2022年高中物理 電源和電流學(xué)案 新人教版選修3-1

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1、2022年高中物理 電源和電流學(xué)案 新人教版選修3-1 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 1.了解形成電流的條件，知道電源的作用和導(dǎo)體中的恒定電場. 2.理解電流的定義，知道電流的單位、方向的確定，會(huì)用公式q＝It分析相關(guān)問題． [知識(shí)儲(chǔ)備] 1．電場中兩點(diǎn)間電勢的差值叫這兩點(diǎn)間的________，也叫電壓．在勻強(qiáng)電場中電勢差和電場強(qiáng)度之間的關(guān)系為E＝d(U). 2．正電荷在電場中受靜電力作用會(huì)從____電勢向____電勢運(yùn)動(dòng)．負(fù)電荷在電場中受靜電力作用會(huì)由____電勢向____電勢運(yùn)動(dòng)． [課前自主預(yù)習(xí)] 一、電源 1．帶正、負(fù)電荷的導(dǎo)體通過導(dǎo)線放電只能形成瞬間的電流：如圖1所示，

2、當(dāng)用導(dǎo)線連接帶正、負(fù)電荷的導(dǎo)體A、B時(shí)，導(dǎo)線中的自由電子便會(huì)在靜電力的作用下沿導(dǎo)線做定向移動(dòng)，帶負(fù)電的導(dǎo)體B________電子，帶正電的導(dǎo)體A________電子，周圍電場迅速減弱，兩導(dǎo)體間的電勢差很快消失，電流是________的． 圖1 2．電源能給電路提供持續(xù)的電流：在兩個(gè)導(dǎo)體間加一個(gè)裝置P，如圖2所示，它能源源不斷地把經(jīng)導(dǎo)線流到A的電子取走，補(bǔ)充給B，使A、B始終保持一定數(shù)量的正、負(fù)電荷，A、B周圍空間始終存在一定的______，A、B之間始終保持一定的______．這樣電路就始終保持持續(xù)的________，這種搬運(yùn)電荷的裝置P就是________． 圖2 二、恒定電

3、場 導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的________共同形成的．盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另外的又來補(bǔ)充，形成一種________平衡，這樣________的分布是穩(wěn)定的，形成的________也是穩(wěn)定的，不隨時(shí)間而改變，稱為恒定電場． 三、恒定電流 1．恒定電流：由于恒定電場的作用，電路中的電流保持恒定．我們把______________都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流． 2．電流：(1)定義：通過導(dǎo)體截面的________與通過這些電荷量所用________的比值，叫做電流強(qiáng)度，簡稱電流． (2)公式表達(dá)：I＝，或?qū)懗呻姾闪康谋磉_(dá)式：__________.

4、 (3)單位：在國際單位制中是______，簡稱安，符號(hào)是A.更小的單位還有________ (mA)、________(μA)，換算關(guān)系為：1 A＝103 mA＝106 μA. [課內(nèi)探究] 【問題一】 [要點(diǎn)提煉] 1．要使電路中保持持續(xù)的電流，電路兩端之間要有一定的________． 2．電源的作用：維持電路兩端始終有一定的________，使電路中保持______________． 【問題二】 導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的．這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，電荷的分布卻是穩(wěn)定的，這是為什么？ 　 　 [要點(diǎn)提煉] 1．由穩(wěn)定分布的電荷所

5、產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場，稱為____________． 2．在恒定電場中，任何位置的電場強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化，所以它的基本性質(zhì)與________相同．在靜電場中所講的電勢、電勢差及其與電場強(qiáng)度的關(guān)系等，在恒定電場中________． 【問題三】 1．什么樣的電流被稱為恒定電流？ 　 2．我們用什么物理量來描述電流的強(qiáng)弱程度？ 　 [要點(diǎn)提煉] 1．我們把________都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流． 2．________是描述電流強(qiáng)弱的物理量，其單位是________，電荷量q＝________. 針對訓(xùn)練：在金屬導(dǎo)體中，若10s內(nèi)通過橫截面的電量為10C，則導(dǎo)體中的電

6、流為________； 【問題四】 ①在一段公路上，一排均勻間隔的汽車在一速度v=5m/s的速度行駛，每10m有3輛車，問你站在某個(gè)路邊某個(gè)位置，看到的車流量是多少？（即單位時(shí)間內(nèi)通過的車輛） ②在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體AD上選取兩個(gè)截面B和C，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S．導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)電荷的電荷量為q，電荷的定向移動(dòng)速率為v ，求導(dǎo)體AD電流。 ③請同學(xué)們看書本上的例題 【問題五】 ①一排均勻間隔的汽車在等綠燈，第一輛車和最后一輛車間隔是100m，汽車開動(dòng)的時(shí)候速度為5m/s，“車流”是經(jīng)過20s傳到最后一輛車那里，還是？ ②如果認(rèn)為電子的定

