第二章、恒定电流
第一节、导体中的电场和电流（1课时）
一、教学目标
（一）知识与技能
1．让学生明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立
2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流
3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。
（二）过程与方法
通过类比和分析使学生对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理
解。
（三）情感态度与价值观
通过对电源、电流的学习培养学生将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇
于探究与日常生活有关的物理学问题。
三、重点与难点：
重点：理解电源的形成过程及电流的产生。
难点：电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。
四、教学过程
（一）先对本章的知识体系及意图作简要的概述
（二）新课讲述----第一节、导体中的电场和电流
1．电源：
先分析课本图2。1-1 说明该装置只能产生瞬间电流（从电势差入手）
【问题】如何使电路中有持续电流？（让学生回答—电源）
类比：（把电源的作用与抽水机进行类比）如图2—1，水
池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起
来，则水在重力的作用下定向运动，从水池A运动到水池B。
A、B之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能
有一个瞬时水流。
教师提问：怎拦才能使水管中有源源不断的电流呢?
让学生回答：可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B
中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流。归纳：电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。（从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置）
2．导线中的电场：
结合课本图2。1-4分析导线中的电场的分布情况。
导线中的电场是两部分电荷分布共同作用产生的结果，其一是电源正、负极产生的电场，可将该电场分解为两个方向：沿导线方向的分量使自由电子沿导线作定向移动，形成电流；垂直于导线方向的分量使自由电子向导线某一侧聚集，从而使导线的两侧出现正、负净电荷分布。其二是这些电荷分布产生附加电场，该电场将削弱电源两极产生的垂直导线方向的电场，直到使导线中该方向合场强为零，而达到动态平衡状态。此时导线内的电场线保持与导线平行，自由电子只存在定向移动。因为电荷的分布是稳定的，故称恒定电场。
通过“思考与讨论”让学生区分静电平衡和动态平衡。
恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。
3．电流（标量）
（1）概念：电荷的定向移动形成电流。
（2）电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向。
（3）定义：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用的时间的比值。定义式：t
Q I 电流的微观表示：
取一段粗细均匀的导体，两端加一定的电压，设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v 。设想在导体中取两个横截面B 和C ，横截面积为S ，导体中每单位体积中的自由电荷数为n ，每个自由电荷带的电量为q ，则t 时间内通过横截面C 的电量Q 是多少？电流I 为多少？---引导学生推导
老师归纳：Q=nV=nvtSq I=Q/t=nvqS 这就是电流的微观表示式。
（4）单位：安培（A ），1 A =103mA = 106μA
（5）电流的种类
① 直流电：方向不随时间而改变的电流。直流电分为恒定电流和脉动直流电两类：其中大小和方向都不随时间而改变的电流叫恒定电流；方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。
② 交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流。
【问题】如何用图象表示直流电和交流电？
分析课本例题（详见课本，这里略）
通过例题分析让学生把电流与导线内自由电子的定向移动的速率联系起来，同时说明定向移动的速率和在导线中建立电场的速率是两个不同的概念。
（三）小结：对本节内容做简要小结
（四）巩固新课：1、复习课本内容
2、完成P43问题与练习：作业1、2，练习3。
第二节、电动势（1课时）
一、教学目标
（一）知识与技能
1． 理解电动势的的概念及定义式。知道电动势是表征电源特性的物理量。
2．从能量转化的角度理解电动势的物理意义。
（二）过程与方法
通过类比的方法使学生加深对电源及电动势概念的理解。
（三）情感态度与价值观
了解生活中电池，感受现代科技的不断进步
二、重点与难点：
重点：电动势的的概念
难点：对电源内部非静电力做功的理解
三、教学过程：
（一）复习上课时内容
要点：电源、恒定电流的概念
（二）新课讲解-----第二节、电动势
〖问题〗1。在金属导体中电流的形成是什么？（自由电子）
2．在外电路中电流的方向？（从电源的正极流向负极）
3．电源是靠什么能力把负极的正电荷不断的搬运到正极以维持外电路中恒定的电流？
结合课本图2。2-1，讲述“非静电力”，
利用右图来类比，以帮助学生理解电路中的能量问题。当水
由A池流入B池时，由于重力做功，水的重力势能减少，转化为
其他式的能。而又由于A、B之间存在高度差，故欲使水能流回
到A池，应克服重力做功，即需要提供一个外力来实现该过程。
抽水机就是提供该外力的装置，使水克服重力做功，将其他形式
的能转化为水的重力势能。重力做功、克服重力做功以及重力势能与其他形式的能之间的相互转化，学生易于理解和接受，在做此铺垫后，电源中的非静电力的存在及其作用也就易于理解了。
两者相比，重力相当于电场力，重力做功相当于电场力做功，重力势能相当于电势能，抽水机相当于电源。从而引出—
1．电源（更深层的含义）
（1）电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
（2）非静电力在电源中所起的作用：是把正电荷由负极搬运到正极，同时在该过程中非静电力做功，将其他形式的能转化为电势能。
【注意】在不同的电源中，是不同形式的能量转化为电能。
再与抽水机类比说明：在不同的电源中非静电力做功的本领不同---引出
2．电动势
（1）定义：在电源内部，非静电力所做的功W与被移送的电荷q的比值叫电源的电动势。（2）定义式：E=W/q
（3）单位：伏（V）
（4）物理意义：表示电源把其它形式的能（非静电力做功）转化为电能的本领大小。电动势越大，电路中每通过1C电量时，电源将其它形式的能转化成电能的数值就越多。
【注意】：①电动势的大小由电源中非静电力的特性（电源本身）决定，跟电源的体积、外电路无关。
②电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压。
③电动势在数值上等于非静电力把1C电量的正电荷在电源内从负极移送到正极所
做的功。
3．电源（池）的几个重要参数
①电动势：它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质，与电池的大小无关。
②内阻（r）:电源内部的电阻。
③容量：电池放电时能输出的总电荷量。其单位是：A·h，mA·h.
