新課標高中物理選修第1節(jié)電源和電流教案

1、第二章恒定電流第1節(jié)電源和電流學習目標核心提煉1.了解電流的形成條件，知道電源的作用和導體中 的恒定電場。2個概念電源、電流2 個公式I：、I = nqsv3個速率電荷的定向移動速率電場的傳導速率電荷的熱運動速率2.理解電流的定義，知道電流的單位、方向規(guī)定， 會用公式q= It分析相關問題。3.從微觀的角度理解導體中電荷的定向移動與電流 之間的關系。課前自主精理.:自主號號掌推價就一、電源1 .電荷的移動與電流的形成如圖1所示，A、B分別帶正、負電荷，如果在它們之間連接一條導線 R,導線R 中自由電子會在靜電力的作用下定向移動，電子移動方向為B-A（選填“A-B” 或“B-A”），導線中瞬間電

2、流方向為 Az>B（選填“A-B”或“B-A”），此種 情況下，導線R中的電流只是瞬時的。圖12 .電源定義：把電子從正極搬運到負極的裝置。 （2）作用：維持電路兩端有一定的電勢差Q 使電路中保持持續(xù)的電流。二、恒定電流1 .恒定電場(1)定義：由穩(wěn)定分布的電苞國產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場稱為恒定電場。(2)形成：當電路達到穩(wěn)定時，導線中的電場是由電源、導線等電路元件所積累 的電荷共同形成的。特點：任何位置的電荷分布和電場強度都不隨時間變化。2 .恒定電流定義：把大小、方向都不隨時間變化的電流,稱為恒定電流。(2)表達式：1 = ；。物理意義：表示電流強弱程度。(4)單位：國際單位制中的單位是安培

3、，簡稱安、符號是Ao常用的單位還有:毫安(mA)、微安(兒 A) 1 A=103 mA = 106 ph(5)方向：規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向。思考判斷1 .靜電場中的電勢、電勢差與電場強度的關系，在恒定電場中同樣適用。(，)2 .電流既有大小，又有方向，是矢量。(X)3 .電流的方向與電荷定向移動的方向相同。(X )4 .恒定電流的大小、方向均不變。(，)5 .由于1 =，所以說I正比于q,反比于to (X)課堂互曲報究已佗士，L尖媒要點U對電流的理解要點歸納1 .電流的形成電荷的定向移動形成電流。當把導體和電源連接后，導體中形成恒定電場，導體 中的自由電荷在電場力的作用下定向移動

4、形成電流。產(chǎn)生電流的條件：導體兩端有電壓 形成持續(xù)電流的條件：電路中有電源且電路閉合2 .電流的方向規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向， 則負電荷定向移動的方向與電流的方 向相反，金屬導體中自由移動的電荷是自由電子， 故電流的方向與自由電子定向 移動的方向相反。3 .電流的大小(1)I = ；是電流的定義式，I = neS/是電流的決定式，故電流的大小與通過導體橫 截面的電荷量以及通電時間無關。(2)電解液中正、負離子定向移動的方向雖然相反，但正、負離子定向移動形成的電流方向是相同的，應用I=T時，q為正電荷總電荷量和負電荷總電荷量的絕 對值之和。(3)q= It是求電荷量的重要公式。4 .

5、電流是標量電流雖然有方向，但是它遵循代數(shù)運算法則，所以電流不是矢量而是標量。精典示例例1在某種帶有一價離子的水溶液中，正、負離子在定向移動，方向如圖 2 所示。如果測得2 s內分別有1.0X 1018個正離子和1.0X1018個負離子通過溶液 內部的橫截面M,則溶液中電流的方向如何？電流為多大？圖2解析 水溶液中導電的是自由移動的正、負離子，它們在電場的作用下向相反方向定向移動。電學中規(guī)定，電流的方向為正電荷定向移動的方向， 所以溶液中電流的方向與正離子定向移動的方向相同，即由A指向B。每個離子的電荷量是e= 1.60X 10-19 C。該水溶液導電時負離子由B向A運動,負離子的定向移動可以等

