下载文档原格式
第1讲 电 流[目标定位] 1.知道持续电流产生的条件，并能进行微观解释.2.了解电流速度(传导速度)、自由电子热运动的平均速度和电子漂移速度(即电子定向移动速度).3.理解电流的定义，知道电流的单位、方向的确定，会用公式q ＝It 分析相关问题．一、电流的形成1．形成电流的条件：(1)自由电荷；(2)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3.0×108m/s.2．自由电子的运动速率：常温下，金属内的自由电子以105_m/s 的平均速率在无规则的运动．3．电子定向移动的速率：数量级大约是10－5m/s ，被形象的称为“电子漂移”． 想一想 导线内自由电子的定向移动速率等于电流的传导速率吗？为什么？答案 不等于，事实上电子定向移动的速率是很慢的，而且跟导体材料有关，只是导体中自由电子的定向移动是产生电流的原因．电流的速率可以认为等于光速． 三、电流的方向1．电流的方向：正电荷的定向移动的方向规定为电流的方向；2．在电源外部的电路中电流的方向：从电源正极流向负极；在电源内部的电路中电流的方向：从电源负极流向正极．想一想 金属导体中电流的方向与自由电荷的移动方向一致吗？为什么？答案 不一致，电流的方向是指正电荷定向移动的方向，而金属导体中自由电荷是电子，电子的定向移动方向与电流方向相反． 四、电流的大小和单位1．定义：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 ＝qt.3．单位：国际单位：安培，符号A；常用单位：mA、μA换算关系为1A＝103mA＝106μA. 4．直流电：方向不随时间改变的电流叫做直流电．恒定电流：方向和强弱都不随时间改变的电流叫做恒定电流．想一想电流是有大小和方向的物理量，电流是矢量吗？答案不是．电流的计算不满足平行四边形定则.一、电流形成条件及三种速率的理解1．电流的形成条件(1)回路中存在自由电荷①金属导体的自由电荷是电子．②电解液中的自由电荷是正、负离子．(2)导体两端有电压：电场对电荷有力的作用，例如两个导体间存在电势差，当用一导线连接时，导线中的自由电子会在电场力的作用下运动，形成电流．(3)导体两端有持续电压是导体中形成持续电流的条件．导体两端有了持续电压，导体中的自由电子就会在电场力的持续作用下形成持续不断的电流．2．电路中三种速率的比较(1)电子热运动的速率：构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动的速率数量级为105m/s.(2)电子定向移动的速率：电子定向移动的速率很小，数量级为10－5m/s.自由电子在很大的无规则热运动的速率上又叠加上了一个很小的定向移动的速率．(3)电流传导速率：等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速c建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动而形成了电流．例1在导体中有电流通过时，下列说法正确的是( )①电子定向移动速率很小②电子定向移动速率即是电场传导速率③电子定向移动速率是电子热运动速率④在金属导体中，自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动A．①③B．②C．③D．①④答案 D解析电子定向移动的速率很小，数量级为10－5m/s，自由电子只不过在速率很大的热运动上附加了很小的定向移动的速率．故①、④正确．电场的传导速率为光速c＝3×108 m/s，无规则热运动速率的数量级为105m/s.故②、③错误，故选D.借题发挥 电荷定向移动的速率很小，当电路闭合后，并不是电荷瞬间从电源运动到用电器，而是瞬间在系统中形成电场，使导体中所有自由电荷同时定向移动形成电流． 二、电流的表达式1．电流虽然有方向但是标量．2．I ＝qt是电流的定义式，电流与电量无正比关系，电流与时间也无反比关系． 3．在应用I ＝q t计算时注意：要分清形成电流的自由电荷的种类．对金属来讲，是自由电子的定向移动，电量q 为通过横截面的自由电子的电量．对电解液来讲，是正、负离子同时向相反方向定向移动，电量q 为正、负离子电荷量绝对值之和．例2 在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子在定向移动，方向如图1所示．如果测得2s 内分别有1.0×1018个正离子和1.0×1018个负离子通过溶液内部的横截面M ，则溶液中电流的方向如何？电流多大？图1答案 由A 指向B 0.16A解析 水溶液中导电的是自由移动的正、负离子，它们在电场的作用下向相反方向定向移动．电学中规定，电流的方向为正电荷定向移动的方向，所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，即由A 指向B . 每个离子的电荷量是e ＝1.60×10－19C ．该水溶液导电时负离子由B 向A 运动，负离子的定向移动可以等效看做是正离子反方向的定向移动．所以，一定时间内通过横截面M 的电荷量应该是正、负两种离子电荷量的绝对值之和．I ＝q t ＝|q 1|＋|q 2|t＝1.0×1018×1.6×10－19＋1.0×1018×1.6×10－192A＝0.16A.