2022年高中物理 电源和电流学案 新人教版选修3-1

2022年高中物理 电源和电流学案 新人教版选修3-1 学习目标定位 1.了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场.2.理解电流的定义，知道电流的单位、方向的确定，会用公式qIt分析相关问题知识储备 1电场中两点间电势的差值叫这两点间的_，也叫电压在匀强电场中电势差和电场强度之间的关系为Ed(U).2正电荷在电场中受静电力作用会从_电势向_电势运动负电荷在电场中受静电力作用会由_电势向_电势运动课前自主预习 一、电源1带正、负电荷的导体通过导线放电只能形成瞬间的电流：如图1所示，当用导线连接带正、负电荷的导体A、B时，导线中的自由电子便会在静电力的作用下沿导线做定向移动，带负电的导体B_电子，带正电的导体A_电子，周围电场迅速减弱，两导体间的电势差很快消失，电流是_的图12电源能给电路提供持续的电流：在两个导体间加一个装置P，如图2所示，它能源源不断地把经导线流到A的电子取走，补充给B，使A、B始终保持一定数量的正、负电荷，A、B周围空间始终存在一定的_，A、B之间始终保持一定的_这样电路就始终保持持续的_，这种搬运电荷的装置P就是_图2二、恒定电场导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的_共同形成的尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，形成一种_平衡，这样_的分布是稳定的，形成的_也是稳定的，不随时间而改变，称为恒定电场三、恒定电流1恒定电流：由于恒定电场的作用，电路中的电流保持恒定我们把_都不随时间变化的电流称为恒定电流2电流：(1)定义：通过导体截面的_与通过这些电荷量所用_的比值，叫做电流强度，简称电流(2)公式表达：I，或写成电荷量的表达式：_.(3)单位：在国际单位制中是_，简称安，符号是A.更小的单位还有_ (mA)、_(A)，换算关系为：1 A103 mA106 A.课内探究 【问题一】 要点提炼1要使电路中保持持续的电流，电路两端之间要有一定的_2电源的作用：维持电路两端始终有一定的_，使电路中保持_【问题二】导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的这些电荷也在运动，电荷的分布却是稳定的，这是为什么？要点提炼 1由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为_2在恒定电场中，任何位置的电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与_相同在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中_【问题三】1什么样的电流被称为恒定电流？2我们用什么物理量来描述电流的强弱程度？要点提炼1我们把_都不随时间变化的电流称为恒定电流2_是描述电流强弱的物理量，其单位是_，电荷量q_.针对训练：在金属导体中，若10s内通过横截面的电量为10C，则导体中的电流为_；【问题四】在一段公路上，一排均匀间隔的汽车在一速度v=5m/s的速度行驶，每10m有3辆车，问你站在某个路边某个位置，看到的车流量是多少？（即单位时间内通过的车辆）在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B和C，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，每个电荷的电荷量为q，电荷的定向移动速率为v ，求导体AD电流。 请同学们看书本上的例题【问题五】一排均匀间隔的汽车在等绿灯，第一辆车和最后一辆车间隔是100m，汽车开动的时候速度为5m/s，“车流”是经过20s传到最后一辆车那里，还是？如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？ 课后巩固练习 （用时25分钟）1 （多）下列关于电源的说法正确的是 ( )A电源就是电压B电源的作用是使电源的正负极保持一定量的正、负电荷，维持一定的电势差C与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的D在电源内部正电荷由负极流向正极，负电荷由正极流向负极2.关于电流，下列说法正确的是 ( )A只要将导体置于电场中，导体中就有持续的电流B电源的作用是使电路中有持续的电流C导体中没有电流，就说明导体内部的电荷没有移动D导体中的电流是由电荷的定向移动形成的电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为（ ） A1 500个 B9.3751019个C9.3751021个 D9.3751020个3（多）关于电流的概念，下列说法正确的是()A通过导体横截面的电荷量越多，电流越大B电子定向移动的速率越大，电流越大C单位时间内通过导体某横截面的电荷量越多，导体中的电流越大D电流的传导速率越大，电流越大4.有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过乙横截面的电荷量是甲的2倍，下列说法中正确的是()A通过甲、乙两导体的电流相同B通过乙导体的电流是甲导体的2倍C乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍 D甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相同5.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()A0 B0.8 AC1.6 A D3.2 A6.电子的绕核运动可等效为环形电流若氢原子中的电子以速率v在半径为r的轨道上运动，用e表示电子的电荷量，则其等效电流等于多少？7.（选做）（多项）有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子定向移动的速率为v，则在t时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为()AnvtSBnvtC. D.练习校对结果：【教学后记】1金属导体中电流的形成金属导体中的自由电子，在导体两端没有加上电压时，只是做无规则的热运动。加上电压时，自由电子受到电场的作用，在无规则运动的基础上又加上一个定向的运动。自由电子的定向运动不是简单的匀速直线运动，而是在电场力作用下的加速运动，又由于频繁地跟金属正离吕碰撞使它向各个方面弹射回来，使得定向的加速运动遭到破坏，而电场力的作用使它再度变成定向运动，接着又会出现新的碰撞，如此反复。从大量自由电子运动的宏观效果来看，可以为它们以平均速率做定向运动。2金属导体中单位体积内的自由电子数金属导体中单位体积内的自由电子数可以着作跟单位体积内的原子数同一个数量级，即假设每个原子都能提供一个电子来充当自由电子。设金属的密度为 ，摩尔质量为M，阿佛加德罗常数为 ，那么，单位体积内的自由电子数n= N0。以铜为例：M=63.610-3kg/mot, =8.9103kg/m3,N0=6.021023mot-1,所以n= m-3=8.41028m-3.3金属导体中自由电子定向移动的平均速率设单位体积内的自由电子数为n，电子定向移动的平均速率为 ，每个电子带电量为e，导线横截面积为s，则时间t内通过导线横截面的电子数N= ，其总电量Q=Ne= ，根据I= 得I= ， = ，假设S=1.0mm2，I=1.0A，n=8.41028m-3，e=1.610-19，代入可得到 =7.410-5m/s。可见自由电子定向移动的平均速率是很小的。4金属导体中自由电子的热运动平均速率自由电子要在晶体的阵间做无规则的热运动，根据分子运动论，电子热运动为平均速率 = ，式中K是玻耳兹曼常数k=1.3810-23J/K，m是电子质量m=0.9110-30kg，T是热力学温度，设t=270C，即T=300K，代入得 = m/s=1.08105m/s。可见自由电子热运动的平均速率是很大的。5电流传播的速率等于光在其空中传播的速度， =3.0108m/s。由以上分析和计算可知金属导体中自由电子定向移动的平均速率是很小的，自由电子的热运动平均速率是很大的，而电流传播的速率更大。这三个速率之间没有什么关系，更谈不上相等。