高二物理导体中的电场和电流共27页

第一节欧姆定律●本节教材分析电流的概念、定义式，导体中产生电流的条件，部分电路的欧姆定律，电阻及电阻的单位，这些知识在初中都已学过，本节在初中的基础上加以充实和提高.从场的观点说明电流形成的条件，即导体两端与电源两极接通时，导体中有了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下，发生定向移动而形成电流.正电荷在电场力的作用下从电势高处向电势低处运动.所以在电源外部的电路中，电流的方向是从电势高的一端流向电势低的一端，即从电源的正极流向负极.欧姆定律的讲法与初中也有所不同，是用比值U/I定义电阻R的，这种讲法更科学，适合高中学生的特点.要求学生知道公式I=nqvS，从而知道电流的大小是由什么微观量决定的.在本节的“思考讨论”中，希望学生能够按照其中的设问，自己推导出公式I=nqvS，以加深对电流的理解.如果学生推导有困难，希望老师加以引导.“自由电子定向移动的速率”是阅读材料，不对全体学生都作要求，教师可根据学生的情况加以处理.●教学目标一、知识目标1.知道电荷的定向移动形成电流，理解导体中产生电流的条件：导体两端有电压.2.理解电流的概念和定义式I=q/t，并能进行有关的计算.知道公式I=nqvS，但不要求用此公式计算.3.知道什么是电阻及电阻的单位.4.理解欧姆定律并能用来解决有关电路的问题.5.知道导体的伏安特性，知道什么是线性元件和非线性元件.二、能力目标1.培养学生运用数学图象处理物理问题的能力，培养学生运用数学进行逻辑推理的能力.2.通过阅读教材中的阅读材料“自由电子定向移动的速率”，培养学生处理信息、获取新知识的能力.3.培养学生抽象和概括、分析和综合等思维能力以及科学的语言文字表达能力.三、德育目标1.通过介绍“欧姆和欧姆定律”的建立，激发学生的创新意识，培养学生在逆境中战胜困难的坚强性格.2.通过导体中产生电流的条件讲解，培养学生辩证唯物主义思想（内因和外因的辩证关系）.●教学重点1.电流的概念及定义式.2.欧姆定律的内容、表达式、适用条件及利用欧姆定律分析、解决实际问题.3.导体的伏安特性曲线.●教学难点公式I=nqvS的推导和理解是本节课的教学难点之一，另外伏安特性曲线的物理意义也是本节课的难点.●课时安排1课时●教学方法启发、设问、探讨、讲练结合.●教学用具晶体二极管、电压表、电流表、滑动变阻器、电键、导线、多媒体电脑、自制课件、投影仪.●教学过程一、引入新课同学们在初中已经学过了欧姆定律的一些基础知识，今天我们要在初中学习的基础上，进一步学习欧姆定律的有关知识.二、新课教学1.电流［师］请同学们思考，电流是如何形成的？［生］自由电荷的定向移动形成电流.［师］形成电流的内部条件是什么？［生］形成电流的内部条件是导体内部有能够自由移动的电荷，即自由电荷.［师］金属导体中的自由电荷是什么？电解质溶液中的自由电荷是什么？这些自由电荷的定向移动都能形成电流吗？［生］金属导体中的自由电荷是自由电子，电解质溶液中的自由电荷是正、负离子，这些自由电荷的定向移动都能形成电流.［师］导体中产生电流的外部条件是什么？［生］导体两端有电压.［师］为什么导体两端有电压，导体中就会产生电流呢？下面我们用电场的观点加以分析.（1）利用CAI课件模拟导体中自由电荷的无规则运动.在通常情况下，导体中大量的自由电荷就像气体中的分子一样，不停地做无规则的热运动.自由电荷向各个方向运动的机会相等，因而对导体的任一横截面在一段时间内从两侧穿过截面的自由电荷大致相等.从宏观上看，导体中的自由电荷没有定向移动，所以导体中没有电流.（2）利用CAI课件模拟金属导体中产生的电流.当金属导体两端有电压时，导体中就有电场存在.导体中的自由电子在电场力的作用下，逆着电场线的方向发生定向移动，形成电流.（3）利用CAI课件模拟电解质溶液中产生的电流.当电解质溶液两端有电压时，溶液中就有电场存在，溶液中的正离子在电场力的作用下，由高电势处向低电势处定向移动，溶液中的负离子在电场力的作用下，由低电势处向高电势处定向移动，形成电流.［师］电流的方向是如何规定的？［生］物理上规定，正电荷定向移动的方向为电流的方向.［师］在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向有什么关系？在电解质溶液中，电流的方向与正离子定向移动的方向有什么关系？［生］前者相反，后者相同.［师］电流不仅有方向，而且有强弱，电流的强弱用电流这个物理量来表示.电流是如何定义的？［生］通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值称为电流.用I 表示电流.［师］电流的定义式是什么？［生］I =t q ［师］电流的单位有哪些？它们之间的关系是什么？［生］电流的单位有：安（A ）、毫安（mA ）、微安（μA ）.它们之间的关系为：1 mA=10－3 A 1μA=10－6 A［师］1 A 的物理意义是什么？［生］如果在1 s 内通过导体横截面的电荷量是1 C ，导体中的电流就是1 A.即1 A=1 C/s.在单位时间内，在横截面B 和C 之间的自由电荷将全部通过横截面C［师］图15－3中的AD 表示粗细均匀的一段导体，两端加以一定的电压.设导体中的自由电荷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 ，它们之间的距离在数值上等于v .这样，在单位时间内，在横截面B 和C 之间的自由电荷将全部通过横截面C .想一想，为什么？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 ，每个自由电荷所带的电荷量为q ,单位时间内通过横截面C 的电荷量是多少？