一、欧姆定律·教案示例
教学目的
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;导体两端存在电压.
2.理解电流的概念和定义式I=q/t,并能进行有关的计算.
3.知道公式I=nqSv,知道什么是自由电子定向移动的速率,但不要求用此公式进行计算.
4.知道什么是电阻及电阻的单位.
5.理解欧姆定律,并能用来解决有关电路的问题.
6.知道导体的伏安特性,知道什么是线性元件和非线性元件.
教具
晶体二极管,电压表,电流表,滑动变阻器,电键,导线.
教学过程
引入新课
电在生产和生活中应用越来越广泛,其中许多应用都与电流有关.电流是在电路中流动的.接通电源后,电灯就发光,电炉就发热,电动机就转动,为了有效地利用和控制电流,需要研究电路的规律,本章学习电路的基本规律和应用,欧姆定律是分析电路的基础,本节课学习欧姆定律.
【板书】第十五章 恒定电流
第一节 欧姆定律
进行新课
【板书】一、电流
1.什么是电流:电荷的定向移动形成电流.
提问:在什么条件下,自由电荷才能发生定向移动呢?
2.导体中存在持续电流的条件.
(1)有自由电荷.
金属导体——自由电子,电解液——正、负离子.
(2)导体两端必须保持电势差.
分析:
把金属导体的一端接在带正电的物体A上,另一端接在带负电的物体B上,由于A电势高,B电势低,导体两端有了电势差,导体内就建立了电场.自由电子除做无规则热运动外,还在电场力作用下做定向移动,导体中有了电流.
3.电流方向
(1)规定:正电荷的定向移动方向为电流方向.
(2)实际方向:
在金属必体中,电流的方向与自由电子的定向移动方向相反.在电解液中,电流方向与正离子的定向移动方向相同,与负离子的定向移动方向相反.
4.电流
(1)物理意义:表示电流强弱的物理量.
(2)定义: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.
(3)定义式:
(4)单位:安培(A),毫安(mA),微安(μA)
1mA=10-3A
1μA=10-6A
如果在1s内通过导体横截面的电荷量是1C,导体中的电流就是1A.
【板书】二、欧姆定律 电阻
提问:在导体两端加上电压,导体中就有电流.导体中电流的强弱跟加在导体两端的电压有什么关系呢?
1.内容
导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比,这就是欧姆定律.
2.公式
3.电阻
(1)定义:导体对电流的阻碍作用.
(3)单位:欧姆(Ω)、千欧(kΩ)、兆欧(MΩ).
如果在某段导体的两端加上1V的电压,通过的电流是1A,这段导体的电阻就是1Ω,1Ω=1V/A.
为了加深对欧姆定律的理解和应用能力,现举以下例题加以说明.
【例题1】如图15-2所示的电路中,R1=R2=R3=R4=4Ω,A、B所加电压U=2.4V;若在a,b间接一理想电压表时,其示数为________V;在a,b间接理想安培表时,其示数为________A.
分析和解:
(1)在ab间接理想电压表时,相当于ab断路,其测量的是R3和R4上的电压之和.
(2)在ab间接理想安培表时,其测量的是流过R2和R3的电流.
【例题2】三个标有"100Ω,4W""12.5Ω,8W","90Ω,10W"的电阻,当它们串联时允许加的最大总电压是________V,并联时允许通过的最大总电流是________A.
分析和解:
"100Ω,4W"→"20V,0.2A"
"12.5Ω,8W"→"10V,0.8A"
"90Ω,10W"→"30V,0.33A"
串联时允许加的最大总电压决定于最小额定电流:
Um=IR总=0.2*(100+12.5+90)=40.5(V)
并联时允许通过的最大总电流决定于最小额定电压:
【板书】三、导体的伏安特性
1.研究内容:导体中的电流I和电压U的关系
2.导体的伏安特性曲线:用纵轴表示电流I,用横轴表示电压U.
如图15-3,金属导体的伏安特性曲线中的两条直线,哪一条代表的电阻大?
分析:由图线可以看出,金属导体的伏安特性曲线是通过原点的斜
有这种伏安特性的电学元件叫线元件.
3.欧姆定律的适用范围:
(1)适用于金属导电和电解液导电,但不适用于气体导电和某些导电器件(如晶体管),此类器件伏安特性曲线不是直线,叫非线性元件.
