高二物理第2章第1节《电源和电流》课件（新人教选修3-1）

欢迎进入物理课堂 第二章恒定电流 同步导学方案 课后强化演练 本章为电学的基础知识 它是在初中学过的电学知识的基础上 进行加深和拓展 主要讨论了电源的作用 电路的组成结构 电流 电压和功率的分配 电路中的能量转化以及电路的简单设计等 对应学生用书P40 本章的重点是理解电动势 路端电压和内电压的关系 理解闭合电路欧姆定律的内容和表达式 电路的分析和计算 理解测量电源电动势和内阻的方法 难点是负载对电源输出功率的影响 电路的设计以及电阻测量等电学实验 包括灵活应用实验的基本方法和技能解决实验问题 电路的设计等 本章内容可分为三部分 第一部分以部分电路欧姆定律为中心 主要研究直流电路的基本参量 串并联电路的规律 伏安法测电阻 电功和电热等问题 第二部分以闭合电路的欧姆定律为中心 主要研究了电源的作用 闭合电路中功率的分配和能量转化关系 电路的分析和计算等问题 第三部分以电流表 电压表 滑动变阻器的使用为中心 结合学生实验 研究了仪器的选择和使用 数据的处理和误差分析等问题 本章重点 理解电动势 路端电压和内电压的关系 理解闭合电路欧姆定律的内容和表达式 电路的分析和计算 理解测量电源电动势和内阻的方法 本章难点 负载对电源输出功率的影响 电路的设计以及电阻测量等电学实验 包括灵活应用实验的基本方法和技能解决实验问题 电路的设计等 1 在本章学习中要掌握分析解决问题的方法 比如动态分析法 等效法的应用 模型的转化 非电学量和电学量的转化 以及极限法 赋值法的应用技巧等 对应学生用书P40 2 还要注意用能量的观点分析问题 要从能量转化和守恒的角度去分析和解决问题 在纯电阻电路中 电路消耗的电能只能转化为内能 如果是非纯电阻电路 电能大部分要转化为机械能或化学能等 另外功率问题 闭合电路欧姆定律的推导等都用到了能量守恒定律 3 对于有关的电学实验 要从基本原理 基本方法入手 循序渐进 逐步掌握 对于每个实验 都要从实验原理 实验方法 实验步骤 注意事项 数据处理和误差分析等方面去分析 还要注意重要仪器的使用方法和读数规则等 第1节电源和电流 电源1 电源的定义电源是不断把负电荷从正极搬运到负极从而维持正负极之间存在一定电势差的装置 2 电源的作用 1 从电荷移动角度看电源的作用就是移送电荷 维持电源正 负极间有一定的电势差 从而保持电路中有持续电流 电源在内部能把电子从正极A搬运到负极B 如图所示 2 从能量转化的角度看搬运电荷的过程就是克服静电力做功的过程 是将其他形式的能转化为电能的过程 有电源不一定得到持续的电流 要得到持续的电流需要同时满足两个条件 1 电路中有电源 2 电路还必须是闭合的 即必须用导体将电源连接起来 所以只有电源 电路不闭合也不会有持续电流 恒定电场1 形成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合电场 2 特点导线内的电场线和导线平行 电荷的分布是稳定的 导线内的电场是沿导线切线方向的稳定电场 3 恒定电场与静电场的关系在恒定电场中 任何位置的电场强度都不随时间变化 其基本性质与静电场相同 在静电场中所学的电势 电势差及其与电场强度的关系 在恒定电场中同样适用 1 两种电场的共性 它们都是物质的一种客观存在形式 都储存着电能 它们对处于其中的电荷都有静电力的作用 在这两种电场中移动电荷时相应的静电力一般都要做功 2 两种电场的区别 导体中要建立稳恒电流就必须将导体与电源相连接 形成一闭合的回路 而静电场的建立只需要有电荷存在 静电平衡状态下的导体内部场强为零 而在稳恒电流条件下导体内部场强不为零 在一般情况下 静电场的电场线并不是电荷运动的轨迹线 但是导体中恒定电场的电场线就是电荷运动的轨迹线 1 产生恒定电流的电路中的电场是合电场 E 它由两部分组成 一是电源的电场 E0 二是导线两侧的堆积电荷的电场 E 2 恒定电流电路中的电场是稳定电场 即电路中的电荷分布是稳定的 但不是静态的绝对稳定 而是动态稳定 就电路中任一微元来讲 流走多少电荷 就补充等量的电荷 所以不能认为恒定电场是匀强电场 恒定电流1 电流 1 电流的形成 电荷的定向移动形成电流 2 产生电流的条件 内因 存在自由电荷 外因 导体两端存在电势差 导体两端存在电压时 导体内建立了电场 导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动 形成电流 3 电流的方向 人们规定正电荷移动的方向为电流的方向 在金属导体中 电流的方向与自由电子的定向移动方向相反 在电解液中 电流的方向与正离子定向移动方向相同 与负离子定向移动方向相反 电流是标量 4 电流的定义 定义 通过导体横截面的电荷量q与通过这些电荷量所用时间t的比值 定义式 I q t 单位 在国际单位制中 电流的单位是安培 符号是A 通常用的单位还有毫安 微安 1A 103mA 106 A 5 恒定电流 大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流 2 电流的微观表达式 1 建立模型 如图所示 AD表示粗细均匀的一段长为l的导体 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 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 使用公式I nqSv计算时 一定要注意以下几点 1 各个物理量都要用国际单位 2 正确理解各符号的意义 特别是n表示导体中单位体积内的自由电荷数 v表示自由电荷定向移动速度的大小 3 若已知单位长度的自由电荷数为n 则电流的微观表达式为I nqv 3 