高二物理人教版选修3-1课件 第2章恒定电流 第1节《电源和电流》

欢迎进入物理课堂 第二章恒定电流 本章主要内容有电阻的串并联 欧姆定律 电阻定律 焦耳定律 闭合电路的欧姆定律 电路中的能量守恒定律 多用电表 简单的逻辑电路等 通过本章学习要学会处理以下几类问题 1 电路的简化 对复杂的电路 画出等效电路图 这是一项基本功 也是电路分析和计算的基础 2 动态直流电路的分析 电路中某些元件 如滑动变阻器的阻值 的变化 会引起电流 电压 电阻 电功率等相关物理量的变化 解决这类问题涉及的知识点多 要掌握一定的思维方法 3 非纯电阻电路的分析与计算 4 稳态 动态电阻和电容电路的分析与计算 5 故障电路的分析与判断 此类问题紧密联系实际 对灵活运用知识的能力要求较高 6 非线性电路的分析与求解 本章的核心内容是欧姆定律 重点是电路的分析和计算 难点是电路的设计 高考热点是电路动态分析和实验 第一节电源和电流 学习目标 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 初步体会动态平衡的思想 2 理解电流的定义 知道电流的单位 方向的规定 理解恒定电流 会用公式q It分析相关问题 3 能从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系 重点难点 导体中电流的形成原因 易错问题 应用I q t求电解液中的电流时 q应为正 负电荷的绝对值之和 一 电流及其产生条件1 电荷的移动形成电流 2 形成电流的条件 1 物体内部必有 2 导体两端存在 3 电流的方向 规定定向运动方向为电流的方向 自由电荷 电势差 正电荷 定向 在电解液和金属导体中都可以形成电流 它们形成电流时有什么不同 思考 思考 提示 金属导体中是自由电子定向移动形成电流 而电解液中是正 负离子定向移动形成电流 二 电源的作用1 维持电源的正 负极间有一定的 2 在闭合电路中 使导线中的自由电子发生 保持的电流 电势差 定向移动 持续 三 恒定电场1 定义 由稳定分布的所产生的稳定的电场 2 形成 当电路达到稳定时 导线中的电场是由 等电路元件所积累的电荷共同形成的 3 特点 任何位置的都不随时间发生变化 在静电场中所学的电势 电势差及其与电场强度的关系等 在恒定电场中同样适用 电荷 电源 导线 场强 四 恒定电流 都不随时间变化的电流称为恒定电流 1 电流的定义 2 公式 3 国际单位 常用单位还有 大小 方向 单位时间内通过某导体横截面的 电荷量 I q t 安培 毫安 微安 一 对电流概念的理解1 电流虽有大小和方向 运算遵循代数法则 但不是矢量 2 q It是求电荷量的重要公式 其变形公式I 求出的是电流在时间t内的平均值 对恒定电流来说 其瞬时值与平均值相等 3 电解液中正 负离子定向移动方向虽然相反 但正 负离子定向移动形成的电流方向是相同的 应用I 时 q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和 4 不能说I q I 因为由I nq Sv 决定式 可知I与q及t无关 计算电流时 首先要分清形成电流的电荷种类 是只有正电荷或负电荷 还是正 负离子同时存在 其次要注意计算电流大小时 只需代入电量的绝对值 另外公式是I q t而不是I q St 二 电流的微观表达式如图2 1 1所示 AD表示粗细均匀的一段导体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 每个自由电荷所带的电荷量为q 图2 1 1 1 由I nqSv可以看出 导体面积越大的位置电荷定向移动的速率越小 2 公式I nqSv是由I 推导出来的 适合于从微观出发研究电流的大小 其中n为导体单位体积内的自由电荷数 三 三种速率的比较1 电子定向移动的速率 1 物理意义 电流就是由电荷的定向移动形成 电流I neSv 其中v就是电子定向移动的速率 一般为10 5m s的数量级 2 大小 10 5m s 2 电子热运动的速率 1 物理意义 构成导体的电子在不停地做无规则热运动 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105m s 2 大小 105m s 3 电流传导的速率 1 物理意义 等于光速 闭合开关的瞬间 电路中各处以真空中光速c建立恒定电场 在恒定电场的作用下 电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动 整个电路也几乎同时形成了电流 2 大小 3 108m s 由于电荷定向移动的速率很小 所以当电路闭合后 电荷并不是瞬间从电源运动到用电器 而是瞬间在系统中形成电场 使导体中所有自由电荷同时做定向移动形成电流 以下说法正确的是 A 只要有可以自由移动的电荷 就能存在持续电流B 金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的 例1 C 电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率D 在金属导体内当自由电子定向移动时 它们的热运动就消失了 思路点拨 本题从形成持续电流的原因及三种速率的区别分析解答 