借题发挥 电流的定义式I ＝q t中，q 是时间t 内通过某一截面的电荷量，而不是单位截面积内的电荷量．三、电流强度的微观表达式1．建立模型：如图2所示，导体长为l ，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为q .图22．理论推导：AD 导体中的自由电荷总数：N ＝nlS .总电荷量Q ＝Nq ＝nlSq .所有这些电荷都通过横截面D 所需要的时间：t ＝l v.根据公式q ＝It 可得：导体AD 中的电流：I ＝Q t ＝nlSqlv＝nqSv .3．结论：从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关．例3 一段粗细均匀的金属导体的横截面积为S ，导体单位体积内的自由电子数为n ，金属导体内的自由电子的电荷量为e ，自由电子做无规则热运动的速率为v 0，导体中通过的电流为I ，以下说法中正确的有( ) A ．自由电子定向移动的速率为v 0 B ．自由电子定向移动的速率为v ＝I neSC ．自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD ．自由电子定向移动的速率为v ＝I ne答案 B解析 I ＝nevS ，所以v ＝I neSv 为自由电子定向移动的速率.电流形成条件及三种速率的理解1．关于电流，以下说法正确的是( ) A ．通过截面的电荷量多少就是电流的大小 B ．电流的方向就是电荷定向移动的方向C ．在导体中，只要自由电荷在运动，就一定会形成电流D ．导体两端没有电压就不能形成电流答案 D解析 根据电流的概念，电流是单位时间内通过截面的电荷量，知A 项错．规定正电荷定向移动的方向为电流方向，知B 项错．自由电荷持续的定向移动才会形成电流，知C 错、D 对． 2．在导体中有电流通过时，下列说法正确的是( ) A ．电子定向移动速率很小B ．电子定向移动速率即是电场传导速率C ．电子定向移动速率是电子热运动速率D ．在金属导体中，自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动 答案 AD解析 电子定向移动的速率很小，数量级为10－5m/s ，自由电子只不过在速率很大的热运动上附加了速率很小的定向移动．故A 、D 正确．电场的传导速率为光速c ＝3×108m/s ，无规则热运动速率的数量级为105m/s.故B 、C 错．公式I ＝qt的理解与应用3．电路中有一电阻，通过电阻的电流为5A ，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为( ) A ．1500个B ．9.375×1019个 C ．9.375×1021个D ．9.375×1020个答案 C解析 q ＝It ，n ＝q e ＝It e＝9.375×1021个． 电流强度的微观表达4．如图3所示，一根横截面积为S 的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为q ，当此棒沿轴线方向做速度为v 的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为( )图3A ．qv B.q vC ．qvSD.qv S答案 A解析 t s 内棒通过的长度l ＝vt ，总电荷量Q ＝ql ＝qvt .由I ＝Q t ＝qvtt＝qv ，故选项A 正确．题组一 对电流的理解1．关于电流，下列叙述正确的是( ) A ．只要将导体置于电场中，导体内就有持续电流 B ．电源的作用是可以使电路中有持续电流C ．导体内没有电流时，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 答案 BD2．关于电流的方向，下列说法中正确的是( )A ．电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端B ．电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端C ．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同D ．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反 答案 AD解析 在电源的外部电路中，电流从正极流向负极，在电源内部，电流从负极流向正极，电源正极电势高于负极电势，所以A 正确，B 错误；电子带负电，电子运动形成的电流方向与电子运动的方向相反，C 错误，D 正确． 3．关于电流的方向，下列描述正确的是( ) A ．规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 B ．规定自由电荷定向移动的方向为电流的方向C ．在金属导体中，自由电子定向移动的方向为电流的反方向D ．在电解液中，由于正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，故无电流 答案 AC解析 规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，故A 对，B 错；金属导体中定向移动的是自由电子，电子带负电，故电子运动的方向与电流的方向相反，C 正确；在电解液中，正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，产生的电流的方向相同，故D 错误． 