7.高二物理上电流、伏安特性曲线

一、电源1．定义：能把电子在电源内部从电源正极搬运到负极的装置．2．作用：移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差，保持电路中有持续电流． 二、恒定电场1．定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场．2．形成：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的．3．特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，其基本性质与静电场相同． 三、恒定电流1．定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流．2．电流的定义式：I ＝qt ，其物理意义：单位时间内，通过导体横截面的电荷量，是表示电流强弱程度的物理量．产生：电荷的定向移动条件：①存在自由移动电荷 ②存在电势差或电压 单位：安培(A) 常用单位：毫安（mA ）、微安（μA ） 1A=103mA=106μA 方向：正电荷定向移动的方向 考点一、电流的理解和计算如图所示，在装有导电液体的细管中，有正、负两种电荷向相反的方向运动，在时间t 内通过细管某截面的正电荷为q 1，通过此截面的负电荷为q 2.(1)确定通过导电液体中电流的方向． (2)计算导电液体中电流的大小．答案 (1)电流方向为正电荷定向移动方向或负电荷定向移动方向的反方向，故导电液体中电流方向为由左向右． (2)I ＝|q 1|＋|q 2|t.考点二、电流的微观表达式 1．电流的微观表达式的推导如图2所示，AD 表示粗细均匀的一段长为l 的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v ，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 ，每个自由电荷的电荷量大小为q .则：图2导体AD 内的自由电荷全部通过横截面D 所用的时间t ＝lv .导体AD 内的自由电荷总数N ＝nlS总电荷量Q ＝Nq ＝nlSq此导体上的电流I ＝Q t ＝nlSqlv ＝nq v S2．电流的微观表达式I ＝nq v S(1)I ＝qt 是电流的定义式，I ＝nq v S 是电流的决定式，因此I 与通过导体横截面的电荷量q 及时间t 无关，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数n 、每个自由电荷的电荷量大小q 、定向移动的速率v ，还与导体的横截面积S 有关．(2)v 表示电荷定向移动的速率．自由电荷在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是自由电荷在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的． [延伸阅读] 三种速率的比较(1)电子定向移动速率：也是公式I ＝neS v 中的v ，大小约为10－5 m/s.(2)电流的传导速率：就是导体中建立电场的速率，等于光速，为3×108 m/s.闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流．(3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105 m/s.由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流． 四、欧姆定律1．电阻：导体两端的电压与通过导体的电流大小之比． (1)定义式：R ＝UI.(2)单位：欧姆(Ω)，常用的单位还有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)，且1 Ω＝10－3 kΩ＝10－6 MΩ. (3)物理意义：反映导体对电流阻碍作用的大小．2．欧姆定律：导体中的电流跟导体两端的电压U 成正比，跟导体的电阻R 成反比． (1)表达式：I ＝UR.(2)适用范围：适用于金属导电、电解质溶液导电的纯电阻电路(不含电动机、电解槽等的电路)，而对气体导电、半导体导电不适用．五、电阻定律电阻定律：实验表明，均匀导体的电阻R 跟它的长度l 成正比，跟它的横截面积S 成反比，用公式表示为SL R ρ= (1)ρ表示材料的电阻率，与材料和温度有关． (2)L 表示沿电流方向导体的长度． (3)S 表示垂直于电流方向导体的横截面积．(4)适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解液。

