2017-2018學(xué)年高中物理第二章恒定電流第1節(jié)電源和電流教學(xué)案新人教版選修3

1、第一節(jié)電源和電流另一方面，電源 944794949494949494949494949494949494949494949494949494949494949494949494949494949999999999999999991 .定義：電源是一種不斷將電子從正極傳輸?shù)截?fù)極的裝置。2 .作用(1)移送電荷，在電源的正、負(fù)之間維持一定的電位差。(2)保持電路有持續(xù)的電流。注意事項(xiàng)有了電源，不一定能得到持續(xù)的電流，要得到持續(xù)的電流，必須使兩個(gè)條件滿足云同步(1)電路有電源。(2)電路必須閉合，即必須用導(dǎo)體連接電源。判決一判1 .電源的作用是，通過(guò)在電源內(nèi)部將電子從正極不斷地傳輸?shù)截?fù)極，從而在兩極

2、之間保持穩(wěn)定的電位差()2 .只要電路有電源，電路中一定有電流()3 .電源也實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電氣設(shè)備()二、恒定電流 9447949494949494949494949494949494949494949494949494949494949491 .恒定電場(chǎng)(1)定義：由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生的穩(wěn)定電場(chǎng)。(2)形成：引線內(nèi)的電場(chǎng)由電源、引線等電路元件中積蓄的電荷共同形成。(3)特征：引線內(nèi)的電場(chǎng)線與引線平行，電荷分布穩(wěn)定，引線內(nèi)的電場(chǎng)是沿著引線切線方向的恒定電場(chǎng)。(4)恒電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的關(guān)系：恒電場(chǎng)中，任何位置的電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化，因此其基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同，靜電場(chǎng)學(xué)到的電位、電位差以及

3、與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系在恒電場(chǎng)中也同樣適用。2 .電流(1)概念：電荷的取向移動(dòng)形成電流。(2)物理意義：表示電流強(qiáng)弱程度的物理量。(3)符號(hào)及單位：電流用符號(hào)I表示，單位為安培，符號(hào)為a。 常用單位有毫安(mA )和微安(A )，1 A=103 mA=106 A。(4)表達(dá)式： I=q/t(q是時(shí)間t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體的某個(gè)橫截面的電荷量)。(5)方向：將正電荷取向移動(dòng)的方向設(shè)為電流方向。3 .恒定電流(1)概念：大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流。(2)形成：恒定電場(chǎng)增加自由電荷率，自由電荷與導(dǎo)體內(nèi)不能移動(dòng)的粒子碰撞，減少自由電荷率，最終平均速率不變。說(shuō)明理解電流概念注意的幾個(gè)要點(diǎn)在(1)式I=中，q是通過(guò)

4、導(dǎo)體的橫截面的電荷量，不是導(dǎo)體單位橫截面積的電荷量。(2)在導(dǎo)體上正電荷、負(fù)電荷向與云同步相反的方向移動(dòng)形成電流時(shí)，式中的q是通過(guò)導(dǎo)體橫截面的正負(fù)兩種電荷電荷量的絕對(duì)值之和。(3)橫截面的選擇是任意的，電流的大小與橫截面無(wú)關(guān)。(4)電流的方向規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向，與負(fù)電荷移動(dòng)的方向相反。 在電源外部的電路中，電流的方向從電源的正極流向負(fù)極，在電源的內(nèi)部，電流的方向從電源的負(fù)極流向正極。 電流有大小和方向，但電流是標(biāo)量而不是矢量。 因此，電流的合成不遵循平行四邊形的規(guī)律。判決一判1 .通電后，外部電路中的電場(chǎng)成為恒定電場(chǎng)，通過(guò)電場(chǎng)力，電荷產(chǎn)生均勻的加速運(yùn)動(dòng)()從2.i=可知，在具有導(dǎo)體的截面中流

