I代表电流强度，R代表电阻。

根据欧姆定律，可以得出恒定电流和电阻之间的关系，即电流强度和电阻成反比关系。

欧姆定律是电路分析中常用的工具，可以帮助我们计算电路中的电压、电流和电阻等参数。

通过掌握欧姆定律，我们能够更好地理解电路中的电流流动和电器的工作原理。

三、电阻与导体电阻是指导体对电流流动的阻碍作用。

根据导体对电流的阻碍程度不同，可将导体分为导体、绝缘体和半导体三类。

导体是指能够良好传导电流的物质，它具有较低的电阻，电流可在导体内部快速传播。

金属是常见的导体，它们的电子自由度较高，能够自由移动和传导电流。

绝缘体是指基本上不导电的物质，它们的电阻非常高，电流难以在绝缘体中传播。

绝缘体主要用于电路的绝缘和隔离作用，以防止电路干扰和电击等危险。

半导体是介于导体和绝缘体之间的一类物质，它的电阻介于导体和绝缘体之间。

半导体具有特殊的电导特性，在电子学和微电子技术中有着广泛的应用。

常见的半导体材料有硅和锗等。

四、串并联电路在恒定电流中，电路可以分为串联电路和并联电路两种形式。

第二节电阻定律电阻率●本节教材分析本节的电阻定律是这一章的基本规律之一，它反映了导体的电阻与导体的长度、横截面积及电阻率的定量关系.教材对电阻定律的讲述，从学生的实际出发，在学生初中已有的定性认识的基础上，通过实验，引入电阻率的概念，得出电阻定律.同时，还介绍了电阻率与温度的关系.因此，做好教材安排的实验，是顺利完成这一教学任务的关键.电阻率是一个反映材料导电性能的物理量.各种材料的电阻率都随温度而变化.金属的电阻率随温度的升高而增大；半导体的电阻率随温度的升高而减小；超导体的电阻率在温度降到转变温度时突然变为零.根据金属的电阻率随温度变化制成了电阻温度计.●教学目标一、知识目标1.理解电阻定律和电阻率，能利用电阻定律进行有关的分析和计算.2.了解电阻率与温度的关系.二、能力目标1.培养学生通过控制变量，利用实验抽象概括出物理规律的能力.2.培养学生应用物理知识解决实际问题的能力.三、德育目标通过电阻温度计的教学，培养学生理论联系实际、学以致用的思维品质.●教学重点1.电阻定律.2.利用电阻定律进行有关的分析和计算.●教学难点利用实验，抽象概括出电阻定律是本节课教学的难点.●教学方法实验法、分析法●教学用具实物投影仪、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、电键、导线若干、实验所需合金导线、日光灯灯丝、欧姆表、酒精灯.●课时安排1课时●教学过程一、引入新课［师］同学们在初中学过，电阻是导体本身的一种性质，导体电阻的大小决定于哪些因素？其定性关系是什么？［生］导体电阻的大小决定于导体的长度、横截面积和材料.同种材料制成的导体，长度越长，横截面积越小，电阻越大.［师］同学们在初中已经知道了导体的电阻与材料、长度、横截面积的定性关系，这节课让我们用实验定量地研究这个问题——电阻定律电阻率二、新课教学［师］介绍固定在胶木板上的四根合金导线L1、L2、L3、L4的特点.（1）L1、L2为横截面积相同、材料相同而长度不同的合金导线（镍铬丝）（2）L2、L3为长度相同、材料相同但横截面积不同的合金导线（镍铬丝）（3）L3、L4为长度相同、横截面积相同但材料不同的合金导线（L3为镍铬丝，L4为康铜丝）［演示］电阻与导体长度、横截面积的定量关系.（1）按下图连接成电路.（2）研究导体电阻与导体长度的定量关系.［师］将与A、B连接的导线分别接在L1、L2两端，调节变阻器R，保持导线两端的电压相同并测出电流.比较通过L1、L2电流的不同，得出导线电阻与导线长度的定量关系.［生］从实验知道，电流与导线的长度成反比.根据欧姆定律，在电压相同的条件下，导线中的电流与它的电阻成反比.经过分析推理可知，在导线材料、横截面积相同的条件下，导线的电阻与导线的长度成正比.（3）研究导体电阻与导体横截面积的定量关系.［师］将与A、B连接的导线分别接在L2、L3两端，调节变阻器R，保持导线两端的电压相同并测出电流.比较通过L2、L3电流的不同，得出导线电阻与导线横截面积的定量关系.［生］从实验知道，电流与导线的横截面积成正比.而在电压相同的条件下，电流与电阻成反比，经过分析推理可知，在导线的长度和材料相同的条件下，导线的电阻与横截面积成反比.（4）研究导体的电阻与导体材料的关系.［师］将与A、B连接的导线分别接在L3、L4两端，重做以上实验.［生］从实验知道，电流与导体的材料有关.经过分析推理，导线的电阻与导线的材料性质有关.师生共同活动：概括归纳出电阻定律.（1）电阻定律的内容：导体的电阻R跟它的长度l成正比，跟它的横截面积S成反比.