2021-2022學(xué)年新教材高中物理第十一章電路及其應(yīng)用第1節(jié)電源和電流學(xué)案新人教版必修第三冊(cè)

第1節(jié)電源和電流學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道電源的作用,掌握電流的形成條件,知道恒定電流的概念。2.知道電流的定義、單位及方向的規(guī)定,會(huì)用公式I=分析相關(guān)問題。3.電流形成的微觀解釋及微觀表達(dá)式的使用。自主預(yù)習(xí)電源:1.概念:電路中在電場(chǎng)力作用下能把從A到B的裝置。

2.作用(1)移送電荷,維持電源正、負(fù)極間有一定的。

(2)保持電路中有的電流。

恒定電流:1.恒定電場(chǎng)(1)定義:由電路中的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng)。

(2)特點(diǎn):電荷的分布是穩(wěn)定的,不會(huì)隨時(shí)間變化。

2.恒定電流定義:大小、都不隨時(shí)間變化的電流。

3.電流(1)物理意義:反映了電流的程度。

(2)表達(dá)式:I=(3)單位:在國際單位制中電流的單位是,簡稱,符號(hào)是。常用單位有、(單位符號(hào)分別為、)。

(4)電流的方向:規(guī)定定向移動(dòng)方向或定向移動(dòng)的反方向?yàn)殡娏鞣较颉?/p>

課堂探究[情境設(shè)問]雷鳴電閃時(shí),強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光。電容器,先直接給它250V的電壓充電,然后兩根引線連接,也就是短路。聽到啪的一聲,看到閃耀的光,說明有電流。直接接在燈泡兩端,觀察到什么現(xiàn)象?為什么雷鳴電閃時(shí),強(qiáng)大的電流能使天空發(fā)出耀眼的強(qiáng)光,但它只能存在于一瞬間,而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光?(一)電源A、B兩個(gè)導(dǎo)體,分別帶正、負(fù)電荷。電荷周圍有電場(chǎng)。[思考討論]1.請(qǐng)畫出電場(chǎng)線來描述電場(chǎng)。2.請(qǐng)描述一下這幅圖中電勢(shì)的上下情況。3.電流是如何形成的?4.自由電子為什么會(huì)定向移動(dòng)?從哪里移動(dòng)到哪里?5.這樣移動(dòng)的結(jié)果,會(huì)引起什么物理量發(fā)生變化?[演示實(shí)驗(yàn)]電容器的充放電,靜電感應(yīng)起電機(jī)。我們當(dāng)然不希望電流是如此短暫的,那應(yīng)該怎么辦?怎樣產(chǎn)生持續(xù)的電流?[類比分析]這是兩個(gè)裝了水的容器,液面高度不同,現(xiàn)用一根橡膠管連接兩個(gè)容器,假設(shè)要使水持續(xù)流動(dòng),應(yīng)該怎么做?結(jié)論1:電源的作用:(二)恒定電流的含義[思考討論]1.在恒定電場(chǎng)中,自由電子做什么運(yùn)動(dòng)?與靜電場(chǎng)有何不同?2.那電流如何變?這會(huì)帶來什么現(xiàn)象?3.導(dǎo)線中的微觀粒子除了自由電子外,還有其他微觀粒子,它們會(huì)對(duì)電子帶來什么影響呢?結(jié)論2:恒定電流的含義:(三)恒定電流的大小下課鈴想,同學(xué)們紛紛走出教室,到戶外活動(dòng)。[思考討論]1.我如何計(jì)算進(jìn)出教室的人流量?2.我應(yīng)該站在哪里點(diǎn)人數(shù)?3.單位時(shí)間內(nèi),一個(gè)人一進(jìn)一出,人流量算多少?4.我們選取一段很短的導(dǎo)線它放大。導(dǎo)線中存在大量自由電子在做定向移動(dòng)。如何定量地描述導(dǎo)線中電流的大小呢?結(jié)論3:電流的定義:公式:方向:[科學(xué)推理與論證]既然自由電子在定向移動(dòng),就有一個(gè)移動(dòng)速率的問題。你覺得導(dǎo)線中電子的定向運(yùn)動(dòng)速率與電流之間是什么關(guān)系?1.我們的思路是什么?2.t時(shí)間內(nèi)通過橫截面的自由電子個(gè)數(shù)是哪段空間里的電子?3.假設(shè)單位體積內(nèi)的電子數(shù)是n,如何求得t時(shí)間內(nèi)通過右截的電子總數(shù)N?4.導(dǎo)線中電子的定向運(yùn)動(dòng)速率與電流之間是什么關(guān)系?結(jié)論4:電流的微觀表達(dá)式:[例題展示]【例題1】如下圖,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。假設(shè)ts內(nèi)有N個(gè)Cl-和N個(gè)Na+通過圖中虛面,那么電路中的電流多大?[變式訓(xùn)練1]某電解池中,假設(shè)在2s內(nèi)各有1.0×1019個(gè)二價(jià)正離子和2.0×1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某截面,那么通過這個(gè)截面的電流是()A.0 B.0.8AC.1.6A D.3.2A【例題2】有一條銅導(dǎo)線,橫截面積為S=1mm2,通過的電流I=1A。銅的密度ρ=8.9×103kg/m3,銅的摩爾質(zhì)量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1,銅導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子奉獻(xiàn)一個(gè)自由電子。求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率。[變式訓(xùn)練2]我們可以計(jì)算一下,按照這個(gè)速率,電子通過一段6.4cm長的導(dǎo)線,需要多少時(shí)間?課堂練習(xí)1.關(guān)于電源的以下說法,正確的選項(xiàng)是()A.電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負(fù)極不斷地搬運(yùn)到正極,從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢(shì)差B.電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由正極不斷地搬運(yùn)到負(fù)極,從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢(shì)差C.