题组二 公式I ＝q t的理解与应用 4．关于电流的说法中正确的是( ) A ．根据I ＝q t，可知I 与q 成正比B ．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C ．电流有方向，电流是矢量D ．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位 答案 D解析 依据电流的定义式可知，电流与q 、t 皆无关，显然选项A 错误．虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以，选项B 错误．电流是标量，故选项C 错误．5．如图1所示，电解池内有一价的电解液，t s 内通过溶液内截面S 的正离子数是n 1，负离子数是n 2，设元电荷为e ，则以下解释中正确的是( )图1A ．正离子定向移动形成电流方向从A →B ，负离子定向移动形成电流方向B →A B ．溶液内正负离子向相反方向移动，电流抵消C ．溶液内电流方向从A 到B ，电流I ＝n 1etD ．溶液中电流方向从A 到B ，电流I ＝n 1＋n 2et答案 D解析 正电荷的定向移动方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，有正负电荷反向经过同一截面时，I ＝q t 公式中q 应该是正、负电荷量绝对值之和．故I ＝n 1e ＋n 2et，电流方向由A 指向B ，故选项D 正确．6．如图2所示，将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来，已知截面积S 铝＝2S 铜．在铜导线上取一截面A ，在铝导线上取一截面B ，若在1s 内垂直地通过它们的电子数相等．那么，通过这两截面的电流的大小关系是( )图2A ．I A ＝I BB ．I A ＝2I BC ．I B ＝2I AD ．不能确定答案 A解析 这个题目中有很多干扰项，例如两个截面的面积不相等，导线的组成材料不同等等．但关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等，根据I ＝qt可知电流强度相等．题组三 电流强度的微观表达式7．导体中电流I的表达式I＝nqSv，其中S为导体的横截面积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷所带的电荷量，v是( )A．导体运动的速率B．导体传导的速率C．电子热运动的速率D．自由电荷定向移动的速率答案 D解析从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率，还与导体的横截面积有关，公式I＝nqSv中的v就是自由电荷定向移动的速率．故选D.8．金属导体内电流增强，是因为( )A．导体内单位体积的自由电子数增多B．导体内自由电子定向移动的速率增大C．导体内电场的传播速率增大D．导体内自由电子的热运动速率增大答案 B解析对于确定的金属导体，单位体积内的自由电子数是一定的，而且导体内电场的传播速率也是一定的，所以A、C错．导体内电流增强是由于自由电子定向移动的速率增大，使得单位时间内穿过导体横截面的电荷量增大，B正确．导体内自由电子的热运动速率增大会阻碍电流增强，D错误．9．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．甲、乙两导体的电流相同B．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大小相等答案 B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＝InqS，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．题组四综合应用10．已知电子的电荷量为e，质量为m.氢原子的电子在原子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？答案 e 22πr 2mkmr 解析 根据电流大小的定义式去求解，截取电子运动轨道的任一截面，在电子运动一周的时间T 内，通过这个截面的电荷量Q ＝e ，则有：I ＝Q T ＝e T ，再由库仑力提供向心力有：k e 2r 2＝m 4π2T 2r .得T ＝2πremr k .解得I ＝e 22πr 2mkmr .。
高中物理第3章恒定电流学案鲁科版选修恒定电流知识整合与阶段检测专题一伏安法测电阻1、原理伏安法测电阻的原理是部分电路的欧姆定律R＝。
2、两种测量电路的比较比较项目电流表外接法电流表内接法电路图误差分析由于电压表的内阻有分流作用，电阻的测量值R 外＝＝＝＜Rx由于电流表内阻的分压作用，电阻的测量值R内＝＝＝Rx＋RA＞Rx电路选择方法比较法①若＞，通常认为待测电阻的阻值较大，电流表的分压作用可忽略，应采用电流表内接电路；②若＜，通常认为待测电阻的阻值较小，电压表的分流作用可忽略，应采用电流表外接电路试触法如图所示，将电压表的左端接a点，而将右端分别与b、c两点试触，观察电流表和电压表示数的变化：①若电流表示数变化大，说明待测电阻是大电阻，应该用电流表内接法测量(接c点)；②若电压表示数变化大，说明待测电阻是小电阻，应该用电流表外接法测量(接b点) [例证1] 用伏安法测电阻时，由于实际电表内阻的影响，会给测量带来系统误差，但合理地选择电表的接法可以有效地减小这种误差。