这就是电阻定律.（2）电阻定律的公式：lR=ρS［师］介绍比例常数ρ.（1）比例常数ρ跟导体的材料有关，是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率.（2）电阻率的物理意义：材料的电阻率在数值上等于这种材料制成的长为 1 m、横截面积为1 m2的导体电阻.（3）电阻率的单位：在国际单位制中，R的单位是Ω，l的单位是m，S的单位是m2，所以ρ的单位是Ω·m.［投影］几种导体材料在20 ℃时的电阻率.锰铜合金：85%铜，3%镍，12%锰.镍铜合金：54%铜，46%镍.镍铬合金：67.5%镍，15%铬，16%铁，1.5%锰.［师］从上表可知，金属与合金哪种材料的电阻率大？［生］从表中可以看出，合金的电阻率大.［师］制造输电电缆和线绕电阻时，怎样选择材料的电阻率？［生］制造输电电缆时应选用电阻率小的铝或铜来做.制造线绕电阻时应选择电阻率大的合金来制作.［师］各种材料的电阻率都随温度而变化.金属的电阻率跟温度有什么关系呢？［演示］研究金属的电阻率跟温度的关系.将日光灯灯丝（额定功率为8 W）与演示用欧姆表调零后连接成上图电路，观察用酒精灯加热灯丝前后，欧姆表示数的变化情况，说明了什么道理？［生］当温度升高时，欧姆表的示数变大，表明金属的电阻随温度的升高而增大，或金属的电阻率随温度的升高而增大.［师］介绍电阻温度计的主要构造、工作原理.（1）工作原理：电阻温度计是利用金属的电阻随温度变化制成的.（2）主要构造：指示仪表、连接导线、热电阻（铂）.请同学们思考：锰铜合金和镍铜合金的电阻率随温度变化极小，怎样利用它们的这种性质？［生］利用它们的这种性质，常用来制作标准电阻.［师］有些材料的电阻率随温度的升高而减小，下节课学习这部分内容.三、小结本节课主要学习了以下几个问题：l.1.电阻定律R=ρS2.电阻率是反映材料导电性能的物理量.材料的电阻率随温度的变化而改变：金属的电阻率随温度的升高而增大；半导体材料的电阻率随温度的升高而减小；而某些合金的电阻率随温度变化极小.四、作业1.练习二（1）、（2）、（3）、（4）2.查阅资料，了解滑动变阻器的两种连接方法：分压式接法和限流式接法.3.预习“测定金属的电阻率”分组实验. 五、板书设计六、本节优化训练设计1.一只“220 V 、100 W ”的灯泡工作时电阻为484 Ω，拿一只同样的灯泡来测量它不工作时的电阻，下列说法中正确的是A.小于484 ΩB.大于484 ΩC.等于484ΩD.无法确定2.一段粗细均匀的镍铬丝，横截面的直径是d ，电阻是R ，把它拉制成直径为10d的均匀细丝后，它的电阻变为A.10000 RB.R /10000C.100 RD.R /1003.一个标有“220 V 、60 W ”的白炽灯泡，加上的电压U 由0逐渐增大到220 V ，在此过程中，电压U 和电流I 的关系可用图线表示，在图中所给的四个图线中，肯定不符合实际的是4.在示波器的示波管中，当电子枪射出的电流达到5.6 μA 时，每秒钟从电子枪发射的电子数目有多少？电流的方向如何？5.现有半球形导体材料，接成左下图所示两种形式，则两种接法的电阻之比R a ∶R b =_______6.在相距40 km 的A 、B 两地架两条输电线，电阻共为800 Ω，如果在A 、B 间的某处发生短路，这时接在A 处的电压表示数为10 V ，电流表的示数为40 mA ，求发生短路处距A 处有多远？如右上图所示.参考答案：1.A2.A3.ACD4.3.5×1013个，电流方向与电子运动的方向相反. 5.1∶4解析：将半球形导体可再等分成两块41球形材料，假设每41球形材料相当于用同种材料制成的长为球半径r 、截面积为S 的电阻R ，则图（a ）中的连接方式相当于长为r ，面积为2S 的等效电阻，故R a =ρ2212RS r S r ==ρ；图（b ）中的连接方式相当于长为2r ，面积为S 的等效电阻，故R b =ρSrS r ρ22==2R R a ∶R b =1∶46.12.5 km解析：设发生短路处距离A 处有x m ，据题意知，A 、B 两地间的距离l =40 km ，电压表的示数U =10 V ，电流表的示数I =40 mA=40×10－3A,R 总=800 Ω.根据欧姆定律I =RU可得：A 端到短路处的两根输电线的电阻R x R x =3104010-⨯=I U Ω=250 Ω ①根据电阻定律可知：R x =ρSx 2 ② A 、B 两地输电线的电阻为R 总，R 总=ρSl 2 ③由②/③得lxR R x =总 解得x =800250=l R R x 总×40 km=12.5 km。

