高中物理人教版1第三章磁場(chǎng) 2023版第2章1電源和電流

1電源和電流學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.了解電流的形成，知道電源的作用和導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)．2．知道電流的定義及單位、方向的規(guī)定，理解恒定電流．(重點(diǎn))3．理解電流形成的微觀實(shí)質(zhì)．(難點(diǎn))電源和恒定電場(chǎng)eq\o([先填空])1．電源2．恒定的電場(chǎng)(1)定義：由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng)．(2)形成：連接A、B導(dǎo)體的導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的．(3)特點(diǎn)：任何位置的電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度都不會(huì)隨時(shí)間變化，基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同．(4)適用規(guī)律：在靜電場(chǎng)中所講的電勢(shì)、電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系同樣適用于恒定電場(chǎng)．eq\o([再判斷])1．恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)基本性質(zhì)相同，兩者沒(méi)有區(qū)別．(×)2．電路中有電流時(shí)，電場(chǎng)的分布就會(huì)隨時(shí)間不斷地變化．(×)3．電源的作用就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．(√)4．恒定電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度不變化，一定是勻強(qiáng)電場(chǎng)．(×)eq\o([后思考])恒定電場(chǎng)就是靜電場(chǎng)，對(duì)嗎？【提示】靜電場(chǎng)是靜電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，而恒定電場(chǎng)是由電源、導(dǎo)線等電路元件累積電荷形成的電場(chǎng)，但二者基本性質(zhì)相同．eq\o([合作探討])如圖2-1-1所示，電閃雷鳴時(shí)，強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光．圖2-1-1探討1：電閃雷鳴時(shí)，耀眼的閃光為什么只持續(xù)一瞬間？【提示】因?yàn)樵茖优c大地或云層之間的電壓在電閃瞬間減小，不能再維持強(qiáng)大電流的存在．探討2：電閃雷鳴過(guò)程中發(fā)生怎樣的能量轉(zhuǎn)化？【提示】電能轉(zhuǎn)化為光能、熱能等．eq\o([核心點(diǎn)擊])1．電源的作用(1)從電荷轉(zhuǎn)移的角度看，電源的作用是使電路中的自由電荷持續(xù)地定向移動(dòng)．(2)從能量轉(zhuǎn)化的角度看，搬運(yùn)電荷的過(guò)程是非靜電力做功的過(guò)程，從而將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．2．形成電流的三種電荷形成電流的三種電荷為自由電子、正離子和負(fù)離子，其中金屬導(dǎo)體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷是自由電子，液體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷有正離子和負(fù)離子，氣體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷有自由電子、正離子和負(fù)離子．1．關(guān)于電流，下列敘述正確的是()A．只要將導(dǎo)體置于電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)就有持續(xù)電流B．電源的作用可以使電路中有持續(xù)電流C．導(dǎo)體內(nèi)沒(méi)有電流時(shí)，就說(shuō)明導(dǎo)體內(nèi)部的電荷沒(méi)有移動(dòng)D．持續(xù)電流是由靜電場(chǎng)產(chǎn)生的【解析】電流在形成時(shí)有瞬時(shí)電流和恒定電流，瞬時(shí)電流是電荷的瞬時(shí)移動(dòng)形成的，而持續(xù)電流是導(dǎo)體兩端有穩(wěn)定的電場(chǎng)形成的，電源的作用就是在導(dǎo)體兩端加上穩(wěn)定的電壓，從而在導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)穩(wěn)定的電場(chǎng)，可見(jiàn)本題答案應(yīng)選B.【答案】B2．(多選)在由電源、導(dǎo)線等電路元件所組成的電路中，以下說(shuō)法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：34522023】A．導(dǎo)線中的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零B．導(dǎo)線中的電場(chǎng)強(qiáng)度方向跟導(dǎo)線方向平行C．導(dǎo)線處于靜電平衡狀態(tài)D．導(dǎo)線內(nèi)沿電流方向各點(diǎn)的電勢(shì)逐漸降低【解析】在電源和導(dǎo)線中感應(yīng)電荷的共同作用下，垂直導(dǎo)線方向的電場(chǎng)相互抵消，在導(dǎo)體中形成了沿導(dǎo)線方向的電場(chǎng)，即導(dǎo)線中的電場(chǎng)強(qiáng)度方向跟導(dǎo)線方向平行，B正確，A錯(cuò)誤；導(dǎo)體內(nèi)有電場(chǎng)，說(shuō)明導(dǎo)體不是靜電平衡狀態(tài)，C錯(cuò)誤；沿電場(chǎng)方向電勢(shì)逐漸降低，電場(chǎng)方向就是正電荷的受力方向，也就是電流的方向，即導(dǎo)線內(nèi)沿電流方向各點(diǎn)的電勢(shì)逐漸降低，D正確．【答案】BD電路中有持續(xù)電流的兩個(gè)條件(1)電路中有電源．(2)電路還必須是閉合的，即必須用導(dǎo)體將電源連接起來(lái)．恒定電流eq\o([先填空])1．電流概念(1)概念：電荷的定向移動(dòng)形成電流．(2)物理意義：反映了電流的強(qiáng)弱程度．(3)符號(hào)及單位：符號(hào)是I，單位有安培、毫安、微安(單位符號(hào)分別為A、mA、μA)．(4)表達(dá)式：I＝eq\f(q,t).(5)電流的方向：規(guī)定正電荷定向移動(dòng)方向或負(fù)電荷定向移動(dòng)的反方向?yàn)殡娏鞣较颍?．