相信你能求出导体中电流I 的表达式：I =nqvS［生］在横截面B 和C 之间的自由电荷将全部通过横截面C ，否则电荷便会集聚，不是恒定电流了.单位时间内通过横截面C 的电荷量为Q =nvSq .据电流的定义式：I =tQ =nqvS ： ［师］在实际中，测量电流的仪器是什么？［生］电流表.［师］介绍直流和恒定电流.方向不随时间而改变的电流叫做直流.方向和强弱都不随时间而改变的电流叫做恒定电流.2.欧姆定律 电阻［师］既然在导体的两端加上电压，导体中才有电流，那么导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢？［投影］电路图.请同学们思考如何利用该电路来研究导体AB 中的电流跟导体两端电压的关系？［生］合上电键S ，改变滑动变阻器滑片的位置，使导体两端的电压分别为0、2.0 V 、4.0 V 、6.0 V 、8.0 V ，记下不同电压下电流表的读数，然后通过分析实验数据，得出导体中的电流跟导体两端电压的关系.［师］在一次实验中得到如下实验数据.同学们如何分析在这次实验中得到的数据呢？U /V0 2.0 4.0 6.0 8.0 I /A 0 1.9 4.0 5.8 7.9 ［生］用图象法.在直角坐标系中，用纵轴表示电流，用横轴表示电压，根据实验数据在坐标纸上描出相应的点.根据这些点是否在一条直线上来研究导体中的电流跟它两端的电压的关系.［师］请一位同学上黑板作I —U 图线.［生］作图，如上图所示.［师］这种描点作图的方法是处理实验数据的一种基本方法，同学们一定要掌握.根据图象可知I 与U 的函数关系是什么？［生］I 是U 的正比例函数，即导体中的电流跟导体两端的电压成正比，写成表达式为：I =RU . ［师］上面表达式中的R 表示什么物理量？［生］导体对电流的阻碍作用即电阻.［师］I =RU 表示的物理意义是什么？ ［生］导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比.［师］上述结论就是欧姆定律.（教师介绍德国物理学家欧姆和欧姆定律的建立，从而对学生进行思想品德教育.） ［讨论］根据欧姆定律I =R U 得R=IU ，有人说导体的电阻R 跟加在导体两端的电压U 成正比，跟导体中的电流I 成反比，这种说法对吗？为什么？［生］这种说法不对，因为电阻是导体本身的一种特性，所以导体的电阻与导体两端的电压及导体中的电流没有关系.［师］电阻的单位有哪些？它们之间的关系如何？［生］电阻的单位有：欧（Ω）、千欧（k Ω）、兆欧（M Ω）.1 k Ω=103 Ω 1 M Ω=106 Ω［师］1 Ω的物理意义是什么？［生］如果在某段导体的两端加上1 V 的电压，通过导体的电流是1 A ，这段导体的电阻就是1 Ω.即1 Ω=1 V/A.3.导体的伏安特性曲线［师］用纵轴表示电流I ，用横轴表示电压U ，画出的I —U 图线叫做导体的伏安特性曲线.如图所示是金属导体的伏安特性曲线.［讨论］在I —U 曲线中，图线的斜率表示的物理意义是什么？［生］在I —U 图中，图线的斜率表示导体电阻的倒数.即k =tan θ=R U I 1 .图线的斜率越大，电阻越小.［师］伏安特性曲线是过坐标原点的直线，这样的元件叫线性元件.［演示］用晶体二极管、电压表、电流表、滑动变阻器、电键连成如左下图所示的电路，改变电压和电流，画出晶体二极管的伏安特性曲线如右下图所示，可以看出图线不是直线.［师］伏安特性曲线不是直线，这样的元件叫非线性元件.三、小结通过本节课的学习，主要学习了如下几个问题：1.当导体两端有电压时，导体中的自由电荷发生定向移动形成电流.物理上规定正电荷定向移动的方向为电流方向.电流的大小可根据I =tq 来计算.电流的单位有：A 、mA 、μA. 2.电阻.导体对电流的阻碍作用，与导体本身有关.R =I U 3.欧姆定律.即导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比.表达式为I =RU .欧姆定律适用于金属导体和电解质溶液. 4.电流I 与电压U 的关系可以用I —U 图线来表示，这样的图线叫做导体的伏安特性曲线.线性元件的I —U 图线是直线，非线性元件的I —U 图线不是直线.四、作业1.阅读“自由电子定向移动的速率”.2.分组讨论教材151页方框内容.3.练习一写在作业本上.五、板书设计电阻：R =IU ，导体对电流的阻碍作用，与导体本身有关六、本节优化训练设计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.某电解质溶液，如果在1 s 内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流是多大？3.氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R 的圆轨道上做匀速圆周运动.已知电子的电荷量为e ，运动速率为v ，求电子绕核运动的等效电流多大？参考答案：1.C2.解析：设在t=1 s 内，通过某横截面的二价正离子数为n 1，一价负离子数为n 2，元电荷的电荷量为e ，则t 时间内通过该横截面的电荷量为q =(2n 1+n 2)e电流为I =tq =1100.1100.52)2(191821⨯+⨯⨯=+t e n n ×1.6×10－19A=3.2 A 3.解析：取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的时间T 内，通过这个截面的电量q =e ，由圆周运动的知识有：T =vR π2 根据电流的定义式得： I =R ev t q π2=。