5、動(dòng)的電荷量越大，電流越大()3 .粗細(xì)不均的通電導(dǎo)線，電流在任何地方都相等，越粗的位置單位體積的自由電荷數(shù)越少()1 .電源的作用(1)從電荷傳輸?shù)挠^點(diǎn)來(lái)看，電源的作用是使電路中的自由電荷持續(xù)取向移動(dòng)。(2)從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)看，電荷的輸送過(guò)程是將電源內(nèi)部?jī)?chǔ)存的其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程。2 .形成電流的3種電荷形成電流的3種電荷是自由電子、正絡(luò)離子和還原離子，其中金屬導(dǎo)體導(dǎo)電時(shí)移動(dòng)的電荷是自由電子，液體導(dǎo)電時(shí)移動(dòng)的電荷是正絡(luò)離子和還原離子，瓦斯氣體導(dǎo)電時(shí)移動(dòng)的電荷是自由電子、正絡(luò)離子和還原離子。典型例題關(guān)于以下電源的說(shuō)法正確的是()a .電源的作用是在電源內(nèi)部將電子從負(fù)極輸送到正極，在兩

6、極之間保持電壓b .電源分離正、負(fù)電荷的過(guò)程是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)能量的過(guò)程c .電荷的移動(dòng)形成電流d .只要電路有電源，電路就有持續(xù)的電流通過(guò)解析在電源內(nèi)部，電源將電子從正極輸送到負(fù)極的過(guò)程必須克服靜電力進(jìn)行工作。 由于其他形式的能量可以轉(zhuǎn)換為電勢(shì)能量，選擇項(xiàng)a錯(cuò)誤，選擇項(xiàng)b正確的電荷取向移動(dòng)形成電流，選擇項(xiàng)c錯(cuò)誤的電路形成持續(xù)電流，有電源和電路，必須關(guān)閉，兩者不可缺少，因此選擇答案b立即鞏固1.復(fù)數(shù)回答關(guān)于電源，以下說(shuō)法正確的是()a .電源是把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量的裝置b .電源是從正極經(jīng)由電源內(nèi)部向負(fù)極輸送電子的裝置c .電源的作用是在導(dǎo)線上形成靜電場(chǎng)d .電源的作用是在導(dǎo)線

7、的兩端維持一定的電壓分析：選擇BD電源是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置，a錯(cuò)誤電源的作用是將電子從正極輸送到負(fù)極，在導(dǎo)體的兩端維持一定的電壓，b、d是正確的，c是錯(cuò)誤的。1 .金屬導(dǎo)體中電流的修正算法金屬導(dǎo)體中的自由電荷只有自由電子，如果利用I=進(jìn)行修正，q是某一時(shí)間內(nèi)通過(guò)金屬導(dǎo)體橫截面的自由電子的電荷量。2 .電解液中電流的修正電解液中的自由電荷為正、負(fù)絡(luò)離子，用I=進(jìn)行訂正，q應(yīng)該是同一時(shí)間內(nèi)正、負(fù)兩種絡(luò)離子通過(guò)橫截面的電荷量的絕對(duì)值之和。3 .環(huán)電流的校正算法從等效的觀點(diǎn)分析了環(huán)電流的修正算法。 所謂等效電流，是指將電子周期性地通過(guò)圓周上的各處而形成的電流視為不斷地通過(guò)圓周上的各處時(shí)形

8、成的電流。對(duì)于周期性運(yùn)動(dòng)的電荷，總是取一個(gè)周期來(lái)校正等效電流。 用I=求等效電流。典型例題例2 .在某個(gè)電解單元中，當(dāng)通過(guò)2 s內(nèi)分別有1.01019個(gè)2價(jià)正絡(luò)離子和2.01019個(gè)1價(jià)負(fù)絡(luò)離子的橫截面時(shí)，通過(guò)該橫截面的電流為()a.0 b.0.8安培.1. 6安培.3. 2安培解析電荷的取向移動(dòng)形成電流，但正、負(fù)電荷向云同步的反方向取向移動(dòng)時(shí)，通過(guò)某個(gè)斷面的電荷量應(yīng)該是兩者的絕對(duì)值之和。 因此，如可以從主題中看到的那樣，電流由正、負(fù)絡(luò)離子的取向運(yùn)動(dòng)形成，在2 s內(nèi)，通過(guò)橫截面的總電荷量為q=1.610-1921.01019 c 1.610-1912.01019 c=6.4c，由電流的定義式可