如图3－1所示的伏安法测电阻的电路中，如果不知道被测电阻的大概阻值时，为了选择正确的电路以减小系统误差，可将电压表的一个接线头图3－1P分别在a、b两点试触一下。
(1)如果发现电流表读数没有显著变化，则P应接在________处。
(2)如果发现电压表读数没有显著变化，则P应接在________处。
[解析] 若P从a移到b时，电流表读数没有显著变化，说明电压表的分流作用不明显，P应接在a处；此时电压表测量的是电阻Rx两端的电压，电流表的测量值比较接近流过电阻Rx的电流值，可以有效减小系统误差。
同理分析，若P从a移到b时，电压表读数没有显著变化，说明电流表的分压作用不明显，P应接在b处，可以有效减小系统误差。
[答案] (1)a (2)b专题二滑动变阻器的接法滑动变阻器在电路中通常有两种接法限流式和分压式。
1、滑动变阻器的两种接法对比接法项目限流式分压式电路组成变阻器接入电路特点连接变阻器的导线分别接金属杆一端和电阻线圈一端的接线柱(图中变阻器Pa部分被短路不起作用)连接变阻器的导线分别接金属杆一端和电阻线圈的两端接线柱(图中变阻器Pa、Pb都起作用，即从变阻器上分出一部分电压加到待测电阻上)调压范围～E(不计电源内阻)0～E(不计电源内阻)2、如何选用由于限流式接法电路简单，耗能低，通常采用滑动变阻器的限流式接法，但在以下三种情况中，必须选择分压式接法：(1)当待测电阻远大于滑动变阻器的最大电阻，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时，必须选用分压电路。
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。
3．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。
[自学教材]1．电流的形成(1)形成电流的条件：①回路中存在自由电荷；②导体两端有电压。
(2)导体中形成持续电流的条件：导体两端有持续电压。
(3)电流形成的原因：当导体两端加以电压时，两端就形成电势差，导体中就有了电场，所以导体中的自由电荷在这个电场力的作用下发生定向移动，从而形成电流。
当在导体两端施加持续的电压时，就会形成持续的电流。
2．电流的速度(1)电流的速度是电场的传播速度，它等于光速为3.0×108 m/s。
(2)电子热运动的平均速率：是构成导体的电子在不停地做无规则热运动，常温下电子热运动的平均速率数量级为105 m/s。
(3)电子定向移动速率：自由电子在电场的作用下做整体的定向移动，其移动速度相当慢，数量级大约是10－5 m/s。
1．以下说法正确的是( )A．电流的传导速率就是导体内部自由电子的定向移动速率B．在金属导体内部，当电子做定向移动时，电子的热运动将消失C ．电子的漂移速度与电子热运动的速率本质是一样的D ．电子漂移速度是自由电子在导体中从低电势到高电势定向移动的平均速度 解析：电流的传导速度是电场的传播速度，等于光速，故A 错误；在电子定向移动形成电流时，热运动并未消失，电子是在做无规则的热运动的基础上又叠加了一个定向移动，故B 错误；电子漂移速度是电子在电场力的作用下整体向高电势的方向运动的速度，不同于电流的速度，也不是电子的热运动的速度，故C 错误，D 正确。
答案：D[自学教材]1.电流的方向(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。
2．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。
2.1、导体中的电场和电流项目内容课题 2.1、导体中的电场和电流修改与创新教学目标（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。
教学重、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。
教学准备多媒体课件教学过程（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2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．下列说法正确的是____________A．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流B．一个氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时，最多能产生3个不同频率的光子C．用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期D．原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量2．如图所示，虚线所围矩形区域abcd内充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场。