【注意】：对同一种电池来说，体积越大，容量越大，内阻越小。
（三）小结：对本节内容做简要小结
（四）巩固新课：1、复习课本内容
2、完成P46“问题与练习”：练习1-3
3．调查常用可充电电池：
建议全班分成若干个小组，对可充电电池进行调查，写出调查报告，然后在全班交流和评比。
第三节、欧姆定律（2课时）
一、教学目标
（一）知识与技能
1、理解电阻的概念，明确导体的电阻是由导体本身的特性所决定
2、要求学生理解欧姆定律，并能用来解决有关电路的问题
3、知道导体的伏安特性曲线，知道什么是线性元件和非线性元件
（二）过程与方法
教学中应适当地向学生渗透一些研究物理的科学方法和分析的正确思路如通过探索性实验去认识物理量之问的制约关系，用图象和图表的方法来处理数据、总结规律，以及利用比值来定义物理量的方法等。
（三）情感态度与价值观
本节知识在实际中有广泛的应用，通过本节的学习培养学生联系实际的能力
二、重点：正确理解欧姆定律及其适应条件
三、难点：对电阻的定义的理解，对I-U图象的理解
四、教具：电流表、电压表、滑动变阻器、开关、电阻、导线、电池组、小灯泡等
五、教学过程：
（一）复习上课时内容
要点：电动势概念，电源的三个重要参数
（二）新课讲解-----第三节、欧姆定律
问题：电流强度与电压究竟有什么关系？这可利用实验来研究。
1、欧姆定律
演示：如图，方法按P46演示方案进行
闭合S后，移动滑动变阻器触头，记下触头在不同位置时
电压表和电流表读数。电压表测得的是导体R两端电压，电流
表测得的是通过导体R的电流，记录在下面表格中。
U/V
I/A
把所得数据描绘在U-I直角坐标系中，确定U和I之间的函数
关系。
分析：这些点所在的图线包不包括原点？包括，因为当U=0时，
I=0。这些点所在图线是一条什么图线？过原点的斜直线。即同一金
属导体的U-I图象是一条过原点的直线。
把R换成与之不同的R，重复前面步骤，可得另一条不同的但过原点的斜直线。
结论：同一导体，不管电流、电压怎么样变化，电压跟电流的比值是一个常数。这个比值的物理意义就是导体的电阻。引出-------
（1）、导体的电阻
①定义：导体两端电压与通过导体电流的比值，叫做这段导体的电阻。
②公式：R=U/I（定义式）
说明：A、对于给定导体，R一定，不存在R与U成正比，与I成反比的关系，R只跟导体本身的性质有关
B、这个式子（定义）给出了测量电阻的方法——伏安法。
C、电阻反映导体对电流的阻碍作用
③单位：欧姆，符号Ω，且1Ω=1V／A，常用单位：Ω、kΩ、MΩ
换算关系：1kΩ=103Ω1MΩ=103KΩ
（2）．欧姆定律
①定律内容：导体中电流强度跟它两端电压成正比，跟它的电阻成反比。
②公式：I=U/R
③适应范围：一是部分电路，二是金属导体、电解质溶液
2、导体的伏安特性曲线
（1）伏安特性曲线：用纵坐标表示电流I，横坐标表示电压U，这样画出的I-U图象叫做
导体的伏安特性曲线。
（2）线性元件和非线性元件
线性元件：伏安特性曲线是通过原点的直线的电学元件。
非线性元件：伏安特性曲线是曲线，即电流与电压不成正比的电学元件。
3、分组实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线（第2课时）
按P48实验要求进行，电路改为分压电路
分发方格纸，让学生把实验数据列表，并在坐标纸中建立坐标系后做出图象
要求至少测6个点以上
【说一说】P48
（三）小结：对本节内容做简要小结
（四）巩固新课：1、复习课本内容
2、完成P48问题与练习：作业1、3，练习2。
第四节、串联电路和并联电路（2课时）
一、教学目标
（一）知识与技能
1．进一步学习电路的串联和并联，理解串、并联电路的电压关系、电流关系和电阻关系，并能运用其解决有关关问题。
2．进而利用电路的串、并联规律分析电表改装的原理。
（二）过程与方法
通过复习、归纳、小结把知识系统化。
（三）情感态度与价值观
通过学习，学会在学习中灵活变通和运用。
三、重点与难点：
重点：教学重点是串、并联电路的规律。
难点：难点是电表的改装。
四、教学过程：
（一）复习上课时内容
要点：欧姆定律、电阻概念、导体的伏安特性曲线。
（二）新课讲解-----第四节、串联电路和并联电路
1．串联电路和并联电路
先让学生回忆初中有关这方面（串、并联电路的规律）的问题，然后让学生自学，在此基础上，让学生将串联和并联加以对比，学生容易理解和记忆。
老师点拨：一是要从理论上认识串、并联电路的规律，二是过程分析的不同，引入电势来分析。从而让学生体会到高中和初中的区别，也能让学生易于理解和接受。
学生自己先推导有关结论，老师最后归纳小结得出结论：（并适当拓展）
（1）串联电路
①电路中各处的电流强度相等。I=I1=I2=I3=…
②电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和U=U1+U2+U3+…
③串联电路的总电阻，等于各个电阻之和。R=R1+R2+R3+…
④电压分配：U1/R1=U2/R2 U1/R1=U/R
⑤n个相同电池（E、r）串联：E n = nE r n = nr
（2）并联电路
①并联电路中各支路两端的电压相等。U=U1=U2=U3=…
②电路中的总电流强度等于各支路电流强度之和。I=I1+I2+I3+…
③并联电路总电阻的倒数，等于各个电阻的倒数之和。
1/R=1/R1+1/R2+1/R3+ 对两个电阻并联有：R=R1R2/（R1+R2）
④电流分配：I1/I2=R1/R2 I1/I=R1/R
⑤n个相同电池（E、r）并联：E n = E r n =r/n
再由学生讨论下列问题：
①几个相同的电阻并联，总电阻为一个电阻的几分之一；
②若不同的电阻并联，总电阻小于其中最小的电阻；
③若某一支路的电阻增大，则总电阻也随之增大；
④若并联的支路增多时，总电阻将减小；
⑤当一个大电阻与一个小电阻并联时，总电阻接近小电阻。
另外应让学生明确：串联和并联的总电阻是串联和并联的等效电阻，电阻R的作用效果与R1、R2串联使用或并联使用时对电路的效果相同，如教材图2．4—3和2．4—4所示。分析电路时要学会等效。
引导学生分析问题与练习：1题 -------第1课时2．电压表和电流表 ----串、并联规律的应用
常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表G（表头）改装而成。
（1）表头G：
构造（从电路的角度看）：表头就是一个电阻，同样遵从欧姆定律，与其他电阻的不同仅在于通过表头的电流是可以从刻度盘上读出来的。
原理：磁场对通电导线的作用P98（为后续知识做准备）
（2）描述表头的三个特征量（三个重要参数）④
①内阻Rg：表头的内阻。
②满偏电流Ig：电表指针偏转至最大角度时的电流（另介绍半偏电流）
③满偏电压Ug：电表指针偏转至最大角度时的电压，与满偏电流Ig的关系Ug=IgRg，因而若已知电表的内阻Rg，则根据欧姆定律可把相应各点的电流值改写成电压值，即电流表也是电压表，本质上并无差别，只是刻度盘的刻度不同而已。
通过对P52的“思考与讨论”加深这方面的认识。
（3）表头的改装和扩程（综合运用串、并联电路的规律和欧姆定律）
关于电表的改装要抓住问题的症结所在，即表头内线圈容许通过的最大电流(Ig)或允许加的最大电压(Ug)是有限制的。
让学生讨论，推导出有关的公式：要测量较大的电压(或电流)怎么办?通过分析，学生能提出利用电阻来分压(或分流)。然后提出：分压(或分流)电阻的阻值如何确定?