高二物理（人教大纲版）第二册第十四章恒定电流六、闭合电路欧姆定律(第一课时)一、知识目标１、理解电动势的定义，知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压、2、知道电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和、3、理解闭合电路欧姆定律及其公式，并能熟练地用来解决有关的电路问题、4、理解路端电压与电流（或外电阻）的关系，知道这种关系的公式表达和图线表达，并能用来分析、计算有关问题、5、理解闭合电路的功率表达式，知道闭合电路中能量的转化、二、能力目标1、通过演示路端电压与外电阻的关系实验，培养学生利用“实验研究，得出结论”的探究物理规律的科学思路和方法、2、通过研究路端电压与电流关系的公式、图线及图线的物理意义，培养学生应用数学工具解决物理问题的能力、3、通过利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力、三、德育目标通过本节课教学，加强对学生科学素质的培养，通过探究物理规律培养学生的创新精神和实践能力、●教学重点1、闭合电路的欧姆定律、2、路端电压与电流（外电阻）关系的公式表示及图线表示、●教学难点1、电动势的概念、2、路端电压与电流（或外电阻）的关系、●教学方法在教师指导下，师生共同探讨的启发式教学，通过演示实验、讨论、讲解、练习、电教等方法完成教学任务、●教学用具干电池（1号、5号、2号）、铅蓄电池、可调内阻电池、叠层电池、滑动变阻器、电压表、电流表、导线若干、示教板电路1、示教板电路2、实物投影仪、多媒体电脑、自制课件、●课时安排1课时●教学过程一、引入新课［师］最简单的电路由哪几部分组成？用电器中有持续恒定电流的条件是什么？［生甲］最简单的电路是由电源、用电器、开关、导线组成的电流路径、［生乙］用电器中有持续恒定电流的条件是：用电器两端有恒定的电压，即用电器接在电源的两极上、［师］为了研究闭合电路，先介绍一个表征电源特性的物理量电动势、二、新课教学1、电动势［师］同学们在实验室常用的电源有哪些？［生］干电池、蓄电池、［师］向学生出示各种电池，并认识它们的正、负极、干电池（1号、2号、5号）、铅蓄电池、可调内阻铅蓄电池、钮扣式氧化银电池、［演示］用电压表测量电池没有接入电路时两极间的电压、［实验结果］干电池的电压约1、5 V，铅蓄电池的电压约2、0 V，可调内阻铅蓄电池的电压约2、0 V、［师］从上面的实验可得出什么结论？［生］从上面的测量结果可以看出：没有接入电路时类型相同的电池两极间的电压相同，而类型不同的电池两极间的电压不同、［师］此电压是由什么因素决定的？［生］由电源本身的性质决定的、［师］物理上为了表征电源的这种特性，引入电动势的概念、电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压、那么，当电源接入闭合电路中时，情况又怎么样呢？为此，我们先认识闭合电路的两部分组成、［投影下面的电路图］外电路：电源外部的电路，包括用电器、导线等、内电路：电源内部的电路、外电阻：外电路的总电阻、内电阻：内电路的电阻，通常称为电源的内阻、［师］利用CAI课件研究闭合电路中，电源电动势E跟U内、U外的关系、如左下图所示、(1)在外电路中，电流由电势高的一端流向电势低的一端，在外电阻上沿电流方向有电势降落U外，在内阻上也有电势降落U内、(2)在电源内部，由负极到正极电势升高，升高的数值等于电源的电动势E、(3)理论分析表明：在闭合电路中，电源内部电势升高的数值等于外电路中电势降落的数值，即电源的电动势E等于U内与U外之和、 (4)闭合电路中电势升降可用“儿童滑梯”作类比、如右上图所示，儿童滑梯两端的高度差相当于内、外电阻两端的电势差，电源就像升降机，升降机举起的高度相当于电源的电动势、［师］出示如图装置示教板，将开关分别拨向1和2，从电压表读出的是什么？