伏安特性曲线是的电学元件适用于欧姆定律②非线性元课件.ppt

1、第七章 恒定电流第第1 1课时课时 电阻定律电阻定律 部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律考点自清考点自清一、电流一、电流形成形成在外加电场的作用下在外加电场的作用下,导线中的自由电荷的导线中的自由电荷的 形成电流形成电流方向方向正电荷定向移动的方向正电荷定向移动的方向公式公式定义式定义式决定式决定式微观式微观式tqI RUI vnqSI 定向移动定向移动二、电阻电阻率二、电阻电阻率1.1.电阻电阻 (1)(1)定义式定义式: : (2) (2)决定式决定式: :2.2.电阻率电阻率 (1)(1)物理意义物理意义 反映导体反映导体 的物理量的物理量, ,是导体材料本身的是导体材料本身的 属性属性.

2、 .IUR SlR导电性能导电性能 (2) (2)电阻率与温度的关系电阻率与温度的关系 金属的电阻率随温度升高而金属的电阻率随温度升高而 . . 半导体的电阻率随温度而半导体的电阻率随温度而 . . 超导体超导体: :当温度降低到当温度降低到 附近时附近时, ,某些材某些材 料的电阻率突然料的电阻率突然 成为超导体成为超导体. .三、欧姆定律三、欧姆定律 部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律 (1)(1)内容内容: :导体中的电流跟导体两端的电压导体中的电流跟导体两端的电压U U成成 , , 跟导体的电阻跟导体的电阻R R成成 . . (2) (2)公式公式: : . . 增大增大减小减小绝对零度

3、绝对零度减小为零减小为零正比正比反比反比RUI (3)(3)适用条件适用条件: :适用于适用于 和电解液导电和电解液导电, ,适用于纯适用于纯电阻电路电阻电路. .(4)(4)导体的伏安特性曲线导体的伏安特性曲线: :用横轴表示电压用横轴表示电压U U, ,纵轴表纵轴表示示 , ,画出的画出的 U U关系图线关系图线. .线性元件线性元件: :伏安特性曲线是伏安特性曲线是 的电学元件的电学元件, ,适适用于欧姆定律用于欧姆定律. .非线性元件非线性元件: :伏安特性伏安特性 为曲线的电学元件为曲线的电学元件, , ( (适用、不适用适用、不适用) )于欧姆定律于欧姆定律. .金属金属电流电流I

4、I直线直线曲线曲线不适用不适用名师点拨名师点拨1.1.对于非线性元件对于非线性元件, ,欧姆定律不再成立欧姆定律不再成立. .2.2.对于线性元件对于线性元件, ,某一状态时的电阻值等于此时元某一状态时的电阻值等于此时元件两端的电压与元件中通过的电流的比值件两端的电压与元件中通过的电流的比值. .热点一热点一 电流的微观意义电流的微观意义 电荷的定向移动形成电流电荷的定向移动形成电流, ,人们规定正电荷定向移人们规定正电荷定向移 动的方向为电流方向动的方向为电流方向. .通过导体横截面的电荷量跟通过导体横截面的电荷量跟 通过这些电荷量所用时间的比值叫做电流通过这些电荷量所用时间的比值叫做电流,

5、 ,定义式定义式 为为 , ,单位是单位是A.A.1.1.决定因素决定因素: :设金属导体的横截面积为设金属导体的横截面积为S S, ,单位体积内单位体积内 的自由电子数为的自由电子数为n n, ,自由电子定向移动的速率为自由电子定向移动的速率为v v, , 那么时间那么时间t t内通过某一导体横截面的自由电子数为内通过某一导体横截面的自由电子数为 nSnSv vt t. .如果电子的电荷量为如果电子的电荷量为e e, ,那么时间那么时间t t内通过横截内通过横截 面的电荷量面的电荷量q q= =neSneSvt vt. .根据根据 , ,就可以得到电流和就可以得到电流和 自由电子定向移动速率

6、的关系式自由电子定向移动速率的关系式 = =neSneSv v. .热点聚集热点聚集tqI tqI I2.2.三种速率三种速率: =: =neSneSv v中的中的v v是电荷定向移动的速率是电荷定向移动的速率, , 非常小非常小, ,约为约为1010-5-5 m/ m/s s, ,而电荷无规则热运动速度而电荷无规则热运动速度 很大很大, ,约为约为10105 5 m/ m/s s. .电路合上电键电路合上电键, ,远处的电灯几远处的电灯几 乎同时亮乎同时亮, ,所用时间极短所用时间极短, ,这是电场的传播速度决这是电场的传播速度决 定的定的, ,此速度等于光速此速度等于光速3 310108