6、效看做是正離子反方向的定向移動。所以，一定時間內通過橫截面M的電荷量應該是正、負兩種離子電荷量的絕對值之和19-AqIq1l+|q2l1.0X 1018X 1.6X 10-19+1.0X 1018X 1.6X 10-= 0.16 Ao答案由A指向B 0.16 A總結提升|對金屬來講，是自由電子的定向移動，q為通過橫截面的自由電子的電荷量。對電解質溶液來講，是正、負離子同時向相反方向定向移動，q為正、負離子電荷量的絕對值之和。針對訓練1 （2020黑龍江鶴崗一中高二上月考）安培提出了著名的分子電流假 說，根據(jù)這一假說，電子繞核的運動可等效為環(huán)形電流。設電荷量為e的電子以速度v繞原子核沿順時針方向

7、做半徑為r的勻速圓周運動，關于該環(huán)形電流的說 法，正確的是（）veA.電流大小為羅，電流方向為順時針2 71veB.電流大小為丁，電流方向為順時針veC.電流大小為界，電流方向為逆時針veD.電流大小為不,電流萬向為逆時針解析 由題意知，電子做圓周運動的速率為 v,半徑為r,則電子運動的周期T2 7f、e ve.=21，根據(jù)電流的定義式得到，等效電流1=提=罷。由于電子帶負電，則等效 電流的方向與電子定向移動方向相反，即沿逆時針方向。答案 C要點電流的微觀表達式要點歸納1 .建立模型如圖3所示，AD表示粗細均勻的一段長為l的導體，兩端加一定的電壓，導體 中的自由電荷沿導體定向移動的速率為 v,

8、設導體的橫截面積為S,導體每單位 體積內的自由電荷數(shù)為n,每個自由電荷的電荷量為q。2 .理論推導AD導體中的自由電荷總數(shù)：N = nlS?？傠姾闪縌=Nq = nlSq。所有這些電荷都通過橫截面 D所需要的時間：t=v。根據(jù)公式q=It可得，導體AD中的電流： q nSI = 1 = = nqSvo v3 .結論由此可見，從微觀上看，電流取決于導體中單位體積內的自由電荷數(shù)、每個自由電荷的電荷量、定向移動速率的大小，還與導體的橫截面積有關。精典示例例2（多選）一橫截面積為S的銅導線，流過的電流為I,設每單位體積的導線中有n個自由電子，電子的電荷量為q,此時電子的定向移動速率為v,在&時

9、間 內，通過導線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為 （）A.nvS &B.nvNC.I-qtD.£解析 由I = Q可得，在及時間內通過導線橫截面的電荷量 Q=I N,所以在這段 時間內通過的自由電子數(shù)為N = Q=臂，所以C正確，D錯誤；由于自由電子定q q向移動的速率是v,所以在時間At內，位于橫截面積為 S長為l = vN的這段導線內的自由電子都能通過橫截面， 這段導線的體積V= Sl=SvN,所以及內通過橫截面的自由電子數(shù)為 N = nV=nvSAt, A正確，B錯誤答案 AC針對訓練2銅的摩爾質量為m,密度為p,每摩爾銅原子有n個自由電子，每 個自由電子的電荷量為e,今有

10、一根橫截面積為S的銅導線，通過電流為I時， 電子定向移動的平均速率為（）B.飛 neSmlD.neSp那么在t秒內通過導體橫截面的自由電子數(shù)A.光速cC P IneSm解析 設電子定向移動的速率為v, 相當于在體積vtS中的自由電子數(shù)，而體積為vtS的銅的質量為vtS ,p摩爾數(shù)為 臂"由電子數(shù)為紫，所以電荷量q = vSm®.由1=；=4/e 丫=懸 故D正確，A、B、C錯誤。答案 D保時達標訓編1生。氏性71.（對電流的理解）關于電流的方向，下列敘述正確的是（）A.金屬導體中電流的方向就是自由電子定向移動的方向B.在電解質溶液中有自由的正離子和負離子，電流方向不能確定C