［生］电源电动势、［师］分别将开关拨向1和2，让学生通过电压表的实物投影读出E1和E2的电动势、［生］E1=3 V；E2=9 V、［师］将电压表换成小灯泡，开关接1时，几乎发白光、问开关接2时，会发生什么情况？［生］烧毁或更亮、［师］开关接通2，小灯泡还不如接1时亮、［生］（好奇）为什么？［师］学习了闭合电路的欧姆定律后，我们就会明白其中的奥秘、2、闭合电路欧姆定律［师］出示右面的闭合电路、流过内电路和外电路的电流有什么关系？［生］相等、［师］电源的电动势E和内、外电压U内、U外之间有什么关系？［生］E=U内+U 外、［师］设闭合电路中的电流为I，外电阻为R，内阻为r，电源电动势为E，由部分电路欧姆定律可以将上式进一步写成怎样的形式？［生］根据欧姆定律，外电压U外=IR，内电压U内=Ir，代入E=U外+U内可得E=IR+Ir、［师］如果我们要探讨电路里电流与哪些因素有关，有什么关系，还需要把上式改写成怎样的形式？［生］可以改写成I=、［师］这就是闭合电路欧姆定律、即闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比、3、路端电压跟负载的关系［师］对给定的电源E、r 均为定值，外电阻变化时，电路中的电流如何变化？［生］据I=可知，R增大时I减小；R减小时I增大、［师］外电阻增大时，路端电压如何变化？［生甲］变大、［生乙］变小、［师］实践是检验真理的唯一标准、让我们一起来做下面的实验、［演示］探讨路端电压随外电阻变化的规律、（1）投影实验电路图如图所示、（2）按电路图连接电路、（3）调节滑动变阻器，改变外电路的电阻，观察路端电压怎样随电流（或外电阻）而改变、［实验结论］当外电阻增大时，电流减小，路端电压增大；当外电阻减小时，电流增大，路端电压减小、［师］路端电压与电流的关系式是什么？［生］U=E－Ir［师］就某个电源来说，电动势E和内阻r是一定的，利用数学知识可以知道路端电压U是电流I 的一次函数，同学们能否作出UI图象如图所示、［师］从图象可以看出路端电压与电流的关系是什么？［生］路端电压随着电流的增大而减小、［师］直线与纵轴的交点表示的物理意义是什么？直线的斜率呢？［生］直线与纵轴的交点表示电源的电动势E，直线的斜率的绝对值表示电源的内阻、［师］能否根据闭合电路的欧姆定律从理论上分析路端电压与电流（或外电阻）的关系呢？［生］当外电阻R增大时，根据闭合电路欧姆定律I=可知，电流I减小，内电压U内=Ir减小，路端电压U=E－Ir增大、同理可判断R减小时的情况、［师］刚才我们讨论了路端电压跟外电阻的关系，请同学们思考：在闭合电路中，当外电阻等于零时，会发生什么现象？［生］发生短路现象、［师］发生上述现象时，电流有多大？［生］当发生短路时，外电阻R=0，U外=0，U 内=E=Ir，故短路电流I=、［师］一般情况下，电源内阻很小，像铅蓄电池的内阻只有0、005 Ω~0、1 Ω，干电池的内阻通常也不到1 Ω，所以短路时电流很大，很大的电流会造成什么后果？［生］若电路中有保险丝，会引起保险丝熔断、否则可能烧坏电源，也可能引起火灾、［师］实际生产生活中，要防止短路现象的发生、当外电阻很大时，又会发生什么现象呢？［生］断路、断路时，外电阻R→∝，电流I=0，U内=0，U外=E、［师］电压表测电动势就是利用了这一原理、［练习］出示如图的示教板、逐个合上开关，灯泡的亮度会不会发生变化？（学生讨论，看法不一）［演示］学生观察、［实验结果］发现接入电路中的灯泡越多，灯泡的亮度逐渐变暗、［师］怎样解释上面的现象?［生］随着灯泡逐渐接入，外电路的总电阻逐渐减小，外电路的端电压逐渐减小，据P=可知，灯泡消耗的实际功率逐渐变小，灯泡亮度变暗、［练习］请同学们思考示教板1的实验中，为什么接2时小灯泡更暗？［生］讨论并回答、应该是开关接2时，E2和小灯泡构成闭合电路,由于E2的内阻很大,故第二次加在小灯泡两端的电压比第一次小,所以第二次灯泡发光较暗、［师］同学们的推理是否正确?