六、电阻率1．电阻定律中比例常量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．ρ值越大，材料的导电性能越差.2．电阻率的单位是Ω·m ，读作欧姆米，简称欧米．3．决定因素：由材料的种类和温度决定的，与材料的长短、粗细无关。

一般常用合金电阻率大于组成它的纯金属的电阻率。

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．锰铜合金和镍铜合金的电阻率受温度影响很小，常用来制作标准电阻 ． 4.各种材料的电阻率一般都随温度的变化而变化． (1)金属的电阻率随温度的升高而增大．(2)半导体(热敏电阻)的电阻率随温度的升高而减小． 七、电源与非静电力做功1．非静电力：电源内使正、负电荷分离，并使正电荷聚积到电源正极、负电荷聚积到电源负极的非静电性质的作用力，是对除静电力外能对电荷流动起作用的其他力的统称． 2．来源(1)在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能． (2)在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能．3．功能关系：非静电力总是克服静电力做功，非静电力做功的过程就是将其他形式的能转化为电能的过程．做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能． 4．电源(1)定义：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置．(2)能量转化：在电源内部，非静电力做正功，其他形式的能转化为电势能，在电源外部，电场力做正功，电势能转化为其他形式的能． 八、电动势和内阻 1．电动势(1)电动势：在电源内部，非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W 与被移送电荷q 的比值．(2)定义式：E ＝Wq .单位：伏特(V)．E 的大小与W 和q 无关，是由电源自身的性质决定的；电动势不同，表示电源将其他形式的能转化为电能的本领不同． (3)物理意义：反映电源非静电力做功本领大小的物理量．(4)决定因素：由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路无关．、 2．电动势在数值上等于非静电力把1 C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功． 3．电动势是标量，但为研究问题的方便，常认为其有方向，规定其方向为电源内部电流的方向，即在电源内部由电源负极指向正极． 4．常用电池的电动势5.容量：电池放电时能输出的总电荷量，其单位是：A·h 或mA·h.6.内阻：电源内部导体的电阻． 九、电压表、电流表的读数方法1．首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值． 2.根据表盘总的刻度数确定精确度，即每一小格表示的值，同时确定读数有效数字所在的位数． 3．按照指针的实际位置进行读数．4．(1)0～3 V 的电压表和0～3 A 的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V 和0.1 A ，读到0.1的下一位，即读到小数点后面两位．(2)对于0～15 V 量程的电压表，精确度是0.5 V ，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V.(3)对于0～0.6 A 量程的电流表，精确度是0.02 A ，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A. 举例：如图1为电流表和电压表的刻度盘．图1①甲图中，电流表使用0.6 A 量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A ，表针示数为0.44 A ；当使用3 A 量程时，每一小格为0.1 A ，表针示数为2.20 A.②乙图中，电压表使用3 V 量程时，每小格为0.1 V ，表针示数为1.70 V ；使用15 V 量程时，每小格为0.5 V ，表针示数为8.5 V.十、电压表、电流表及滑动变阻器的使用 1．电流表的内接法和外接法 (1)电路图(如图2所示)图2(2)误差分析①内接法：误差原因在于电流表分压，通过电流表电流越大其分压越大，造成的误差也就越大。

U测=U X +U A测量结果：测量值大于真实值 R 测=X A X R R R I U >+=测测②外接法：误差原因在于电压表分流，电压表两端电压越大其分流越大，造成的误差也就大。

