高中物理第3章从电表电路到集成电路3_2研究电流、电压和电阻学案沪科版选修3-124页

3.2　研究电流、电压和电阻
学习目标 重点难点
1．知道电场与电流形成的关系，能从金属导
体的微观结构分析电流的形成机理。
2．记住电路中的电压与电势降落的关系，理
解电路中电势变化的规律。
3．能从微观上解释“电阻”产生的根本原因，
掌握纯金属电阻与温度的关系。
重点：电流的定义式，电压与电势降落
的关系，金属电阻与温度的关系。
难点：电阻产生的原因。
1．电场与电路
(1)电流
①定义：物理学中把流过导体某一横截面积的电荷量 Q跟所用时间 t的比值 I叫做电流。
②定义式：I＝Q/t。
③单位：安培(A)
常用单位还有毫安(mA)和微安(μA)；换算关系：1 A＝1_000 mA＝106μA。
④电流的方向：电流的方向规定为正电荷定向移动的方向。电流虽然有方向，但该方向
不是空间方位，所以电流不是矢量，是标量。
⑤物理意义：反映电流强弱的物理量。
(2)电流的形成
不同导体中形成电流的自由电荷是不相同的。金属导体中的自由电荷是自由电子。电解
质溶液中的自由电荷是正、负离子。电离气体中的自由电荷是正、负离子和电子。电荷是在
电场力作用下发生定向移动形成电流。
预习交流 1
已知电子的电荷量为 e，氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为 r，速率为 v
的匀速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少？
答案：假想电子绕核运动的轨迹就是一个环形导体，在运动的轨迹上任取一截面，则在
一个周期内只有一个电子通过这个截面，由于电子电荷量题目已经给出，只要求出电子运动
的周期，就可以根据电流的定义求解。根据圆周运动的知识可知，电子运动的周期为
T＝2πr/v，
因此所求电流为 I＝e/T＝ev/2πr。
2．电路中的电压与电势降落
(1)沿电流方向上的任意两点间的电势差就是电压。
(2)沿电流方向电势是逐渐降低的。
3．电阻是怎样形成的
(1)在金属导体中，除了有大量的自由电子外，还有晶体结构点阵上的金属原子。我们
把失去一些核外电子的金属原子叫做原子实。
(2)金属导体中的自由电子，在电场力作用下做定向运动的过程中，自由电子与晶体点
阵上的原子实碰撞形成对电子定向运动的阻碍作用，是“电阻”产生的根本原因，也是电阻

元件在通电时发热的原因。
(3)纯金属电阻的阻值与温度间的关系：R＝R0(1＋αt)，式中 R 表示金属在 t_℃时的
电阻，R0表示金属在 0_℃时的电阻值，α叫做电阻的温度系数。
预习交流 2
一只“220 V,100 W”的灯泡工作时电阻为 484 Ω，拿一只同样的灯泡，用多用电表欧
姆挡测量它不工作时的电阻，两次电阻相等吗？
答案：由 R＝R0(1＋αt)可知：工作时电阻温度高，电阻较大。
一、电场中的电流
恒定电场中的电流有何特点？它又是如何定义的？电流的定义式是什么？
答案：恒定电场中电流的大小、方向都不随时间变化。物理学中把流过导体某一横截面
积的电荷量 Q跟所用时间 t的比值 I叫做电流，其定义式为 I＝
Q
t
。
在电解液中：
(1)若 5 s内沿相反方向通过面积为 0.5 m2的横截面的正负离子的电荷量均为 5 C，则电
解液中的电流为多大？
(2)若 5 s内到达阳极的负离子和到达阴极的正离子均为 5 C，则电流为多大？
答案：(1)2 A　(2)1 A
解析：(1)因 I＝
Q
t
中的 Q是时间 t内通过整个横截面的电荷量，并非通过单位面积的电
荷量，所以 0.5m2是干扰条件。又因正负离子沿相反方向定向移动形成的电流方向是相同的，
所以 Q应为正负离子电荷量绝对值之和，故 I＝
Q
t
＝
2 × 5
5
A＝2 A。
(2)根据电解液导电原理可知到达阳极的电荷只有负离子，5s内到达阳极的负离子的电
荷量也就是这段时间内电路中流过的电荷量，所以有 I＝
Q
t
＝
5
5
A＝1 A。
用 I＝
Q
t
计算时，先要选定横截面，弄清是一种电荷还是两种电荷定向移
动形成电流，从而确定 Q的大小是关键。在电解质溶液中，公式 I＝
Q
t
中的 Q是指正负离子
电荷量的绝对值之和。
二、电流的微观解释
试推导导体中电流 I的微观表达式 I＝nqSv。
答案：如图所示，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...