9、知： I=。答案d評(píng)價(jià)電流的大小與單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量相等，由正電荷的取向移動(dòng)產(chǎn)生的電流與由負(fù)電荷的取向移動(dòng)產(chǎn)生的電流等價(jià)，但由負(fù)電荷的取向移動(dòng)產(chǎn)生的電流的方向與負(fù)電荷的取向移動(dòng)的方向相反。立即鞏固2 .硫酸銅電解池的橫截面積為2 m2，如果0.04 s內(nèi)通過(guò)同一橫截面的銅絡(luò)離子和硫酸絡(luò)離子分別為5.6251018個(gè)和4.7351018個(gè)，那么，電解池中的電流方向是多少？解析：電解池中的電流是銅絡(luò)離子和硫酸絡(luò)離子分別向相反方向移動(dòng)形成的。 因此，電流的方向與銅絡(luò)離子的方向移動(dòng)的方向相同。 銅絡(luò)離子和硫酸絡(luò)離子都是2價(jià)的絡(luò)離子，各絡(luò)離子的電荷量為q1=q2=21.610-19 C。我

10、是a-83 a。方向與銅絡(luò)離子的取向移動(dòng)方向相同。答： 83 A的方向與銅絡(luò)離子的取向移動(dòng)方向相同1 .推導(dǎo)過(guò)程如圖所示，AB表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體，在兩端施加一定的電壓，設(shè)導(dǎo)體中的自由電荷向?qū)w方向移動(dòng)的速度為v，導(dǎo)體的長(zhǎng)度為l，截面積為s，導(dǎo)體的每單位體積的自由電荷數(shù)為n，每自由電荷的電荷量為q導(dǎo)體AB中的自由電荷總數(shù)N=nLS總電荷量Q=Nq=nLSq所有這些個(gè)電荷通過(guò)橫截面所需的時(shí)間t=導(dǎo)體AB上的電流是I=nqSv。2 .結(jié)論：電流的微觀表達(dá)式為I=nqSv。3.I=nqSv和I=的區(qū)別I=nqSv是電流的決定式，即，電流的量值由n、q、s、v共同確定，其中q為單一自由電荷的電荷量。

11、 另一方面，I=電流的定義式，其中q是通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量(不通過(guò)單位橫截面積的電荷量)。4.3個(gè)速度(1)電流的傳導(dǎo)速度等于光速，為3108 m/s。(2)電子取向移動(dòng)速度，其大小與電流相關(guān)，約為10-5 m/s。(3)電子熱運(yùn)動(dòng)速度，其大小與溫度有關(guān)，約為105 m/s。注意事項(xiàng)電流的形成是，電子在速度大的不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)上附加速度小的定向移動(dòng)，電路閉合時(shí)，瞬間在系統(tǒng)上形成電場(chǎng)，導(dǎo)體中的所有自由電荷通過(guò)電場(chǎng)力向云同步定向移動(dòng)，電荷并不是瞬間從電源向電氣設(shè)備移動(dòng)。典型例題例3.多個(gè)選擇截面積為s的導(dǎo)線中流過(guò)電流I。 已知每單位體積的合十禮層有n個(gè)自由電子，設(shè)各個(gè)自由電子的電荷量為e，自由電子

12、的方向移動(dòng)的速度為v，則在時(shí)間t通過(guò)合十禮層截面的電子的數(shù)量為()日本航空母艦。分析電荷量q=It，每單位體積的電子數(shù)是已知的，如果求出t時(shí)間內(nèi)多少體積的電子通過(guò)截面，就可以求出電子數(shù)。 由電流的定義式可知，通過(guò)t內(nèi)的導(dǎo)線截面的電荷量q=It，通過(guò)該時(shí)間內(nèi)的自由電子數(shù)是N=q/e=It/e。 由于自由電子的方向移動(dòng)的速度是v，所以在時(shí)間t內(nèi)以截面s為底的長(zhǎng)度l=vt的位于該引線內(nèi)的自由電子能夠通過(guò)截面。 因?yàn)樵撘€的體積V=Sl=Svt是通過(guò)t內(nèi)的截面s的自由電子數(shù)N=nV=nSvt，所以a、c是正確的?；卮鸾涣魇褂帽磉_(dá)式I=nqSv進(jìn)行修正時(shí)，請(qǐng)注意以下事項(xiàng)(1)每個(gè)物理量應(yīng)為國(guó)際單位。(2