7、8 m/s. m/s. q q= = t t中中, ,当异种电荷通过某一横截面当异种电荷通过某一横截面 时时, ,都要形成电流都要形成电流, ,通过的电荷量是否相互抵消通过的电荷量是否相互抵消? ?电电 流的方向有何物理意义流的方向有何物理意义? ?II交流与思考交流与思考提示提示: :当异种电荷通过某一横截面时当异种电荷通过某一横截面时, ,都要形成电流都要形成电流, ,通过的电荷量不能互相抵消通过的电荷量不能互相抵消, ,而是等于异种电荷的电而是等于异种电荷的电荷量之和荷量之和. .因为电流是标量因为电流是标量, ,两种电荷的定向移动都两种电荷的定向移动都要形成电流要形成电流, ,且正电荷

8、定向移动方向表示电流的流向且正电荷定向移动方向表示电流的流向, ,但此方向与矢量的方向不同但此方向与矢量的方向不同, ,两种电荷定向移动形成两种电荷定向移动形成的总电流等于各电流的代数和的总电流等于各电流的代数和. .热点二热点二 对电阻、电阻率的理解对电阻、电阻率的理解1.1.电阻与电阻率的区别电阻与电阻率的区别 (1)(1)电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量, , 电阻大的导体对电流的阻碍作用大电阻大的导体对电流的阻碍作用大. .电阻率是反映电阻率是反映 制作导体的材料导电性能好坏的物理量制作导体的材料导电性能好坏的物理量, ,电阻率小电阻率小

9、 的材料导电性能好的材料导电性能好. . (2) (2)导体的电阻大导体的电阻大, ,导体材料的导电性能不一定差导体材料的导电性能不一定差; ; 导体的电阻率小导体的电阻率小, ,电阻不一定小电阻不一定小, ,即电阻率小的导体即电阻率小的导体 对电流的阻碍作用不一定小对电流的阻碍作用不一定小. . (3) (3)导体的电阻、电阻率均与温度有关导体的电阻、电阻率均与温度有关. .2.2.电阻的决定式和定义式的区别与相同点电阻的决定式和定义式的区别与相同点区别区别电阻定律的表达式电阻定律的表达式电阻的定义式电阻的定义式说明了电阻的决定因素说明了电阻的决定因素提供了测定电阻的方法提供了测定电阻的方法

10、, ,并不说明电阻与并不说明电阻与U U和和I I有关有关只适用于粗细均匀的金只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电属导体和浓度均匀的电解液解液适用于任何纯电阻导体适用于任何纯电阻导体相同点相同点相同点相同点都不能反映电阻的实质都不能反映电阻的实质( (要用微观理论解释要用微观理论解释) )SlRIUR特别提示特别提示利用利用 和和 计算出来的电阻都是某一特计算出来的电阻都是某一特定温度下的电阻定温度下的电阻, ,因为电阻率随温度而变因为电阻率随温度而变. .热点三热点三 欧姆定律的理解及应用欧姆定律的理解及应用1.1.适用范围适用范围: :适用于金属、电解液等纯电阻导电适用于金属、电解液等

11、纯电阻导电, ,对对于气体导电、含有电动机、电风扇等非纯电阻导电于气体导电、含有电动机、电风扇等非纯电阻导电 则不适用则不适用. .SlRIUR2.2.注意欧姆定律的注意欧姆定律的“二同二同” (1)(1)同体性同体性: :指指 、U U、R R三个物理量必须对应同一三个物理量必须对应同一 段电路或同一段导体段电路或同一段导体. . (2) (2)同时性同时性: :指指U U和和 必须是导体上同一时刻的电压必须是导体上同一时刻的电压 和电流和电流. .3.3.欧姆定律不同表达式的物理意义欧姆定律不同表达式的物理意义 (1) (1) 是欧姆定律的数学表达式是欧姆定律的数学表达式, ,表示通过导表

12、示通过导 体的电流体的电流 与电压与电压U U成正比成正比, ,与电阻与电阻R R成反比成反比, ,常用于常用于 计算一部分电路加上一定电压时产生的电流计算一部分电路加上一定电压时产生的电流. .此公此公 式是电流的决定式式是电流的决定式, ,反映了电流反映了电流 与电压与电压U U和电阻和电阻R R 的因果关系的因果关系. .IIRUI II(2)(2)公式公式 是电阻的定义式是电阻的定义式, ,它表明了一种量度电它表明了一种量度电阻的方法阻的方法, ,不能错误地认为不能错误地认为“电阻跟电压成正比电阻跟电压成正比, ,跟跟电流成反比电流成反比”, ,对于给定的导体对于给定的导体, ,其电阻