让我们用实验验证一下、［演示］用电压表测出示教板1电路中,开关接1和接2两种情况下的路端电压、［实验结果］第二次时的路端电压确实小于第一次时的路端电压,证实了同学们的回答是正确的、4、闭合电路中的功率［师］据E=U外+U内，两边乘以电流，得到EI=U外I+U内I，式中的EI、U外I、U内I分别表示什么物理意义？［生］EI表示电源提供的电功率；U外I表示外电路上消耗的电功率；U内I表示内电路上消耗的电功率、［师］EI=U外I+U内I说明了什么？［生］说明了电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上，转化为其他形式的能，另一部分消耗在内阻上，转化为内能、［师］实际上，上式也表明：电源的电动势越大，电源提供的电功率就越大，这表示电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大、5、例题分析［例1］如下图所示的电路中，电源的电动势为1、5 V，内阻0、12 Ω,外电路的电阻为1、38 Ω,求电路中的电流和路端电压、解：已知电动势E=1、5 V，外电阻R=1、38 Ω,内阻r=0、12 Ω、由闭合电路欧姆定律可求出电流I：I=A=1A、路端电压为U=IR=1、38 V、我们看到，路端电压小于电源的电动势、在初中处理这类问题时忽略了内阻，认为r=0，路端电压等于电源的电动势、［例2］如图所示，R1=14 Ω，R2=9 Ω、当开关S切换到位置1时，电流表的示数为I1=0、2A;当开关S切换到位置2时，电流表的示数为I2=0、3A、求电源的电动势E和内阻r、解：由题意知，R1=14 Ω，R2=9 Ω，I1=0、2 A,I2=0、3 A，根据闭合电路欧姆定律可列出方程：E=I1R1+I1r E=I2R2+I2r消去E，解出r，得r=代入数值，得r=1 Ω、将r值代入E=I1R1+I1r中，得E=3 V［说明］这道例题为我们提供了一种测量电源的电动势E和内阻r的方法、同学们课后可以思考：若给你一个电压表、一个电阻箱、导线若干、开关，如何测一节干电池的电动势和内阻？若给你一个电压表和一个电流表呢？三、小结通过本节课的学习，主要学习了以下几个问题：1、电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压，其大小是因电源本身的性质决定的、在电源上接上外电路时，电源内外有相同的电流，这时在内、外电阻上有电势降落U内和U 外，这时电源电动势就等于内、外电压之和，即E=U内+U外、2、闭合电路的欧姆定律的内容及公式、3、路端电压随着外电阻的增大而增大，随着外电阻的减小而减小、4、路端电压与电流的关系式为U=E－Ir，其U—I图线是一条倾斜的直线、5、闭合电路中的功率关系为EI=U外I+U内I即P 总=P外+P内、四、作业1、练习四、（1）、（2）、（3）、（4）、（5）2、预习分组实验九、3、查阅资料了解新型的电源、五、板书设计六、本节优化训练设计1、如图所示，A、B为两个独立电源的路端电压与其总电流I的关系图线，则下列说法中正确的是A、路端电压都为U0时，它们的外电阻相等B、电流都是I0时，两电源的内电压相等C、电源A的电动势大于电源B的电动势D、电源A的内阻小于电源B的内阻２、若E表示电源的电动势，U表示外电压，U′表示内电压，R表示外电路的总电阻， r 表示内电阻，I表示电流，则下列各式中正确的是A、U′=IRB、U′=E－UC、U=E+IrD、U=3、如图所示，已知R1=R2=R3=1 Ω，当开关S闭合后，电压表的读数为1 V；当开关S断开后，电压表的读数为0、8 V，则电池的电动势等于A、1 VB、1、2 VC、2 VD、4 V４、如左下图所示，L1、L2、L3三个灯泡连接的电路中，如果L3灯发生短路，某同学对各灯发生变化作如下的判断，正确的是A、L3灯两端电压为零B、电池组路端电压为零C、L1灯变得更亮D、L2灯变得更亮５、如右上图所示电路中，A、B、C、D是四只相同的电灯，当滑动变阻器的滑键向下滑动时，下列说法中正确的是A、A灯变亮B、B灯变亮C、C灯变亮D、D灯变亮参考答案：1、AC2、BD3、C4、AC5、BD。

