第1讲 电路的基本概念和规律
目标要求
内容 1.电路元器件 要求 观察并能识别常见的电路元器件，了解它们在电路中的作用． 通过实验，探究并了解金属导体的电阻与1.“简单的逻2.电阻定律 材料、长度和横截面积的定量关系．会测辑电路”的内量金属丝的电阻率． 3.串联和并联电路 4.闭合电路欧姆定律 5.电功、电功率及焦耳定律 实验十 实验十一 实验十二 了解串、并联电路电阻的特点． 理解闭合电路欧姆定律． 容不作要求． 2.“实验：描绘小灯泡的伏说明 理解电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳安特性曲线”定律解释生产生活中的电热现象． 测量金属丝的电阻率 测量电源的电动势和内阻 用多用电表测量电学中的物理量 不作要求. 第1讲 电路的基本概念和规律
一、电流 部分电路欧姆定律 1．电流
(1)形成的条件：导体中有自由电荷；导体两端存在电压．
(2)标矢性：电流是标量，正电荷定向移动的方向规定为电流的方向． (3)两个表达式：①定义式：I＝；②决定式：I＝. 2．部分电路欧姆定律
(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比． (2)表达式：I＝. (3)适用范围：金属导电和电解质溶液导电，不适用于气态导体或半导体元件． (4)导体的伏安特性曲线(I－U图线)
qtURUR
图1
I1
①比较电阻的大小：图线的斜率k＝tanθ＝＝，图1中R1>R2(选填“>”“<”或“＝”)；
UR②线性元件：伏安特性曲线是直线的电学元件，适用于欧姆定律； ③非线性元件：伏安特性曲线是曲线的电学元件，不适用于欧姆定律．
自测1 (2024·吉林“五地六校”合作体联考)如图2所示为a、b两电阻的伏安特性曲线，图中α＝45°，关于两电阻的描述正确的是( )
图2
A．电阻a的阻值随电流的增大而增大
B．因I－U图线的斜率表示电阻的倒数，故电阻b的阻值R＝C．在两图线交点处，电阻a的阻值等于电阻b的阻值 D．在电阻b两端加2V电压时，流过电阻的电流是4A 答案 C
解析 I－U图象上的点与坐标原点连线的斜率等于电阻的倒数，由题图可知，电阻a的图象上的点与坐标原点连线的斜率越来越大，故a的电阻随电流的增大而减小，故选项A错误；I－U图象上的点与坐标原点连线的斜率表示电阻的倒数，但是由于横、纵坐标轴的长度单位不同，则不能由R＝
1U10
＝1.0Ω求解电阻b的阻值，只能通过R＝＝Ω＝2Ω求解，选tanαI5
1
＝1.0Ω tanα项B错误；根据R＝可知在两图线交点处，电阻a的阻值等于电阻b的阻值，选项C正确；由题图可知，在电阻b两端加2V电压时，流过电阻的电流是1A，选项D错误． 二、电阻及电阻定律 1．电阻
(1)定义：导体对电流的阻碍作用，叫做导体的电阻．
(2)公式：R＝，其中U为导体两端的电压，I为通过导体的电流． (3)单位：国际单位是欧姆(Ω)．
(4)决定因素：导体的电阻反映了导体阻碍电流的性质，其大小由导体本身决定，与加在导体
UIUI两端的电压和通过导体的电流无关． 2．电阻定律
(1)内容：导体电阻还与构成它的材料有关，同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比． (2)公式：R＝ρ.
其中l是导体的长度，S是导体的横截面积，ρ是导体的电阻率，其国际单位是欧·米，符号为Ω·m.
(3)适用条件：粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液． 3．电阻率
(1)计算式：ρ＝R.
(2)物理意义：反映导体的导电性能，是导体材料本身的属性． (3)电阻率与温度的关系
金属：电阻率随温度升高而增大；
负温度系数半导体：电阻率随温度升高而减小．
自测2 (2024·湖北武汉市调研)2024年3月19日，复旦大学科研团队宣称已成功制备出具有较高电导率的砷化铌纳米带材料，据介绍该材料的电导率是石墨烯的1000倍．电导率
lSSlσ就是电阻率ρ的倒数，即σ＝.下列说法正确的是( )
ρA．材料的电导率越小，其导电性能越强 B．材料的电导率与材料的形状有关 1
C．电导率的单位是 Ω·mD．电导率大小与温度无关 答案 C
解析 材料的电导率越小，电阻率越大，则其导电性能越弱，选项A错误；材料的电导率与
1
l1lm1
材料的形状无关，选项B错误；根据R＝ρ，则σ＝＝，则电导率的单位是，2＝SρRSΩ·mΩ·m
选项C正确；导体的电阻率与温度有关，则电导率大小与温度有关，选项D错误． 三、电功、电功率、电热及热功率 1．电功
(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做的功． (2)公式：W＝qU＝IUt(适用于任何电路)．
(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程．
2．电功率
(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢． (2)公式：P＝＝IU(适用于任何电路)． 3．焦耳定律
(1)电热：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比． (2)公式：Q＝IRt(适用于任何电路)． 4．电功率P＝IU和热功率P＝IR的应用
(1)不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电流的电功率均为P电＝UI，热功率均为P热＝IR.
2
2
2
WtU2
(2)对于纯电阻电路：P电＝P热＝IU＝IR＝.
R2
U2
(3)对于非纯电阻电路：P电＝IU＝P热＋P其他＝IR＋P其他≠＋P其他．
R2
自测3 (多选)如图3所示，电阻R1＝20Ω，电动机的内阻R2＝10Ω.当开关断开时，电流表的示数是0.5A，当开关合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是( )
图3
A．I＝1.5A C．P＝15W 答案 BD
B．I<1.5A D．P<15W
利用“柱体微元”模型求解电流的微观问题时，注意以下基本思路：
设柱体微元的长度为L，横截面积为S，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，电荷定向移动的速率为v，则： (1)柱体微元中的总电荷量为Q＝nLSq. (2)电荷通过横截面的时间t＝. (3)电流的微观表达式I＝＝nqvS.
LvQt例1 如图4所示，一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为ρ，棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m、电荷量为e.在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为( )
图4
mv2mv2SnρevA.B.C．ρnevD. 2eLeSL答案 C
解析 由电流定义可知：I＝＝
qnvtSeL＝neSv.由欧姆定律可得：U＝IR＝neSv·ρ＝ρneLv，
ttS又E＝，故E＝ρnev，选项C正确．
变式1 (2024·江苏苏州中学期中)铜的摩尔质量为M，密度为ρ，每摩尔铜原子中有n个自由电子，今有一横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子定向移动的平均速率为( ) A．光速cB.答案 D
解析 此铜导线单位长度的质量为M′＝ρS，单位长度中的自由电子数为N＝
ULIρIMIC.D. neSMneSMneSρM′
n.设自由电M子定向移动的平均速率为v，铜导线中自由电子从一端定向移动到另一端所用时间为t，移动距离为l.根据电流定义可知，当通过的电流为I时，I＝＝
QNleρSnevMI＝，解得：v＝，tlMneSρv故D正确．
1．电阻的决定式和定义式的比较
公式 lR＝ρ S电阻的决定式 说明了导体的电阻由哪些因素决UR＝ I电阻的定义式 提供了一种测电阻的方法——伏安法，R与U、I均无关 适用于任何纯电阻导体 区别 定，R由ρ、l、S共同决定 只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解质溶液
江苏省2024高考物理一轮复习第八章恒定电流第1讲电路的基本概念和规律教案