13、是一定的其电阻是一定的, ,和和导体两端是否有电压导体两端是否有电压, ,导体中是否有电流无关导体中是否有电流无关. .也就也就是说是说 仅是电阻的测量式仅是电阻的测量式, ,而而 才是电阻才是电阻的决定式的决定式. . 在应用欧姆定律之前在应用欧姆定律之前, ,首先要判断电路中的元件是首先要判断电路中的元件是否为纯电阻否为纯电阻, ,如果整个电路中既有纯电阻又有非纯如果整个电路中既有纯电阻又有非纯电阻电阻, ,则只有纯电阻才适用欧姆定律则只有纯电阻才适用欧姆定律. .IUR IUR SlR特别提示特别提示热点四热点四 对伏安特性曲线的理解对伏安特性曲线的理解1.(1)1.(1)图线图线a a

14、、b b表示线性元件表示线性元件. .图线图线c c、d d表示非线性表示非线性 元件元件. . (2) (2)图象的斜率表示电阻的倒数图象的斜率表示电阻的倒数, ,斜率越大斜率越大, ,电阻电阻 越小越小, ,故故R Ra aR Rb b( (如图如图1 1甲所示甲所示).).图图1 1 (3)(3)图线图线c c的斜率增大的斜率增大, ,电阻减小电阻减小, ,图线图线d d的斜率减小的斜率减小, , 电阻增大电阻增大( (如图如图1 1乙所示乙所示).). ( (注意注意: :曲线上某点切线的斜率不是电阻的倒数曲线上某点切线的斜率不是电阻的倒数) )2.(1)2.(1)由于导体的导电性能不

15、同由于导体的导电性能不同, ,所以不同的导体有所以不同的导体有 不同的伏安特性曲线不同的伏安特性曲线. . (2) (2)伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐 标的比值标的比值, ,对应这一状态下的电阻对应这一状态下的电阻. .特别提示特别提示1.1.要区分要区分是是 U U 图线还是图线还是U U 图线图线. .2.2.对线性元件对线性元件: ;: ;对非线性元件对非线性元件 , ,应注意应注意, ,线性元件不同状态时线性元件不同状态时比值不变比值不变, ,非线性元件不同状态时比值不同非线性元件不同状态时比值不同. .IIIUIURIUIUR题型题型1

16、 1 电流定义的理解与应用电流定义的理解与应用题型探究题型探究【例例1 1】如图如图2 2是静电除尘器示意图是静电除尘器示意图, ,A A接接 高压电源的正极高压电源的正极, ,B B接高压电源的负极接高压电源的负极, , ABAB之间有很强的电场之间有很强的电场, ,空气被电离为电空气被电离为电 子和正离子子和正离子, ,电子奔向正极电子奔向正极A A的过程中的过程中, , 遇到烟气中的煤粉遇到烟气中的煤粉, ,使煤粉带负电使煤粉带负电, ,吸附吸附 到正极到正极A A上上, ,排出的烟就成为清洁的了排出的烟就成为清洁的了. .已知每千克已知每千克煤粉会吸附煤粉会吸附n n mol mol电

17、子电子, ,每昼每昼夜能除尘夜能除尘m m kg, kg,计算高压计算高压电源的电流强度电源的电流强度 .(.(已知电子的电荷量为已知电子的电荷量为e e, ,阿伏加德阿伏加德罗常数为罗常数为N NA A, ,一昼夜时间为一昼夜时间为t t) )图图2 2I思路点拨思路点拨 由电流的定义式由电流的定义式 来求解来求解, ,要特别注要特别注意意q q的含义的含义. .解析解析 由于电离出的气体中的电子和正离子同时导电由于电离出的气体中的电子和正离子同时导电, ,则流过电源的电荷量则流过电源的电荷量q q跟煤粉吸附的电荷量跟煤粉吸附的电荷量q q的关系是的关系是: :q q=而而q q=mnNmn

18、NA Ae e所以所以答案答案tqI 2qtemnNtqtqIA22temnNA2变式练习变式练习1 1 有一横截面积为有一横截面积为S S的铜导线的铜导线, ,流经其中的流经其中的电流为电流为, ,设每单位体积的导线中有设每单位体积的导线中有n n个自由电子个自由电子, ,电子电子的电荷量为的电荷量为q q. .此时电子的定向移动速度为此时电子的定向移动速度为v v, ,在在t t时间内时间内, ,通过导线横截面的自由电子数目可表示为通过导线横截面的自由电子数目可表示为 ( )( )A.A.n nv v S S B.B.n nv vt t C. D. C. D. IqtI SqtI 解析解析

19、 根据电流的定义式可知根据电流的定义式可知, ,在在t t内通过导线横内通过导线横截面的电荷量截面的电荷量Q Q = = t t所以在这段时间内通过的自由电子数为所以在这段时间内通过的自由电子数为N N= =所以所以C C项正确项正确,D,D项错项错. .由于自由电子定向移动的速率是由于自由电子定向移动的速率是v v, ,因此在时间因此在时间t t内内, ,位于以横截面位于以横截面S S为底、长为底、长l l= =v vt t的这段导线内的自由的这段导线内的自由电子都能通过横截面电子都能通过横截面( (如图如图).).这段导线的体积这段导线的体积V V= =Sl Sl= =S Sv vt t.

