第6讲 电源和电流、电动势 教案

第6 讲
讲
电源和电流、电动势
1

概述
适用学科 高中物理
适用年级
高中二年级
适用区域 人教版区域
课时时长（分钟） 120
知识点
1、了解电流、电压、电阻在串并联电路中的规律的； 2、学习和掌握欧姆定律的计算方式； 3、能够理解和设计改装电流表与电压表； 4、了解基本的逻辑电路的运行方式；
1、 理解电流、电压和电阻的概念 ；
2、 掌握电阻定律、明确串并联的特点 ；
教学目标
3、 能够设计多用电表测电路电压和电流 ；
4、 知道数字电路中三个基本的门电路；
1、学习使用多用电表；
教学重点
2、电阻定律；
教学难点 公式进行计算
【知识导图】
2

教学过程
一、导入
【教学建议】 导入有很多种方法，一般控制在十分钟左右为宜，可以采用各种形式，比如： 1、直接导入法。 2、复习以往知识：可以从已学、已知的入手，与今天的教学进行对比。 3、课前小测：可以针对学生学校近期讲授的内容进行出题（以简单题和中档题为主，以 10 分钟左右为宜） 进行测验，也可以针对基础知识进行复习提问，检查学生学校所学内容的掌握程度，进而展开教学。 4、以近年来发生的重大事件为题导入。既考查了学生从社会生活中获取信息的能力，又激发了学生的学习 兴趣，让学生马上进入学习状态等。 以上的导入方法只是建议，大家选择其中一种或两种进行交叉使用即可。
二、知识讲解
知识点 1 电流电压和电 1.阻电场与电流 （1）电流：(1)定义：流过导体某一横截面的电荷量 Q 跟所用时间 t 的比值 I 叫做电流．(2)公式：I＝Qt.(3)
单位：在国际单位制中是安培，简称安，符号是 A.(4)方向：通常规定正电荷定向移动的方向为电流的方向． （2）当金属导线与电源连接，构成闭合回路时，导体中就会产生电场，导体中的自由电子就在电场力的作 用下，发生定向移动，形成电流． 2.电路中的电压与电势降落 （1）沿着电流的方向电势逐渐降低，故沿电流方向上的任意两点间都有电势差，这就是电路中的电压． （2）电路中任意两点间的电势差(或电压)又叫电势降落． 3.电阻是怎么形成的 （1）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，这就是“电阻”产生的根本 原因，也是电阻元件在通电时发热的原因． （2）金属电阻与温度的关系：金属电阻随温度的升高而增大，其关系式为R=(R0+at)
3

知识点 2 探究电阻定律
1.探究影响导体电阻的因素
(1)在材料相同、粗细相同的情况下，导体的电阻与导体的长度成正比．
(2)在材料相同、长度相同的情况下，导体的电阻与导体的横截面积成反比．
(3)对于同种导体，材料电阻率相同，对于不同种导体，材料电阻率不同，说明导体的电阻与材料有关．
2.电阻定律
(1)内容：对同种材料的导体而言，导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积 S 成反比，即 R∝LS.
(2)公式：R＝ρ
L S.
(3)电阻率：ρ 反映了材料的导电性能，我们把它叫做材料的电阻率．
3.探究电阻的串联、并联和混联
（1）串联电路总电阻等于各部分电路电阻之和，即 R 总＝R1＋R2＋R3＋…. 1 111
（2）并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻倒数之和，即R总＝R1＋R2＋R3＋….
知识点 3 多用电表电路分析与设计
1.多用电表测电压电路 （1）．多用电表的表头是一个小量程的电流表，表头的内阻 Rg 为几百欧到几千欧，它的满偏电流 Ig(指针偏 转到最大刻度时的电流)为几微安到几十微安．当表头通过满偏电流时，加在它两端的电压叫做满偏电压 Ug. 由欧姆定律可知，它的满偏电压仅为几毫伏到几十毫伏． （2）利用串联电路的分压原理，将电流表串联一只适当阻值 的电阻 R，就可以改装成一定量程的电压表，若改装后的量程为 U，则分压电阻 R＝IUg－Rg. 2.多用电表测电流电路 利用并联电路的分流原理，将电流表并联一只适当阻值的电阻 R，就可以改装成一定量程的电流表，若改装 后的量程为 I，则分流电阻 R＝II－gRIg g.
4

