21电源和电流学案

2.1电源和电流导学案一、学习目标：1. 让学生明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立2. 知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量一-电流3. 从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。二、学习重点理解电源的形成过程及电流的产生三、学习难点电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念四、教学过程（一）知识准备1、静电场的相关知识2、电流的相关知识导学一：电源分别带正、负电荷的 A、B两个导体，若用导线 R连接，导线 R中可能存在一个电流.若要保持持续的电流，A、B间需维持着一定的.能使A、B间维持一定的电势差的装置称为导学二：恒定电流1. 达到稳定状态时，导线内的电场是由、等电路元件所积累的电荷共同形成的.电荷的分布是 的，电场的分布也是的且导线内的电场线保持和导线2. 由稳定分布的 所产生的稳定的，称为恒定电场.静电场中的电势、电势差及其与电场强度的关系等在恒定电场中适用.3. 我们把都不随时间变化的电流称为恒定电流4. I表示电流、q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量，它们间的关系式为：.答案：瞬时电势差电源1 .电源导线稳定稳定平行2. 电荷电场同样3. 大小、方向4. q = It（二）新课教学一、电源1、导体中的自由电荷在电场力作用下发生 形成电流注意：金属导体中的自由电荷是2、电源的作用：电源的正极水池 A类比：电源一铀水答案：金势处向高电势电荷样的，电 产生另一个电 注意：形成过程电源的负极水池 B答案：定向移动电子负 使电路中保持持续电流练习 1: 把一个金属导体的两端与具有不同电势的带电物体接触，导体中的电荷将怎样运动？ 属导体中能够自由移动的电荷是带负电荷的电子，而负电荷在电场力作用下，将由低电 处移动，因此金属导体中的电荷（电子）将从低电势的物体向高电势的物体运动 .二、恒定电场1、 导线中电场的形成 金属导线本身由许多带电粒子（电子和质子）组成，当它和电源连通后，在电源两极上的正、负 产生的电场作用下，导线中的电子在电场力作用下发生定向移动，但是导线的形状是多种多 源提供的电场并不一定沿着导线方向，因此导线的表面处就会有电荷积累，这些电荷会 场，所以导线中的电场是电源两极电荷与导线表面堆积电荷分别产生电场的合电场。 是在接通电源后的极短时间内（以光速）完成。2、 定义：3、基本性质：4、导线中合电场沿 方向，电场线和导线。答案：导线的切线 平行练习 1 : 下列关于电源的说法正确的是（）A. 电源是将其他形式的能转化为电能的装置C.与电源相连的导线中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 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答案 : ABD解析：在电源内部由非静电力做功 (如洛伦兹力等后面将学到 )将正电荷由负极搬到正极，将负电荷 由 正极搬到负极 ，使正、负极维持一定的电势差；同时将其他形式的能转化为电能，故A、B、D 正确 .导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，故C 错.练习 2:关于导线中的电场，下列说法正确的是 ()A. 导线内的电场线可以与导线相交B .导线内的电场 E是由电源电场 E0和导线侧面堆积电荷形成的电场E,叠加的结果C. 导线侧面堆积电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态D. 导线中的电场是静电场的一种答案： B解析：导线内的电场线与导线是平行的，故选项A 错. 导线中的电场是电源电场和导线侧面堆积电荷形成的电场叠加而成的，故选项 B 对. 导线内电场不为零，不是静电平衡状态 ，导线中的电 场是恒定 电场，并不是静电场的一种，故选项 C、D 错.三、电流1 .形成电流的条件 :( 1 )；(2)答案：要有自由移动的电荷 导体两端存在电压2. 物理意义：3、 定义：通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。定义式：4 .单位：国际单位： ,符号;常用单位：毫安 () 、微安()1 A =mA =pA.答案： l=q/t 安培 A mA pA 10 3 1065, 电流方向：规定 电荷定向移动的方向为电流方向 .注意：金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向；电解液中正、负离子定向移动的方向，但正负离子定向移动形成的电流方向是的，此时匸q/t中，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量 0电流虽有大小和方向，但电流是。答案：正相反 相同绝对值之和 标量6. 电流的种类(1 ) 直流电：不随时间而改变的电流。直流电又分为恒定电流和脉动直流电两类，其中大小和方向都不随时间而改变的电流叫；方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。(2 )交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流。答案：方向 恒定电流练习 1.电路中每分钟有 60万亿个自由电子通过横截面积为 0.64x10-6 m2 的导线，那么电路中的 电流是 ()A . 0.016 pAB . 1.6 mA C . 16 | JAD . 0.16 pA答案： D练习 2. 关于电流的说法中正确的是 ()B. 如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C. 电流有方向，电流是矢量D ,电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位答案：D解析：依据电流的定义式可知，电流与 q、t皆无关，显然选项 A是错误的；虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，方向变化，电流也不是恒定电流，所以，选项 B也是错误的电流是标量，故选项C也不对.