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2019_2020版高中物理第二章恒定电流1电源和电流课件新人教版选修3_1

发布时间:

第二章 恒定电流
1 电源和电流

学科素养与目标要求
物理观念:
1.了解电流的形成条件、电源的作用和导体中的恒定电场. 2.理解电流的定义、定义式、单位及方向的规定,会用公式q=It分析相关问题.
科学思维:
会推导电流的微观表达式,从微观的角度认识影响电流大小的因素.

内容索引
NEIRONGSUOYIN

自主预* 重点探究 达标检测

预*新知 夯实基础 启迪思维 探究重点 检测评价 达标过关

自主预*

一、电源
1.定义:能把电子在电源内部从电源 正极 搬运到 负极 的装置. 2.作用:移送电荷,维持电源正、负极间有一定的 电势差 ,保持电路中有持 续电流.

二、恒定电场
1.定义:由 稳定分布的电荷 所产生的稳定的电场. 2.形成:当电路达到稳定时,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. 3.特点:任何位置的 电荷分布 和 电场强度都不随时间变化,其基本性质与静 电场相同.

三、恒定电流
1.定义:大小、 方向 都不随时间变化的电流称为恒定电流. q
2.电流的定义式:I= t ,其物理意义:单位 时间内,通过导体横截面的 电荷量 , 是表示电流强弱程度的物理量.

即学即用
1.判断下列说法的正误. (1)导体内没有电流时,就说明导体内部的电荷没有运动.( × ) (2)电流既有大小,又有方向,是矢量.( × ) (3)导体中的电流一定是正电荷定向移动形成的.( × ) (4)电子定向移动的方向就是电流的方向.( × ) (5)电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量越多.( √ )

2.在一次闪电的过程中,流动的电荷量大约为300 C,持续的时间大约是0.005 s, 所形成的*均电流强度为__6_.0_×__1_0_4 A.

重点探究

一、电流的理解和计算
导学探究
如图所示,在装有导电液体的细管中,有正、负两种电荷向相反的方向运动,在 时间t内通过细管某截面的正电荷为q1,通过此截面的负电荷为q2.
(1)确定通过导电液体中电流的方向. 答案 电流方向为正电荷定向移动方向或负电荷定向移动方向的反方向,故导电 液体中电流方向为由左向右. (2)计算导电液体中电流的大小. 答案 I=|q1|+t |q2|.

知识深化

1.电流的方向:规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,则负电荷定向移

动的方向与电流的方向相反.

2.电流的定义式:I=

q t

.用该式计算出的电流是时间t内的*均值.对于恒定电

流,电流的瞬时值与*均值相等.

3.电流虽然有方向,但它是标量,它遵循代数运算法则.

例1 如图1所示,电解池内有一价的电解液,t时间内通过溶液内面积为S的截

面的正离子数是n1,负离子数是n2,设元电荷为e,以下说法中正确的是
A.当n1=n2时电流强度为零 B.当 n1>n2 时,电流方向从 A→B,电流强度为 I=?n1-t n2?e

C.当 n1<n2 时,电流方向从 B→A,电流强度为 I=?n2-t n1?e

√D.溶液内电流方向从 A→B,电流强度为 I=?n1+t n2?e

图1

针对训练1 某电解池,如果在1 s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价

负离子通过面积为0.1 m2的某截面,那么通过这个截面的电流是

A.0 C.1.6 A

B.0.8 A
√D.3.2 A

[学科素养] 负电荷向一个方向定向移动,等效为正电荷向相反方向定向移动, 所以在电解液中形成电流的电荷量为正、负电荷电荷量的绝对值之和.通过以 上两个题目,学生能更好地理解不同情景下电流的形成及电流的定义式,体 现了“物理观念”的学科素养.

二、电流的微观表达式

1.电流的微观表达式的推导

如图2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大小为q.则:
导体AD内的自由电荷全部通过横截面D所用的时间t= vl . 导体AD内的自由电荷总数N=nlS

总电荷量Q=Nq=nlSq

图2

此导体上的电流 I=Qt =nllSq=nqvS v

2.电流的微观表达式I=nqvS

(1)I=

q t

是电流的定义式,I=nqvS是电流的决定式,因此I与通过导体横截面的

电荷量q及时间t无关,从微观上看,电流决定于导体中单位体积内的自由电荷

数n、每个自由电荷的电荷量大小q、定向移动的速率v,还与导体的横截面积S

有关.

(2)v表示电荷定向移动的速率.自由电荷在不停地做无规则的热运动,其速率为

热运动的速率,电流是自由电荷在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的.

[延伸阅读] 三种速率的比较 (1)电子定向移动速率:也是公式I=neSv中的v,大小约为10-5 m/s. (2)电流的传导速率:就是导体中建立电场的速率,等于光速,为3×108 m/s.闭 合开关的瞬间,电路中各处以光速建立恒定电场,电路中各处的自由电子几 乎同时定向移动,整个电路也几乎同时形成了电流. (3)电子热运动速率:电子做无规则热运动的速率,大小约为105 m/s.由于热运 动向各个方向运动的机会相等,故此运动不能形成电流.

例2 导线中的电流是1 A,导线的横截面积为1 mm2. (1)在1 s内,有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e=1.6×10-19 C)?
答案 6.25×1018个
解析 N=qe=Iet=6.25×1018 个.

(2)自由电子的*均移动速率是多大(设导体每立方米内有8.5×1028个自由电子)? 答案 7.35×10-5 m/s 解析 由公式I=neSv,得
v=neIS=8.5×1028×1.6×110-19×1×10-6 m/s
≈7.35×10-5 m/s.

(3)自由电子沿导线定向移动1 m,*均要多少时间? 答案 2∶1 解析 沿导线移动 1 m 需用时 t=7.35×1 10-5 s≈3.78 h.

针对训练2 (2018·南昌二中高二期中)如图3所示是一根粗细均匀的橡胶棒,其横截 面积为S,由于与毛皮发生摩擦而均匀带负电,若已知该橡胶棒每米所带的电荷量 为q,则当该棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,形成的等效电流为

√A.qv

q B.v

图3

qv

C.qvS

D. S

解析 橡胶棒沿轴线方向以速度v做匀速直线运动时,Δt内通过的距离为v·Δt,
Δt内通过某横截面的电荷量Q=qvΔt,根据电流的定义式I=ΔQt,得到等效电流I =qv,A正确.

达标检测

1.(对电源的理解)关于电源的以下说法,正确的是 A.电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极,从而保持两极
之间有稳定的电势差
√B.电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极,从而保持两极
之间有稳定的电势差 C.只要电路中有电源,电路中就一定有电流 D.电源实质上也是一个用电器,也需要外界提供能量
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2.(对I=

q t

的理解和应用)电路中有一电阻,通过电阻的电流为5

A,当通电5分

钟时,通过电阻横截面的电子数为

A.1 500个
√C.9.375×1021个

B.9.375×1019个 D.9.375×1020个

解析 由公式 q=It 得,n=qe=Iet=9.375×1021 个,故选 C.

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3.(对电流微观表达式的理解和应用)有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的2倍, 而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍,以下说法正确的是 A.通过甲、乙两导体的电流相同
√B.通过乙导体的电流是甲导体的2倍
C.乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍 D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率相等
解析 由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍,因此通过乙导体 的电流是甲的2倍,故A错,B对. 由于I=nqSv,所以v= nqI S,由于不知道甲、乙两导体的性质(n、q不知道),所 以无法判断v,故C、D错.
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