知识点 4 逻辑电路与集成电路
1.与”门电路 （1）如果一个事件的几个条件都满足后，这个事件才能发生，我们把这种关系称为“与”逻辑关系．
（2）具有“与”逻辑关系的电路称为“与”门电路，简称“与”门．我们把“与”门电路表示为
，
符号“&”表示“和”、“与”，就是英文“and”的意思．
2.“或”门电路
（1）如果几个条件中，只要有一个条件得到满足，某事件就会发生，这种关系叫做“或”逻辑关系．
（2）具有“或”逻辑关系的电路叫做“或”门电路，简称“或”门．我们把“或”门电路表示为
，
符号“≥1”表示 A、B 输入数字之和必须大于或等于 1.
3.“非”门电路
（1）输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系，叫“非”逻辑关系．
（2）具有“非”逻辑关系的电路叫做“非”门电路．“非”门电路也称为反相器．我们把“非”门电路表
示为
.
4.集成电路
（1）集成电路是将二极管、三极管、电阻和电容等元件，按照电路结构的要求制作在一小块半导体材料上，
形成一个完整的、具有一定功能并经过封装而制成的电路．
（2）集成电路跟由分立元件组装的普通电路相比，具有重量轻、体积小、性能好和省电等多项明显优势.
三、例题精析
【教学建议】 此处内容主要用于教师课堂的精讲，每个题目结合试题本身、答案和解析部分，教师有的放矢的进行讲授 或与学生互动练习。
例题 1 【题干】根据 R＝ρ lS可以导出电阻率的表达式ρ ＝RlS，对温度一定的某种金属导线来说，它的电阻率
() A．跟导线的电阻 R 成正比 B．跟导线的横截面积 S 成正比
5

C．跟导线的长度 l 成反比 D．只由其材料的性质决定 【答案】D 【解析】对于某种金属导线来说，电阻率只由其材料的性质决定，而不是由 R、S、l 来决定，对比各选项 可知，A、B、C 错误，D 正确．
例题 2
【题干】我国已经于 2012 年 10 月 1 日起禁止销售 100 W 及以上的白炽灯，以后将逐步淘汰白炽灯．假设
某同学研究白炽灯得到某白炽灯的伏安特性曲线如图 4 所示．图象上 A 点与原点的连线与横轴成α 角，
A 点的切线与横轴成β 角，则
()
图4 A．白炽灯的电阻随电压的增大而减小 B．在 A 点，白炽灯的电阻可表示为 tan β C．在 A 点，白炽灯的电功率可表示为 U0I0 D．在 A 点，白炽灯的电阻可表示为UI00 【答案】CD 【解析】 白炽灯的电阻随电压的增大而增大，选项 A 错误；在 A 点，白炽灯的电阻可表示为UI00，或表 示为 tan α ，选项 B 错误，D 正确；在 A 点，白炽灯的电功率可表示为 U0I0，选项 C 正确．
例题 3
【题干】一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为 220 V 的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正
常工作．用电流表分别测得通过电饭煲的电流是 5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是 0.50 A，则下列
说法中正确的是
()
A．电饭煲的电阻为 44 Ω ，洗衣机电动机线圈的电阻为 440 Ω
B．电饭煲消耗的电功率为 1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为 155.5 W
C．1 min 内电饭煲消耗的电能为 6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为 6.6×103 J
6

