选修3-1第二章 直流电路

教科版高中物理选修3-2同步导学案第二章直流电路1课题：第一节欧姆定律【学习目标】一、知识与技能1.能根据实验探究得到的电流、电压、电阻的关系得出欧姆定律。2.理解欧姆定律，记住欧姆定律的公式，并能利用欧姆定律进行简单的计算。3.能根据串联电路中电压及电流的规律，利用欧姆定律得到串联电路中电阻的规律。二、过程和方法1.通过根据实验探究得到欧姆定律，培养学生的分析和概括能力。2.通过利用欧姆定律的计算，学会解电学计算题的一般方法，培养学生逻辑思维能力。三、情感、态度与价值观通过了解科学家发明和发现的过程，学习科学家探求真理的伟大精神和科学态度，激发学生努力学习的积极性和勇于为科学献身的热情。【学习过程】前面学习过电场知识，电场对放入其中的电荷有力的作用，促使电荷移动，电荷的定向移动就形成电流，这节课我们将在初中学习的基础上对电流作进一步的了解。（一）基础知识清单1.电流形成的条件有二：一是物体内有，二是导体内存在（或导体两端有）。2.习惯上规定的定向移动方向为电流方向，则负电荷定向移动的方向与电流方向相。电流是量（填矢或标）。3.通过跟通过的比值，叫做电流，用符号表示，即，电流的单位在SI制中是，简称，符号。4.电阻是反映导体对电流的的物理量。R＝；电阻的单位为，简称，符号是。5.纵坐标表示，横坐标表示，这样画出的I-U图象叫做导体的伏安特性曲线。6.欧姆定律内容：导体中的电流跟导体两端的的电压U成，跟导体的电阻成；公式I＝。（二）课中探究探究一：电流(1)电流教科版高中物理选修3-2同步导学案第二章直流电路2①什么是电流？大量电荷的定向移动形成电流。②电流形成的条件是什么？内因——有自由移动的电荷。金属中有自由移动的电子，电解液中有自由移动的离子。绝缘体中没有自由移动的电荷，其中不能形成电流。那么，为什么用电流表直接连接金属导体两端却没有读数？这是因为，导体中大量的自由电荷永不停息地做无规则的热运动，向各个方向运动的机会均等，不会出现大量自由电荷定向移动的现象，也就是说没有电流。要使大量自由电荷做定向移动，必须要有一种力，这种力就是电场力。[演示]按图1连接图1小灯泡发光，有电流流过小灯泡。外因——导体两端存在电压。当导体与电源连接时，它的两端有了电压，导体中就有了电场，这样导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动形成电流。干电池、蓄电池、发电机等都是电源，它们的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持续的电流。③电流的强弱——用电流(I)表示。a．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的比值叫电流，用I表示。b．表达式：I＝qtc．单位：安培(A)d．电流的方向——规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。e．电流是标量。④直流电：方向不随时间而改变的电流。恒定电流：方向和强弱都不随时间而改变的电流。（2）．电流的微观表达式：I=nqvS。其中，n是导体每单位体积内的自由电荷数，q是每个自由电荷的电量，v是导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率，S是导体的横截面积。教科版高中物理选修3-2同步导学案第二章直流电路3推导过程如下：如图12－1－1所示，在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取截面B和C，设导体的截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的电量为q，电荷的定向移动速率为v，则在时间t内处于相距为vt的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C。由于I=q/t可得：I=qnSvt/t=nqvS探究二：欧姆定律一、欧姆定律1.欧姆定律是在金属导体基础上总结出来的，实验表明，除金属导体外，欧姆定律对电解液也适用，但对气态导体（如日光灯管中的气体）和某些导电器件（如晶体管）并不适用。2.