通过例1、2的分析、讲解使学生掌握计算分压电阻和分流电阻的方法---最后引导学生自己归纳总结得出一般公式。
（三）小结：对本节内容做简要小结
（四）巩固新课：1、复习课本内容
2、完成P48问题与练习：作业4、5，练习2、3。
第五节、焦耳定律（1课时）
一、教学目标
（一）知识与技能
1．理解电功、电功率的概念，公式的物理意义。了解实际功率和额定功率。
2．了解电功和电热的关系。了解公式Q=I2Rt（P=I2R）、Q=U2t/R（P=U2/R）的适应条件。
3．知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热。
4．能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题。
（二）过程与方法
通过有关实例，让学生理解电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。（三）情感态度与价值观
通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性。
三、重点与难点：
重点：区别并掌握电功和电热的计算。
难点：主要在学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识，接受起来比较困难。
四、教学过程：
（一）复习上课时内容
要点：串、并联电路的规律和欧姆定律及综合运用。
提出问题，引入新课
1．通过前面的学习，可知导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动，电场力对定向移动的电荷做功吗？（做功，而且做正功）
2．电场力做功将引起能量的转化，电能转化为其他形式能，举出一些大家熟悉的例子：电能→机械能，如电动机。电能→内能，如电热器。电能→化学能，如电解槽。
本节课将重点研究电路中的能量问题。
（二）新课讲解-----第五节、焦耳定律
1．电功和电功率
（1）．电功
定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。用W表示。
实质：是能量守恒定律在电路中的体现。即电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程，在转化过程中，能量守恒，即有多少电能减少，就有多少其他形式的能增加。【注意】功是能量转化的量度，电流做了多少功，就有多少电能减少而转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少，这是电路中能量转化与守恒的关键。
在第一章里我们学过电场力对电荷的功，若电荷q在电场力作用下从A搬至B，AB两点间电势差为U AB，则电场力做功W=qU AB。
对于一段导体而言，两端电势差为U，把电荷q从一端搬至另一端，电场力的功W=qU，在导体中形成电流，且q=It，（在时间间隔t内搬运的电量为q，则通过导体截面电量为q，I=q/t），所以W=qU=IUt。这就是电路中电场力做功即电功的表达式。
表达式：W = Iut ①
【说明】：①表达式的物理意义：电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压、电路中电流强度和通电时间成正比。
②适用条件：I、U不随时间变化——恒定电流。
单位：焦耳（J）。1J=1V·A·s
（2）电功率
①定义：单位时间内电流所做的功
②表达式：P=W/t=UI（对任何电路都适用）②
上式表明：电流在一段电路上做功的功率P，和等于电流I跟这段电路两端电压U的乘积。
③单位：为瓦特（W）。1W=1J/s
④额定功率和实际功率
额定功率：用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。
实际功率：用电器在实际电压下的功率。实际功率P实=IU，U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。
这里应强调说明：推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质，电功和电功率的表达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。再者，这里W=IUt是电场力做功，是消耗的总电能，也是电能所转化的其他形式能量的总和。
电流在通过导体时，导体要发热，电能转化为内能。这就是电流的热效应，描述它的定量规律是焦耳定律。
学生一般认为，W=IUt，又由欧姆定律，U=IR，所以得出W=I2Rt，电流做这么多功，放出热量Q=W=I2Rt。这里有一个错误，可让学生思考并找出来。
错在Q=W，何以见得电流做功全部转化为内能增量？有无可能同时转化为其他形式能？英国物理学家焦耳，经过长期实验研究后提出焦耳定律。
2．焦耳定律——电流热效应
（1）焦耳定律
内容：电流通过导体产生的热量，跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比。
表达式：Q=I2Rt ③
【说明】：对纯电阻电路（只含白炽灯、电炉等电热器的电路）中电流做功完全用于产生热，电能转化为内能，故电功W等于电热Q；这时W= Q=UIt=I2Rt
（2）热功率：单位时间内的发热量。即P=Q/t=I2R ④
【注意】②和④都是电流的功率的表达式，但物理意义不同。②对所有的电路都适用，而④式只适用于纯电阻电路，对非纯电阻电路（含有电动机、电解槽的电路）不适用。
关于非纯电阻电路中的能量转化，电能除了转化为内能外，还转化为机械能、化学能等。这时W》Q。即W=Q+E其它或P =P热+ P其它、UI = I2R + P其它
引导学生分析P56例题（从能量转化和守恒入手）如图
再增补两个问题（1）电动机的效率。（2）若由于某种原因电
动机被卡住，这时电动机消耗的功率为多少？
最后通过“思考与讨论”以加深认识。注意，在非纯电阻电路
中，欧姆定律已不适用。
（三）小结：对本节内容做简要小结。并比较UIt和I2Rt的区别和联系，从能的转化与守恒的角度解释纯电阻电路和非纯电阻电路中电功和电热的关系。在纯电阻电路中，电能全部转化为电热，故电功W等于电热Q；在非纯电阻电路中，电能的一部分转化为电热，另一部分转化为其他形式的能(如机械能、化学能)，故电功W大于电热Q。
（四）巩固新课：
1、复习课本内容
2、完成P57问题与练习：作业2、4，练习1、
3、5。建议在对1的证明后，把相应的
结论归入串、并联电路的规律中。
补充练习：某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示，重物质量m=50kg，电源提供恒定电压U=110V，不计各处摩擦，当电动机以v=0.90m／s的恒定速度向上提升重物时，电路中电流强度I=5A，求电动机线圈电阻R（g=10m／s2）。（4Ω）
2.4 焦耳定律 【学习目标】 1.理解电功的概念,理解电功是指静电力对自由电荷所做的功,知道电功的公式,能应用公式进行有关的计算。 2.理解电功率的概念和公式,会应用公式进行有关的计算。 3.知道电功率和热功率的区别和联系。 4.知道静电力对自由电荷做功的过程是电能转化为其他形式能的过程。 【知识导学】 1.电功和电功率 (1)电流做功的过程实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功,在这个过程中电荷的①电势能 减少,其他形式的能增加,电流做了多少功,就有多少②电能转化为其他形式的能。 (2)电功的计算公式W=Uq=③UIt,电功的单位是④焦耳。 (3)⑤单位时间内电流所做的功叫作电功率,P==⑥UI,电功率的单位是⑦瓦特。 2.焦耳定律 (1)内容:电流通过导体产生的热量跟⑧电流的二次方成正比,跟导体的⑨电阻及通电⑩时间成正比。 (2)热量的表达式Q=I2Rt,热功率公式P=I2R。 (3)只有当电能全部转化为内能时才有“Q=W”。如果电流通过电动机,那么电能除了少部分转化为内能外,多数转化为机械能;如果用电流给电池充电,那么电能除了少部分转化为内能外,多数转化为化学能,这时“Q 11 简单的逻辑电路 [学科素养与目标要求] 物理观念：初步了解简单的逻辑电路及表示符号． 科学探究：通过实验理解“与”、“或”和“非”门电路在逻辑电路中的结果与条件的逻辑关系． 科学态度与责任：初步了解集成电路的发展对社会进步的意义． 一、“与”门 1．“与”逻辑关系：如果一个事件的几个条件都满足后，该事件才能发生，我们把这种关系叫做“与”逻辑关系． 2．“与”门：具有“与”逻辑关系的电路称为“与”门电路，简称“与”门． 3．符号：，其中“&”具有“与”的意思，象征着：只有A与B两个输入端都是1时，输出端才是1. 二、“或”门 1．“或”逻辑关系：如果几个条件中，只要有一个条件得到满足，某事件就会发生，这种关系叫做“或”逻辑关系． 2．“或”门：具有“或”逻辑关系的电路叫做“或”门． 3．符号：，“≥1”象征着：当1个或多于1个输入端为1时，输出端就是1. 三、“非”门 1．“非”逻辑关系：输出状态和输入状态相反的逻辑关系叫做“非”逻辑关系． 