高中物理課件-導(dǎo)體的伏安特性曲線

第三章恒定電流

第一節(jié)導(dǎo)體的伏安特性曲線

一、電流【情境思考】有的同學(xué)說：“電流有方向，電流就是矢量”，這種說法對(duì)嗎?提示：不對(duì)，電流雖然有方向，但是電流的運(yùn)算不遵循平行四邊形定則，所以電流不是矢量，是標(biāo)量。1.電流：(1)定義：電荷的_____移動(dòng)形成電流。(2)意義：表示電流的_____。(3)單位：①國(guó)際單位：安培，簡(jiǎn)稱安，符號(hào)為A。②常用單位：毫安(mA)、微安(μA)。③關(guān)系：1mA=____A；1μA=____A。(4)表達(dá)式：I=。(5)電流的方向：_______定向移動(dòng)的方向規(guī)定為電流的方向。定向強(qiáng)弱10-310-6正電荷2.恒定電流：大小、_____都不隨時(shí)間變化的電流。二、歐姆定律【情境思考】由歐姆定律I=得R=，能否說導(dǎo)體電阻與電壓成正比，與電流成反比?提示：不能，導(dǎo)體的電阻是由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定的。方向1.歐姆定律：(1)內(nèi)容：導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的_____成正比，與導(dǎo)體的_____成反比。(2)表達(dá)式：I=。2.伏安法：(1)內(nèi)容：電壓表測(cè)量導(dǎo)體兩端的電壓，用電流表測(cè)通過導(dǎo)體的電流的方法來計(jì)算導(dǎo)體的電阻的方法。(2)表達(dá)式：R=。電壓電阻三、伏安特性曲線【情境思考】導(dǎo)體在A狀態(tài)下的電阻的倒數(shù)是該點(diǎn)切線的斜率還是OA直線的斜率?提示：是OA直線的斜率。1.伏安特性曲線：用橫坐標(biāo)表示電壓U，縱坐標(biāo)表示電流I，畫出的I-U圖像。2.線性元件：伏安特性曲線是一條過原點(diǎn)的直線，也就是電流I與電壓U成正比的元件。3.非線性元件：伏安特性曲線不是一條直線，也就是電流I與電壓U不成正比的元件。如圖為二極管的伏安特性曲線，二極管為非線性元件?！疽族e(cuò)辨析】(1)電流的方向與電荷定向移動(dòng)的方向相同。()(2)電流越大，單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量就越多。()(3)只要電路中有電源，電路中就會(huì)形成持續(xù)的電流。()(4)由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。()(5)在I-U圖像中，圖線切線的斜率表示為電阻的倒數(shù)。()×√×××知識(shí)探究知識(shí)點(diǎn)一電流的性質(zhì)1.形成電流的三種電荷：形成電流的三種電荷為自由電子、正離子和負(fù)離子，舉例說明：(1)金屬導(dǎo)體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷是自由電子；(2)液體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷有正離子和負(fù)離子；(3)氣體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷有自由電子、正離子和負(fù)離子。2.電流的形成：(1)形成原因：電荷的定向移動(dòng)。(2)形成條件：導(dǎo)體兩端有電壓。(3)電路中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件：電路中有電源且電路閉合。典例1.下列說法中正確的是(

)A.導(dǎo)體中電荷運(yùn)動(dòng)就形成了電流B.在國(guó)際單位制中，電流的單位是AC.電流有方向，它是一個(gè)矢量D.任何物體，只要其兩端的電勢(shì)差不為零，就有電流存在【解析】選B。自由電荷定向移動(dòng)才形成電流，僅有電荷移動(dòng)但不是定向移動(dòng)則不能形成電流，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；形成電流的條件是導(dǎo)體兩端有電勢(shì)差，且必須是導(dǎo)體而非任何物體，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤；電流有方向，但它是標(biāo)量，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)二電流的計(jì)算角度1金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算金屬導(dǎo)體中的自由電荷只有自由電子，運(yùn)用I=計(jì)算時(shí)，q是某一時(shí)間內(nèi)通過金屬導(dǎo)體橫截面的電子的電荷量。典例2.一條金屬導(dǎo)體中的電流是5μA，那么在3.2s內(nèi)通過金屬導(dǎo)體橫截面定向運(yùn)動(dòng)的自由電荷個(gè)數(shù)是 (