D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的 10 倍 【答案】C 【解析】由于电饭煲是纯电阻元件，所以
R1＝IU1＝44 Ω ，P1＝UI1＝1 100 W 其在 1 min 内消耗的电能 W1＝UI1t＝6.6×104 J 洗衣机为非纯电阻元件，所以 R2≠IU2，P2＝UI2＝110 W 其在 1 min 内消耗的电能 W2＝UI2t＝6.6×103 J 其热功率 P 热≠P2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的 10 倍．
例题 4
【题干】来自质子源的质子(初速度为零)，经一加速电压为 800 kV 的直线加速器加速，形成电流强度为 1 mA 的细柱形质子流．已知质子电荷量 e＝1.60×10－19 C．这束质子流每秒打到靶上的质子个数为多少？假 定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距 L 和 4L 的两处，各取一段极 短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为 N1 和 N2，则 N1∶N2 等于多少？
【答案】6.25×1015 个 2∶1 【解析】质子流每秒打到靶上的质子数由 I＝nte可知nt＝Ie＝6.25×1015(个/秒)． 建立如图所示的“柱体微元”模型，设质子经过距质子源 L 和 4L 处时的速度分别为 v1、v2，在 L 和 4L 处作两个长为Δ L(极短)的柱体微元．因Δ L 极短，故 L 和 4L 处的两个柱体微元中的质子的速度可分别 视为 v1、v2.
q neSvt 对于这两个柱体微元，设单位体积内质子数分别为 n1 和 n2，由 I＝t＝ t ＝neSv 可知，I1＝n1eSv1， I2＝n2eSv2，作为串联电路，各处的电流相等． 所以 I1＝I2，故nn12＝vv21. 根据动能定理，分别有 eEL＝12mv21，eE·4L＝12mv22，可得vv21＝21，所以有nn12＝21，因此，两柱体微元中的质 子数之比NN12＝nn12＝21.
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四 、课堂运用
【教学建议】 在对课堂知识讲解完，把握了重点突破了难点以及练习精讲了之后，再用练习进行课堂检测，根据学生情 况建议分 3 个难度层次：易，中，难。
基础
1、 [2015·安徽高考] 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( )
A.m2ve2L
B.mv2eSn
C.ρ nev
D.ρSeLv
【答案】C
【解析】根据 E＝UL，U＝IR，I＝neSv，R＝ρ LS，得到 E＝nevρ ，选项 C 正确。
2、[2009·广东高考]导体的电阻是导体本身的一种性质，对于同种材料的导体，下列表述正确的是( )
A.横截面积一定，电阻与导体的长度成正比
B.长度一定，电阻与导体的横截面积成正比
C.电压一定，电阻与通过导体的电流成正比
D.电流一定，电阻与导体两端的电压成反比
【答案】A
l
U
【解析】根据 R＝ρ S知 A 对 B 错。R＝I是电阻的定义式，与 U 和 I 无关，C、D 错。
3、下面为一逻辑门电路的真值表，试判断这是一个什么类型的逻辑门电路( )
输入 M 0 1
输出 N 1 0
A．“与”门
B．“非”门
C．“或”门
D．“与非”门
【答案】B
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【解析】由该逻辑门电路的真值表可以看出输出端与输入端是相反的关系，故选 B.
巩固
1、 在示波管中，电子枪 2 s 发射了 6×1013 个电子，则示波管中电流的大小为( ) A．4.8×10－6 A B．3×10－13 A C．3×10－6 A D．9.6×10－6 A 【答案】A
【解析】电子枪 2 s 发射的电荷量 Q＝6×1013×1.6×10－19 C＝9.6×10－6 C，所以示波管中的电流大小为 I＝Qt＝9.6×2 10－6 A＝4.8×10－6 A，故 A 正确，B、C、D 错误． 2、电阻 R 和电动机 M 串联接到电路中，如图 6 所示，已知电阻 R 跟电动机线圈的电阻值相等，电键接通后，
电动机正常工作，设电阻 R 和电动机 M 两端的电压分别为 U1 和 U2，经过时间 t，电流通过电阻 R 做功为 W1，产生热量为 Q1，电流通过电动机做功为 W2，产生热量为 Q2，则有
()
图6
A．U1B．U1＝U2，Q1＝Q2
C．W1＝W2，Q1>Q2
D．W1【答案】A
【解析】电动机是非纯电阻元件，其两端电压 U2>IR＝U1，B 错；电流做的功 W1＝IU1t，W2＝IU2t，因此 W13、一个电流表的电阻 RA 为 0.18 Ω ，最大量程为 10 A，刻度盘分为 100 个刻度．现将其最大量程扩大为 100
A，需________联一个________Ω 的电阻，此时刻度盘每个刻度表示______A；新的电流表的内阻为________
Ω.
【答案】并 0.02 1 0.018 【解析】扩大电流表的量程，需要并联一个分流电阻，电路如图．
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分流电阻为 R＝II－ARIA A＝0.02 Ω ， 扩大后每个刻度表示电流值为：I0＝110000 A＝1 A， 扩大后电流表的内阻为 R 与 RA 的并联电阻： R 内＝RR＋RARA＝0.018 Ω .
拔高
1、 (2012·浙江理综·17)功率为 10 W 的发光二极管(LED 灯)的亮度与功率为 60 W 的白炽灯相当．根据国
家节能战略，2016 年前普通白炽灯应被淘汰．假设每户家庭有 2 只 60 W 的白炽灯，均用 10 W 的 LED
灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近
()
A．8×108 kW·h
B．8×1010 kW·h
C．8×1011 kW·h
D．8×1013 kW·h
【答案】B
【解析】按每户一天亮灯 5 小时计算，每户一年节省的电能为(2×60－2×10)×10－3
×5×365 kW·h＝182.5 kW·h，假设全国共有 4 亿户家庭，则全国一年节省的电能为
182.5×4×108 kW·h＝7.3×1010 kW·h，最接近于 B 选项，故选项 B 正确，选项 A、C、
D 错误．
2、电阻 R1、R2、R3 串联在电路中．已知 R1＝10 Ω 、R3＝5 Ω ，R1 两端的电压为 6 V，R2 两端的电压为 12 V， 则( ) A．电路中的电流为 0.6 A B．电阻 R2 的阻值为 20 Ω C．三只电阻两端的总电压为 21 V D．电阻 R3 两端的电压为 4 V 【答案】ABC
【解析】电路中电流 I＝UR11＝160 A＝0.6 A，A 对；R2 阻值为 R2＝UI2＝01.26 Ω ＝20 Ω ，B 对；三只电阻两端 的总电压 U＝I(R1＋R2＋R3)＝21 V，C 对；电阻 R3 两端的电压 U3＝IR3＝0.6×5 V＝3 V，D 错． 3、在如图所示的逻辑电路中，当 A 端输入电信号“1”、B 端输入电信号“0”时，则在 C 和 D 端输出的电信 号分别为( )
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A．1 和 0
B．0 和 1
C．1 和 1
D．0 和 0
【答案】C
【解析】B 端输入电信号“0”时，经过“非”门在 D 端输出电信号“1”，同时，该电信号与 A 端输入的
电信号“1”一起输入“与”门，则在 C 端输出电信号“1”．
课堂小结
【教学建议】 此处内容主要用于教师对本节课重点内容进行总结，一方面是对本节课的重点难点内容的回顾，更重要的 是针对这节课学生出现的问题再次进行复习提问等，以达到让学生课上掌握的目的，同时可以对下节课内 容进行简单的铺垫，以体现出本节课内容与下节课内容之间的关系。
拓展延伸
【教学建议】 教师根据学生掌握情况有针对性的进行课后作业的布置，掌握好的同学可以适当的布置难度大一些的作业， 成绩一般的同学可以以基础题和巩固题目为主，但是一定要控制作业的数量，给学生布置的作业一般不要 超过 5 题，这样学生才能保证做题的质量。
基础
1.下列说法中正确的是
()
A．由 R＝UI可知，电阻与电压、电流都有关系
B．由
R＝ρ
l S可知，电阻与导体的长度和横截面积都有关系
C．各种材料的电阻率都与温度有关，金属的电阻率随温度的升高而减小
D．所谓超导体，就是当其温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时，它的电阻率突然变为零
【答案】BD
【解析】R＝UI是电阻的定义式，R
与电压和电流无关，故
A
错误；而
R＝ρ
l S是电阻的决定式，横截面积一
定，电阻与导体的长度成正比，长度一定，电阻与导体的横截面积成反比，故 B 正确；电阻率都与温度有
关，金属的电阻率随温度的升高而增大，故 C 错误；当温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时，导体
的电阻率突然变为零的现象叫超导现象，此时的导体叫超导体，故 D 正确
11