13、)正確理解各符號(hào)的含義，特別是n表示導(dǎo)體中的每單位體積的自由電荷數(shù)，v表示自由電荷取向移動(dòng)速度的大小。(3)假設(shè)已知的每單位長(zhǎng)度的自由電荷數(shù)為n，則電流的微觀表現(xiàn)式為I=nqv。立即鞏固3 .銅的相對(duì)原子質(zhì)量為m，密度為，每1摩爾銅原子有n個(gè)自由電子。 現(xiàn)在有1根橫截面積為s的銅線，通過(guò)的電流為I時(shí)，電子的取向移動(dòng)的平均速率為()a .光速c B. C. D。解析：選擇d假定電子的取向移動(dòng)的平均速率為v，在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)相當(dāng)于體積vtS中的自由電子數(shù)，體積vtS的銅的質(zhì)量為vtS，物質(zhì)的量為，因此電荷量q=，因此電流I=成為，v=。關(guān)于多選擇電流的概念，以下說(shuō)明中正確的是(

14、)a .導(dǎo)體有電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)電流就流動(dòng)b .電流是矢量，其方向是正電荷的定向運(yùn)動(dòng)的方向c .在國(guó)際單位制中，電流是基本物理量，其單位安培是基本單位d .關(guān)于導(dǎo)體，其兩端電位差為零，電流也為零解析：所選的CD導(dǎo)體中有大量的自由電子，經(jīng)常進(jìn)行不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有方向性運(yùn)動(dòng)，一定時(shí)間t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體的斷面的電荷是雙向的，其數(shù)值相等，電流為零，因此a是錯(cuò)誤的。 電流是一個(gè)標(biāo)量，其運(yùn)算不符合矢量算法，為了便于研究電流，人們將正電荷的取向運(yùn)動(dòng)方向定義為電流方向，為了區(qū)別負(fù)電荷的取向運(yùn)動(dòng)，b是錯(cuò)誤的。 由于國(guó)際單位制有7個(gè)基本量，電流是其中之一，對(duì)于c正確的導(dǎo)體，其兩端的電位差為零時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)沒(méi)有電場(chǎng)，自由電子不能定向

15、運(yùn)動(dòng)，因此電流為零，d正確。2.多重選擇關(guān)于電流的方向，以下說(shuō)法正確的是()a .在被供給電源的外部電路中，電流的方向從高電位側(cè)向低電位側(cè)流動(dòng)b .電源內(nèi)部、電流的方向從高電位側(cè)向低電位側(cè)流動(dòng)c .電子運(yùn)動(dòng)的等效電流方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相同d .電容器充電時(shí)，從負(fù)極板流出電流，流入正極板分析：選擇AD電源的外部電路中，電流從電源的正極流向負(fù)極，在電源的內(nèi)部，電流從負(fù)極流向正極，由于電源的正極電位比負(fù)極電位高，所以a正確，b錯(cuò)誤的電子帶負(fù)電，電子運(yùn)動(dòng)的電流方向與電子運(yùn)動(dòng)的方向相反，c錯(cuò)誤的電容器被充電3 .關(guān)于導(dǎo)線中的電場(chǎng)，以下說(shuō)法正確的是()a .導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線可以與導(dǎo)線相交b .導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)e是電源電場(chǎng)E0和在導(dǎo)線側(cè)面積蓄電荷而形成的電場(chǎng)e重疊的結(jié)果c .由于在引線側(cè)面堆積的電荷分布穩(wěn)定，所以引線處于靜電平衡狀態(tài)d .導(dǎo)線中的電場(chǎng)是靜電場(chǎng)的一種解析：由于所選擇b引線內(nèi)的電場(chǎng)與引線平行，所以a錯(cuò)誤的引線中的電場(chǎng)是電源電場(chǎng)和在引線側(cè)面堆積電荷而形成的電場(chǎng)重合的電場(chǎng)，因此b對(duì)導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)不為零，不是靜電平衡狀態(tài)，導(dǎo)線中的電場(chǎng)是恒定電場(chǎng)，不是靜電電場(chǎng)的一種關(guān)于電流的方向，以下說(shuō)法正確的是()a .在金屬導(dǎo)體中，電流的方向是自由電子進(jìn)行方向轉(zhuǎn)換的方向b .在電解液中，電流的方向是負(fù)絡(luò)離子的取向移動(dòng)