20、 .所以所以t t内通过横截面内通过横截面S S的自由电子数为的自由电子数为N N= =nVnV= =nSnSv vt t, ,选项选项A A、B B均错均错. .答案答案 CIqtIqQ题型题型2 2 电阻定律的理解与应用电阻定律的理解与应用【例例2 2】如图如图3 3所示所示, ,某一导体的形某一导体的形状为长方体状为长方体, ,其长、宽、高之比为其长、宽、高之比为a ab bc c =532.=532.在此长方体的上在此长方体的上下左右四个面上分别通过导线引出下左右四个面上分别通过导线引出四个接线柱四个接线柱1 1、2 2、3 3、4.4.在在1 1、2 2两端加上恒定的电压两端加上恒定

21、的电压U U, ,通过导体的电流为通过导体的电流为I I1 1; ;在在3 3、4 4两端加上恒定的电压两端加上恒定的电压U U, ,通过导体的电流为通过导体的电流为I I2 2. .求求I I1 1I I2 2. . 两种不同接法时两种不同接法时, ,导体的横截面积分别如导体的横截面积分别如何计算何计算? ?长度分别是多少长度分别是多少? ?思路点拨思路点拨图图3 3解析解析 1 1、2 2两端加上恒定的电压两端加上恒定的电压U U时时, ,导体的长度是导体的长度是c c, ,横截面积是横截面积是abab;3;3、4 4两端加上恒定的电压两端加上恒定的电压U U时时, ,导体导体的长度是的长

22、度是a a, ,横截面积是横截面积是bcbc, ,所以两种情况下导体的电所以两种情况下导体的电阻之比为阻之比为425,425,又由于两种情况下电压相等又由于两种情况下电压相等, ,由欧姆由欧姆定律可得定律可得, ,I I1 1I I2 2=254.=254.答案答案 254254规律总结规律总结 电阻定律的应用技巧电阻定律的应用技巧(1) (1) 是电阻的决定式是电阻的决定式, ,对同一段导体对同一段导体, ,往往往往l l与与S S是相关联变化的是相关联变化的, ,分析求解时应全面考虑分析求解时应全面考虑. .(2)(2)要根据电流正确判断要根据电流正确判断l l、S S, ,沿电流方向导体

23、的长沿电流方向导体的长度为度为l l, ,垂直于电流方向的横截面积才是垂直于电流方向的横截面积才是S S. .变式练习变式练习2 2 金属材料的电阻率有以下特点金属材料的电阻率有以下特点: :一般而一般而言言, ,纯金属的电阻率小纯金属的电阻率小, ,合金的电阻率大合金的电阻率大; ;有的金属的有的金属的电电阻率阻率随温度变化而显著变化随温度变化而显著变化, ,有的合金的电阻率几有的合金的电阻率几乎不受温度的影响乎不受温度的影响. .根据以上的信息根据以上的信息, ,判断下列说法判断下列说法中正确的是中正确的是 ( )( )SlRA.A.连接电路用的导线一般用合金来制作连接电路用的导线一般用合

24、金来制作B.B.电炉、电热器的电阻丝一般用合金来制作电炉、电热器的电阻丝一般用合金来制作C.C.电阻温度计一般用电阻率几乎不受温度影响的合电阻温度计一般用电阻率几乎不受温度影响的合 金来制作金来制作D.D.标准电阻一般用电阻率随温度变化而显著变化的标准电阻一般用电阻率随温度变化而显著变化的 金属材料制作金属材料制作解析解析 电路中导线输送电能电路中导线输送电能, ,但由但由于导线本身有电于导线本身有电阻阻, ,所以导线也要消耗电能所以导线也要消耗电能, ,并转化为热量并转化为热量, ,导线电导线电阻越小阻越小, ,在其他条件一定的情况下在其他条件一定的情况下, ,损耗的电能也损耗的电能也越小越

25、小, ,故应选择电阻率小的材料故应选择电阻率小的材料, ,由提供的信息知由提供的信息知纯金属较合适纯金属较合适; ;电炉与电热器电炉与电热器是利用电流的热效应是利用电流的热效应工作的工作的, ,流过电热器的电流与导线上的电流相等流过电热器的电流与导线上的电流相等, ,但但电热器却能明显发热电热器却能明显发热, ,说明其电阻大说明其电阻大, ,选择电阻率大选择电阻率大的合金丝较合适的合金丝较合适; ;电阻温度电阻温度计是利用材料的电阻率随计是利用材料的电阻率随温度有明显变化的原温度有明显变化的原理工作的理工作的, ,电阻率几乎不受电阻率几乎不受温度温度影响的影响的合金合金显然不能成显然不能成为电

