2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十一章電路及其應(yīng)用第1節(jié)電源和電流學(xué)案新人教版必修3

PAGE6-電源和電流【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解形成電流的條件，知道電源的作用和導(dǎo)體中的恒定電場。2．理解電流的定義和定義式，知道電流的單位和方向的規(guī)定。3．知道恒定電流的概念。【思維脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·落實新知學(xué)問點1電源1．定義：如圖所示，能把__電子__從A搬運到B的裝置。其中A、B為電源的兩個__電極__。2．作用：使電路中的電流能夠__持續(xù)__存在。學(xué)問點2恒定電流1．恒定電場：穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的__穩(wěn)定__的電場。2．自由電荷定向運動的平均速率特點：在恒定電場的作用下，自由電荷__定向__運動，在運動中與導(dǎo)體內(nèi)不動的粒子不斷__碰撞__，阻礙了自由電荷的定向運動，結(jié)果是大量自由電荷定向運動的平均速率不隨__時間__改變。3．定義：大小、方向都不隨__時間__改變的電流。4．電流(1)物理意義：描述電流__強弱程度__的物理量。(2)表達式：I＝eq\f(q,t)。(3)方向規(guī)定：把__正電荷__定向移動的方向規(guī)定為電流的方向。(4)單位：在國際單位制中，電流的單位是__安培__，簡稱__安__，符號是A，常用的電流單位還有：毫安(mA)和微安(μA)，它們與安培的關(guān)系是：1mA＝10－3A、1μA＝10－6預(yù)習(xí)自測『判一判』(1)電源能把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。(√)(2)必需有電源，自由電荷才能在電路中移動。(×)(3)恒定電場就是勻強電場。(×)(4)恒定電場形成后電路中的電荷不再發(fā)生移動。(×)(5)因為電流有大小又有方向，所以電流是矢量。(×)(6)通過導(dǎo)體截面的電荷量越多，電流越大。(×)(7)電流的方向與電荷定向移動的方向相同。(×)『選一選』(2024·浙江省紹興市高級中學(xué)高一下學(xué)期檢測)如圖所示是通有恒定電流的某段導(dǎo)體。在5s內(nèi)有10C的負電荷向右通過橫截面A，則導(dǎo)體內(nèi)電流的大小和方向分別是(B)A．2A、向右 B．2A、向左C．50A、向右 D．50A、向左解析：依據(jù)電流的定義式I＝eq\f(q,t)，可得電流的大小為：I＝eq\f(10,5)A＝2A，電流方向向左。故選B。『想一想』雷鳴電閃時，強大的電流使天空發(fā)出刺眼的閃光，但持續(xù)極短的時間，而手電筒的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光。這是為什么？提示：雷電是云層間或云層與地之間的電壓達到肯定值時將空氣擊穿所產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，所形成的電流是瞬時電流。手電筒中因為電源的作用，小燈泡中有持續(xù)電流故持續(xù)發(fā)光。課內(nèi)互動探究細研深究·破疑解難探究對電流的理解┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示，電路接通時燈泡發(fā)光，在電路中形成電流，請思索：在電路中產(chǎn)生持續(xù)電流應(yīng)具備什么條件？提示：電路中有電源且電路閉合。┃┃要點提煉__■1．電源(1)電源的定義：電源是不斷把電子從正極搬運到負極從而維持正、負極之間存在肯定電勢差的裝置。(2)電源的作用：從電荷移動的角度看，電源的作用就是移送電荷，能把電子從電源正極搬運到電源負極，保持電源正、負極間有肯定的電壓，使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流。2．電流的形成：(1)形成緣由：電荷的定向移動。(2)形成條件：導(dǎo)體兩端有電壓。(3)電路中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件：電路中有電源且電路閉合。3．電流的方向規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，則負電荷定向移動的方向與電流的方向相反，金屬導(dǎo)體中自由移動的電荷是自由電子，故電流的方向與自由電子定向移動的方向相反。┃┃典例剖析__■典例1關(guān)于電流，下列敘述正確的是(B)A．只要將導(dǎo)體置于電場中，導(dǎo)體內(nèi)就有持續(xù)電流B．電源的作用可以使電路中有持續(xù)電流C．導(dǎo)體內(nèi)沒有電流時，就說明導(dǎo)體內(nèi)部的電荷沒有移動D．只要將電源連接到物體兩端，物體中就會有電流思路引導(dǎo)：深化理解電源的作用和電流形成的條件是處理該類問題的關(guān)鍵。解析：導(dǎo)體置于電場中，達到靜電平衡后沒有電流，故A項錯誤；導(dǎo)體兩端存在持續(xù)的電壓，導(dǎo)體中才有持續(xù)的電流，電源能供應(yīng)持續(xù)的電壓，可以使電路中有持續(xù)電流，故B項正確；導(dǎo)體中沒有電流時，電荷在做無規(guī)則的熱運動，沒有定向移動，故C項錯誤；將電源連接到絕緣物體兩端，物體中不會有電流，故D項錯誤。┃┃對點訓(xùn)練__■1．