只要電路中有電源,電路中就一定有電流D.電源實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)用電器,也需要外界提供能量2.(多項(xiàng)選擇)關(guān)于電流的方向,以下說法正確的選項(xiàng)是()A.電源供電的外部電路中,電流的方向是從高電勢(shì)一端流向低電勢(shì)一端B.電源內(nèi)部,電流的方向是從高電勢(shì)一端流向低電勢(shì)一端C.電子運(yùn)動(dòng)形成的等效電流方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相同D.電容器充電時(shí),電流從負(fù)極板流出,流入正極板3.如下圖,電解池內(nèi)有一價(jià)的電解液,時(shí)間t內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1,負(fù)離子數(shù)是n2,設(shè)元電荷為e,以下解釋中正確的選項(xiàng)是()A.正離子定向移動(dòng)形成電流方向從A→B,負(fù)離子定向移動(dòng)形成電流方向從B→AB.溶液內(nèi)正、負(fù)離子向相反方向移動(dòng),電流抵消C.溶液內(nèi)電流方向從A→B,電流強(qiáng)度I=D.溶液內(nèi)電流方向從A→B,電流強(qiáng)度I=4.(多項(xiàng)選擇)一橫截面積為S的銅導(dǎo)線,流過的電流為I,設(shè)每單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子,電子的電荷量為q,此時(shí)電子的定向移動(dòng)速率為v,在Δt時(shí)間內(nèi),通過導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為()A.nvSΔt B.nvΔt C. D.5.有甲、乙兩導(dǎo)體,甲的橫截面積是乙的兩倍,而單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量,乙是甲的2倍,以下說法正確的選項(xiàng)是()A.通過甲、乙兩導(dǎo)體的電流相同B.通過乙導(dǎo)體的電流是甲導(dǎo)體的2倍C.乙導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率是甲導(dǎo)體的2倍D.甲、乙兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率大小相同[課后練習(xí)]6.銅的原子量為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)通過的電流為I時(shí),電子平均定向移動(dòng)的速率為()A.光速c B. C. D.7.非洲電鰩的捕獵方式是放電電死獵物,它放電的電壓可達(dá)100V,電流50A,每秒鐘放電150次,其放電情況可近似看作如下圖規(guī)律放電。那么放電1秒鐘非洲電鰩放出的電量為()A.25C B.50C C.150C D.250C8.一段粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體的橫截面積是S,導(dǎo)體單位長度內(nèi)的自由電子數(shù)為n,金屬內(nèi)的自由電子的電荷量為e,自由電子做無規(guī)那么熱運(yùn)動(dòng)的速率為v0,導(dǎo)體中通過的電流為I,那么以下說法正確的有()A.自由電子定向移動(dòng)的速率為v0B.自由電子定向移動(dòng)的速率為v=C.自由電子定向移動(dòng)的速率為真空中的光速cD.自由電子定向移動(dòng)的速率為v=9.有一條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)線,通過的電流I=2A。銅的密度ρ=8.9×103kg/m3,銅的摩爾質(zhì)量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1,電子的電荷量大小e=1.6×10-19C,每個(gè)銅原子可提供一個(gè)自由電子,求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率。(結(jié)果保存兩位有效數(shù)字)參考答案自主預(yù)習(xí)電源:1.電子搬運(yùn)2.(1)電勢(shì)差(2)持續(xù)恒定電流:1.(1)穩(wěn)定分布(2)電場(chǎng)的分布2.方向3.(1)強(qiáng)弱(3)安培安A毫安微安mAμA(4)正電荷負(fù)電荷[思考討論]1.略2.A球這邊電勢(shì)高,B球這邊電勢(shì)低,A、B球之間有一定的電勢(shì)差。3.自由電子的定向移動(dòng)。4.自由電子在靜電力的作用下沿導(dǎo)線做定向運(yùn)動(dòng)。B失去電子,A得到電子。5.A、B周圍電場(chǎng)減弱,AB之間的電勢(shì)差減小。[類比分析]用抽水機(jī)。結(jié)論1:電源的作用:搬運(yùn)電子,形成穩(wěn)定電勢(shì)差。恒定電流含義[思考討論]1.勻加速直線運(yùn)動(dòng),靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷定向移動(dòng)。2.電流會(huì)越來越大。3.電子在前進(jìn)過程中會(huì)與這些不動(dòng)的粒子發(fā)生碰撞,從而減速。結(jié)論2:恒定電流的含義:大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流。恒定電流的大小[思考討論]1.統(tǒng)計(jì)課間時(shí)間進(jìn)出教室的人數(shù)。2.在門口。3.兩個(gè)人。4.觀察通過在一定時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線某個(gè)橫截面的電荷量。結(jié)論3:電流的定義:一段時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量與所用時(shí)間的比值。公式:I=方向:正電荷的移動(dòng)方向。[科學(xué)推理與論證]1.I=2.長度為vt,橫截面積為S的圓柱形導(dǎo)體中的電子個(gè)數(shù)。3.N=nvtS4.I=neSv結(jié)論4:電流的微觀表達(dá)式:I=neSv【例題1】例題分析: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。例題解答:由電流的定義式