2．“非”门：具有“非”逻辑关系的电路叫做“非”门． 3．符号为，其中矩形右侧小圆可以看作数字“0”，它与数字“1”象征着：输入端为1时，输出端是0. 1．判断下列说法的正误． (1)“与”门电路中，A、B两个输入端中只要有其中一个为“1”，输出端就为“1”．(×) (2)“与”门电路中，A、B两个输入端都为“1”时，输出端才是“1”．(√) (3)“或”门电路中，A、B两个输入端有一个是“0”时，输出端就是“0”．(×) (4)“或”门电路中，A、B两个输入端有一个是“1”时，输出端就是“1”．(√) 2．下面为一逻辑门电路的真值表，该类型的逻辑门电路为________门电路. 第一节 恒定电流基本概念和定律 2014-12-10 林小武 一、复习目标 1．掌握电流、电阻、电功、电热、电功率等基本概念； 2．掌握部分电路欧姆定律、电阻定律 3．知道电阻率与温度的关系，了解半导体及其应用，超导及其应用 二、难点剖析 一、电流： 1.定义：电荷的定向运动。 2.形成条件：导体两端有电压。 （1）导体提供大量的自由电荷。金属导体中的自由电荷是自由电子，电解液中的自由电荷是正、负离子。 （2）导体两端加电压就在导体中建立了电场。 3、电流的强弱—电流I （1）定义：过导体横截面的电量Q 与通过这些电量所用的时间t 的比值。即t q I = （2）单位：安培，符号是A ，通常单位还有毫安、微安1A=103mA=106 μA 4、决定电流大小的微观量 设导体的横截面是S ，导体每单位体积内的自由电荷数是n ，每个电荷的电量为q ，电荷定向移动的速率为v ，则在时间t 内通过的电流I=neSv 5、区分三种速率： （1）电流传导速率：既电场的传播速率，等于光速3×8 10m/s 。 （2）电荷定向移动速率：I=neSv 中的v 是电荷定向移动的速率约为5 10-m/s （机械运动速率）。 （3）电荷无规则热运动的速率大约是5 10m/s 6、归纳一下和电流有关的各种表达式 t q I = I=neSv (微观) R U I = r R E I += U P I = BL F I = 3、电流的分类： （1）直流电：方向保持恒定的电流。 （2）恒定电流：大小和方向均保持不变的电流。 （3）交流电：方向均随时间周期性变化的电流。 （4）正弦交流电：大小方向均随时间按正弦规律变化的电流。 典型例题 ①金属导体中电流的计算： 【例题1】如图所示，横截面积为S 的导体中，单位体积内的自由电子数为n ，每个电子的电量为e ，在电场力的作用下电子以速度v 定向移动。求导体中的电流。如果导体中单位长度内的自由电子数为n ，则导体中的电流又是多少 （答案：I=neSv I=nve ）这个公式只适用于金属导体，千万不要到处套用 ②电解液导电电流的计算： 【例题2】电解液导电中，如果5s 内沿相反方向通过导体横截面的正负离子的电量均为5C ，则电解液中的电流为多少 （答案：I=2A ） ③环形电流的计算 第2节 电_动_势 1．电动势与电压的单位都是伏特，但二者意义不同，电 动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小 的物理量，电动势的大小仅取决于电源本身。 2．电动势的定义式为E ＝W q ，电动势和内阻是电源的两 个重要参数。 3．干电池的电动势一般为1.5 V ，不同型号的干电池内 阻不同，容量也不同。 一、电源在电路中的作用 1．非静电力 (1)定义：非静电力是指电源把正电荷(负电荷)从负极(正极)搬运到正极(负极)的过程中做功的力，这种非静电力做的功，使电荷的电势能增加。 (2)在电池中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能；在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能。 2．电源 (1)定义：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。 (2)不同的电源，非静电力做功的本领不同，这是由电源本身性质决定的。 二、电源的电动势和内阻 1．电动势 (1)物理意义：反映电源非静电力做功的本领的大小。 (2)大小：在数值上等于非静电力把1 C 的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。即E ＝W 非q 。 (3)单位：伏特(V)。 (4)大小的决定因素：由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路也无关。 (5)常用电池的电动势 干电池铅蓄电池锂电池锌汞电池 1.5 V 2 V 3 V或3.6 V 1.2 V 2．内阻：电源内部导体的电阻。 3．容量：电池放电时能输出的总电荷量，其单位是：A·h或mA·h。 1．自主思考——判一判 (1)在电源内部，电荷移动过程中，电场力做负功，电荷电势能增加。(√) (2)在电源内部，电荷移动过程中，非静电力做正功，电荷电势能减少。(×) (3)所有的电源，均是将化学能转化为电能的装置。(×) (4)电动势在数值上等于一秒内非静电力所做的功。(×) (5)电动势相同的电池，内阻也一定相同。(×) (6)容量越大的电池，储存的化学能越多。(×) 2．合作探究——议一议 (1)电源中，非静电力的作用是什么？ 提示：在电源中，非静电力做功，把一定数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极，使电荷的电势能增加，从而把其他形式的能转化为电势能。 (2)对于不同型号的干电池，其电动势一般都为1.5 V，这说明了什么？ 提示：电动势是描述电源属性的物理量，其大小决定于非静电力做功的性质，与电池体积无关，不同型号干电池只是容量不同。 对静电力和非静电力的理解 1．静电力即电场力，是静止带电体之间的作用力，如每一对静止的点电荷之间的静电力均可以用库仑定律去求解。 2．非静电力：除静电力之外，对电荷的运动起促进或阻碍作用的力，常见的有化学力、洛伦兹力、涡旋电场力等。 (1)如图2-2-1所示，在电源外部的电路里，自由电荷在电场力作用下移动，电场力做正功，电势能转化为其他形式的能；在电源内部自由电荷移动的方向与受到的电场力方向相 第二章恒定电流 第一节电源和电流 习题精练： 1.关于电流，下列说法中正确的是 ( ) A．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大 B．电子运动速率越大，电流越大 C．单位时间内通过导线横截面的电荷量越多，导体中的电流就越大 D．因为电流有方向，所以电流是矢量 2.关于电流，下列说法中哪些是正确的( ) A．通电导线中自由电子定向移动的速率等于电流的传导速率 B．金属导线中电子运动的速率越大，导线中的电流就越大 C．电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向 D．国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位“安培”是基本单位 3.已知电子的电荷量为e，质量为m，氢原子的电子在核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动，则电子运动形成 的等效电流大小为多少？ 4．下列说法中正确的是( ) A．导体中电荷运动就形成了电流 B．在国际单位制中，电流的单位是A C．电流有方向，它是一个矢量 D．任何物体，只要其两端电势差不为零，就有电流存在 5．关于电流，下列叙述正确的是( ) A．只要将导体置于电场中，导体中就有持续电流 B．电源的作用可以使电路中有持续电流 C．导体中没有电流时，就说明导体内部的电荷没有移动 D．恒定电流是由恒定电场产生的 6．一台半导体收音机，电池供电的电流是8mA，也就是说( ) A．1h电池供给8C的电量 B．1 000s电池供给8C的电量 C．1s电池供给8C的电量 D．1min电池供给8C的电量 7．如图所示，在NaCl溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图所示，若测得2s内有×1018个Na＋和Cl－通过溶液内部的横截面M，试问：溶液中的电流方向如何？电流多大？ 8．北京正负电子对撞机的储存环是长为240m的近似圆形轨道，当环中的电流为10mA时，若电子的速率为十分之一光速，则在整个环中运行的电子数目是多少？ 9．有一横截面积为S的铜导线，流过的电流强度为I.设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为( ) A．nvSΔt B．nvΔt 第二节电动势 高中物理同步学案人教版第二章恒定电流 一．电源和电流 [要点导学] 1.能把电子从正级搬运到负级的装置是__________。 2.恒定电场：导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积存的电荷共同形成的。