高二物理 恒定电流知识要点： 一、电场： 1、了解电荷间的相互作用，会计算真空中两个点电荷之间的作用力：F k q q r=122·2、了解电场的概念，理解电场强度和电场线的概念，掌握电场强度的定义式及单位：E Fq=，单位：N C / 3、了解电势差的概念：U Wq=，单位：11V J C =。

会计算点电荷在电场力作用下，从电场中一点移到另一点电场力做的功：W Uq =。

4、理解电容器的电容的概念，掌握电容的定义式：C QU=，单位：11F C V =。

了解常用电容器。

5、了解静电的危害和应用。

二、恒定电流： 1、了解产生电流的条件，掌握电流强度的概念。

2、掌握电阻和电阻率的概念，掌握欧姆定律和电阻定律：R LS=ρ3、掌握电功和电功率的概念，掌握焦耳定律。

4、理解串联和并联电路的特点，掌握串联电路和并联电路中电阻、电压、电流和功率分配的关系，会解简单的混联电路问题。

5、了解电动势的概念，掌握闭合电路的欧姆定律：I R r=+ε。

会用其分析、解答同种电池的串联问题。

6、会用伏安法和多用表测量电阻。

1、电路分析： 这里所说的电路分析是指电路中各用电器的连接方式的分析和电路中电表的示数分析。

（1）在进行电路计算时，首先要对电路结构进行分析，搞清楚组成电路的各元件之间的连接关系，基本方法是：先对电路作电势分析，把电路中的各个结点编号取各，电势相同的点用相同符号，再把原电路图改画，从最简单清楚的电路开始，由电源正极出发，把各个元件及结点符号顺序画出，回到电源负极，并把处理过的元件及时划掉，逐步把所有元件画在代表不同电势的符号之间。

例：如图的所示电路中，电阻R 1=6Ω，R 2=3Ω，R 3=2Ω，R 4=12Ω，求外电路的总电阻。

分析：先将各结点标出符号，R 4R 2右端与电源正极等电势，用相同符号a ，其它结点用b 、c ……改画电路时，先把最容易看清的部分R 1，R 3画出如图（1）；R 2是连在结点a 与b 之间，再将R 2画出，如图（2）；最后一个元件R 4是连在a 与c 之间，再将R 4画在电路中，如图（3），这样全部元件都处理完了。

