2023學年完整公開課版電流的形成

3.2探究電流、電壓和電阻（一）授課：任幗鴻一、電流是怎樣形成的定義：物理學中把流過導體某一橫截面積的電荷量Q跟所用時間t的比值I叫做電流。定義式：電流的單位：安培(A)

物理意義：描述電流強弱的物理量思考討論1自由電子的熱運動為什么不形成電流？答：因為自由電子的無規(guī)則運動導致電荷的運動方向雜亂無章，無法形成定向運動，所以不會形成電流。電流產(chǎn)生的條件電流的形成條件：自由電荷和導體兩端存在電壓。電流有方向，通常規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，但電流是標量。電流形成的微觀解釋

如圖所示，AD表示粗細均勻的一段導體L，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，設導體的橫截面積為S，導體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q.AD導體中的自由電荷總數(shù)N＝nLS總電荷量Q＝Nq＝nLSq所有這些電荷都通過橫截面D所需要的時間為t＝L/v根據(jù)公式I=Q/t可得：導體AD中的電流I＝Q/t＝＝nqSv.案例分析：課本61頁這個公式只適用于金屬導體，千萬不能到處套用

討論：

細心同學會發(fā)現(xiàn)，我們從課文例1的計算結(jié)果知道，自由電子定向移動的速率約為1.8×10－4m/s，而生活中的常識是，無論輸電線路長短，只要合閘送電，電流瞬間就產(chǎn)生了．這是為什么呢？

雖然是電荷的定向移動才形成電流，但“形成電流的速率”卻不是自由電子定向移動的速率，而是電場的傳播速率，它等于光速(3×108m/s)．自由電子總在不停地做無規(guī)則熱運動，當導體兩端加有電壓時，導體中將以3×108m/s的速率在各處建立起電場，在該電場的作用下，導體中各處的自由電子幾乎同時開始做定向移動，使得整個電路中幾乎同時形成電流．所以，形成電流的速率既不是自由電子定向移動的速率(約為1×10－5m/s)，也不是自由電子熱運動的平均速率(約為1×105m/s)．

方法探究

一、關(guān)于電流的計算

例1

在金屬導體中，若10s內(nèi)通過某橫截面的電荷量為10C，則導體中的電流為___A.

解析

根據(jù)電流的定義式得：

I＝＝A＝1A.

答案

1

點評

求解電流時，可直接根據(jù)定義求解，另外要注意統(tǒng)一單位．

變式訓練1某電解池中，若在2s內(nèi)各有1.0×1019個二價正離子和2.0×1019個一價負離子通過某截面，那么通過這個截面的電流是(

)

A．0 B．0.8A

C．1.6A D．3.2AD

解析電荷的定向移動形成電流，但正負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的絕對值之和．由題意可知，電流由正負離子定向運動形成，則在2s內(nèi)通過截面的總電荷量應為：q＝1.6×10－19×2×1.0×1019C＋1.6×10－19×1×2.0×1019C＝6.4C.根據(jù)電流的定義式得：I＝＝A＝3.2A.

答案

D

點評

電解液導電與金屬導體導電不同，金屬導體中的自由電荷只有自由電子，而電解液中的自由電荷是正負離子，運用I＝計算時，q應是同一時間內(nèi)正負兩種離子通過某橫截面的電荷量的絕對值之和．

二、關(guān)于電流“微觀表達式”的計算

例2

有一橫截面積為S的銅導線，流經(jīng)其中的電流為I，設每單位體積導線有n個自由電子，電子的電荷量為q，此時電子定向移動的速度為v，在Δt時間里，通過導線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為(

)

A．nvSΔtB．nvΔtC． D．

AC解析

此題考查對電流公式I＝及電流的微觀表達式I＝nqvS的理解．在Δt時間內(nèi)，以速度v移動的電子在銅導線中經(jīng)過的長度為vΔt，由于銅導線的橫截面積為S，則在Δt時間內(nèi)，電子經(jīng)過的導線體積為vΔt·S.又由于單位體積的導線有n個自由電子，在Δt時間內(nèi)，通過導線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為nvSΔt，選項A正確．由于流經(jīng)導線的電流為I，則在Δt時間內(nèi)，流經(jīng)導線的電荷量為IΔt；而電子的電荷量為q，則Δt時間內(nèi)通過導線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為，選項C也正確．

答案

AC二、電路中的電壓與電勢降落1、電路中的電壓是怎樣變化的？

正電荷在電場力的作用下總是從電勢高處向電勢低處運動，故沿電流方向上任意兩點間都有電勢差，電勢差就是電壓。又叫做電勢降落。2.探究：電路中電勢變化的規(guī)律結(jié)論：沿電路e、a、b、c、d電流方向的電勢是降低的。導線中電勢降落近似等于零。三、電阻是怎樣形成的導體對自由電荷定向移動的阻礙作用叫電阻。討論：電阻產(chǎn)生的本質(zhì)原因？溫度升高時燈絲的電阻變化的情況及其原因？

自由電子與晶體點陣上的原子實碰撞，形成對電子定向運動的阻礙作用是電阻產(chǎn)生的本質(zhì)原因。

根據(jù)課本上的實驗分析原子實振動越劇烈，金屬電阻的的阻值越大，溫度越高，電阻越大。純金屬電阻的阻值與溫度的關(guān)系：R=R0(1+αt),α叫做電阻的溫度系數(shù)。

思考與討論1（2）根據(jù)電阻對電流的作用，推測電流大小可能與電阻大小有什么關(guān)系？（1）根據(jù)電壓在電路中的作用，推測電流大小可能與電壓大小有什么關(guān)系？電壓越大，電流會越大。電阻越大，電流越小。（3）歐姆定律：內(nèi)容：導體中的電流I跟導體兩端的電壓U成正比，跟它的電阻R成反比表達式：I=U/R使用范圍：金屬導體、電解液等純電阻思考與討論2：Ⅰ=U/R與Ⅰ=Q/t的區(qū)別？Ⅰ=U/R與Ⅰ=Q/t兩者是不同的，Ⅰ=Q/t是電流的定義式，只要導體中有電流，不管是什么導體導