尽管导线中的电荷在运动，但有的流走，另外的又来补充，因此电荷的分布是稳固的，电场的分布也可不能随时刻变化。这种由稳固分布的电荷所产生的稳固电场称为恒定电场。 3．形成电流的必要条件：(1)要有能自由移动的______。在导体中存在着大量的能自由移动的电荷，如金属导体中的_______，电解液中的________等。(2)导体两端有______，即能产生促使电荷作定向移动的作用力——电场力。电源的作用确实是保持导体两端的电压，从而使电路中有连续的电流。 4．电流的定义：通过导体横截面的电量跟所用时刻的比值叫电流，表达式I=q/t。电流的单位：安〔A〕，1A＝1C/s，常用单位还有毫安〔mA〕、微安(μA)，1A=103mA=106μA。在国际单位制中，电流是一个差不多物理量，其单位安培是差不多单位之一。 5．电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。在金属导体中，电流方向与电子定向移动的方向_______。但电流是标量，电流的方向表示的是电流的流向，电流的叠加是求代数和，而不是矢量和。 6．恒定电流：大小和方向都不随时刻变化的电流。 7．电流的微观表达式：I=nqvS。其中，n是导体每单位体积内的自由电荷数，q是每个自由电荷的电量，v是导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率，S 是导体的横截面积。 推导过程如下：如图12－1－1所示，在加有电压的一段粗细平均的导体AD 上选取截面B和C，设导体的截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的电量为q，电荷的定向移动速率为v，那么在时刻t内处于相距为vt 的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C。由于I=q/t可得：I=qnSvt/t=nqvS [范例精析] 例1某电解池中，假设在2 s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过那个截面的电流是( )． A．O B．0.8 A C．1.6 A D．3.2 A 解析：电荷的定向移动形成电流，但〝+〞〝一〞电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电量应是两者绝对值的和。故由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，那么在2 s内通过截面的总电量应为： 2.2电动势 教学目标 1、知识与技能 理解电动势的概念，掌握电动势的定义式。 2、过程与方法 通过本节课教学，使学生了解电池内部能量的转化过程，加强对学生科学素质的培养。 3、情感、态度与价值观 了解生活中的电池，感受现代科技的不断进步。 教学重点与难点 1、电动势的概念，对电动势的定义式的应用。 2、电池内部能量的转化；电动势概念的理解。 教学方法 探究、讲授、讨论、练习 教学过程 （一）引入新课 教师：引导学生回顾上节课学习的“电源”的概念。 在教材图2.1-2中电源的作用是什么？ 教师：（投影）（如图所示） 学生思考，选出代表回答：电源能够不断地将电子从A搬运到B，从而使A、B之间保持一定的电势差；电源能够使电路中保持持续电流。 教师：电源P在把电子从A搬运到B的过程中，电子的电势能如何变化？从另一个角度看，电源又发挥了怎样的作用？ 学生思考回答：电子的电势能增加了。电源为电路提供了电能。 教师：自然界中的能量是守恒的，电源为电路提供了电能，必然会有其他形式的能量减少，从能量转化和守恒的角度，你认为电源是个怎样的装置呢？ 学生思考回答：电源是把其他形式能转化为电能的装置。 引入：电源又是如何把其他形式能转化为电能的呢？不同的电源把其他形式的能转化为电能的本领一样吗？这个本领用什么来描述呢？ （二）进行新课 1、电源 教师：（投影）教材图2.2-1（如图所示） 教师：（1）用导线将电源连成最简单的电路，电路由哪几部分组成？ （2）导线中的电场是什么电场？电流是怎样形成的？特点如何？为什么？ 学生思考回答：（1）电路由两部分组成，电源外部能看得见的部分，称为外电路；电源内部看不见的部分，称为内电路。 （2）导线中的电场是恒定电场。导线中的自由电子在电场力的作用下从电源正极向负极定向运动，形成电流。导线中的电流是恒定电流，因为导线中的电场是恒定电场，所以电子定向运动的速率是不变的，电流大小恒定。 教师：自由电子在导线中定向运动，电场力做什么功？电子的电势能如何变化？ 学生：正功；减少。 教师：自由电子定向运动的速率是不变的，能量还守恒吗？该怎样理解？ 学生：守恒。自由电子与带正电的离子相互碰撞，在定向运动过程中受到阻力作用，电子要不断克服阻力做功，其动能向热能转化。 教师总结：大家说的对，概括地说，在电源外部，电场力对自由电子做正功，是电能转化为其他形式能，这个过程中消耗了电能。这些电能又是哪里来的呢？ 学生：电源把其他形式能转化为电能。 教师：根据前面的分析，大家讨论一下，电源是如何把其他形式能转化为电能的呢？ 学生思考回答：在电源内部也存在电场，电场方向也是从正极指向负极。根据电荷守恒定律，电源必须把自由电子不断地从正极搬运到负极，自由电子必须克服电场力做功，这就 第Ⅱ课时 电路分析?滑动变阻器（包括串联、并联电路分析及故障分 析；滑动变阻器的限流式、分压式连接） 【高考要求】 【见证考题】如图10-2-1所示的电路中，三个电阻R 1、R 2、R 3的阻值相同，它们允许消耗的最大功率分别为10W 、10W 、4W A ．24W B ．16W C ．12W D ．15W 【解析】设干路上电流为I ，则并联的每条支路上电流为I/2，干路上电阻功率为I 2R ，支路上每个电阻功率为I 2R/4，当R 1达最大功率10W 时，R 2、R 3消耗的功率都为2.5W 。所以，此电路能安全工作的总功率为 15W 。故D 正确 【归纳】此题考查串、并联电路的各种关系特别是功率分配关系。考查学生运用所学知识进行综合判断的能力。 【知识链接】 1．电阻的连接。 （1）串联:如图10-2-2所示 电流 I ＝I 1＝I 2＝…＝I n 电压 U ＝U 1＋U 2＋…+U n 电阻 R ＝R 1＋R 2＋…+R n 电压分配 =21 U U 2 1R R ，=U U n R R n 图10-2-1 图10-2-2 功率分配 =21 P P 2 1R R ，=P P n R R n （2）并联：如图10-2-3所示 电流 I ＝I 1＋I 2＋…＋I n 电压 U ＝U 1＝U 2＝…＝U n 电阻 ++=21R 1 R 1R 1…n R 1+ 电流分配 =21I I 1 2R R ，=I I n n R R 功率分配 =21 P P 12R R ，=P P n n R R 2．滑动变阻器的连接方法 （1）限流式：电路如图10-2-4所示。特点：①用电器R 0与滑动变阻器R 串联，另一部分不起作用。②R 0上电压调节范围为E R R R 00 +～E ，电压调节范围较小。 （2）分压式：电路如图 10-2-5所示。①用电器R 0与滑动变阻器R 后再与另一部分串联。②R 0上电压调节范围为0～E ，电压调节可以从0 【重点、难点、疑点剖析】 1、重点是熟练掌握串、并联电路的性质 【例1】有三个电阻，其阻值分别为10Ω、20 Ω、30 Ω。现把它们分别按不同方式连接后(每只电阻都用上)加上相同的直流电压，问： (1)在总电阻上可获得的最大电流与最小电流之比为多少？ (2)对20 Ω电阻来说，在各种可能连接方式中能够使它获得最大功率的，有哪些连接方式？获得最小功率的，有哪些连接方式(只要求画出电路图)。 【解析】设电源电压为U （1） 根据I ＝ R U ∝R 1，当三个电阻串联时，电阻最大，且最大值为R max ＝R 1＋R 2＋R 3＝60Ω，当 图10-2-3 图10-2-4 图10-2-5 恒定电流教学设计 第七章恒定电流考纲要览考向预测本章为历年高考考点分布的重点区域之一，历年考题中均有体现，特别是规定的学生实验，不论是实验知识的检查，还是器材连接、数据处理、误差分析等，每年试题中都有所涉及，考的既具体又灵活，稳恒电路分析，也是高考试题的计算题常考内容之一．本章内容在高考中主要考查电路的计算，包括电阻的计算，串并联电阻的计算，电功、电热的计算，闭合电路欧姆定律的计算；电压、电流、电阻的测量．其中电路分析——包括含容电路分析、电路变化、动态问题分析，电功、电功率分配问题分析以及设计型实验题，都是考查中出现几率最大的部分，要重点加以掌握．设计型实验题也是一种考查趋势，该种题型不仅要求对于本章规定实验的原理能够深入理解，还要求具有灵活的思路，能熟练的将所学知识运用于新的情景，解决新的问题．更考查了学生的研究方法、掌握情况及创新思维能力的强弱．所以对于该种问题的复习要引起足够的重视．基础知识回顾1．电流电流的形成：电荷的定向移动形成电流只要导线两端存在电压，导线中的自由电子就在电场力的作用下，从电势低处向电势高处定向移动，移动的方向与导体中的电流方向相反．导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导线内的电场线保持和导线平行．