高中物理 第二章 恒定电流 第一节 电源和电流课堂探究学案 新人教版选修3-1

第一节 电源和电流课堂探究探究一 对电流的理解问题导引人走夜路时经常用手电筒来照明，请思考：（1）若没有安装电池，合上电门，手电筒发光吗？（2）电路中存在持续电流的条件是什么？提示：（1）没有电池，手电筒不会发光；（2）要有持续的电流，必须要有电源提供电压名师精讲1电流的形成（1）产生电流的条件：导体两端存在电压（2）形成持续电流的条件：导体两端持续电压2电流的方向（1）规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，负电荷定向移动的方向与电流的方向相反（2）金属导体中自由移动的电荷是自由电子，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反3电流是标量：电流虽然有方向，但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量，是标量4电流的大小（1）定义式：，用该式计算出的电流是时间t内的平均值对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等（2）两点说明：电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用求电流时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和qIt是的变形，是求电荷量的重要公式其中I是电流在时间t内的平均值特别提醒 （1）公式中q是时间t内通过某横截面的电荷量，不是单位横截面的电荷量（2）用公式计算电流大小时，只需代入电荷量的绝对值，且q要与时间t相对应【例1】某电解池中，若在2 s内各有1.01019个二价正离子和2.01019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是（）A0B0.8 A C1.6 A D3.2 A点拨：电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，而正电荷的定向移动形成电流与负电荷定向移动形成电流是等效的解析：电荷的定向移动形成电流，但正、负电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和故由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2 s内通过截面的总电荷量应为q1.6101921.01019 C1.6101912.01019 C6.4 C.根据电流的定义式得A3.2 A.答案：D题后反思 正确理解电流的形成，当正、负电荷都参与定向移动时，正、负电荷对电流的形成都有贡献触类旁通 在例1中，如果在2 s内到达阳极的负离子和到达阴极的正离子的电荷量都是3.2 C，那么电解池中的电流又是多大？解析：到达阴极的3.2 C的负离子，可理解为有1.6 C的负离子由阴极到达阳极，同时又有1.6 C的正离子由阳极到达了阴极，故电解池的电流为A1.6 A.答案：1.6 A探究二 电流的微观表达式问题导引自由电荷在金属导体中做定向移动形成电流，那么电流的强弱与自由电荷做定向移动的快慢是否有关呢？请思考以下问题：（1）金属导体中自由电子的定向移动速率与电流的传导速率相同吗？（2）金属导体中电流强弱与自由电子的运动速率有关吗？提示：自由电子的定向移动速率与电流的传导速率不是一回事，电流的传导速率等于光速；自由电子的定向移动速率越大，电流就越大名师精讲1建立模型：如图所示，AD表示粗细均匀的一段导体，长为l，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电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q.2理论推导：导体AD中的自由电荷总数：NnlS.总电荷量QNqnlSq.所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间.根据公式qIt可得：导体AD中的电流.3结论：由此可见，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关特别提醒 使用公式InqSv讨论问题时，要注意以下两点：（1）要正确理解式中各物理量的意义，各个物理量都要用国际单位（2）由该式不难理解，导体横截面积大的位置，电荷运动速率较慢4两个公式的比较Iq/tInqSv公式性质定义式决定式电流的意义时间t内的平均电流某时刻的瞬时电流描述的角度大量电荷定向移动的宏观表现形成电流的微观实质联系由Iq/t可导出InqSv【例2】 （多选）截面积为S的导线中通有电流I.已知导线每单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量是e，自由电子定向移动的速率是v，则在时间t内通过导线横截面的电子数是（）AnSvt Bnvt C. D.点拨：电子数等于总电荷量除以每个电子的电荷量，只要求出通过导线截面的电荷量，即可求出电子数解析：电荷量qIt，单位体积内的电子数已知，要求出t时间内有多少电子通过截面，才能求出电子数（1）根据电流的定义式可知，在t内通过导线截面的电荷量qIt.所以在这段时间内通过导线横截面的自由电子数为，选项C正确（2）自由电子定向移动的速率是v，因此在时间t内，位于以截面S为底、长lvt的这段导线内的自由电子都能通过截面这段导线的体积VSlSvt，所以t内通过截面S的自由电子数为NnVnSvt，选项A正确答案：AC题后反思 本题主要考查电流的定义式和微观表达式的应用求解此题的关键是对电流的本质要有正确的理解，依据电流的宏观和微观表达式，灵活运用解题触类旁通 在例2中，如果导线上均匀带有负电荷，每米电荷量为q，当此导线沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于导线运动而形成的等效电流大小为（）AvqB.CqvSD.解析：在运动方向上假设有一截面，则在t时间内通过截面的电荷量为Qvtq，等效电流，故A正确答案：A4