2. 如图 2 所示是某导体的 I－U 图线，图中α ＝45°，下列说法正确的是
()
图2 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＝2 Ω C．I－U 图线的斜率表示电阻的倒数，所以 R＝cot 45°＝1.0 Ω D．在该导体两端加 6.0 V 电压时，每秒通过导体截面的电荷量是 3.0 C 【答案】 ABD 【解析】由题图可知，通过该导体的电流 I 与其两端电压 U 成正比，A 正确；导体电阻 R＝UI＝2 Ω ，对应 I －U 图线斜率的倒数，但 R≠cot 45°，B 正确，C 错误；当 U＝6.0 V 时，I＝UR＝3.0 A，故每秒通过该导 体截面的电荷量为 q＝It＝3.0 C，D 正确．
3.如图 5 所示为一未知电路，现测得两个端点 a、b 之间的电阻为 R，若在 a、b 之间加上电压 U，测得通过
电路的电流为 I，则该未知电路的电功率一定为
()
A．I2R C．UI
图5 U2 B. R D．UI－I2R
【答案】C 【解析】不管电路是否为纯电阻电路，电路的电功率一定为 P＝UI，选项 C 正确；只有电路为纯电阻电路时， 才有 P＝UI＝I2R＝UR2，故 A、B 错误；而 UI－I2R 为电能转化为除热能外其他形式能的功率，故 D 错误．
12