电流的宏观表达式：I=q/t，适用于任何电 荷的定向移动形成的电流．注意：在电解液导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，在用公式I＝q／t计算电流强度时应引起注意．电流的微观表达式：n为单位体积内的自由电荷个数，S为导线的横截面积，v为自由电荷的定向移动速率）．物理意义：表示电源把其它形式的能转化为电能的本领大小．电动势越大，电路中每通过1C电量时，电源将其它形式的能转化成电能的数值就越多．定义：在电源内部非静电力所做的功W与移送的电荷量q的比值，叫电源的电动势，用E表示．定义式为：E=W/q．注意：①电动势的大小由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积、外电路无关．②电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压．③电动势在数值上等于非静电力把1C电量的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功．电源的几个重要参数①电动势：它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质，与电池的大小无关．②内阻:电源内部的电阻．2．电动势是：A·h，mA·h.注意：对同一种电池来说，体积越大，容量越大，内阻越小．3．部分电路欧姆定律内容：导体中的电流跟导体两端电压成正比，跟导体的电阻成反比．公式I?UR体导电．图像图7-1-1注意I-U曲线和U-I 曲线的区别：对于电阻一定的导体，图中两图都是过原点的直线，I-U图像的斜率表示--------，U-I图像的斜率表示------．还要注意：当考虑到电阻率随温度的变化时，电阻 第二章第2节电动势学案 （2011-9-28 第15份学案） 学习目标 1、理解电动势的概念及定义式，知道电动势是表征电源特性的物理量 2、从能量转化的角度理解电动势的物理意义 重点难点：电动势的概念 新课内容：电动势 1、在金属导体中，能够自由移动的电荷是自由电子，因为它们带负电，电子的定向移动方向与电流方向。为了方便，我们按正电荷移动的说法进行讨论。 电源正极的电势高，负极的电势低，在外电路，正电荷由电源正极流向负极。到达负极后，电源内部存在着由指向的电场，正电荷受的静电力阻碍它继续向正极移动，要是正电荷向正极移动，就一定要有一种“非静电力”作用于电荷。 电源之所以能保持外电路中的稳定的电流，就是因为它有能力在电源内部把正电荷由负极搬到正极。在搬运过程中，非静电力在做功（同时静电力做负功，电荷的电势能增加），有转化为。 2、电源： （1）作用：保持导体两端的电压，使导体中有持续的电流。 （2）从能量转化的角度看：电源是通过把转化为的装置。 在电池中，非静电力的作用是，它使转化为。 在发电机中，非静电力的作用是，它使转化为。 3、电动势 （1）物理意义： （2）电动势在数值上等于非静电力把在电源内部从移送到所作的功。（3）公式： （4）单位： 强调：电动势由决定，与电源的体积，也跟外电路。 （5）电源的内阻：。 电动势和内阻均为电源的重要参数。 （6）比较电动势和电压的物理意义 电动势：E=W非/q。W表示正电荷从负极移到正极所消耗的化学能或其他形式能。E表示移动单位正电荷消耗的其他能（反映电源把转化为的本领）。 电压：U=W电/q．W表示正电荷在静电力作用下从一点移到另一点所消耗的电能。U表示移动单位正电荷消耗的电能（反映把转化为的本领）。 【随堂练习】 1、铅蓄电池的电动势为2V，这表示（） A、蓄电池在1s内将2J的化学能转变为电能 B、电路中每通过1C的电荷量，蓄电池把2J的化学能转变为电能 C、蓄电池接入外电路时，电动势小于2V D、蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）的大 2、下列关于电源的说法，正确的是（） A、电源向外提供的电能越多，表示电动势越大 B、在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电势能增加 C、电源电动势跟电源内非静电力做功成正比，跟通过的电荷量成反比 D、电动势越大的电源，将其他形式的能转化为电能的本领越大 3、一电源在20s的时间内将0.04C的电子由电源的正极移到负极,非静电力做了0.24J的功,则 电源的电动势为 V ,非静电力做功的功率为 w 。 【当堂检测】 1、判断下列有关电动势的说法的正误 A、电源电动势表征电源把其它形式的能化为电能本领的物理量，与是否接外电路无关（） B、电动势是对电源而言的，它描述移送单位电荷时非静电力做功的多少；而电压是对某一电 路而言的，它描述在这段电路中移送单位电荷时电场力做功的多少（） C、电动势的单位跟电压的单位一致，所以电动势就是两极间的电压（） D、电源电动势与电源的体积有关，体积越大，电动势越大（） E、电动势表示电源将正电荷从负极移送到正极时，非静电力所做的功（） 2、电动势为20V的电源向外供电，已知它在1min时间内移动120C的电荷量，则： （1）这个回路中的电流是多大？ （2）电源产生了多少电能？ （3）非静电力做功的功率是多大？ 3、某一发电机的电动势为380V，当它与外电路连接成闭合电路时，电路中的电流强度为5A， 发电机在1分钟的时间内将多少机械能转化为电能？发电机做功的功率是多少？将求得的功率与E、I的乘积相比较。你能得到什么启发？ 4、做课本45页2、3题； 【学后反思】 1 第二章、恒定电流 第一节、导体中的电场和电流（1课时） 一、教学目标 （一）知识与技能 1．让学生明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立 2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流 3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。 （二）过程与方法 通过类比和分析使学生对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理 解。 （三）情感态度与价值观 通过对电源、电流的学习培养学生将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇 于探究与日常生活有关的物理学问题。 三、重点与难点： 重点：理解电源的形成过程及电流的产生。 难点：电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。 四、教学过程 （一）先对本章的知识体系及意图作简要的概述 （二）新课讲述----第一节、导体中的电场和电流 1．电源： 先分析课本图2。1-1 说明该装置只能产生瞬间电流（从电势差入手） 【问题】如何使电路中有持续电流？（让学生回答—电源） 类比：（把电源的作用与抽水机进行类比）如图2—1，水池A、 B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在 重力的作用下定向运动，从水池A运动到水池B。A、B之间的高度 差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬时水流。 教师提问：怎拦才能使水管中有源源不断的电流呢? 让学生回答：可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B 中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流。归纳：电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。（从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置） 2．导线中的电场： 结合课本图2。1-4分析导线中的电场的分布情况。 导线中的电场是两部分电荷分布共同作用产生的结果，其一是电源正、负极产生的电场，可将该电场分解为两个方向：沿导线方向的分量使自由电子沿导线作定向移动，形成电流；垂直于导线方向的分量使自由电子向导线某一侧聚集，从而使导线的两侧出现正、负净电荷分布。其二是这些电荷分布产生附加电场，该电场将削弱电源两极产生的垂直导线方向的电场，直到使导线中该方向合场强为零，而达到动态平衡状态。此时导线内的电场线保持与导线平行，自由电子只存在定向移动。因为电荷的分布是稳定的，故称恒定电场。 通过“思考与讨论”让学生区分静电平衡和动态平衡。 恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。 3．电流（标量） （1）概念：电荷的定向移动形成电流。 第2节 电动势 一、电源在电路中的作用┄┄┄┄┄┄┄┄① 1．非静电力 (1)定义：非静电力是指电源把正电荷(负电荷)从负极(正极)搬运到正极(负极)的过程中做功的力，这种非静电力做的功，使电荷的电势能增加。 (2)在电池中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能；在发电机中，非静电力的作用是电磁作用，它使机械能转化为电势能。 2．电源 (1)定义：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。 (2)不同的电源，非静电力做功的本领不同，这是由电源本身性质决定的。 [注意] 正确理解非静电力和静电力 (1)非静电力：除静电力之外，对电荷的运动起促进或阻碍作用的力，常见的有化学力、洛伦兹力、涡旋电场力等。 在电源外部的电路里，自由电荷在电场力作用下移动，电场力做正功，电势能转化为其他形式的能；在电源内部自由电荷移动的方向与受到的电场力方向相反，移送电荷的不再是电场力，叫做“非静电力”。非静电力做功将电荷“移送”到电势能高的电极，增加电势能(消耗其他形式的能)。所以可以说：电源是通过非静电力做功，将其他形式的能转化为电能的装置。 (2)静电力：又称库仑力，是静止带电体之间的作用力，每一对静止的点电荷之间的静电力均可以用库仑定律去求解。 ①[判一判] 1．在电源内部，电荷移动过程中，电场力做负功，电荷电势能增加(√) 2．在电源内部，电荷移动过程中，非静电力做正功，电荷电势能减少(×) 3．所有的电源，均是将化学能转化为电能的装置(×) 二、电动势和内阻┄┄┄┄┄┄┄┄② 1．电动势 (1)定义：非静电力把正电荷从负极搬运到正极所做的功跟被搬运的电荷量的比值叫电源的电动势。 (2)公式：E ＝W q 。 (3)单位：伏特，用符号“V”表示。 (4)物理意义：电动势的大小反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领，电动势大，表示电源的转化本领大。 人教版高中物理选修3-1第二章恒定电流精品教案(整套) 一．电源和电流 [要点导学] 1.能把电子从正级搬运到负级的装置是__________。 2.恒定电场：导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管导线中的电荷在运动，但有的流走，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也不会随时间变化。这种由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称为恒定电场。 3．形成电流的必要条件：(1)要有能自由移动的______。在导体中存在着大量的能自由移动的电荷，如金属导体中的_______，电解液中的________等。(2)导体两端有______，即能产生驱使电荷作定向移动的作用力——电场力。电源的作用就是保持导体两端的电压，从而使电路中有持续的电流。 4．电流的定义：通过导体横截面的电量跟所用时间的比值叫电流，表达式 I=q/t。电流的单位：安（A），1A＝1C/s，常用单位还有毫安（mA）、微安(μA)，1A=103mA=106μA。在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位安培是基本单位之一。 5．电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。在金属导体中，电流方向与电子定向移动的方向_______。但电流是标量，电流的方向表示的是电流的流向，电流的叠加是求代数和，而不是矢量和。 6．恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流。 7．电流的微观表达式：I=nqvS。其中，n是导体每单位体积内的自由电荷数，q是每个自由电荷的电量，v是导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率，S是导体的横截面积。 推导过程如下：如图12－1－1所示，在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取截面B和C，设导体的截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的电量为q，电荷的定向移动速率为v，则在时间t内处于相距为vt的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C。由于I=q/t可得：I=qnSvt/t=nqvS 第1节电_流 1．回路中存在自由电荷和导体两端存在电压是形成电流的条件。 2．电流的速度是3×108 m/s，区别于电荷定向移动的速率。 3．电荷定向移动时，在单位时间内通过导体任一横 截面的电荷量称为电流，I＝ q t 。且规定正电荷定向 移动的方向为电流的方向。 4．物理学中把方向不随时间改变的电流叫直流电， 方向和强弱都不随时间改变的电流叫做恒定电流。 一、电流的形成 1．形成电流的条件 (1)回路中存在自由电荷； (2)导体两端存在电压。 2．形成持续电流的条件 导体两端有持续电压。 二、电流的速度 1．电流的速度 等于电场的传播速度，它等于3×108 m/s。 2．导体中有电流时同时存在着的三种速率 三种速率电场的传播速率电子无规则热运 动的速率 自由电子定向移动的速 率 数值光速3×108 m/s数量级约105 m/s 数量级约10－5 m/s 1．规定：正电荷定向移动的方向。 金属内部的电流方向跟负电荷定向移动的方向相反。 2．外电路中，电流总是从电源正极流向电源负极。 四、电流的大小和单位 1．定义：电荷定向移动时，在单位时间内通过导体任一横截面的电荷量称为电流。 2．定义式：I ＝q t 。 3．单位：安培。 常用单位还有mA 和μA； 换算关系：1 A ＝103 mA ＝106 μA。 4．(1)直流电：方向不随时间改变的电流。 (2)恒定电流：方向和强弱都不随时间改变的电流。 1．自主思考——判一判 (1)金属导体中电子定向移动的速率很大，因为闭合开关，灯泡马上就亮了。(×) (2)加上电压后，导体中的电场是以光速传播的。(√) (3)导体中的自由电荷是在导体中的电场施加的电场力作用下做定向移动的。(√) (4)电流既有大小又有方向，是矢量。(×) (5)由I ＝q t 可知，I 与q 成正比。(×) (6)安培是七个国际基本单位之一。(√) 2．合作探究——议一议 (1)电容器放电过程瞬间完成，不会形成持续电流，而干电池可使电路中保持持续的电流，为什么？ [提示] 电容器放电过程中正、负电荷中和，放电电流瞬间消失，不能在电路中形成持续的电流，而干电池内部能够通过非静电力的作用维持电池两极电势差不变，使电路中保持持续的电流。 (2)电流的方向是如何规定的？电流是矢量吗？ [提示] 电流是描述电流强弱的物理量，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向；电流虽然有方向，但它是标量。 (3)如图3-1-1所示，在盐水中加入两个电极，与电源连接后可以形成电流。盐水中形成电流时，电荷的定向移动如何？电流的方向如何？ 图3-1-1 1 电源和电流 学习目标 1.了解电源的形成过程. 2.掌握恒定电场和恒定电流的形成过程. 自主探究 1.电源是能把电路中的从正极搬到负极的装置. 2.导线中的电场是由、等电路元件所积累的电荷在导线内共同形成的,导线内的电场保持和平行. 3.由分布的电荷所产生的稳定的电场,称为恒定电场. 4.把、都不随时间变化的电流称为恒定电流. 5.电流的程度用电流这个物理量表示;规定定向移动的方向为电流的方向;电流的单位是,符号是;公式为. 合作探究 【提出问题】 问题1:电流形成的条件是什么? 问题2:导体中产生电流的条件是什么? 问题3:如何使电路中有持续电流? 【要点提炼】 一、电源 1.要使电路中保持持续的电流,电路两端之间要有一定的. 2.电源的作用:维持电路两端始终有一定的,使电路中保持. 二、恒定电场 问题:在有电源的电路中,导线内部的电场强度有什么特点呢? 【要点提炼】 1.由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,称为. 2.在恒定电场中,任何位置的电场强度都不随时间变化,所以它的基本性质与相同.在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系,在恒定电场中. 【合作探究】 问题:在恒定电场中自由电荷会受到电场力的作用,而发生定向运动,从而形成电流,恒定电场中的电流有什么特点呢? 三、恒定电流 问题: 1.什么样的电流被称为恒定电流? 2.我们用什么物理量来描述电流的强弱程度? 【巩固练习1】 1.关于电流的方向,下列叙述中正确的是( ) A.金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向 B.在电解质溶液中有自由的正离子和负离子,电流方向不能确定 C.不论何种导体,电流的方向规定为正电荷定向移动的方向 D.电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同,有时与负电荷定向移动的方向相同 2.