26、阻温度计的材料为电阻温度计的材料; ;标准电阻的标准电阻的电阻率应很稳定电阻率应很稳定. .综上所述综上所述, ,正确的选项为正确的选项为B.B.答案答案 B题型题型3 3 伏安特性曲线的应用伏安特性曲线的应用【例例3 3】如图如图4 4所示为一个电灯两端的电压与通过它所示为一个电灯两端的电压与通过它 的电流的变化关系曲线的电流的变化关系曲线. .由图可知由图可知, ,两者不成线性两者不成线性 关系关系, ,这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化 的缘故的缘故. .参考这条曲线回答下列问题参考这条曲线回答下列问题( (不计电流表不计电流表 和电池的内阻和电池的

27、内阻).).图图4 4(1)(1)若把三个这样的电灯串联后若把三个这样的电灯串联后, ,接到电动势为接到电动势为12 V12 V的电源上的电源上, ,求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻. .(2)(2)如图如图5 5所示所示, ,将两个这样的电将两个这样的电灯并联后再与灯并联后再与10 10 的定值电阻的定值电阻串联串联, ,接在电动势为接在电动势为8 V8 V的电源上的电源上, ,求通过电流表的电流值和每个灯求通过电流表的电流值和每个灯泡的电阻泡的电阻. .图图5 5解析解析 (1)(1)三个灯串联时三个灯串联时, ,每个灯的电压为每个灯的电压为4 V4 V由图

28、象知由图象知, ,当灯泡两端的电压为当灯泡两端的电压为4 V4 V时时, ,灯泡的电流灯泡的电流为为0.4 A.0.4 A.灯泡的电阻为灯泡的电阻为R R= = =10 = = =10 (2)(2)在图在图5 5中中, ,若设灯泡电流为若设灯泡电流为I I, ,两端电压为两端电压为U U由欧姆定律得由欧姆定律得E E=2=2I IR R0 0+ +U U, ,即即U U=8-20=8-20I I将将U U=8-20=8-20I I函数关系图象作在图函数关系图象作在图4 4中中, ,如下图所示如下图所示, ,两图线交点为两图线交点为(2 V,0.3 A),(2 V,0.3 A),可得此种情况下电

29、流可得此种情况下电流为为0.3 A.0.3 A.IU4 . 04通过电流表的电流值为通过电流表的电流值为I IA A=2=2I I=0.6 A=0.6 A灯泡的电阻为灯泡的电阻为R R= = =6.7 = = =6.7 答案答案 (1)0.4 A 10 (2)0.6 A 6.7 (1)0.4 A 10 (2)0.6 A 6.7 IU3 . 02方法归纳方法归纳 解决这类问题的基本思路解决这类问题的基本思路: :(1)(1)首先分清是首先分清是I I- -U U图线还是图线还是U U- -I I图线图线. .(2)(2)搞清图线斜率的物理意义搞清图线斜率的物理意义. .即即k k= =R R(

30、(或或k k= )= )为了搞清这个问题为了搞清这个问题, ,最好是将图象的斜率转化为物最好是将图象的斜率转化为物理公式理公式, ,看看k k= ,= ,还是还是k k= .= .(3)(3)必要时配合部分电路欧姆定律必要时配合部分电路欧姆定律. .R1IUUI变式练习变式练习3 3 在如图在如图6 6甲所示的电路中甲所示的电路中, ,电源电动势电源电动势为为3.0 V,3.0 V,内阻不计内阻不计,L,L1 1、L L2 2、L L3 3为为3 3个相同规格的小个相同规格的小灯泡灯泡, ,这种小灯泡的伏安特这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示性曲线如图乙所示. .当开当开关闭合后关闭合后, ,

31、下列关于电路中下列关于电路中的灯泡的判断中的灯泡的判断中, ,正确的正确的是是 ( )( )图图6 6A.A.灯泡灯泡L L1 1的电阻为的电阻为12 12 B.B.通过灯泡通过灯泡L L1 1的电流为灯泡的电流为灯泡L L2 2的电流的的电流的2 2倍倍C.C.灯泡灯泡L L1 1消耗的电功率为消耗的电功率为0.75 W0.75 WD.D.灯泡灯泡L L2 2消耗的电功率为消耗的电功率为0.30 W0.30 W解析解析 L L1 1两端的电压为两端的电压为3 V,3 V,由图乙知由图乙知, ,通过通过L L1 1的电流的电流为为0.25 A,0.25 A,所以所以L L1 1的电阻为的电阻为