)A.1×1014個(gè) B.1×1015個(gè)C.2×1014個(gè) D.2×1015個(gè)【解析】選A。根據(jù)電流的定義式I=可得：q=It=5×10-6×3.2C=1.6×10-5C，通過該截面的自由電荷(自由電子)個(gè)數(shù)n==1×1014個(gè)，故選項(xiàng)A正確。角度2電解液中電流的計(jì)算電解液中的自由電荷是正、負(fù)離子，運(yùn)用I=計(jì)算時(shí)，q應(yīng)是同一時(shí)間內(nèi)正、負(fù)兩種離子通過橫截面的電荷量的絕對(duì)值之和。典例3.如圖所示，電解池內(nèi)有一價(jià)的電解液，時(shí)間t內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1，負(fù)離子數(shù)是n2，設(shè)元電荷為e，以下解釋中正確的是 (

)A.正離子定向移動(dòng)形成的電流方向從A→B，負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向從B→AB.溶液內(nèi)正、負(fù)離子向相反方向移動(dòng)，電流抵消C.溶液內(nèi)電流方向從A→B，電流強(qiáng)度I=D.溶液內(nèi)電流方向從A→B，電流強(qiáng)度I=

【解析】選D。正電荷定向移動(dòng)的方向就是電流方向，負(fù)電荷定向移動(dòng)的反方向也是電流方向，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；有正、負(fù)電荷反向經(jīng)過同一截面時(shí)，I=公式中q應(yīng)是正、負(fù)電荷的電荷量絕對(duì)值之和，故I=，電流方向由A指向B，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。角度3環(huán)形電流的計(jì)算環(huán)形電流的計(jì)算采用等效的觀點(diǎn)分析。(1)等效電流：就是把電子周期性地通過圓周上各處形成的電流看成持續(xù)不斷地通過圓周上各處時(shí)所形成的電流。(2)對(duì)周期性運(yùn)動(dòng)的電荷，常取一個(gè)周期來計(jì)算等效電流，利用I=求等效電流。典例4.半徑為R的均勻帶電圓環(huán)，橫截面積為S，所帶電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直圓環(huán)所在平面且過圓心的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流為 (

)【解析】選A。圓環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為T=，根據(jù)I=，則圓環(huán)產(chǎn)生的等效電流為I=，故選項(xiàng)A正確?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】1.在電解槽中，1min內(nèi)通過橫截面的二價(jià)正離子和一價(jià)負(fù)離子的個(gè)數(shù)分別為7.5×1020個(gè)和1.5×1021個(gè)，則通過電解槽的電流為(

)A.0

B.8A

C.4A

D.480A【解析】選B。電流由正、負(fù)離子的定向移動(dòng)形成，則在60s內(nèi)通過橫截面的總電荷量應(yīng)為Q=2×1.6×10-19×7.5×1020C+1.6×10-19×1.5×1021C=480C。由電流的定義式可知I==8A，故選項(xiàng)B正確。2.北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的儲(chǔ)存環(huán)是周長(zhǎng)為240m的近似圓形軌道。當(dāng)環(huán)中電子以光速的的速度流動(dòng)而形成的電流是10mA時(shí)，環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目為(已知光速c=3×108m/s，電子電荷量e=1.6×10-19C)(

)A.5×1010個(gè) B.5×1011個(gè)C.1×102個(gè) D.1×104個(gè)【解析】選B。電子運(yùn)動(dòng)一周用的時(shí)間：t=s=8×10-6s，由電流的定義式I=，則電量為q=It=0.01×8×10-6C=8×10-8C，則在整個(gè)環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目：n=個(gè)=5×1011個(gè)，故選項(xiàng)B正確。知識(shí)點(diǎn)三電流的微觀表達(dá)式1.推導(dǎo)過程：(1)情境。如圖所示，AB表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速率為v，設(shè)導(dǎo)體的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面積為S，導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q。(2)推導(dǎo)。導(dǎo)體AB中的自由電荷總數(shù)N=nLS，總電荷量Q=Nq=nLSq，所有這些電荷都通過橫截面所需要的時(shí)間t=，導(dǎo)體AB中電流為I==nqSv。(3)結(jié)論：電流的微觀表達(dá)式為I=nqSv。電流的大小取決于單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)n、每個(gè)自由電荷的電荷量q、導(dǎo)體的橫截面積S、自由電荷定向移動(dòng)速率v。2.電流的定義式和微觀表達(dá)式的比較：I=I=nqSv公式性質(zhì)定義式?jīng)Q定式電流的意義時(shí)間t內(nèi)的平均電流某時(shí)刻的瞬時(shí)電流描述的角度大量電荷定向移動(dòng)的宏觀表現(xiàn)形成電流的微觀實(shí)質(zhì)聯(lián)系由I=可導(dǎo)出I=nqSv典例5.銅的摩爾質(zhì)量為m，密度為ρ，每摩爾銅原子有n個(gè)自由電子，今有一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線，當(dāng)通過的電流為I時(shí)，電子定向移動(dòng)的平均速率為(

)A.光速c

B.