练习3,某电解池中，若在 2 s内各有1.0x1019个二价正离子和 2.0x1019个一价负离子相向通过某截面，那么通过这个截面的电流是（）A . 0B . 0.8 AC . 1.6 AD . 3.2 A答案：D解析：由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，负离子的反向运动与正离子的正向运动等价则在 2 S 内通过某截面的总电荷量应为：q = 1.6x10 19x2x1.0x1019 c + 1.6x10 - i9x x2.0x19 C =6.4 Co由I = q/t得答案 D练习4. 一个半径为r的细橡胶圆环，均匀的带上电荷量为Q（ C）的负电荷，当它以角速度3绕中 心轴线顺时针匀速转动时，环中的等效电流大小为（）A. Q B.Q/2 TT C.Q CO/2TT D.2 Q CO/TT答案：C 四、电流的微观表达式推导： 如图所示 ，AD 表示粗细均匀的一段长为 I 的导体，两端加一定的电压 ，导 O体 中 的自由电荷沿导体 定向移动的速率为 v , 导体的横截面积为 S , 导体每单位体积内 1电荷 的电荷量为 q.设A端自由电荷经过时间 t到达D端，t=，该t也是AD段导体中所有电荷通过D端的所用时间AD 导体中自由电荷的总个数：AD 导体中自由电荷的总电荷量： Q=导体中 的电流 1=/=答案 :nqSv l/v nIS qnIS Q t nqSv例：教材 P42 例题 12. 三种速率的区别(1) 电流传导速率 :等于光速 ( 3x1Q8m/s )o 电路一接通，电路中各处以真空中的光速建立恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电荷几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成电流.(2) 电子定向移动速率：电荷定向移动形成电流，该移动速率一般数量级为 10 -5 m/s.(3) 电子热运动速率：构成导体的电子在不停做无规则的热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下 ，电子热运动的速率数量级为105 m/s.练习 1 .关于电流 ，下列说法中正确的是 ()A. 通过导体横截面的电荷量越多，电流越大B. 电子运动速率越大，电流越大C. 单位时间内通过导线横截面的电荷量越多，导体中的电流就越大D. 因为电流有方向，所以电流是矢量答案：C 练习2 .如果导线中的电流为 1 mA ,那么1 s内通过导体横截面的自由电子数是多少?答案:6.25x1015练习3铜的相对原子质量为m密度为p,每摩尔铜原子有“个自由电子，今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为/时，电子平均定向移动的速率为（）A.C-A-n eSm光速c B,neSD也 n eSp解析：假设电子定向移动的速率为那么在t秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vt-S中的自由电子数，而体积为vtS的铜的质量 为wSp摩尔数为弩，所以电荷量g=弩竺因电流/= q PSpne m Im广百解得：咛两.【随堂检测】1 .下列关于电流的说法中，正确的是：（）A. 只要导体中有电荷运动，就有电流；B. 导体中没有电流时，导体内的电荷是静止的；C. 导体中的电流一定是自由电子定向移动形成的；D. 电流可能是由正电荷或负电荷的定向移动形成的A. 金属导体导电，只是自由电子作定向移动；B. 电解液导电，正负离子都作定向移动；C. 气体导电，一定只有正离子作定向移动；D. 气体导电，正、负离子和自由电子都作定向移动。3. 关于电源的作用，下列说法中正确的是：（ C ）A. 它能为电路持续地提供自由电荷；B. 它能直接释放出电能；C. 它能保持导体两端的电压 ，使电路中有持续的电流；D. 它能使自由电荷运动起来。4 . 关于导体中的电场，下列说法中正确的是：（ ）A. 它是由电源两极在空间直接形成的；B. 它是导线上的堆积电荷所形成的；C. 导线内的电场线最终和导线平行；D. 它的分布随着电荷的移动而随时间变化5 . 有一电解池，如果在 1s 内共有 5.0x1018 个二价正离子和 1.0x1019 个一价负离子通过某一横截 面， 则通过这个截面的电流是：（A. 0B.0.8AC.1.6AD.3.2A6. 下列关于电流的说法中，正确的是（ ）A, 电流的方向就是自由电荷定向移动的方向B, 电流的方向规定为正电荷定向移动的方向C. 在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反D. 在电解液中，电流的方向与离子定向移动的方向相同7. 满足下列哪一个条件就产生电流 （ ）A. 有自由电子B. 导体两端有电压C. 任何物体两端有电压D. 导体两端有恒定电压8. 下列说法正确的是（ ）A. 导线内自由电子定向移动速率等于电流的传导速率B. 电子运动的速率越大，电流强度越大C. 电流强度是一个矢量，其方向就是正电荷定向运动方向D. 在国际单位制中，电流强度是一个基本物理量，其单位安培是基本单位9. 在示波管中，电子枪在 2s 内发射了 6.0X1013 个电子，则示波管中电流的大小为（ ）B.3.0X 10-1392210. 有一条横截面积S=1mm 的铜导线，通过的电流1=1 A, 已知铜的密度p=8.9x10 kg/m，铜的摩尔o-1-1Q质量 6.4x10 kg/mol,阿伏加德罗常数 N A=6.02x10 mol, 电子的电量 e=-1.6x10C,求铜导线中自由电子定向移动的速率. 可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子11.在电解液中，正负离子沿相反方向运动，5s内通过液体横截面的电量均为5.0C,则电解液中的电流强度为多少?12 .个电子绕氢原子核以半径为r做匀速圆周运动，其等效电流为多少？（已知电子质量为m,带电量为e）答案：1D 2C 3C 4C 5D 6BC 7BD 8BD 9A