●备课资料一、欧姆和欧姆定律的建立欧姆（1787~1854年）1787年3月16日生于德国埃尔兰根城，父亲是锁匠.父亲自学了数学和物理方面的知识，并教给少年时期的欧姆，唤起了欧姆对科学的兴趣.16岁他进入埃尔兰根大学研究数学、物理和哲学，由于经济困难，中途辍学，到1813年才完成博士学业.欧姆是一个很有天才和科学抱负的人，他长期担任中学教师，由于缺少资料和仪器，给他的研究工作带来不少困难，但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究，自己动手制作仪器.欧姆对导线中的电流进行了研究.他从傅立叶发现的热传导规律中受到启发，导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差.因而欧姆认为电流现象与此相似，猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力，即现在所称的电动势.欧姆花了很大的精力在这方面.开始他用伏打电堆作电源，但是因为电流不稳定，效果不好.后来他接受别人的建议改用温差电池作电源，从而保证了电流的稳定性.但是如何测量电流的大小，这在当时还是一个没有解决的难题.开始，欧姆利用电流的热效应，用热胀冷缩的方法来测量电流，但这种方法难以得到精确的结果.后来他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来，巧妙地设计了一个电流扭秤，用一根扭丝悬挂一磁针，让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置；再用铋和铜温差电池，一端浸在沸水中，另一端浸在碎冰中，并用两个水银槽作电极，与铜线相连，当导线中通过电流时，磁针的偏转角与导线中的电流成正比.实验中他用粗细相同长度不同的八根铜导线进行了测量，得出了如下的等式：X =xb a 式中X 是磁效应强度，即电流的大小；a 是与激发力有关的常数，即电动势；x 表示导线的长度，b 是与电路其余部分的电阻有关的常数，b +x 实际上表示电路的总电阻.这个结果于1826年发表.1827年欧姆又在《动电电路的数学研究》一书中，把他的实验规律总结成如下公式：S =γE式中S 表示电流，E 表示电动力，即导线两端的电势差，γ表示导线对电流的传导率，其倒数即为电阻.欧姆定律发现初期，许多物理学家不能正常理解和评价这一发现，并提出怀疑和尖锐的批评.研究成果被忽视和经济的极其困难使欧姆精神抑郁.直到1841年英国皇家学会授予他最高荣誉的科普金奖，才引起德国科学界的重视.1849年他当上了慕尼黑大学教授，后人为了纪念他，就用他的名字作为电阻的单位.二、电流传导速率、电子定向移动速率、电子热运动速率三种速率的区别1.电流传导速度等于光速，电路一接通，导体中的自由电子立即受到电场力的作用，定向移动形成电流.2.电子定向移动速率其大小与电流有关，一般每秒为10－2m~10－3m 的数量级.3.电子热运动速率与温度有关，通常情况为每秒几百米.三、电流的微观解释设粗细均匀的一段导体长度为l ，两端加一定的电压，导体中自由电荷定向移动的速率为v ，导体的横截面积为S ，导体单位体积内的自由电荷数为n ，每个自由电荷的电量为e ，则导体中自由电荷总数N =nlS ，总电量q =Ne =nlSe ，所有这些电荷都通过导体横截面所用时间t =vl ，所以电流I =t q =neSv . 由此可见，从微观上看，电流决定于单位体积内的自由电荷数n 、导体的横截面S 和自由电荷定向移动的速率v.。