VX I I I +=测测量结果：测量值小于真实值 R 测=X VX V X R R R RR I U <+=测测 (3)电流表内、外接法的选择当R V R x ＞R xR A ，即R x ＜R A R V 时，用电流表外接法． 当R x R A ＞R VR x ，即R x ＞R A R V 时，用电流表内接法． 2．滑动变阻器的限流式与分压式接法 (1)电路图(如图3所示)图3(2)分压式和限流式电路的选择原则①若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路．②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应用分压式电路． ③若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则此时必须选用分压式电路．说明：两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单，能耗低．十一、测绘小灯泡的伏安特性曲线1．实验原理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I－U坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来，即得小灯泡的伏安特性曲线，电路图如图4所示．2．实验器材学生电源(4～6 V直流)或电池组、小灯泡(“4 V0.7 A”或“3.8 V0.3 A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸．3．实验步骤(1)确定电流表、电压表的量程,按图连接好电路;并将滑动变阻器片调至左端。

（使电流表，电压表短路，保护电流电压，使电压电流表示数为零。

）(2)闭合并关S,调节滑动器,使电流表、电压表有较小的明显的示数,记录一组电压U和电流I 值;(3)用同样的方法测量并记录多组U和I值,并均记入自己设计的表格中;(4)断开开关S,整理好器材.次数12345678电压U/V电流I/A(5)断开开关S,整理好器材.4．数据处理(1)在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立直角坐标系．(2)在坐标纸中描出各组数据所对应的点．(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线．5．实验结果与数据分析(1)结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向横轴弯曲的曲线．(2)分析：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化．曲线向横轴弯曲，即曲线上的点与原点的连线的斜率变小，电阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大．6．注意事项(1)因I－U图线是曲线，本实验要测出多组包括零在内的电压值、电流值，因此滑动变阻器应采用分压式接法．(2)由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法．(3)画I－U图线时纵轴、横轴的标度要适中，使所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲线连接，个别偏离较远的点应舍去．1．关于电流，以下说法正确的是()A ．通过截面的电荷量的多少就是电流的大小B ．电流的方向就是假想的，实际不存在C ．在导体中，只要自由电荷在运动，就一定会形成电流D ．导体两端没有电压就不能形成电流解析：选D.根据电流的概念，电流是单位时间内通过截面的电荷量，知A 项错；规定正电荷定向移动的方向为电流方向，知B 错；自由电荷持续地定向移动才会形成电流，C 错，D 对．2．下列说法中正确的是( )A ．只要物体内有自由电荷，就会有电荷的热运动，就会形成电流B ．电荷的定向移动速率远小于热运动速率，所以电流大小主要由热运动速率决定C ．每当接通电路时，电路中各处几乎同时有了电流，说明电荷定向移动速率非常大D ．电荷在外电场的电场力作用下定向移动时，就形成了电流解析：选D.电子的热运动速率很大，但因热运动杂乱无章，故不能形成电流．电路中电流的形成是自由电荷在电场力作用下的定向移动，故电流的速率是电场的传播速率，而非自由电荷定向移动的速率．故D 正确．3.(多选)(2018·南阳一中高二月考)下列关于电源和电动势的说法中正确的是( ) A ．电动势就是电势差，也叫电压B ．电动势大的电源，其内部非静电力做功不一定多C ．在外电路中和电源内部，因为正电荷都受静电力作用，所以能不断定向移动形成电流D ．