电流方向与正电荷定向移动的方向,与负电荷定向移动的方向. 3.在金属导体中,若10 s内通过横截面的电荷量为10 C,则导体中的电流为. 结论:电流等于通过导体横截面的与通过这些所用的比值. 4.某电解槽横截面积为0.5 m2,若10 s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电荷量均为1 C,则电解液中的电流为.在电解液中,电荷量是通过截面的正、负离子电荷量绝对值的. 【例题】有一条横截面积S=1 mm2的铜导线,通过的电流I=1 A.已知铜的密度ρ=8.9×103 kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2 kg/mol,阿伏加德罗常数N A=6.02×1023 mol-1,电子的电荷量e=-1.6×10-19 C.求铜 @ 恒定电流章节测试（总分100分，考试时间90分钟） 学校：___________姓名：___________班级：___________成绩：___________ 一、单选题（每题3分，共36分） 1．通过一个电阻的电流是5A，经过4min，通过该电阻的一个截面的电量是（） A．20C B．50C C．1200C D．2000C 2．如图为一块手机电池的背面印有的一些符号，下列说法不正确的是（） A．该电池的容量为500mA?h B．该电池的电动势为 ; C．该电池在工作1小时后达到的电流为500mA D．若电池以10mA的电流工作，可用50小时 3．如图所示为一小灯泡的伏安特性曲线，横轴和纵轴分别表示电压U和电流I．图线上点A的坐标为（U1 ， I1），过点A的切线与纵轴交点的纵坐标为I2 ．小灯泡两端电压为U1时，电阻等于（） A． B． C． D． 第2题图第3题图第4题图第5题图 4．在图所示的电路中，电源的内电阻r=1Ω，外电路电阻R=9Ω，闭合开关后，电流表的示数I=，电流表的内阻不计．电源的电动势E应等于（） A．1V B．2V C．3V D．5V 。 5．如图中B为电源，R1、R2为电阻，S为电键．现用多用电表测量流过电阻R2的电流．将多用电表的选择开关调至直流电流挡(内阻很小)以后，正确的接法是( ) A．保持S闭合，将红表笔接在a处，黑表笔接在b处 B．保持S闭合，将红表笔接在b处，黑表笔接在a处 C．将S断开，红表笔接在a处，黑表笔接在b处 D．将S断开，红表笔接在b处，黑表笔接在a处 6．在下列所示的电路图中，能用电压表正确测出灯L1两端电压的是（） A． B． C．D． - 7．如图所示是一欧姆表(多用电表欧姆挡)的结构示意图，虚线框内有欧姆表的内部电路，红、黑表笔分别插入正、负插孔，虚线框内的欧姆表的内部电路图正确的是( ) 2.10 简单的逻辑电路 【学习目标】 1.初步了解简单的逻辑电路及表示符号。 2.通过实验,理解“与”“或”和“非”逻辑电路中结果与条件的逻辑关系。 3.知道真值表,会用真值表来表示一些简单的逻辑关系。 4.通过简单的逻辑电路的设计,体会逻辑电路在现实生活中的意义。 5.初步了解集成电路,关注我国集成电路的发展情况。 【知识导学】 1.数字电路 (1)数字信号:数字信号在变化中只有两个对立的状态:“①有”或者“②没有”。 (2)数字电路:处理数字信号的电路叫作数字电路,具有③逻辑功能的数字电路叫作逻辑电路。 2.“与”门 (1)门:所谓“门”,就是一种开关,在一定的条件下它允许信号通过,如果条件不满足,信号就被④阻止在“门”外。 (2)“与”门:如果一个事件的几个条件⑤都满足后,该事件才能发生,这种逻辑关系叫作“与”逻辑关系。具有“与”逻辑关系的电路称为⑥“与”门电路。简称⑦“与”门。 (3)“与”门的符号:⑧。 (4)真值表:记录用数字“1”和“0”表示的各种控制⑨条件和控制⑩结果的表格叫作真值表。 3.“或”门 (1)“或”门:如果几个条件当中,只要有一个条件得到满足,该事件就会发生,这种关系叫作“或”逻辑关系;具有“或”逻辑关系的电路叫作“或”门。 (2)“或”门的符号:。 4.“非”门 (1)“非”门:输出状态与输入状态相反的逻辑关系叫作“非”逻辑关系,具有“非”逻辑关系的电路叫作“非”门。 (2)“非”门的符号:。 【三“点”探究】 主题1:“与”门电路 阅读教材中“‘与’门”标题下的相关内容,回答下列问题。 (1)商品房楼道中的路灯什么条件下才会发光?此种“条件”与“结果”之间的关系是什么逻辑关系? 2 电动势 [学科素养与目标要求] 物理观念：1.知道什么是电源，了解电路中静电力和非静电力做功与能量转化的关系.2.知道电动势的定义式.3.了解电源的内阻． 科学探究：收集信息，了解各种型号的电源、电池，知道同一种类的电池电动势相同，但内阻和容量不同． 科学思维：通过类比的方法使学生加深对电源及电动势概念的理解，会用电动势的定义式进行简单计算． 一、电源与非静电力做功 1．非静电力的作用：把正电荷从负极搬运到正极，同时在该过程中非静电力做功，使电荷的电势能增加． 2．电源 (1)定义：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置． (2)能量转化：在电源内部，非静电力做正功，其他形式的能转化为电势能，在电源外部，电场力做正功，电势能转化为其他形式的能． 二、电动势和内阻 1．电动势 (1)电动势：在电源内部，非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W 与被移送电荷q 的比值． (2)定义式：E ＝W q .单位：伏特(V)． (3)物理意义：反映电源非静电力做功本领大小的物理量． (4)决定因素：由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路无关． 2．内阻：电源内部导体的电阻． 判断下列说法的正误． (1)在电源内部，正电荷向正极移动过程中，电场力做负功，电荷电势能增加．(√) (2)所有的电源，均是将化学能转化为电势能的装置．(×) (3)电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电荷量成反比．(×) (4)E ＝W q 只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小由电源中非静电力的特性决定．(√) 一、电源非静电力 (1)如图所示，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，A、B之间的高度差很快消失．在这个过程中，水管中只有一个短暂水流．怎样才能保持A、B之间稳定的高度差，在A、B之间形成持续的水流呢？ (2)如图所示，电源在电路中的作用相当于抽水机的作用，它能不断地将流到负极的正电荷搬运到正极，从而保持正、负极有稳定的电势差，维持电路中有持续的电流．电源是通过什么力做功实现这个功能的？ (3)对比上述抽水过程和电荷在电路中的运动，分析它们的能量转化情况． 答案(1)需要加一个抽水机，把水池B中的水抽到水池A中． (2)通过非静电力做功． (3)①当水由A池流向B池时重力做正功，减少的重力势能转化为其他形式的能；在电源外部，电场力对正电荷做正功，减少的电势能转化为其他形式的能；②在抽水机将B中的水抽到A 的过程中，要克服水的重力做功，将其他形式的能转化为水的重力势能；在电源内部，要靠非静电力作用于正电荷克服电场力做功，将其他形式的能转化为电荷的电势能． 1．非静电力：电源内使正、负电荷分离，并使正电荷聚积到电源正极、负电荷聚积到电源负极的非静电性质的作用力，是对除静电力外能对电荷流动起作用的其他力的统称． 2．来源 (1)在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能． (2)在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能． 3．功能关系：非静电力总是克服静电力做功，非静电力做功的过程就是将其他形式的能转化为电能的过程．做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能． 例1 (多选)(2017·启东中学高一下期末考试)以下关于电源的说法中正确的是( ) A．电源的作用是维持导体两端的电压，使电路中有持续的电流 B．在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力 C．静电力与非静电力都可以使电荷移动，所以本质上都是使电荷的电势能减小 D．静电力移动电荷做功电荷电势能减少，非静电力移动电荷做功电荷电势能增加 答案AD 解析电源的作用是维持导体两端的电压，使电路中有持续的电流，故A正确； 在电源内部既存在非静电力，又存在静电力，故B错误； 静电力与非静电力都可以使电荷移动，静电力移动电荷做功电荷电势能减少，非静电力移动电荷做功电荷电势能增加，故C错误，D正确．高中物理第二章恒定电流11简单的逻辑电路教案新人教版选修3_1
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