第三节半导体及其应用●本节教材分析本节在学生学习电阻定律、电阻率的基础上，介绍了半导体的特性和应用.半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，其导电性能可以由外界条件控制，如温度、光照、掺杂等都可以使半导体的导电性能发生显著变化，因此半导体是电子元件、集成电路和微电子技术发展的基础.●教学目标一、知识目标1.理解导体、绝缘体和半导体的概念，并能从电阻率的角度区分它们.2.了解半导体的热敏特性、光敏特性和掺杂特性.3.了解半导体的广泛应用.二、能力目标1.通过演示实验，培养学生的观察实验能力和分析概括能力.2.培养学生理论联系实际的能力.三、德育目标1.通过介绍半导体的应用，培养学生热爱科技的高尚品质.2.通过查阅资料或访问网站，培养学生通过多种途径获取新知识的能力.●教学重点半导体的热敏特性、光敏特性及掺杂特性.●教学难点利用演示实验抽象概括出半导体的热敏、光敏和掺杂特性是本节教学的难点.●教学方法实验法、阅读法、分析法.●教学用具演示欧姆表、热敏电阻、温度计、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、导线、开关、滑动变阻器、录像带.●课时安排1课时●教学过程一、引入新课［师］上节课我们学习了电阻定律和电阻率，请同学们思考：电阻率的物理意义是什么？金属的电阻率跟温度有什么关系？［生］电阻率是反映材料导电性能的物理量，金属的电阻率随温度的升高而增大.［师］请同学们回忆初中学过的导体、绝缘体的概念.［生］容易导电的物体称为导体；不容易导电的物体称为绝缘体.［师］有一种物体，其导电能力介于导体和绝缘体之间，而且电阻不随温度的增加而增加，反随温度的增加而减小，这种材料称做什么呢？［生］半导体.［师］这节课我们学习半导体及其应用.二、新课教学［师］下面让我们从电阻率的观点认识导体、绝缘体和半导体.投影以下内容：金属导体的电阻率约为10－8Ω·m~10－6Ω·m；绝缘体的电阻率约为108Ω·m~1018Ω·m；半导体的电阻率约为10－5Ω·m~106Ω·m.［师］从导体、绝缘体、半导体的电阻率你发现了什么？［生］导体的电阻率一般很小，绝缘体的电阻率一般很大，半导体的电阻率介于导体和绝缘体之间.［师］回答得很好.请同学们列举几种常见的半导体材料.［生］锗、硅、砷化镓、锑化铟等都是半导体材料.2.半导体的应用［师］半导体材料的导电性能受外界条件的影响很大，除了温度外，用光照射半导体，在半导体中掺入微量的其他物质，都可能使半导体的导电性能发生显著变化.半导体的这一特性是导体和绝缘体所没有的，在现代技术中有重要的应用.请同学们观察下面的演示实验.［演示］热敏电阻的热敏特性.(1)按图所示连接好电路，多用电表选择开关置于“R×100”档.(2)将热敏电阻放入有少量冷水并插有温度计的烧杯中，记下温度计的示数和热敏电阻的阻值.(3)将热水分几次注入烧杯中，记下在不同温度下热敏电阻的阻值.(4)实验结论：热敏电阻的阻值随着温度的升高而_______.［生］热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小.［师］热敏电阻能将温度变化转化为电信号，测量这种电信号，就可以知道温度变化的情况.［演示］光敏电阻的光敏特性.（1）按下图所示连接好电路，多用电表选择开关置于“R×1 k”档.(2)先测出小灯泡不发光时光敏电阻的阻值.(3)打开电源，让小灯泡发光.调节滑动变阻器，使小灯泡的亮度由暗变亮，观察光敏电阻的阻值变化情况.(4)实验结论：光敏电阻在光照加强的条件下，其阻值逐渐_______.［生］光敏电阻在光照加强的条件下，其阻值逐渐减小.［师］光敏电阻可以起到开关的作用，在需要对光照有灵敏反应的自动控制设备中有广泛应用.［师］介绍半导体的掺杂特性.在纯净的半导体中掺入微量的杂质，会使半导体的导电性能大大增强，这种特性叫半导体的掺杂特性.请同学们阅读教材内容，了解半导体掺杂特性在实际生产生活当中的应用.［生］利用该特性人们制成了晶体二极管、晶体三极管.［师］放录像（集成电路、超大规模集成电路），请学生了解半导体在现代科学技术中的重要作用 .三、小结本节课主要学习了以下几个问题：1.导体、绝缘体、半导体的概念，并能从电阻率的观点认识这三种材料.2.半导体的电阻随着温度的升高而减小.3.热敏电阻的阻值随着温度的升高而急剧减小.4.光敏电阻的阻值随着光照的增强而减小.5.有的半导体中掺入微量的杂质，会使半导体的导电性能大大增强.四、作业1.查阅资料或访问网站，了解半导体在现代科学技术中的重要应用.2.预习超导及其应用.五、板书设计六、本节优化训练设计1.在自动恒温装置中，某种半导体材料的电阻率与温度的关系如下图所示，已知这种材料具有发热和控温双重功能，下列说法中正确的是（1）通电前材料的温度低于t1，通电后电压保持不变，它们的功率是A.先增大后减小B.先减小后增大C.达到某一温度后功率不变D.功率一直在变化（2）若它产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在A.t1B.t2C.t1到t2的某个温度上D.大于t2的某个温度上2.在下图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与D之间的距离不变，下列说法中正确的是A.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D.无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变参考答案：1.(1）A （2）C2.A。