第二章、恒定电流知识点一、导体中的电场和电流1. 导线中的电场⑴形成因素：是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。

⑵方向：导线与电源连通后，导线内很快形成了沿导线方向的恒定电场。

⑶性质：导线中恒定电场的性质与静电场的性质不同。

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。

2. 电流⑴导体形成电流的条件：①要有自由电荷②导体两端形成电压。

⑵电流定义：通过导体横截面的电量跟这些电荷量所用时间的比值叫电流。

公式：⑶电流是标量但有方向，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向（或与负电荷定向移动的方向相反）。

单位：A， 1A=103 mA=106μA恒定电流：大小方向不随时间的变化而变化的电流.我们生活中能使电器正常的电流就是恒定电流；⑷电流微观表达式:I=nqvs，n是单位体积内的自由电荷数，q是每个自由电荷电荷量，s是导体的横截面积，v是自由电荷的定向移动速率。

（适用于金属导体）说明：导体中三种速率（定向移动速率非常小约10-5m/s，无规律的热运动速率较大约105 m/s，电场传播速率非常大为光速例如电路合上电键远处的电灯同时亮）例1．某电解池中，若在 2 s内各有×1019个二价正离子和×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是( )．A．O B． A C． A D． 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，则在 2 s 内通过截面的总电量应为：q=×10-19×2××1019C+×10-19×1××1019C=。

电磁场总结知识要点：1．电荷 电荷守恒定律 点电荷⑴自然界中只存在正、负两中电荷，电荷在它的同围空间形成电场，电荷间的相互作用力就是通过电场发生的。

电荷的多少叫电量。

基本电荷e =⨯-161019.C。

带电体电荷量等于元电荷的整数倍（Q=ne ）⑵使物体带电也叫起电。

使物体带电的方法有三种：①摩擦起电 ②接触带电 ③感应起电。

⑶电荷既不能创造，也不能被消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从的体的这一部分转移到另一个部分，这叫做电荷守恒定律。

带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷。

2．库仑定律（1）公式 F K Q Q r=122 （真空中静止的两个点电荷） 在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，数学表达式为F K Q Q r=122，其中比例常数K 叫静电力常量，K =⨯90109.N m C22·。