“RUI”和“tqI”两者是不同的，tqI是电流的定义式，只要导体中有电流，不管是什么导体在导电，都适用；而RUI是欧姆定律的表达式，只适用于特定的电阻（线性电阻），不能将两者混淆。二、电阻1.IUR是电阻的定义式，说明了一种量度和测量电阻的方法，并不说明“电阻与导体两端的电压成正比，与通过导体的电流成反比”。IUR适用于所有导体，无论是“线性电阻”还是“非线性电阻”。2.对同一个线性导体，不管电压和电流的大小怎样变化，比值R都是恒定的，对于不同的导体，R的数值一般是不同的，R是一个与导体本身性质有关的物理量。探究三：导体的伏安特性曲线1.导体的伏安特性曲线是直线的电学元件叫做线性元件，是欧姆定律适用的元件。2.对欧姆定律不适用的元件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线，这种电学元件叫做非线性元件。3．对线性元件，导体的伏安特性曲线的斜率表示导体电阻的倒数如图2－1－1（1），斜率大的，电阻小；对非线性元件，伏安特性曲线上某一点的纵坐标和横坐标的比值，即曲线的割线斜率表示了导体的电阻的倒数，如图2－1－1（2）。教科版高中物理选修3-2同步导学案第二章直流电路4学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线在《描绘小灯泡的伏安特性曲线》的实验中，按下图的电路图甲进行实验，开关闭合前，调节的滑片，使变阻器的有效电阻为，闭合开关，逐步减小滑动变阻器的有效电阻，通过小灯泡的电流随之，分别记录电流表和的多组数据，直到电流达到它的为止，由于变阻器是串联在电路中的，即使R调到最大，电路中还有一定的电流，因此在描出的伏安特性曲线中缺少的数据，要克服这一点，可按照下图乙进行实验。实验目的1．描绘小灯泡的伏安特性曲线．2．分析曲线的变化规律．实验原理1．用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(U，I)值，在U—I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连结起来．2．电流表外接：因为小灯泡电阻很小，如果内接电流表，分压明显．滑动变阻器采用分压式：使电压能从0开始连续变化．实验器材学生电源(4～6V直流)、小灯泡(4V、0．7A或3．8V、0，3A)，电流表(内阻较小)、电压表(内阻很大)，开关和导线、滑动变阻器、坐标纸．实验步骤教科版高中物理选修3-2同步导学案第二章直流电路5数据记录：描绘小灯泡的伏安特性曲线（三）课中检测1.下列说法中正确的是（）A.由IUR知道，一段导体的电阻跟它两端的电压成正比，跟通过它的电流成反比B.比值IU反映了导体阻碍电流的性质，即电阻IURC.导体电流越大，电阻越小D.由RUI知道，通过一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比教科版高中物理选修3-2同步导学案第二章直流电路62.今有甲、乙两个电阻，在相同时间内流过甲的电荷量是乙的2倍，甲、乙两端的电压之比为1:2，则甲、乙两个电阻阻值的比值为（）A.1:2B.1:3C.1:4D.1:53.关于电流和电阻，下列说法中正确的是（）A.电流的方向与导体中电荷的定向移动方向相同B.金属导体温度升高时，由于自由电子的热运动加剧，所以电流增大C.由IUR可知，电流一定时，导体的电阻与电压成正比，电压一定时，电阻与电流成反比D.对给定的导体，比值IU是个定值，反映导体本身的一种性质4.如图所示，图线I和图线II所表示的电阻值分别为（）A.4Ω和2ΩB.0.25Ω和0.5ΩC.4kΩ和2kΩD.2.5×10-4Ω和5.0×10-4Ω（四）课后反思U/VI108II642123I/×10-3A教科版高中物理选修3-2同步导学案第二章直流电路7课题：第二节电阻定律【学习目标】一、知识和能力1、能叙述电阻定律，写出表达式。2、能叙述电阻率的意义，能说出金属导体、半导体材料的电阻率随温度的变化规律，了解电阻率和温度有关。二、过程和方法1、通过设计和操作实验，学会应用控制变量法来进行研究的方法。2、通过分析处理数据，培养逻辑思维能力和分析问题解决问题的能力。3、通过研究各材料的电阻率表格，培养收集信息、综合分析获取知识的能力。三、情感和价值观1、培养热爱科学，激发努力探索未知的激情。