32、12 ,L12 ,L1 1消耗的电功率为消耗的电功率为0.75 W,A0.75 W,A、C C选项正确选项正确;L;L2 2和和L L3 3串联串联, ,每个灯泡的电压每个灯泡的电压为为1.5 V,1.5 V,由图乙可知由图乙可知, ,通过通过L L2 2、L L3 3的电流为的电流为0.2 A,0.2 A,所所以灯泡以灯泡L L2 2、L L3 3消耗的电功率为消耗的电功率为0.30 W,0.30 W,故故D D选项正确选项正确; ;L L1 1与与L L2 2的电流不是两倍关系的电流不是两倍关系, ,所以所以B B选项错误选项错误. .答案答案 ACD题型题型4 4 电流模型问题电流模型问

33、题【例例4 4】 神经系统中神经系统中, ,把神经纤维分为有髓鞘与无把神经纤维分为有髓鞘与无髓鞘两大类髓鞘两大类. .现代生物学认为现代生物学认为, ,髓鞘是由多层髓鞘是由多层( (几十几十到几百层不等到几百层不等) )类脂物质类脂物质髓质累积而成的髓质累积而成的, ,髓质髓质具有很大的电阻具有很大的电阻. .已知蛙有髓鞘神经已知蛙有髓鞘神经, ,髓鞘的厚度只髓鞘的厚度只有有2 m2 m左右左右, ,而它在每平方厘米的面积上产生的电而它在每平方厘米的面积上产生的电阻却高达阻却高达1.61.610105 5 . .(1)(1)若不计髓质片层间的接触电阻若不计髓质片层间的接触电阻, ,计算髓质的电

34、阻率计算髓质的电阻率. .(2)(2)若有一圆柱体是由髓质制成的若有一圆柱体是由髓质制成的, ,该圆柱体的体积为该圆柱体的体积为32 cm32 cm3 3, ,当在其两底面上加上当在其两底面上加上1 000 V1 000 V的电压时的电压时, ,通通过该圆柱体的电流为过该圆柱体的电流为10 A.10 A.求该圆柱体的圆面半径求该圆柱体的圆面半径和高和高. .解析解析 (1)(1)由电阻定律由电阻定律: :R R= =所以所以 m=8=810106 6 m m Sl645102100 . 1106 . 1lSR(2)(2)由欧姆定律和圆柱体体积公式由欧姆定律和圆柱体体积公式R R= =V V=r

35、=r2 2h hR R= =由由可得可得: :代入数据解得代入数据解得h h=0.02 m=2 cm=0.02 m=2 cm将将h h值代入值代入式得式得r r=0.04 m=4 cm=0.04 m=4 cm髓质的电阻率为髓质的电阻率为8 810106 6 m;m;圆面半径为圆面半径为4 cm,4 cm,高高为为2 cm.2 cm.答案答案 (1)8(1)810106 6 m (2)4 cm 2 cm m (2)4 cm 2 cmIU2rhV2hIU评分标准评分标准 本题共本题共1616分分. .其中其中式各式各3 3分分, ,式各式各1 1分分. .名师导析名师导析这是一类联系实际的问题这是

36、一类联系实际的问题, ,是物理中经常遇到的是物理中经常遇到的, ,也也是学习物理的目标之一是学习物理的目标之一, ,这类问题的处理方法是这类问题的处理方法是: :首首先要把该实际问题转化为物理模型先要把该实际问题转化为物理模型, ,即要先根据题意即要先根据题意抽象出最本质的东西抽象出最本质的东西, ,建立物理模型建立物理模型, ,再运用有关的再运用有关的规律进行解答规律进行解答. .自我批阅自我批阅当家作主，我来当师傅！当家作主，我来当师傅！(12(12分分) )大气中存在可自由运动的带电粒子大气中存在可自由运动的带电粒子, ,其密度其密度随距地面高度的增加而增大随距地面高度的增加而增大, ,

37、可以把离地面可以把离地面50 km50 km以下的大气看做是具有一定程以下的大气看做是具有一定程度漏电的均匀绝缘体度漏电的均匀绝缘体( (即电阻率较大的物质即电阻率较大的物质););离地面离地面50 km50 km以上的大气则以上的大气则可看做是带电粒子密度非常高的良导体可看做是带电粒子密度非常高的良导体, ,地球本身地球本身带负电带负电, ,其周围空间存在电场其周围空间存在电场. .离地面离地面l l=50 km=50 km处与处与地面之间的电势差约为地面之间的电势差约为U U=3.0=3.010105 5 V. V.由于电场的由于电场的作用作用, ,地球处于放电状态地球处于放电状态. .但