电动势在数值上等于非静电力把1 C 的正电荷在电源内从负极移到正极所做的功 答案 BD解析 电动势反映电源把其他形式的能转化为电能的本领的强弱，与电势差的定义不相同，A 错误；电动势大的电源，其内部非静电力在移动相同电荷量时做功多，并不是电动势大的电源，其内部非静电力做功就多，B 正确；在电源内部同时存在静电力和非静电力，正电荷能从负极到正极是因为非静电力大于静电力，C 错误；根据电动势的定义式E ＝Wq 可知，D正确．4.(多选)(2018·济南一中高二期中)如图4所示是某导体的I －U 图线，图中α＝45°，下列说法正确的是( )A ．通过该导体的电流与其两端的电压成正比B ．此导体的电阻R 不变C ．I －U 图线的斜率表示电阻的倒数，所以电阻R ＝1tan 45°Ω＝1 Ω D ．在该导体的两端加6 V 的电压时，每秒通过导体横截面的电荷量是3 C 答案 ABD解析 由题图可知，电流随着导体两端的电压的增大而增大，电流与导体两端的电压成正比，选项A 正确；由I ＝UR 可知，I －U 图线的斜率表示电阻的倒数，则导体的电阻R 不变，且R＝2 Ω，选项B 正确，选项C 错误；在该导体的两端加6 V 的电压时，电路中电流I ＝UR ＝3A ，每秒通过导体横截面的电荷量q ＝It ＝3×1 C ＝3 C ，选项D 正确． 5.(多选)如图5所示，为某一金属导体的伏安特性曲线，由图象可知( ) A ．该导体的电阻随电压的升高而增大B ．该导体的电阻随电压的升高而减小C ．导体两端电压为2 V 时，电阻为0.5 ΩD ．导体两端电压为2 V 时，电阻为1 Ω 答案 AD解析 该导体的伏安特性为曲线，但根据R ＝UI 知，某点与原点连线的斜率的倒数表示电阻，故可知U ＝2 V 时，R ＝22 Ω＝1 Ω，且导体电阻随电压升高而增大，故A 、D 正确．6.(多选)如图6所示，A 、B 、C 为三个通电导体的I －U 关系图象．由图可知( ) A ．三个导体的电阻关系为R A ＞R B ＞R C B ．三个导体的电阻关系为R A ＜R B ＜R CC ．若在导体B 两端加上10 V 的电压，通过导体B 的电流是2.5 AD ．若在导体B 两端加上10 V 的电压，通过导体B 的电流是40 A 答案 BC解析 由题图I －U 图象知，电阻最大的应该是斜率最小的C ，其中导体B 的电阻为R B ＝4 V1.0 A ＝4 Ω，所以在导体B 两端加10 V 电压时，通过导体B 的电流为2.5 A.7.(2018·赤峰二中高二月考)如图6所示为A 、B 两电阻的U －I 图线，则关于两电阻的描述正确的是( )A ．电阻A 的阻值随电流的增大而减小，电阻B 的阻值不变 B ．在两图线交点处，电阻A 的阻值等于电阻B 的阻值C ．在两图线交点处，电阻A 的阻值大于电阻B 的阻值D ．在两图线交点处，电阻A 的阻值小于电阻B 的阻值 答案 B解析 U －I 图象上某点与原点连线的斜率等于导体的电阻，故电阻A 的阻值随电流的增大而增大，同理，电阻B 的阻值不变，故A 错误；两图线的交点处，电流和电压均相同，由欧姆定律可知，两电阻的阻值大小相等，故B 正确，C 、D 错误．8.在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，选择“3 V 0.5 A ”的小灯泡作为研究对象，请回答下面几个问题：(1)下列实验器材中应选择________(填入器材序号)．A．电流表(量程0～0.6 A, 内阻约1 Ω)B．电流表(量程0～3 A，内阻约1 Ω)C．电压表(量程0～15 V，内阻约10 kΩ)D．电压表(0～3 V，内阻约2 kΩ)E．滑动变阻器(阻值0～1 000 Ω)F．滑动变阻器(阻值0～10 Ω)G．电源E＝6 VH．开关S，导线若干(2)在本实验中，滑动变阻器应采用________(填“分压”或“限流”)接法，电流表应采用________(填“内”或“外”)接法．(3)在方框中画出实验电路图，并用实线代替导线，将图5中的器材连接成可供实验的电路．图5答案(1)ADFGH(2)分压外(3)见解析图解析(1)灯泡额定电流为0.5 A，电流表选择A；灯泡额定电压为3 V，电压表选择D；为方便实验操作，滑动变阻器应选择F；实验还需要电源、开关与导线，故需要的实验器材为：ADFGH；(2)描绘小灯泡伏安特性曲线要求电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；由于灯泡电阻远小于电压表内阻，电流表应采用外接法；(3)滑动变阻器采用分压接法，电流表采用外接法，电路图如图甲所示：根据电路图连接实物图，如图乙所示：9.(2018·山师附中期末)现要测定一个额定电压为3 V 、额定功率为1.2 W 的小灯泡的伏安特性曲线，要求所测电压范围为0～3 V ．现有器材：直流电源E (电动势4.5 V ，内阻不计) 电压表V 1(量程3 V ，内阻约为3 kΩ) 电压表V 2(量程15 V ，内阻约为15 kΩ) 电流表A 1(量程200 mA ，内阻约为2 Ω) 电流表A 2(量程400 mA ，内阻约为1 Ω) 滑动变阻器R (最大阻值为20 Ω) 开关S ，导线若干．