现从ab边的中点O处，某一粒子以最小速度υ垂直于磁场射入、方向垂直于ab时，恰能从ad边的a点穿出。
若撤去原来的磁场在此矩形区域内存在竖直向下的匀强电场，使该粒子以原来的初速度在O处垂直于电场方向射入，通过该区域后恰好从d点穿出，已知此粒子的质量为m，电荷量的大小为q，其重力不计；ab边长为2ι，ad边长为3ι，则下列说法中正确的是A．匀强磁场的磁感应强度大小与匀强电场的电场强度大小之比为B．匀强磁场的磁感应强度大小与匀强电场的电场强度大小之比为C．离子穿过磁场和电场的时间之比D．离子穿过磁场和电场的时间之比3．意大利科学家伽利略在研究物体变速运动规律时，做了著名的“斜面实验”，他测量了铜球在较小倾角斜面上的运动情况，发现铜球做的是匀变速直线运动，且铜球加速度随斜面倾角的增大而增大,于是他对大倾角情况进行了合理的外推，由此得出的结论是（）A．自由落体运动是一种匀变速直线运动B．力是使物体产生加速度的原因C ．力不是维持物体运动的原因D ．物体都具有保持原来运动状态的属性，即惯性4．电路如图所示，当a 、b 两端接入100 V 电压时，用理想电压表测得c 、d 两端电压为20 V ；当c 、d 两端接入100 V 电压时，用理想电压表测得a 、b 两端电压为50 V ，则R 1∶R 2∶R 3等于( )A ．4∶2∶1B ．2∶1∶1C ．3∶2∶1D ．5∶3∶25．如图所示，理想变压器的原线圈两端接在交流电源上，电压有效值为U 。
第1节 电流课堂互动三点剖析一、电流的形成金属中存在着大量的自由电子和正离子，在导体两端无电势差的情况下，自由电子在导体内做无规则的热运动.自由电子热运动的速率非常大，其数量级为105 但由于自由电子的运动杂乱无章，因而导体中没有电流.当导体两端存在电势差时，导体内由电源和导线上的堆积电荷共同形成了电场，其电场线与导线平行，这时，自由电子受到电场力的作用，沿着电场的反方向定向移动，形成了电流.如果导体两端的电势差是短暂的，则导体中形成短暂的电流.要想形成持续的电流，导体两端应保持一定的电势差，因而可以把电源接到导体的两端，提供持续的电压，转移电路中的电荷，使电路中保持持续的电流.【例1】 在电解液中，若5 s 内沿相反方向通过面积为0.5 m 2的横截面的正、负离子的电荷量均为5 C ，则电解液中的电流为多大？解析：因I =tq 中的q 是时间t 内通过整个横截面的电荷量，并非通过单位面积的电荷量，所以0.5 m 2是干扰条件.又因正、负离子沿相反方向定向移动形成的电流方向是相同的，所以q 应为正、负离子电荷量绝对值之和，故552⨯=t q A=2 A. 答案：2 A二、导体中电流I 的微观表达式从微观上看，电流取决于导体的哪些因素呢?如图3-1-1所示，AD 表示粗细均匀的一段导体L ，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 ，每个自由电荷所带的电荷量为q .图3-1-1AD 导体中的自由电荷总数：N =nLS总电荷量Q ：Nq ＝nLSq所有这些电荷都通过导体的横截面所需要的时间：t =v t 所以，导体AD 上的电流：I =tnlSq t Q ==nq S v 由此可见，从微观上看，电流取决于导体中自由电荷的密度、电荷量、定向移动速度，还与导体的横截面积有关.【例2】 已知电子的电荷量为e ，质量为m ，氢原子的电子在原子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?解析：所谓等效电流，就是把电子绕核运动单位时间段的电荷量通过圆周上各处看成是持续运动时所形成的电流，根据电流的定义即可算出等效电流的大小.截取电子运动轨道的任一截面，在电子运动一周的时间T 内，通过这个截面的电荷量q ＝e .则有：I =T e t q = ① 再由库仑力提供向心力有：k mr e r T Tm r e k ππ2,42222==得 ②联立得：I =.222kmr mr e π 答案：kmr mr e 222π各个击破类题演练1关于电流的说法中正确的是（ ）A.根据I =tq ，可知I 与q 成正比 B.如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C.电流有方向，电流是矢量D.电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位解析：依据电流的定义式可知，电流与q 、t 皆无关，显然选项A 是错误的.虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以，选项B 也是错误的.电流是标量，故选项C 也不对.答案：D变式提升1一硫酸铜电解槽的横截面积为2 m 2，在0.04 s 内若相向通过同一横截面的铜离子和硫酸根离子分别为5.625×1018个和4.375×1018个，则电解槽中的电流是多大?方向如何解析：电解槽中的电流是铜离子和硫酸根离子分别向相反的方向运动形成的.所以电流的方向与铜离子定向移动的方向相同.铜离子和硫酸根离子都是二价离子，其电荷量为q 1＝q 2＝2×1.6×10-19 C.所以，I =tq n q n t q 2211+=，代入数据得I=83 A. 