7、向運(yùn)動(dòng)速率就是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？ [課后鞏固練習(xí)] （用時(shí)25分鐘） 1 （多）下列關(guān)于電源的說法正確的是 ( ) A．電源就是電壓 B．電源的作用是使電源的正負(fù)極保持一定量的正、負(fù)電荷，維持一定的電勢差 C．與電源相連的導(dǎo)線中的電場是由電源正、負(fù)極上的電荷形成的 D．在電源內(nèi)部正電荷由負(fù)極流向正極，負(fù)電荷由正極流向負(fù)極 2.關(guān)于電流，下列說法正確的是 ( ) A．只要將導(dǎo)體置于電場中，導(dǎo)體中就有持續(xù)的電流 B．電源的作用是使電路中有持續(xù)

8、的電流 C．導(dǎo)體中沒有電流，就說明導(dǎo)體內(nèi)部的電荷沒有移動(dòng) D．導(dǎo)體中的電流是由電荷的定向移動(dòng)形成的 電路中有一電阻，通過電阻的電流為5 A，當(dāng)通電5分鐘時(shí)，通過電阻橫截面的電子數(shù)為（ ） A．1 500個(gè) B．9.375×1019個(gè) C．9.375×1021個(gè) D．9.375×1020個(gè) 3．（多）關(guān)于電流的概念，下列說法正確的是(　　) A．通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大 B．電子定向移動(dòng)的速率越大，電流越大 C．單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流越大 D．電流的傳導(dǎo)速率越大，電流越

9、大 4.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)通過乙橫截面的電荷量是甲的2倍，下列說法中正確的是(　　) 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 5.某電解池中，若在2 s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．0.8 A C．1.6 A D．3.2 A 6.電子的繞

10、核運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流．若氫原子中的電子以速率v在半徑為r的軌道上運(yùn)動(dòng)，用e表示電子的電荷量，則其等效電流等于多少？ 7.（選做）（多項(xiàng)）有一橫截面積為S的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流為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)電子定向移動(dòng)的速率為v，則在Δt時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)目可表示為(　　) A．nvΔtS　　　　　　　　　 B．nvΔt C. D. 練習(xí)校對結(jié)果： 【教學(xué)后記】1．金屬導(dǎo)體中電流的形成 金屬導(dǎo)體中的自由電子，在導(dǎo)體兩端沒有加上電壓時(shí)，只是做無規(guī)則的熱運(yùn)

11、動(dòng)。加上電壓時(shí)，自由電子受到電場的作用，在無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上又加上一個(gè)定向的運(yùn)動(dòng)。自由電子的定向運(yùn)動(dòng)不是簡單的勻速直線運(yùn)動(dòng)，而是在電場力作用下的加速運(yùn)動(dòng)，又由于頻繁地跟金屬正離呂碰撞使它向各個(gè)方面彈射回來，使得定向的加速運(yùn)動(dòng)遭到破壞，而電場力的作用使它再度變成定向運(yùn)動(dòng)，接著又會(huì)出現(xiàn)新的碰撞，如此反復(fù)。從大量自由電子運(yùn)動(dòng)的宏觀效果來看，可以為它們以平均速率做定向運(yùn)動(dòng)。 2．金屬導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù) 金屬導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)可以著作跟單位體積內(nèi)的原子數(shù)同一個(gè)數(shù)量級，即假設(shè)每個(gè)原子都能提供一個(gè)電子來充當(dāng)自由電子。設(shè)金屬的密度為 ，摩爾質(zhì)量為M，阿佛加德羅常數(shù)為 ，那么，單位體積內(nèi)

12、的自由電子數(shù)n= N0。以銅為例：M=63.6×10-3kg/mot,? =8.9×103kg/m3,N0==6.02×1023mot-1,所以n= m-3=8.4×1028m-3. 3．金屬導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng)的平均速率 設(shè)單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，電子定向移動(dòng)的平均速率為 ，每個(gè)電子帶電量為e，導(dǎo)線橫截面積為s，則時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)N= ，其總電量Q=Ne= ，根據(jù)I= 得I= ， = ，假設(shè)S=1.0mm2，I=1.0A，n=8.4×1028m-3，e=1.6×10-19，代入可得到 =7.4×10-5m/s。可見自由電子定向移動(dòng)的平均速率是很小的。 4．金屬導(dǎo)體中自由電子的熱運(yùn)動(dòng)平均速率 自由電子要在晶體的陣間做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)論，電子熱運(yùn)動(dòng)為平均速率 = ，式中K是玻耳茲曼常數(shù)—k=1.38×10-23J/K，m是電子質(zhì)量—m=0.91×10-30kg，T是熱力學(xué)溫度，設(shè)t=270C，即T=300K，代入得 = m/s=1.08×105m/s。可見自由電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率是很大的。 5．電流傳播的速率等于光在其空中傳播的速度， =3.0×108m/s。 由以上分析和計(jì)算可知金屬導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng)的平均速率是很小的，自由電子的熱運(yùn)動(dòng)平均速率是很大的，而電流傳播的速率更大。這三個(gè)速率之間沒有什么關(guān)系，更談不上相等。