2、培养团结协作精神。【学习过程】上一节我们学习了《欧姆定律》，那么电阻与哪些因素有关呢？（一）基础知识清单1、电阻定律（1）通过实验探究，采用了___________法，得知影响导体电阻的因素有温度、_______、________、________。（2）内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成_____，与它的横截面积S成______；导体的电阻与构成它的______有关。（3）表达式（决定式）：__________。2、电阻率ρ（1）物理意义：反映了导体材料的性质，（2）决定因素：与导体的l和S___关，与物体的_____和_____有关。（3）计算式：数值上等于（4）单位：教科版高中物理选修3-2同步导学案第二章直流电路83.导体材料的应用（1）纯金属的电阻率较小，连接电路用的导线一般用纯金属制成。合金的电阻率较大，电炉丝通常用合金丝制成（2）金属的电阻率随温度的升高而______的特性。电阻温度计利用这一规律制成标准电阻使用材料的电阻率温度变化的影响。（二）课中探究探究一：探究决定导体电阻的因素1．探究与导体电阻有关的因素：（1）电阻丝横截面积的测量把电阻丝紧密绕在一个圆柱形物体上（例如铅笔），用刻度尺测出多匝的________，然后除以_____，得到电阻丝的直径，进而计算出电阻丝的横截面积。如上图所示线圈匝数长_______m。（2）电阻丝长度的测量把电阻丝拉直，用_________量出它的长度。（3）电阻的测量连接适当的电路，测量电阻丝两端的电压U和通过电阻丝的电流I，由R＝________计算得到。2．实验探究：项目内容实验目的探究导体电阻与_______、_________、材料的关系。实验电路实验方法控制变量法教科版高中物理选修3-2同步导学案第二章直流电路9探究二：电阻定律、电阻率、导体、绝缘体和半导体一、电阻定律1．内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成_______，与它的横截面积S成______，导体的电阻还与构成它的________有关。2．公式：R=__________二、电阻率1．物理意义：电阻定律中的是比例常量，与导体的_________有关，它反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率。在数值上等于这种材料制成的长为_____，横截面积为______的导体的电阻。2．的单位：__________，符号为___________。3．决定电阻率的因素：电阻率是由导体的_______决定的，不同材料电阻率______；电阻率还与_________有关，同一种材料在不同_______下电阻率并不相同。对于大多数金属材料，它的电阻率将随______的升高而_________。三、导体、绝缘体和半导体导体的电阻率很小，大约为________________；绝缘体的电阻率很大，约为________________；导电性能介于导体和绝缘体之间，称为_________，其电阻率约为____________。许多半导体在光照、温度升高时，电阻率将发生明显______，利用这种特性制成_____电阻、_____电阻，用来测量_____、_____和制造各种自动控制设备。探究三：对电阻和电阻率的理解电阻是导体对电流的阻碍作用。由电阻定律可知，导体的电阻由电阻率、导体的长度l以及导体的横截面积S共同决定。而电阻率是反映导体材料导电性能的物理，由导体的材料和温度决定。金属导体的电阻率随温度的升高而增大，有些半导体的电阻率随温度的升高而减小。【例1】下列关于电阻率的叙述中错误的是（）A．当温度极低时超导材料的电阻率会突然减小到零教科版高中物理选修3-2同步导学案第二章直流电路10B．常用的导线是由电阻率较小的铝、铜材料做成的C．材料的电阻率取决于导体的电阻、横截面积和长度D．材料的电阻率会随温度的变化而变化【变式1】关于导体的电阻和电阻率，下列说法正确的是（）A．由lRS=可知，当温度一定时，导体的电阻与长度l、电阻率成正比，与横截面积S成反比。B．由URI=可知，导体的电阻跟电压成正比，跟电流成反比C．将一根导线一分为二，则半根导线的电阻和电阻率都是原来的二分之一D．某些金属的电阻率随温度的降低会突