(1)如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电压表是________(填写“V 1”或“V 2”)，选用的电流表是________(填写“A 1”或“A 2”)．(2)将测量小灯泡电阻的实验电路图画在方框内，并在图中标明各元件的符号．答案 (1)V 1 A 2解析 (1)灯泡的额定电压为3 V ，则电压表选V 1；小灯泡的额定电流I ＝PU ＝0.4 A ＝400 mA ，故电流表应选量程为400 mA 的A 2；(2)小灯泡的电阻R ＝U 2P ＝7.5 Ω，由于R ≪R V ，故应选电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，电路图如图：10．(实验电路、实验器材的选择及故障分析)(2017·南通、扬州、泰州、淮安四市第三次模拟考试)为描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室备有下列器材： A ．小灯泡(额定电压6 V ，额定电流600 mA) B ．电流表(量程0～0.6 A ，内阻约为0.5 Ω) C ．电流表(量程0～3 A ，内阻约为0.1 Ω) D ．电压表(量程0～6 V ，内阻约为10 kΩ)E．滑动变阻器R1(0～10 Ω，2 A)F．滑动变阻器R2(0～100 Ω，1.5 A)G．直流电源E(约6 V)H．开关、导线若干(1)实验中电流表应选用__________，滑动变阻器应选用________．(填器材前的字母代号)．(2)请用笔画线代替导线，将图7甲电路连接完整．图7(3)实验电路连接正确，闭合开关，从最左端向右端调节滑动变阻器滑片，记录电流表和电压表相应示数，根据实验数据在坐标系中描点，如图乙所示，则电路发生的故障是________________________________________________________________________．答案(1)B E(2)如图所示(3)电源负极和滑动变阻器左下接线柱间的电路断路解析(1)由于小灯泡的额定电流为600 mA＝0.6 A，因此电流表选用；由于滑动变阻器采用分压接法，为了调节方便，应选用最大阻值较小的滑动变阻器，即选用R1.(3)闭合开关以后，调节滑动变阻器的滑片从最左端向最右端移动的过程中，由题图乙的描点可以看出，电压调节范围小，且没有从零开始变化，由此可以判断电源负极与滑动变阻器左下接线柱间的电路断路，使电路变成了限流电路.11．(2018·聊城市期末)某物理学习小组描绘一只小灯泡(2.5 V 1.2 W)的伏安特性曲线，有下列器材供选用：A．电压表(0～3 V，内阻6 kΩ)B．电压表(0～15 V，内阻30 kΩ)C．电流表(0～3 A，内阻0.1 Ω)D．电流表(0～0.6 A，内阻0.5 Ω)E．滑动变阻器(0～10 Ω，5 A)F．滑动变阻器(0～1 kΩ，0.1 A)G．电源(3 V，内阻不计)H．电键一个，导线若干．(1)电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．(用序号字母表示)(2)如图1所示，图中有几根导线已经接好，为完成本实验，请用笔画线代替导线，将电路补画完整，要求实验误差尽可能的小．图1(3)下表中的数据是该小组在实验中测得的，请在图2坐标纸上补齐未画出的数据点，用“×”表示，并绘出I－U图线．根据I－U图线可知，该小灯泡灯丝温度升高时，电阻________(填“变大”或“变小”).答案(1)A D E (2)如图所示(3)如图所示变大12．一个小灯泡上标有“4 V0.5 A”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线．现有下列器材供选择：A．电压表(0～5 V，内阻约10 kΩ)B．电压表(0～15 V，内阻约20 kΩ)C．电流表(0～3 A，内阻约1 Ω)D．电流表(0～0.6 A，内阻约0.4 Ω)E．滑动变阻器(10 Ω，2 A)F．滑动变阻器(500 Ω，1 A)G．电源(直流6 V)、开关、导线若干图5(1)实验时，选用图5中________(填“甲”或“乙”)电路图来完成实验，请说明理由：________________________________________________________________________.(2)实验中所用电压表应选______，电流表应选______，滑动变阻器应选________．(用字母序号表示)(3)把图6所示的实验器材用实线连接成实物电路图．图6答案(1)甲描绘灯泡的I－U图线所测数据需从零开始，并要多测几组数据(2)A D E (3)如图所示。