38、大气中频繁发生雷暴但大气中频繁发生雷暴又对地球充电又对地球充电, ,从而保证了地球周围电场恒定不从而保证了地球周围电场恒定不变变, ,统计表明统计表明, ,雷暴每秒带给地球的平均电荷量约雷暴每秒带给地球的平均电荷量约为为q q=1 800 C.=1 800 C.试估算大气电阻率试估算大气电阻率 和地球漏电功和地球漏电功率率P P.(.(已知地球半径已知地球半径r r=6 400 km,=6 400 km,结果保留一位有效结果保留一位有效数字数字) )解析解析 本题中把本题中把50 km50 km厚的漏电均匀绝缘体视为一厚的漏电均匀绝缘体视为一个导体个导体, ,其长度为其长度为50 km,50

39、km,横截面积为地球的表面积横截面积为地球的表面积, ,所加电压为所加电压为U U=3.0=3.010105 5 V V则由题意得则由题意得I I= =1 800 A= =1 800 A (3 (3分分) )R R电电= = = = 10103 3 (3 (3分分) )又由电阻定律又由电阻定律R R电电= = (2 (2分分) )tq80011035IU6124 rlSl得得2210101212 m m (2 (2分分) )地球漏电功率为地球漏电功率为P P= =U UI I=3=310105 51 800 W51 800 W510108 8 W W (2 (2分分) )答案答案 2 2101

40、01212 m 5 m 510108 8 W W3326210501061)104 . 6(14. 344lRr电1.1.一根粗细均匀的金属导线一根粗细均匀的金属导线, ,两端加上恒定电压两端加上恒定电压U U时时, ,通过金属导线的电流强度为通过金属导线的电流强度为I I, ,金属导线中自由电子金属导线中自由电子定向移动的平均速率为定向移动的平均速率为v v, ,若将金属导线均匀拉长若将金属导线均匀拉长, ,使其长度变为原来的使其长度变为原来的2 2倍倍, ,仍给它两端加上恒定电压仍给它两端加上恒定电压U U, ,则此时则此时 ( )( ) A. A.通过金属导线的电流为通过金属导线的电流为

41、 B.B.通过金属导线的电流为通过金属导线的电流为 C.C.自由电子定向移动的平均速率为自由电子定向移动的平均速率为 D.D.自由电子定向移动的平均速率为自由电子定向移动的平均速率为2I4I2v4v素能提升素能提升解析解析 金属导线均匀拉长金属导线均匀拉长2 2倍倍, ,则导线的横截面积变则导线的横截面积变为原来的为原来的1/2,1/2,由电阻定律可得由电阻定律可得, ,导线的导线的电阻变为原来电阻变为原来的的4 4倍倍, ,由欧姆定律可得由欧姆定律可得, ,通过金属通过金属导线的电流变为原导线的电流变为原来的来的1/4,1/4,即为即为I I/4,A/4,A错误错误,B,B正确正确; ;由电

42、流的微观表达由电流的微观表达式式I I= =nqSnqSv v, ,可以解得可以解得, ,金属导线中自由电子定向移动金属导线中自由电子定向移动的平均速率变为原来的的平均速率变为原来的1/2,1/2,即为即为v v/2,D/2,D错误错误,C,C正确正确. .答案答案 BC2.2.如图如图7 7为某一热敏电阻为某一热敏电阻( (电阻值随温度的改变而电阻值随温度的改变而 改变改变, ,且对温度很敏感且对温度很敏感) )的的I I- -U U关系曲线图关系曲线图. .图图7 7(1)(1)为了通过测量得到图为了通过测量得到图8 8所示所示I I- -U U关系的完整曲线关系的完整曲线, ,在图在图8

43、 8甲和乙两个电路中应选择的是图甲和乙两个电路中应选择的是图 ; ;简要简要说明理由说明理由: : .(.(电源电动势为电源电动势为9 V,9 V,内内阻不计阻不计, ,滑动变阻器的阻值为滑动变阻器的阻值为0 0100 ).100 ).图图8 8(2)(2)在图丙电路中在图丙电路中, ,电源电压恒为电源电压恒为9 9 V,V,电流表读数为电流表读数为70 mA,70 mA,定值电阻定值电阻R R1 1=250 ,=250 ,由热敏电阻的由热敏电阻的I I- -U U关系曲关系曲线可知线可知, ,热敏电阻两端的电压为热敏电阻两端的电压为 V;V;电阻电阻R R2 2的阻的阻值为值为 .(3)(3