巩固
1.电位器是变阻器的一种．如图 1 所示，如果把电位器与灯泡串联起来，利用它改变灯泡的亮度，下列说
法正确的是
()
图1 A．串接 A、B 使滑动触头顺时针转动，灯泡变暗 B．串接 A、C 使滑动触头逆时针转动，灯泡变亮 C．串接 A、C 使滑动触头顺时针转动，灯泡变暗 D．串接 B、C 使滑动触头顺时针转动，灯泡变亮
【答案】AD 【解析】 根据电位器结构和连线可知：串接 A、B 使滑动触头顺时针转动时回路电阻增大，回路电流减小， 灯泡变暗，A 正确；同理，D 正确；串接 A、C 时，滑动触头不能改变回路电阻，灯泡亮度不变，故 B、C 错 误． 2.某一导体的伏安特性曲线如图 3 中 AB 段(曲线)所示，关于导体的电阻，以下说法正确的是
()
图3 A．B 点的电阻为 12 Ω B．B 点的电阻为 40 Ω C．导体的电阻因温度的影响改变了 1 Ω D．导体的电阻因温度的影响改变了 9 Ω 【答案】B 【解析】 根据电阻的定义式可以求出 A、B 两点的电阻分别为 RA＝03.1 Ω ＝30 Ω ，RB＝0.615 Ω ＝40 Ω ， 所以Δ R＝RB－RA＝10 Ω ，故 B 对，A、C、D 错．
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3.在研究微型电动机的性能时，应用如图 7 所示的实验电路进行实验．调节滑动变阻器 R 并控制电动机停 止转动时，电流表和电压表的示数分别为 0.50 A 和 2.0 V．重新调节 R 并使电动机恢复正常运转，此 时电流表和电压表的示数分别为 2.0 A 和 24.0 V．则这台电动机正常运转时输出功率为 ()
图7
A．32 W
B．44 W
C．47 W
D．48 W
【答案】A 【解析】当电动机停止转动时，此时电动机相当于一个纯电阻，所以由题中的两表读数，可以计算出电动
机的内阻为 r＝UI，代入数据得 r＝4 Ω ，重新调节 R 并使电动机恢复正常运转，根据题中的两表读数，计
算出电动机的输出功率为 P＝UI－I2r，代入数据得 P＝32 W，B、C、D 错误，A 正确．
拔高
1. 有甲、乙两个由同种金属材料制成的导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过导体横截面的
电荷量乙是甲的两倍，以下说法中正确的是
()
A．甲、乙两导体的电流相同
B．乙导体的电流是甲导体的两倍
C．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的两倍
D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等
【答案】B 2.如图 8 所示，一直流电动机与阻值 R＝9 Ω 的电阻串联在电源上，电源电动势 E＝30 V，内阻 r＝1 Ω ，
用理想电压表测出电动机两端电压 U＝10 V，已知电动机线圈电阻 RM＝1 Ω ，则下列说法中正确的是
()
A．通过电动机的电流为 10 A B．电动机的输入功率为 20 W C．电动机的热功率为 4 W
图8
14

D．电动机的输出功率为 16 W 【答案】B 【解析】 由 E＝30 V，电动机两端电压为 10 V 可得 R 和电源内阻上分担的电压为 20 V，则 I＝92＋01 A＝2 A，故 A 错误；电动机输入功率 P＝UI＝10 V×2 A＝20 W，故 B 正确；P 热＝I2RM＝4×1 W＝4 W，故 C 正确； P 输出＝P－P 热＝20 W－4 W＝16 W，故 D 正确． 3.如图 9 所示，A 为电解槽，M 为电动机，N 为电炉子，恒定电压 U＝12 V，电解槽内阻 rA＝2 Ω ，当 S1 闭
合，S2、S3 断开时， 示数为 6 A；当 S2 闭合，S1、S3 断开时， 示数为 5 A，且电动机输出功率为 35 W； 当 S3 闭合，S1、S2 断开时， 示数为 4 A．求：
图9 (1)电炉子的电阻及发热功率； (2)电动机的内阻； (3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少． 【答案】(1)2 Ω 72 W (2)1 Ω (3)16 W 【解析】(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得： R＝IU1＝162 Ω ＝2 Ω 其发热功率为：P＝UI1＝12×6 W＝72 W. (2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得： UI2＝I22rM＋P 输出 所以：rM＝UI2－I22P输出＝12×552－35 Ω ＝1 Ω . (3)电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律得： P 化＝UI3－I23rA 所以 P 化＝(12×4－42×2) W＝16 W.
15

……
教学反思
【教学建议】 1、对教学技能的反思：对基础知识的讲解是否透彻； 对重点、难点是否把握准确； 对学生的学习知识掌 握知识的状态是否了解等。 2、对教学目标的反思： 讲授的知识是否正确；语言是否规范简练 ； 书写是否工整（班组课板书设计是 否合理）； 教具的使用是否得当，实验操作是否熟练、规范等。 3、对教学方法和手段的反思：是否注重了学生的参与意识 ；班组课是否因“班”施教，课后因“人”施 教； 教学方式、手段是否多样化等。
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