(2)各量的对应性:I、U、R应对应于同一段导体.当导体的电阻率随温度变化显著时,R应是测量时的实际电阻,这时欧姆定律仍可应用.
【演示】
用晶体二极管、电压表、电流表、滑动变阻器、电键连成电路,改变电压和电流,画出晶体二极管的伏安特性曲线,可以看出图线不是直线.
【例题3】如图15-4所示图象所对应的两个导体(1)电阻之比R1∶R2为_2)若两个导体中电流相等(不为零)时,电压之比U1∶U2为_3)若两个导体的电压相等(不为零)时,电流强度之比I1∶I2为_
分析和解:
(1)在I-U图象中,电阻的大小等于图线斜率的倒数.
(2)由欧姆定律得:U1=I1R1,U2=I2R2,所以U1∶U2=R1∶R2=3∶1.
所以I1∶I2=R2∶R1=1∶3.
说明:
分析I-U图线或U-I图线,关键是先分析图线斜率的物理意义,
【板书】四、自由电子的定向移动速率
1.三种速率
(1)金属导体中自由电子的热运动平均速率:
大量自由电子无规则热运动的平均速率很大,但其宏观效果上看,没有电荷的定向移动,即没有形成电流.
(2)金属导体中自由电子定向移动的平均速率:
自由电子定向移动的速率很小,但为什么合上开关,用电器即工作?
(3)电场传播速率:
等于光速.电路一接通,导线中以3*108 m/s速率在各处建立电场,导线上各处自由电子几乎同时开始做定向移动,整个电路几乎同时形成电流.
1.导体中电流I的微观表达式
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,每个自由电荷所带电荷量为q,自由电荷定向移动速率为v,可以得出:
I=nqvS
巩固练习
1.欧姆定律适用于:
[ ]
A.金属导电 B.气体导电
C.电解液导电 D.所有的电器元件
[ ]
A.导体两端的电压U与导体中的电流I、导体的电阻成正比
B.导体两端的电压U,由通过它的电流和它的电阻共同决定
C.在电路中,导体的电阻越大,它两端的电压也越大
D.导体两端的电压在数值上等于它的电阻R与通过它的电流I的乘积
作业
1.复习本课内容.
2.思考课本练习一第(5)题.
3.把练习一第(1)、(2)、(3)、(4)题做在练习本上.
参考题
1.关于电流I,下列说法中正确的是:
[ ]
A.导线内自由电子的定向移动速率等于电流的传导速率;
B.电子运动的速率越大,电流强度越大;
C.电流强度是一个矢量,其方向就是正电荷的定向移动方向
D.在国际单位制中,电流强度是一个基本物理量,其单位安培是基本单位.
2.如图15-5所示,是四只电阻的I-U图象,这四只电阻并联起来使用时,通过各个电阻的电流强度分别是I1、I2、I3、I4,则其大小顺序为:
[ ]
A.I2>I4>I3>I1 B.I4>I3>I2>I1
C.I2=I4>I1=I3 D.I1>I2>I3>I4
3.来自质子源的质子(初速度为零),经一加速电压为800kV的直线加速器加速,形成电流为1mA的细柱形质子流,已知质子电荷e=1.6*10-19C,这束粒子流每秒打到靶子的质子数为多少?假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的,在质子束中与质子源相距L和4L的两处,各取一段极端的相等长度的质子流,其中的质子束分别为n1和n2,则n1∶n2为多大?
说明
1.在电解液导电时,是正负离子向相反方向定向移动形成电流,在用公式I=q/t计算电流时应引起注意.例如:在10s内通过电解槽某一横截面向右迁移的正离子所带的电量为2C,向左迁移的负离子所带电量为
U成正比或R与I成反比的说法都是错误的.导体电阻的大小由长度、截面积及材料决定,一旦导体给定,即使它两端的电压U=0,它的电阻照旧存在.
3.金属导体中自由电子定向运动的微观描述
导体两端没加电压时,自由电子只做无规则热运动.加电压后,受电场力作用,在无规则热运动上又要加上一个定向运动.自由电子定向运动不是简单的匀速直线运动,而是在电场力作用下的加速运动,又频繁地跟正离子碰撞使它向各个方向弹射回来——定向的加速运动被破坏,而电场力作用又使它再度变成定向运动,如此反复,从大量自由电
天津市第一中学 翟君鹰
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