44、)举出一个可以应用热敏电阻的例子举出一个可以应用热敏电阻的例子. .解析解析 (1)(1)从热敏电阻的从热敏电阻的I I- -U U图象可知图象可知, ,实验数据实验数据I I和和U U包括包括0 0附近的数据附近的数据, ,图乙为限流式接法图乙为限流式接法, ,不能达到该要不能达到该要求求, ,因此选图甲因此选图甲. .理由是理由是: :甲电路电压可以从甲电路电压可以从0 V0 V调到调到所需电压所需电压, ,调节范围大调节范围大. .(2)(2)由图丙可知由图丙可知, ,流过热敏电阻支路的电流流过热敏电阻支路的电流I I= =I I总总- -1RU=70 mA-36 mA=34 mA,=7

45、0 mA-36 mA=34 mA,据据I I- -U U图知图知, ,I I=34 mA=34 mA时对应热时对应热敏电阻两端电压敏电阻两端电压U U=5.20 V;=5.20 V;那么那么R R2 2分担电压分担电压U U2 2= =U U总总- -U U=3.80 V.=3.80 V.R R2 2= = =111.8 (=111.8 (在在111.6 111.6 112.0 112.0 均正确均正确).).(3)(3)热敏温度计热敏温度计. .答案答案 (1)(1)甲甲 甲电路电压可以从甲电路电压可以从0 V0 V调到所需电压调到所需电压, ,调节范围大调节范围大 (2)5.2 111.8

46、(111.6(2)5.2 111.8(111.6112.0112.0均可均可) )(3)(3)热敏温度计热敏温度计. .IU23.3.按照经典的电子理论按照经典的电子理论, ,电子在金属中运动的情形是电子在金属中运动的情形是 这样的这样的: :在外加电场的作用下在外加电场的作用下, ,自由电子发生定向运自由电子发生定向运 动动, ,便产生了电流便产生了电流. .电子在运动的过程中要不断地与电子在运动的过程中要不断地与 金属离子发生碰撞金属离子发生碰撞, ,将动能传递给金属离子将动能传递给金属离子, ,而自己而自己 的动能降为零的动能降为零, ,然后在电场的作用下重新开始加速然后在电场的作用下重

47、新开始加速 运动运动( (可看作匀加速运动可看作匀加速运动),),加速运动一段距离后加速运动一段距离后, ,再再 与金属离子发生碰撞与金属离子发生碰撞. .电子在两次碰撞之间走的平电子在两次碰撞之间走的平 均距离叫自由程均距离叫自由程, ,用用l l表示表示. .如图如图9 9所示所示, ,电子运动的电子运动的 平均速度用平均速度用 表示表示, ,导体单位体积内自由电子的数导体单位体积内自由电子的数量为量为n n, ,电子的质量为电子的质量为m m, ,电子的电荷量为电子的电荷量为e e, ,电流的电流的 表达式表达式I I= =neSneS . .请证明金属导体的电阻率请证明金属导体的电阻率

48、v.22lnemvv解析解析 导体中电流强度的微观表达式为导体中电流强度的微观表达式为I I= =neSneS根据电阻定律得根据电阻定律得R R= =根据欧姆定律得根据欧姆定律得R R= =自由程内自由程内, ,电子在加速电场作用下电子在加速电场作用下, ,速度从速度从0 0增加到增加到v v, ,由动能定理得由动能定理得图图9 9vIUSlqUqU= = m mv v2 2又由又由 = =联立解得电阻率联立解得电阻率 的表达式为的表达式为答案答案 见解析见解析21v20vlnem22 v4.“4.“氢火焰离子化监测器氢火焰离子化监测器”可以检测出无机物气体可以检测出无机物气体中极其微量的有机

49、分子的含量中极其微量的有机分子的含量, ,其装置如图其装置如图1010所示所示, ,在氢火焰的作用下在氢火焰的作用下, ,有机物的分子电离为一价正离有机物的分子电离为一价正离子和自由电子子和自由电子, ,而无机物的分子不会电离而无机物的分子不会电离. .设单位时设单位时间内有间内有n n摩尔被检测气体进入检测器摩尔被检测气体进入检测器, ,调节滑动变阻调节滑动变阻器器, ,使得电流表的示数逐渐变使得电流表的示数逐渐变大大, ,直到最大值直到最大值I I, ,求有求有机物分子与被检测气体分子的数目的机物分子与被检测气体分子的数目的比值比值K K是多是多少少?(?(阿伏加德罗常数为阿伏加德罗常数为N NA A, ,电子电子的电荷量为的电荷量为e e) )解析解析 电流达电流达到到最大值最大值I I后后, ,表明电离出来的表明电离出来的电电子全部子全部到达了阳极到达了阳极, ,设经过时间设经过时间t t到达极板的电荷量为到达极板的电荷量为q q, ,则则q q= =I It t被电离的有机物分子的数目被电离的有机物分子的数目N N=则有机物分子占则有机物分子占被被测气体测气体分子分子的数目的数目的的比为比为答案答案图图1010eIteqenNIntNNKAAenNIA反思总结反思总结返回返回