导体内三种速率的比较电流微观表达式为I nqSv 其中v表示电荷定向移动的速率 实际上电荷的运动存在三种速率 下面对电荷的三种速率进行区别 由I nqSv可以看出 同一段导体 横截面积越大的位置 自由电荷定向移动的速率越小 如图所示 对电流的理解与辨析关于电流的概念 下列说法中正确的有 A 导体中有电荷运动就形成电流B 电流是一个矢量 其方向就是正电荷定向移动的方向C 在国际单位制中 电流是一个基本物理量 其单位安培是基本单位D 对于导体 只要其两端电势差为零 电流也必为零 解析 导体中有大量的自由电子 总在不停地做无规则运动 没有定向运动 在一段时间t内 通过导体某一截面的电荷是双向的 其数值又是相等的 电流是0 故A错 电流是一个标量 因为其运算不符合矢量运算法则 为了便于研究电流 人们规定正电荷定向移动的方向为电流的正方向 以区别于负电荷的定向移动 故B错 在国际单位制中 共有七个基本量 电流是其中之一 故C正确 对于导体 其两端电势差是0时 导体内无电场 电子不能定向移动 故电流是0 D正确 答案 CD 方法总结 1 导体内电荷的无规则运动与电荷的定向移动不是一回事 导体两端存在电势差时 导体内的电荷才会定向移动 但电荷的无规则运动是不需要条件的 2 电流是描述电流强弱的物理量 它有方向但为标量 习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 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 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 电流的传导速度等于光速 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 但是热运动并没有消失 其实电子仍然做无规则的热运动 D不对 答案 B 电流大小的计算方法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 分析 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 10153 4 1019 方法总结 1 认真审题 明确导电的是什么粒子 2 由题设条件求出时间t内通过某一横截面的电荷量q 注意若有正 负电荷同时通过某一横截面时 那么在一段时间内通过这一横截面的电荷量等于正 负电荷电荷量的绝对值之和 3 由定义式I q t求出电流大小 如图所示 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1 0 1018个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 解析 NaCl溶液导电是靠自由移动的Na 和Cl 它们在电场力作用下向相反方向运动 因为电流方向规定为正电荷定向移动的方向 故溶液中电流方向与Na 定向移动方向相同 即由A指向B Na 和Cl 都是一价离子 每个离子的电荷量为e 1 6 10 19C NaCl溶液导电时 Na 由A向B定向移动 Cl 由B向A运动 答案 溶液中的电流大小为0 16A 方向由A指向B 电流的微观计算方法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1个自由电子所带的电荷量为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 则下列说法中正确的是 答案 D 方法总结 理解I nqSv各物理量的含义是解决此类问题的关键 n为单位体积内自由电荷的个数 v为导体中的自由电荷定向移动的速率 S为导体的横截面积 q为每个自由电荷的电荷量 2013 昆明高二检测 一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷 每米电荷量为q 当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时 由于棒运动而形成的等效电流大小为 A qvB q vC qvSD qv S 答案 A 1 关于电源的作用 下列说法正确的是 A 电源的作用是为电路持续地提供自由电荷B 电源的作用是能直接释放电能C 电源的作用就是保持导体两端的电压 使电路中有持续的电流D 电源的作用就是使自由电荷运动起来 解析 电源是提供能量的装置 电源供电的过程就是将其他形式的能转化为电能的过程 故A B错误 电源能使导体两端保持稳定的电压 从而使导体中保持持续的电流 故C正确 D错误 答案 C 2 关于导体中形成恒定电流的恒定电场 下列说法中正确的是 A 导体中的电场是由电源两极电荷在空间直接形成的B 导体中的电场是导体内自由电荷形成的C 由于处于静电平衡状态 导体内场强为零D 导体中的电场分布不随时间变化 解析 有恒定电流时 导体中的电场是由电源电场和导体侧面堆积电荷形成的电场叠加而成的 故A B错 导体内电场不为零 不是静电平衡状态 故C错 导体中的电场是恒定电场 电荷分布不随时间变化 故D正确 答案 D 3 2013 运城高二检测 某一探测器因射线照射 内部气体电离 在时间t内有n个二价正离子经过某一截面 同时有2n个电子也经过该截面 则探测器电路中的电流为 A 0B 2ne tC 3ne tD 4ne t 答案 D 4 某次闪电持续的时间为0 005s 所形成的平均电流约为6 104A 若闪电过程中定向移动的电荷量以0 5A的电流通过电灯 求可供灯照明的时间 答案 600s 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