解析 要有持续电流必须有持续的电压 A不对 导体中形成电流的原因是导体两端加上电压 于是在导体内形成了电场 导体内的自由电子将在电场力作用下定向移动形成电流 B正确 电流的传导速率等于光速 电子定向移动的速率很小 C不对 在形成电流时电子定向移动 并不是热运动就消失了 其实电子仍然做无规则的热运动 D不对 答案 B 1 关于电流 以下说法正确的是 A 通过截面的电荷量多少就是电流的大小B 电流的方向就是电荷定向移动的方向C 在导体中 只要自由电荷在运动 就一定会形成电流D 导体两端没有电压就不能形成电流 解析 选D 根据电流的概念 电流是单位时间内通过导体横截面的电荷量 故A错 规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 负电荷 如电子 定向移动的方向与电流的方向相反 故B错 形成电流的原因是导体内的自由电荷做定向运动 如果两端没有电压 导体内的自由电荷只能做无规则热运动 故C错 D对 如图2 1 2所示 在NaCl溶液中 正 负电荷定向移动 方向如图所示 若测得2s内有1 0 1018个Na 和Cl 通过溶液内部的横截面M 试问 溶液中的电流方向如何 电流多大 图2 1 2 例2 思路点拨 电流是单位时间内通过某一导体横截面的电荷量 从题意中可知电流是正 负离子同时定向移动形成 故电荷量应为正 负电荷量的绝对值之和 答案 方向由A指向B0 16A 思维总结 由求解I值的关键是找出某一截面积经过t时间所通过的电荷的电量 而在电解液导体中 形成电流的自由电荷是正 负离子 所以q表示的是通过的正负离子电量的绝对值之和 2 一个半径为r米的细橡胶圆环 均匀地带上Q库仑的负电荷 当它以角速度 弧度 秒 绕中心轴线顺时针匀速转动时 环中等效电流的大小为 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 例3 答案 AC 思维总结 在电流的微观表达式I nqSv中 n为导体单位体积内的自由电荷数 是由导体本身的材料决定的 与导体的长度和横截面的大小无关 3 一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S 导体单位长度内的自由电子数为n 金属内的自由电子电荷量为e 自由电子做无规则热运动的速率为v0 导体中通过的电流为I 以下说法中正确的是 A 自由电子定向移动的速率为v0B 自由电子定向移动的速率为 C 自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD 自由电子定向移动的速率为 解析 选D 电流在导体内的传导速率等于光速 而自由电子定向移动的速率远小于光速 所以C错 自由电子在金属内无规则热运动的速率v0与金属导体的温度有关 它与电流无关 故A错 当n为单位体积内的自由电子数时 I neSv 当n为单位长度内的自由电子数时 I nev 故B错D正确 1 下列叙述中正确的是 A 导体中电荷运动就形成电流B 国际单位制中电流的单位是安C 电流强度是一个标量 其方向是没有意义的D 对于导体 只要其两端电势差不为零 电流必定不为零 解析 选BD 电流产生的条件包括两个方面 一是有自由电荷 二是有电势差 导体中有大量的自由电子 因此只需其两端具有电势差即可产生电流 在国际单位制中电流的单位为安 2 关于电流的方向 下列说法中正确的是 A 电源供电的外部电路中 电流的方向是从高电势一端流向低电势一端B 电源内部 电流的方向是从高电势一端流向低电势一端 C 电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同D 电容器充电时 电流从负极板流出 流入正极板答案 AD 3 金属导体中有电流时 自由电子定向移动的速率为v1 电子热运动速率为v2 电流的传导速率为v3 则 A v1最大B v2最大C v3最大D 无法确定 解析 选C 电场传播的速率 或电流的传导速率 等于光速 而电子无规则热运动的速率 常温下数量级为105m s 自由电子定向移动的速率数量级一般为10 5m s 所以C选项正确 4 给一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电 下列说法正确的是 A 粗的地方电流大 细的地方电流小B 粗的地方电荷定向移动速率大 细的地方小C 各处的电流大小相同D 粗的地方电荷定向移动速率小 细的地方大解析 选CD 同一根导线上的电流相等 故C对 由I nqSv知 D对 5 如图2 1 3所示 电解池内只含有一种CuCl2电解质的电解液 ts内通过溶液内截面S的铜离子数是n 设基元电荷为e 试分析电解液中电流的方向和大小怎样 图2 1 3 解析 正离子定向移动方向为电流方向 负离子定向移动方向和电流方向相反 所以电解液中的电流方向由A向B 因电解液中只含电解质CuCl2 二价正离子数为n 则一价负离子数为2n 电解液中是正 负两种离子的定向移动形成电流 故ts内流过某截面的正 负离子的总电荷量为4ne 所以电流I 4ne t 答案 方向由A向B4ne t 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全