答案：83 A ；电流的方向与铜离子定向移动的方向相同类题演练2铜的原子量为m ，密度为ρ，每摩尔铜原子有n 个自由电子，今有一根横截面积为S 的铜导线，当通过它的电流为I 时，电子平均定向移动的速率为多大？解析：设时间为t ，则在这段时间内通过的自由电子个数为N =mvtS ρ×n ，通过的电流可以表示为I =m vSne t Ne ρ=，所以，电子的平均定向移动速率为v =neSmI ρ. 答案：neSmI ρ 变式提升2半径为R 的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q ，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度Ω匀速转动，则由环产生的等效电流应有（ ）图3-1-2A.若Ω不变而使电荷量Q 变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍B.若电荷量Q 不变而使Ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍C.若使Ω、Q 不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大D.若使Ω、Q 不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小解析：截取圆环的任一截面S ，如图所示，在橡胶圆环运动一周的时间T 内，通过这个截面的电荷量的Q ，则有I =T Q t q =，又有T =ωπ2，所以I =π2ωQ ，可知选项A 、B 正确.答案：AB。
第3节电功与电热核心素养物理观念科学态度与责任能理解电功、电功率及焦耳定律的内涵；能用焦耳定律解释生产、生活中的电热现象，能解决一些电热问题。
具有与恒定电流相关的能量观念.能体会电能的使用对人类生活和社会发展的影响。
知识点一电功和电功率［观图助学］电熨斗通电时发热，电动机通电时对外做功，这两种电器的内能、机械能都是电能转化而来的。
能量的转化是通过电流做功实现的.1。
电功（1）自由电荷在电场力的作用下定向运动而形成电流，电场力对自由电荷做的功,称为电功.(2）公式：如果电路两端的电压是U，电流为I，在时间t内电流做的功W＝UIt。
2.电功率：单位时间内电流所做的功就叫做电功率。
用公式表示为：P＝错误!＝UI，单位:瓦特（W）。
知识点二焦耳定律1。
焦耳定律(1）内容:电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻及通电时间成正比。
这就是焦耳定律.(2）公式：Q＝I2Rt。
(3）在只含电阻的纯电阻电路中，由U＝IR,可推得Q＝错误!t。
2。
纯电阻电路与非纯电阻电路(1）纯电阻电路:电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的电热。
（2）非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路。
在非纯电阻电路中，电能除部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能。
（3）纯电阻电路中：W＝Q；P＝P热；非纯电阻电路中：W＝Q＋E其他>Q;P＝P热＋P其他>P热。
［思考判断]（1)电功率越大，电功越大.(×)（2)1千瓦时＝3.6×106 J。
(√)(3）非纯电阻电路中，电热的表达式是Q＝I2Rt。
（√)(4）电流流过笔记本电脑时，电功一定等于电热。
（×）（5)根据I＝错误!可导出P＝错误!，该公式可用于任何用电器。
(×)知识点三身边的电热1.电流热效应的应用如电热水器、电饭锅、电刻笔、电焊等都是利用电流的热效应工作的。
2。
电流热效应的危害如果插头和插座之间接触不良会迸出火花。
教学资料参考范本【2019-2020】高中物理第3章恒定电流第2讲电阻学案鲁科版选修3_1撰写人：__________________部门：__________________时间：__________________[目标定位] 1.理解导体的电阻与长度成正比，与横截面积成反比，比例系数与导体的材料有关.2.理解金属导体的电阻由自由电子与金属离子碰撞而产生，金属材料的电阻率随温度的升高而增大．一、探究影响导线电阻的因素1．电阻：导线对电流的阻碍作用就是我们通常所说的电阻．2．电阻定律的实验探究如图1所示，我们采用控制变量法研究影响电阻的因素，即分别只有一个因素不同：长度不同；横截面积不同；材料不同的情况下测量导体的电阻．图1(1)在材料相同、粗细相同的情况下，导体的电阻与导体的长度成正比．(2)在材料相同、长度相同的情况下，导体的电阻与导体的横截面积成反比．(3)对于同种导体，材料电阻率相同，对不同种导体，材料电阻率不同，说明导体的电阻与材料有关．3．电阻定律：导线的电阻R跟导体的长度l成正比，跟导体的横截面积S成反比，还跟导体的材料有关．公式：R＝ρ.式中ρ是比例系数．4．电阻率(1)R＝ρ式中比例系数ρ是反映材料导电性能的物理量，称为电阻率．(2)电阻率与材料有关，还与温度有关．金属材料的电阻率一般会随温度的升高而增大．当温度变化范围不大时，金属的电阻率ρ与温度t之间近似地存在线性关系．但绝缘体和半导体的电阻率却随温度的升高而减小，变化是非线性(填“线性”或“非线性”)的．