恒定電流大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流．eq\o([再判斷])1．電流既有大小，又有方向，是矢量．(×)2．電流越大，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量就越多．(√)3．導(dǎo)體中的電流，實(shí)際是正電荷的定向移動(dòng)形成的．(×)eq\o([后思考])有同學(xué)認(rèn)為“只有導(dǎo)體中才可有電流”，談一談你的認(rèn)識(shí)．【提示】電荷定向移動(dòng)形成電流，不論是導(dǎo)體內(nèi)還是其他空間，只要有電荷定向移動(dòng)就可形成電流，如氫原子中核外電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，形成了一環(huán)形電流等．eq\o([合作探討])如圖2-1-2所示，把電源用導(dǎo)線連接在插入食鹽水中的兩個(gè)金屬電極上，電路中形成電流．圖2-1-2探討1：鹽水中的電流和金屬導(dǎo)線中的電流形成機(jī)制有什么不同？【提示】鹽水中的電流是Cl－離子和Na＋離子同時(shí)反向定向移動(dòng)形成的，金屬導(dǎo)線中的電流是自由電子定向移動(dòng)形成的．探討2：鹽水中的電流沿什么方向？【提示】左．探討3：假設(shè)ts內(nèi)有N個(gè)Cl－和N個(gè)Na＋通過(guò)圖中虛面，則電路中的電流多大？【提示】I＝eq\f(2Ne,t).eq\o([核心點(diǎn)擊])1．理解電流概念注意的四個(gè)要點(diǎn)(1)公式I＝eq\f(q,t)中，q是通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量，而不是通過(guò)導(dǎo)體單位橫截面積的電荷量．(2)當(dāng)導(dǎo)體中有正、負(fù)電荷同時(shí)向相反方向定向移動(dòng)形成電流時(shí)，公式中的q應(yīng)為通過(guò)導(dǎo)體橫截面的正、負(fù)兩種電荷電荷量的絕對(duì)值之和．(3)橫截面的選取是任意的，電流的大小與橫截面無(wú)關(guān)．(4)電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向，它與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反．在電源外部的電路中，電流的方向是從電源的正極流向負(fù)極；在電源的內(nèi)部，電流是從電源的負(fù)極流向正極．電流雖然有大小和方向，但電流是標(biāo)量，而不是矢量．因此電流的合成不遵循平行四邊形定則．2．電流的微觀表達(dá)式I＝nqSv(1)建立模型如圖2-1-3所示，AB表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速率為v.設(shè)導(dǎo)體的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面積為S，導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q.圖2-1-3(2)理論推導(dǎo)導(dǎo)體AB中的自由電荷總數(shù)N＝nLS總電荷量Q＝Nq＝nLSq所有這些電荷都通過(guò)導(dǎo)體橫截面所需要的時(shí)間t＝eq\f(L,v)根據(jù)公式I＝eq\f(q,t)可得，導(dǎo)體AB中的電流I＝eq\f(Q,t)＝eq\f(nLSq,\f(L,v))＝nqSv.(3)結(jié)論由此可見(jiàn)，從微觀上看，電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、自由電荷的電荷量、自由電荷定向移動(dòng)的速率以及導(dǎo)體的橫截面積．3．三種速率的區(qū)別電子定向移動(dòng)的速率電子熱運(yùn)動(dòng)的速率電流傳導(dǎo)的速率物理意義電流是由電荷的定向移動(dòng)形成的，電流I＝nqSv，其中v就是電子定向移動(dòng)的速率.構(gòu)成導(dǎo)體的電子在不停地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，由于熱運(yùn)動(dòng)向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相等，故不能形成電流.閉合開(kāi)關(guān)的瞬間，電路中各處以光速c建立恒定電場(chǎng)，在恒定電場(chǎng)的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)開(kāi)始定向移動(dòng)，整個(gè)電路也幾乎同時(shí)形成了電流大小10－5m1053×1083．銅的相對(duì)原子質(zhì)量為m，密度為ρ，每摩爾銅原子有n個(gè)自由電子，今有一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線，當(dāng)通過(guò)的電流為I時(shí)，電子平均定向移動(dòng)的速率為()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：34522023】A．光速c \f(I,neS)\f(ρI,neSm) \f(mI,neSρ)【解析】假設(shè)電子定向移動(dòng)的速率為v，那么在t時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)相當(dāng)于在體積vtS中的自由電子數(shù)，而體積為vtS的銅的質(zhì)量為vtSρ，摩爾數(shù)為eq\f(vtSρ,m)，所以電荷量q＝eq\f(vtSρne,m)，因電流I＝eq\f(q,t)＝eq\f(vSρne,m)，于是得到v＝eq\f(mI,neSρ).【答案】D4．一根橫截面積為S的均勻長(zhǎng)直橡膠棒上均勻帶有負(fù)電荷，每米電荷量為q，當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于棒運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流大小為()A．qv B．q/vC．qvS D．qv/S【解析】時(shí)間t內(nèi)通過(guò)垂直于棒運(yùn)動(dòng)方向某一橫截面的電荷量Q＝qvt，依電流的定義式可得I＝eq\f(Q,t)＝qv，故A正確．【答案】A計(jì)算電流大小的三種方法1．金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算金屬導(dǎo)體中的自由電荷只有自由電子，運(yùn)用I＝eq\f(q,t)計(jì)算時(shí)，q是某一時(shí)間內(nèi)通過(guò)金屬導(dǎo)體橫截面的電子的電荷量．2．電解液中電流的計(jì)算電解液中的自由電荷是正、負(fù)離子，運(yùn)