11、.不論何種導體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向D.電流的方向有時與正電荷定向移動方向相同，有時與負電荷定向移動方向相同 解析 電流是有方向的，電流的方向是人為規(guī)定的。物理上規(guī)定正電荷定向移動 的方向為電流的方向，則負電荷定向移動的方向一定與電流的方向相反。答案 C2 .（對電源的理解）關于電源的以下說法，正確的是（）A.電源的作用是在電源內部把電子由負極不斷地搬運到正極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢差B.電源的作用是在電源內部把電子由正極不斷地搬運到負極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢差C.只要電路中有電源，電路中就一定有電流D.電源實質上也是一個用電器，也需要外界提供能量解析 電源的作用

12、是維持正、負極之間恒定的電勢差，外電路中自由電子在電場力的作用下向正極移動；在電源內部，需要將電子由正極不斷地搬運到負極， 故A錯誤，B正確；電路中有電流不僅需要電源，還需要電路是閉合的，兩者缺一不可，故C錯誤；電源是對電路提供能量的裝置，故 D錯誤。答案 B3 .（公式I = ?的理解與應用）電路中有一電阻，通過電阻的電流為5 A,當通電5分鐘時，通過電阻橫截面的電子數(shù)為（）A.1 500 個B.9.375X 1019 個C.9.375X 1021 個D.9.375X 1020 個解析 q=It, n = q = g = 9.375X 1021 個。 e e答案 C4 .（三種速率的理解）（

13、多選）一段粗細均勻的金屬導體的橫截面積是 S,導體單位長 度內的自由電子數(shù)為n,金屬內的自由電子的電荷量為 e,自由電子做無規(guī)則熱 運動的速率為V0,導體中通過的電流為I,則下列說法中正確的有（ ）A.自由電子定向移動的速率為V0B.自由電子定向移動的速率為 v= 士 nesC.電場傳播的速率為真空中的光速 cD.自由電子定向移動的速率為v=今 ne解析 對電流微觀表達式I = nqSv式中n為單位體積內自由電荷數(shù)，而本題中n為單位長度內的自由電子數(shù)，t時間內通過導體某一橫截面的自由電子數(shù)為長度是vt內的自由電子，其數(shù)量為nvt,電荷量q = nvte,所以電流I=： = nev,所以 v =

14、 ±，電場是以光速傳播的，故 C、D正確。答案 CD課后職同提Hu-基礎過關1.下列有關電源的電路中，導線內部的電場強度的說法正確的是（）A.導線內部的電場就是電源所形成的電場B.在靜電平衡時，導線內部的場強為零，而導線外部的場強不為零，所以導線內 部的電場不是穩(wěn)定的C.因為導線處于電源的電場中，所以導線內部的場強處處為零D.導線內的電場是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的，導線內的電荷處于平衡狀態(tài)，電荷分布是穩(wěn)定的，電場也是穩(wěn)定的解析 導線內部的電場是電源和導線積累電荷所形成的兩部分電場的矢量和，穩(wěn)定后不同于靜電平衡（內部場強處處為零），而是場強大小恒定，方向與導線切線一

15、致，是一種動態(tài)的平衡，故 A、B、C錯誤，D正確。答案 D2.（多選）關于電流的方向，下列說法正確的是（）A.電源供電的外部電路中，電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端B.電源內部，電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端C.電子運動形成的等效電流方向與電子運動方向相同D.電子運動形成的等效電流方向與電子運動方向相反解析 在電源的外部電路中，電流從正極流向負極，在電源內部，電流從負極流向正極，電源正極電勢高于負極電勢，所以 A正確，B錯誤；電子帶負電，電子運動形成的等效電流方向與電子運動的方向相反，C錯誤，D正確。答案 AD3 .某電解池中，若在2 s內各有1.0X 1019個二價正離子和2.