想一想小灯泡的电阻随温度升高怎样变化呢？答案小灯泡的灯丝是由钨丝制成的，因为金属的电阻率随温度的升高而增大，所以小灯泡的电阻随温度升高而增大．二、身边的电阻1．电位器是一种阻值可变的电阻，可通过改变电阻的大小来调节电路中的电流或部分电路两端的电压．2．有些合金(如锰铜合金)的温度系数很小，表明电阻几乎不受温度变化的影响，可用来制作标准电阻，有些金属(如铜)的温度系数相对大一些，可用来制作电阻温度计．一、欧姆定律和电阻的定义式1．电阻：公式：R＝，是比值法定义的物理量，电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小．由导体本身的性质决定，与外加的电压和通过的电流大小无关．2．欧姆定律：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比．公式：I＝.适用条件：欧姆定律对金属导体适用，对电解质溶液适用，但不适用于气态导体和半导体元件．例1 对于欧姆定律的理解，下列说法中错误的是( )A．由I＝，通过电阻的电流强度跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比B．由U＝IR，对一定的导体，通过它的电流强度越大，它两端的电压也越大C．由R＝，导体的电阻跟它两端的电压成正比，跟通过它的电流强度成反比D．对一定的导体，它两端的电压与通过它的电流强度的比值保持不变答案C解析根据欧姆定律可知，通过电阻的电流强度跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比，A正确；对一定的导体，它两端的电压与通过它的电流强度的比值保持不变，即电阻不变，电流与电压成正比，通过它的电流强度越大，两端的电压也越大，B、D正确；导体的电阻与电流、电压的大小无关，是由导体本身决定的，C错误．故选C.二、电阻定律和电阻率1．电阻定律(1)表达式：R＝ρ.反映了导体的电阻由导体自身决定，只与导体的材料、长度和横截面积有关，与其他因素无关．(2)表达式中的l是沿电流方向导体的长度，S是垂直于电流方向的横截面积．2．电阻率(1)电阻率ρ＝RSl电阻率是一个反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关．单位：欧·米(Ω·m)(2)电阻率与温度的关系①金属的电阻率随温度的升高而增大．有些金属(如铜)的温度系数相对较大，可用于制作电阻温度计；②半导体和绝缘体的电阻率随温度的升高而减小，半导体的电阻率随温度的变化较大，可用于制作热敏电阻；③有些合金(如锰铜合金)的温度系数很小，电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻．例2 如图2所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab＝2bc，当将A与B接入电路和将C与D接入电路中时电阻之比RAB∶RCD为( )图2A．1∶4B．1∶2C．2∶1D．4∶1答案D解析设沿AB方向横截面积为S1，沿CD方向横截面积为S2，则有＝＝，AB接入电路时电阻为R1，CD接入电路时电阻为R2，则有＝＝·＝×，故＝.D选项正确．例3 关于电阻率的说法中正确的是( )A．电阻率ρ与导体的长度l和横截面积S有关B．电阻率反映材料导电能力的强弱，由导体的材料决定，且与温度有关C．电阻率大的导体，电阻一定很大D．有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响，可用来制成电阻温度计答案B解析电阻率反映材料导电能力的强弱，只与材料及温度有关，与导体的长度l和横截面积S无关，故A错，B对；由R＝ρ知ρ大，R 不一定大，故C错；有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响，可用来制作标准电阻，故D错．三、应用实例——滑动变阻器1．原理：利用改变连入电路的电阻丝的长度来改变电阻．2．在电路中的使用方法图3结构简图如图3甲所示，要使滑动变阻器起限流作用如图乙，正确的连接是接A与D或C，B与C或D，即“一上一下”；要使滑动变阻器起分压作用如图丙，要将AB全部接入电路，另外再选择A与C或D、B 与C或D与负载相连，即“一上两下”，当滑片P移动时，负载将与AP间或BP间的不同长度的电阻丝并联，从而得到不同的电压．例4 滑动变阻器的原理如图4所示，则下列说法中正确的是( )图4A．若将a、c两端连在电路中，则当滑片OP向右滑动时，变阻器接入电路中的阻值增大B．若将a、d两端连在电路中，则当滑片OP向右滑动时，变阻器的阻值减小C．将滑动变阻器以限流式接法接入电路时，必须连入三个接线柱D．将滑动变阻器以分压式接法接入电路时，必须连入三个接线柱答案AD解析若将a、c两端连在电路中，aP部分将连入电路，则当滑片OP 向右滑动时，该部分的导线长度变长，变阻器接入电路中的阻值将增大，A正确．若将a、d两端连在电路中，也是aP部分连入电路，则当滑片OP向右滑动时，该部分的导线长度变长，变阻器接入电路中的阻值将增大，B错误．A、B两个选项中均为限流式接法，可见在限流式接法中，a、b两个接线柱中任意选一个，c、d两个接线柱中任意选一个，接入电路即可，C错误．