（F:点电荷间的作用力(N)， Q 1、Q 2:两点电荷的电量(C)，r:两点电荷间的距离(m)，方向在它们的连线上，作用力与反作用力，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引）（2）库仑定律的适用条件是(1)真空，(2)点电荷。

点电荷是物理中的理想模型。

当带电体间的距离远远大于带电体的线度时，可以使用库仑定律，否则不能使用。

3．静电场 电场线为了直观形象地描述电场中各点的强弱及方向，在电场中画出一系列曲线，曲线上各点的切线方向表示该点的场强方向，曲线的疏密表示电场的弱度。

电场线的特点：(1)始于正电荷 （或无穷远），终止负电荷（或无穷远）；(2)任意两条电场线都不相交。

电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱，并不是带电粒子在电场中的运动轨迹。

带电粒子的运动轨迹是由带电粒子受到的合外力情况和初速度共同决定。

4．电场强度 点电荷的电场⑴电场的最基本的性质之一，是对放入其中的电荷有电场力的作用。

第一节导体中的电场和电流【新课标要求】1.理解电源的形成过程。

2.掌握恒定电场的形成过程。

3.理解恒定电流的形成过程，掌握计算电流的大小并灵活运用公式。

4.掌握电流的微观表达式。

5.通过本节对电源、电流的学习，培养将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。

【新课预习】电源：有A、B两个导体，分别带正、负电荷，如果在它们之间接一条导线R，，导线R 中的自由电子便会在的作用下定向运动，B失去电子，A得到电子，周围电场迅速减弱，A 、B之间的电势差很快消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡。

倘若在A、B之间连接一个装置P,它能源源不断地把经过导线R流到A的电子取走，补充给B，使A、B始终保持一定数量的正、负电荷，这样，A、B周围始终存在一定得电场，使A、B之间便维持着一定的电势差。

由于这个电势差，导线中的自由电子就能不断地在静电力作用下由B经过R向A定向移动，使电路中保持持续的电流。

能把电子从A搬运到B的装置P就是。

１、导线中的电场：（1）导线中电场的形成：导线本身由许多带电粒子组成，当它和电源连接后，在电源两极晟的正、负电荷激发的电场作用下，导线的表面以及导线的接头处会有电荷积累，正是这些电荷激发了导线内外地电场，也正是依靠这些电荷才保证导线内部的场强沿导线方向。

（2）恒定电场：导线内的电场，是由、、等电路元件所积累的电荷共同形成的。

尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布式稳定的，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的电场，称为。

3、恒定电流：（1）定义：、都不随时间变化的电流。

（2）电流：表示电流强弱程度的物理量。

（3）单位：安培，符号（A）其他单位：毫安（mA）、微安(μA)，且1A=103 mA=106μA （3）公式：q= It， I表示电流，q表示在时间t通过导体横截面积的电荷量。

变形公式：I=q/t。

注：①电流方向的规定：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。

【高二学习指导】高二物理学科电流与电场知识点整理高二
物理学科电流与电场知识点，具体请看以下内容。

导体中的电流与电场
1、电流的一层含义
(1)大量自由电荷定向移动构成电流的现象;
(2)物体中有大量的自由电荷是形成电流的内因，电压是形成电流的外因。

2、电流的另一层含义
(1)意义：表示电流强弱的物理量
(2)定义：通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间的比值叫做电流。

(3)公式：(定义式)
(4)单位：安培(a)毫安(ma)mA(a)
(5)是标量，方向规定：正电荷定向移动的方向为电流的方向
(6)方向不随其时间而发生改变的电流叫做直流电：方向和高低都不随其时间而发生改变的电流叫做恒定电流。

3、电流的微观表达式：i=nqsv
n单位体积内电荷数
q自由电荷量
s导体的横截面
v电荷定向移动的速率
4、导线中的电场：导线中的电场就是两部分电荷共同促进作用的结果，其一就是电源正、负极产生的电场，可以将该电场水解为两个方向：沿导线方向的分量并使只有电子沿导线搞定向移动，构成电流;横向导线方向的分量并使自由电子向导线的某一侧涌入，从而并使导线的两侧发生正、正数净电荷分布。

这些电荷分布产生额外电场，该电场将弱化电源两极产生的横向导线方向的电场，直至并使导线中该方向再分场强为零，而达至动态平衡状态。

此时导线内的电场线维持与导线平行，自由电子只存有定向移动。

高中是人生中的关键阶段，大家一定要好好把握高中，编辑老师为大家整理的高二物理学科电流与电场知识点，希望大家喜欢。