高中物理（人教版）选修3-1 第2章 第1节　电源和电流

欢迎进入物理课堂 第一节电源和电流 课标定位学习目标 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 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第一节电源和电流 课前自主学案 课前自主学案 一 电源使电路中保持 的电流 能把 从一个位置搬运到另一位置的装置就是电源 二 恒定电场1 导线中的电场是由 等电路元件所积累的电荷共同形成的 2 尽管这些电荷在运动 但电荷的分布是 的 这种由稳定分布的电荷所产生的 的电场 称为恒定电场 持续 电子 电源 导线 稳定 稳定 三 恒定电流1 把 都不随时间变化的电流称为恒定电流 2 电流 1 定义 通过导体横截面的 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 大小 方向 电荷量 时间 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 1A 103mA 106 A 4 物理意义 表示电流 的物理量 5 标量 电流虽然有方向 但不是矢量 不符合矢量对方向的要求 电流的方向是这样规定的 导体内 定向移动的方向为电流的方向 安培 毫安 微安 强弱 正电荷 思考感悟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 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 核心要点突破 特别提醒 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 某电解池中 若在2s内有1 0 1019个二价正离子和2 0 1019个一价负离子通过某截面 那么通过这个截面的电流是 A 0B 0 8AC 1 6AD 3 2A 二 电流的微观表达式1 建立模型 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 每个自由电荷的电荷量为q 图2 1 1 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 s2 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 特别提醒 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 以下说法正确的是 A 只要有可以自由移动的电荷 就存在持续电流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 解析 选B 要有持续电流必须有电压 A不对 导体中形成电流的原因是在导体两端加上电压 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 课堂互动讲练 如果导线中的电流为1mA 那么1s内通过导体横截面的自由电子数是多少 若 220V60W 的白炽灯正常发光时的电流为273mA 则20s内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个 思路点拨 根据公式q It计算 注意单位的统一 记住每个电子所带电荷量e 1 6 10 19C 答案 6 25 1015个3 4 1019个 借题发挥 1 金属导体中导电的是自由电子 自由电子所带电荷量e 1 6 10 19C 2 当自由电子定向移动通过导体横截面时 若通过的自由电子个数为n 则q It ne 变式训练1一硫酸铜电解槽的横截面积为2m2 在0 04s内若相向通过同一横截面的铜离子和硫酸根离子分别为5 625 1018个和4 735 1018个 则电解槽中的电流是多大 方向如何 答案 83A方向与铜离子定向移动的方向相同 半径为R的橡胶圆环均匀带正电 总电荷量为Q 现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速率 沿逆时针匀速转动 则由环产生的等效电流方向沿什么方向 电流多大 思路点拨 不管是否真的形成电流 假想成形成电流然后依据电流的定义式求得电流大小 答案 见精讲精析 变式训练2半径为R的橡胶圆环均匀带正电 总电荷量为Q 现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度 匀速转动 则由环产生的等效电流应有 A 若 不变而使电荷量Q变为原来的2倍 则电流也将变为原来的2倍B 若电荷量Q不变而使 变为原来的2倍 则电流也将变为原来的2倍C 若使 Q不变 将橡胶环拉伸 使环半径增大 电流将变大D 若使 Q不变 将橡胶环拉伸 使环半径增大 电流将变小 答案 AC 规律总结 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 变式训练3 2011年包集高二检测 如图2 1 2所示 将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来 已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍 在铜导线上取一个截面A 在铝导线上取一个截面B 若在1秒内垂直地通过它们的电子数相等 那么 通过这两个截面的 A 电流相等B 电流不相等C 自由电子定向移动的速率相等D 自由电子定向移动的速率不相等 图2 1 2 知能优化训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用 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