(2024·廣東佛山一中月考)(多選)下列關(guān)于電流的說法正確的是(AD)A．電荷的定向移動形成電流B．金屬導(dǎo)體中電流方向是自由電子移動的方向C．電流既有大小又有方向，所以電流是矢量D．由I＝eq\f(q,t)可知，電流越大，單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量就越多解析：電荷的定向移動形成電流，物理學(xué)上規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，金屬導(dǎo)體中自由電荷是自由電子，電流的方向是自由電子移動的反方向，故A正確，B錯誤；電流既有大小又有方向，但電流不是矢量，是標(biāo)量，因為電流的運算遵守代數(shù)加減法則，而不是平行四邊形定則，故C錯誤；由I＝eq\f(q,t)可知，電流的大小等于單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，所以電流越大，單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量就越多，故D正確。探究電流大小的計算┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示，在裝有導(dǎo)電液體的細管中，有正、負兩種電荷向相反的方向運動，在時間t內(nèi)通過細管某截面的正電荷為q1，通過此截面的負電荷為q2。你能確定通過導(dǎo)電液體中電流的大小和方向嗎？提示：I＝eq\f(|q1|＋|q2|,t)方向向右┃┃要點提煉__■1．金屬導(dǎo)體中電流的計算金屬導(dǎo)體中的自由電荷只有自由電子，運用I＝eq\f(q,t)計算時，q是某一時間內(nèi)通過金屬導(dǎo)體橫截面的自由電子的電荷量。2．電解液中電流的計算電解液中的自由電荷是正、負離子，運用I＝eq\f(q,t)計算時，q應(yīng)是同一時間內(nèi)正、負兩種離子通過橫截面的電荷量的肯定值之和。3．環(huán)形電流的計算環(huán)形電流的計算采納等效電流的觀點分析。所謂等效電流，就是把電荷周期性地通過圓周上各處形成的電流看成持續(xù)不斷地通過圓周上各處時所形成的電流。對周期性運動的電荷，常取一個周期來計算等效電流。利用I＝eq\f(q,t)＝eq\f(q,T)，求等效電流。┃┃典例剖析__■典例2(2024·上海市金山中學(xué)高二上學(xué)期期中)某電解池中，假如在1s內(nèi)共有5×1018個二價正離子和1×1019個一價負離子通過面積為0.1m2的某截面，那么通過這個截面的電流是(D)A．0 B．0.8AC．1.6A D．3.2A思路引導(dǎo)：電解液中正、負離子定向移動的方向雖然相反，但正、負離子定向移動形成的電流方向是相同的，應(yīng)用I＝eq\f(q,t)時，q為正電荷總電荷量和負電荷總電荷量的肯定值之和。解析：由題，1s內(nèi)通過截面正離子的電量為q1＝2n1e，負離子的電量肯定值為q2＝n2e，則電流為I＝eq\f(q1＋q2,t)＝eq\f(2n1＋n2e,t)，將n1＝5×1018個，n2＝1×1019個，e＝1.6×10－19C，t＝1s代入解得，I＝3.2A。故選D。┃┃對點訓(xùn)練__■2．我國北京正、負電子對撞機的儲存環(huán)是周長為240m的近似圓形軌道，電子電荷量e＝1.6×10－19C，在整個環(huán)中運行的電子數(shù)目為5×1011個，設(shè)電子的運行速度是3×10A．10mAB．1mAC．0.1mAD．0.01mA解析：電子運動一周的時間為T＝eq\f(l,v)，在T時間內(nèi)通過隨意橫截面的電荷量為：q＝ne，電流為：I＝eq\f(q,T)＝eq\f(nev,l)＝eq\f(5×1011×1.6×10－19×3×107,240)A＝10mA。核心素養(yǎng)提升以題說法·啟智培優(yōu)電流的微觀說明1．建立模型如圖所示，AB表示粗細勻稱的一段導(dǎo)體，兩端加肯定的電壓，導(dǎo)體中的自由電子沿導(dǎo)體定向移動的速率為v，設(shè)導(dǎo)體的長度為L，橫截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，每個自由電子的電荷量為e。2．理論推導(dǎo)導(dǎo)體AB中的自由電子總數(shù)：N＝nLS總電荷量：q＝Ne＝nLSe全部這些電子都通過橫截面所須要的時間：t＝eq\f(L,v)導(dǎo)體AB中電流為I＝eq\f(q,t)＝eq\f(nLSe,\f(L,v))＝neSv。3．結(jié)論由此可見，從微觀上看，電流的大小不僅取決于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)、每個自由電子的電荷量，定向移動速率的大小，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)。案例(2024·廣東省臺山市華八僑中學(xué)高二上學(xué)期期中)橫截面積為S的導(dǎo)線中通有電流I，已知導(dǎo)線每單位體積中有n個自由電子，每個自由電子的電荷量是e，自由電子定向移動的速率是v，則在時間Δt內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是(AC)A．nSvΔt B．nvΔtC.eq\f(IΔt,e) D.eq\f(IΔt,Se)思路引導(dǎo)：在Δt時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電子數(shù)為體積SvΔt中的自由電子數(shù)，或由電流的定義式I＝eq\f(q,t)，求出Δt時間內(nèi)通過的電荷量也可以求出電子數(shù)。