16、0X1019個一價負離子 通過某截面，那么通過這個截面的電流是（）A.0B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A解析 電荷的定向移動形成電流，但“ 十 ” “一”電荷同時向相反方向定向移動時，通過某截面的電荷量應是兩者絕對值的和。在 2s內通過截面的總電荷量應為 q=1.6x1019X2X1.0X1019 C+1.6X 10-19X 1 x2.0X 1019 C=6.4 C。由電流的定義式知I=； = 64A=3.2 Ao答案 D4 .如圖1所示，將左邊的銅導線和右邊的鋁導線連接起來，已知截面積S鋁=2S銅。在銅導線上取一截面A,在鋁導線上取一截面B,若在1 s內垂直地通過它們的電子數(shù)相

17、等，那么通過這兩個截面的電流的大小關系是（A.Ia= IbC.Ib=2IaB.Ia=2IbD.不能確定解析 這個題目中有很多干擾項，例如兩個截面的面積不相等、導線的組成材料不同等。但解題關鍵是通過兩截面的電子數(shù)在單位時間內相等，根據(jù)I=T可知電 流相等。答案 A 5.（2020湖北黃岡調研）如圖2所示的電解液接入電路后，在t時間內有n1個一價 正離子通過溶液內面積為 S的橫截面，有n2個二價負離子通過該橫截面。設 e為元電荷，則下列關于通過該橫截面的電流的說法中，正確的是 （）圖2A.當n1 = n2時，電流大小為零B.當n1>n2時，電源外部電流方向由C.當n1<n2時，電源外部

18、電流方向由A指向B,B指向A,電流1 =電流I =(n1一2n2) et(2n2m) et,、， 一，（ni +2n2） eD.電源外部電流方向由A指向B,電流1 =二一一一 解析 電流的方向就是正電荷定向移動的方向，在電源外部電流方向由A指向B,q （ni +2n2） e在電源內部電流方向由 B指向A,與ni、n2的大小無關，I=，=1,故D正確。答案 D能力提升6 . （2018陜西延安黃陵中學摸底）如圖3所示，一根橫截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻帶有負電荷，單位體積內的電荷量為 q,當此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運動時，由于棒運動而形成的等效電流大小為 （）A.vqB.C.qvS

19、D.q vqv , S解析 時間t s內通過棒的長度為l = vt,總電荷量為Q=vtSq,由|=¥=丑= qvS,故選項C正確。答案 C7 .有甲、乙兩導體，甲的橫截面積是乙的兩倍，而單位時間內通過導體橫截面的電荷量，乙是甲的2倍，下列說法中正確的是（）A.通過甲、乙兩導體的電流相同8 .通過乙導體的電流是甲導體的2倍C.乙導體中自由電荷定向移動的速率是甲導體的 2倍D.甲、乙兩導體中自由電荷定向移動的速率大小相同解析 由于單位時間內通過乙橫截面的電荷量是甲的 2倍，因此乙導體中的電流是甲的2倍，故A錯誤，B正確；又I = nqSv,則v=£,由于不知道甲、乙兩 nqs導

20、體的性質（n、q不知道），所以v的關系無法判斷，C、D錯誤答案 B8 .在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進入電壓為 U的加速電場，設其初速度為零，經(jīng)加速后形成橫截面積為 S、電流為I的電子束。已知電子的電荷量為e、質量為m,則在剛射出加速電場時，一小段長為白的電子束內的電子個數(shù)是（）12 eU=mv20 所I囚 / m A. eS 2eU CS , 2mU解析 設單位體積內電子數(shù)為n,對電子加速過程應用動能定理:以電子剛出電場時定向移動速度 v = pmU由電流的微觀表達式I = nSqv得nAl內的電子數(shù)為N = n - S=g 2mU，故B正確 e4e答案 B9 .（2018上海徐匯區(qū)高二檢測）一根橫截面積為S的銅導線，通過電流為I。已經(jīng) 知道銅的密度為p,銅的摩爾質量為M,電子電荷量為e,阿伏加德羅常數(shù)為Na, 設每個銅原子只