C.

D.

【解析】選D。如圖所示，選長(zhǎng)度為l的銅導(dǎo)線為研究對(duì)象。所選研究對(duì)象的體積為V=lS ①銅的摩爾體積V0=②由①②可得所選研究對(duì)象的物質(zhì)的量N= ③因?yàn)槊磕栥~原子有n個(gè)自由電子，所以所選研究對(duì)象所含自由電子個(gè)數(shù)n1=Nn= ④電流：I= ⑤由④⑤得v=，故D正確?！菊`區(qū)警示】用電流的微觀表達(dá)式求解問題的注意點(diǎn)(1)準(zhǔn)確理解公式中各物理量的意義，式中的v是指自由電荷定向移動(dòng)的速率，不是電流的傳導(dǎo)速率，也不是電子熱運(yùn)動(dòng)的速率。(2)I=nqSv是由I=導(dǎo)出的，若n的含義不同，表達(dá)式的形式也會(huì)不同?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】1.電路中每分鐘有60萬億個(gè)自由電子通過橫截面積為0.5mm2的導(dǎo)線，那么電路中的電流是 (

)A.0.016μA

B.1.6μAC.16μA D.0.16μA【解析】選D。每分鐘通過的電量為：q=60×1012×1.6×10-19C=9.6×10-6C，則電路中的電流為：I=A=1.6×10-7A=0.16μA，故選項(xiàng)D正確。2.安培提出了著名的分子電流假說，根據(jù)這一假說，電子繞核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流。設(shè)帶電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時(shí)針方向做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其電流的等效電流強(qiáng)度I和方向?yàn)?

)A.順時(shí)針 B.順時(shí)針C.逆時(shí)針 D.逆時(shí)針【解析】選C。電子繞核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流，電子運(yùn)動(dòng)周期為T=，根據(jù)電流的定義式得：電流強(qiáng)度為I=，因?yàn)殡娮訋ж?fù)電，所以電流方向與電子定向移動(dòng)方向相反，即沿逆時(shí)針方向，故C項(xiàng)正確。3.某興趣小組調(diào)查一條河流的水質(zhì)情況，計(jì)算結(jié)果表明，被污染的河里一分鐘內(nèi)有相當(dāng)于6C的正離子和9C的負(fù)離子向下游流去，則取樣時(shí)這條河流的等效電流大小和方向分別是 (

)A.0.25A順流而下 B.0.05A順流而下C.0.25A逆流而上 D.0.05A逆流而上【解析】選D。若正負(fù)離子移動(dòng)方向相反，則通過橫截面的總電荷量是兩種離子電荷量絕對(duì)值之和，若正負(fù)離子向著同一個(gè)方向流動(dòng)，則通過橫截面的總電荷量等于正負(fù)離子的電荷量的代數(shù)和，所以在1min內(nèi)通過橫截面的總電荷量應(yīng)為q=6C-9C=-3C，所以電流I==0.05A，方向與河水的流動(dòng)方向相反，即電流的方向?yàn)槟媪鞫希珼正確。知識(shí)點(diǎn)四歐姆定律和導(dǎo)體的伏安特性曲線1.歐姆定律：(1)表達(dá)式：I=。(2)適用條件：金屬電解液導(dǎo)電。2.由I-U圖像可以獲得的信息：(1)坐標(biāo)軸的意義：I-U圖像中，橫坐標(biāo)表示電壓U、縱坐標(biāo)表示電流I。(2)圖線斜率的意義：線性I-U圖像中，斜率表示電阻的倒數(shù)，在圖中R2<R1。典例6.(多選)某導(dǎo)體中的電流隨其兩端電壓的變化如圖所示，則下列說法正確的是(

)A.所加電壓為5V時(shí)，導(dǎo)體的電阻是5ΩB.所加電壓為12V時(shí)，導(dǎo)體的電阻是14ΩC.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，隨著電壓的增大，導(dǎo)體的電阻不斷增大【解析】選A、D。由圖可知，所加電壓為5V時(shí)，電流為1.