在滑动变阻器的分压式接法中，a、b两个接线柱必须接入电路，c、d两个接线柱中任意选一个，接入电路即可，D正确．对欧姆定律的理解1．根据欧姆定律，下列判断正确的是( )A．导体两端的电压为零，电阻即为零B．导体中的电流越大，电阻就越小C．由R＝可知，导体的电阻跟加在它两端的电压成正比D．由I＝可知，通过一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比答案D解析导体的电阻由导体本身的性质决定，公式R＝只提供了测定电阻的方法，R与只是在数值上相等，当我们不给导体两端加电压时，导体的电阻仍存在，因此不能说导体的电阻与加在它两端的电压成正比，与导体中的电流成反比，A、B、C错误．对电阻定律和电阻率的理解2．关于导体电阻下列说法中正确的是( )A．由R＝ρ知，导体的电阻与长度l、电阻率ρ成正比，与横截面积S成反比B．由R＝可知，导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比C．将一根导线一分为二，则半根导线的电阻和电阻率都是原来的二分之一D．电阻率往往随温度的变化而变化答案AD解析导体的电阻率由材料本身的性质决定，并随温度的变化而变化，导体的电阻与长度、横截面积有关，与导体两端的电压及导体中的电流无关，A对，B、C错．电阻率反映材料导电性能的强弱，电阻率常随温度的变化而变化，D对．3．一根粗细均匀的导线，当其两端电压为U时，通过的电流为I，若将此导线均匀拉长到原来的2倍时，电流仍为I，导线两端所加的电压变为( )A. B．U C．2U D．4U答案D解析导线原来的电阻为R＝ρ，拉长后长度变为2l，横截面积变为，所以R′＝ρ＝ρ＝4R.导线原来两端的电压为U＝IR，拉长后为U′＝IR′＝4IR＝4U.4．温度能影响金属导体和半导体材料的导电性能，在如图5所示的图象中分别为某金属和某半导体的电阻随温度变化的关系曲线，则( )图5A．图线1反应半导体材料的电阻随温度的变化B．图线2反应金属导体的电阻随温度的变化C．图线1反映金属导体的电阻随温度的变化D．图线2反映半导体材料的电阻随温度的变化答案CD解析金属导体随着温度升高，电阻率变大，从而导致电阻增大；对于半导体材料，电阻率随着温度升高而减小，从而导致电阻减小，因此由图可知，图线1表示金属导体的电阻随温度的变化，图线2表示半导体材料的电阻随温度的变化．故C、D正确，A、B错误．故选C、D.滑动变阻器的使用5．一同学将变阻器与一只6V,6～8W的小灯泡L及开关S串联后接在6V的电源E上，当S闭合时，发现灯泡发光．按图6所示的接法，当滑片P向右滑动时，灯泡将( )图6A．变暗B．变亮C．亮度不变D．可能烧坏灯泡答案B解析由题图可知，变阻器接入电路的是PB段的电阻丝，由于灯泡的额定电压等于电源电压，所以不可能烧坏灯泡．当滑片P向右滑动时，接入电路中的电阻丝变短，电阻减小，灯泡变亮，B选项正确.题组一对欧姆定律的理解1．关于导体的电阻，下列说法正确的是( )A．从R＝可知，导体的电阻跟加在导体两端的电压成正比B．从R＝可知，对于某一确定的导体，通过的电流越大，导体两端的电压越大C．从I＝可知，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D．从R＝可知，对于某一确定的导体，所加电压跟通过导体的电流之比是定值答案BCD解析题组二对电阻定律和电阻率的理解和应用2．电路中有一段导体，给它加上3V的电压时，通过它的电流为2mA，可知这段导体的电阻为________Ω；如果给它两端加2V的电压，则通过它的电流为________mA；如果在它两端不加电压，它的电阻为________Ω.答案1500 1.33 1500解析由欧姆定律I＝得R＝＝Ω＝1500Ω，导体的电阻不随所加的电压变化，并与是否通电无关，所以当U＝2V时，I＝A＝1.33×10－3A ＝1.33mA，在不加电压时，电阻仍为1500Ω.3．金属材料的电阻率有以下特点：一般而言，纯金属的电阻率小，合金的电阻率大；金属的电阻率随温度的升高而增大，有的金属电阻率随温度变化而显著变化，有的合金的电阻率几乎不受温度的影响．根据以上的信息，判断下列的说法中正确的是( )A．连接电路用的导线一般用合金来制作B．电炉、电阻器的电阻丝一般用合金来制作C．电阻温度计一般用电阻率几乎不受温度影响的合金来制作D．标准电阻一般用电阻率随温度变化而显著变化的金属材料制作答案B解析纯金属的电阻率小，故连接电路用的导线一般用纯金属来制作，A错误；合金的电阻率大，故电炉、电阻器的电阻丝一般用合金来制作，B正确；有的金属电阻率随温度变化而显著变化，故电阻温度计一般用纯金属来制作，C错误；有的合金的电阻率几乎不受温度的影响，故标准电阻一般用合金材料制作，D错误．故选B.4．关于材料的电阻率，下列说法正确的是( )A．电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越大的导体对电流的阻碍作用越大B．金属的电阻率随温度的升高而增大C．银材料的电阻率较锰铜合金的电阻率小D．金属丝拉长为原来的两倍，电阻率变为原来的2倍答案BC解析电阻率是材料本身的一种电学特性，与导体的长度、横截面积无关，D错误；金属材料的电阻率随温度升高而增大，B对；合金的电阻率比纯金属的电阻率大，电阻率大表明材料的导电性能差，不能表明对电流的阻碍作用一定大，因为电阻才是反映对电流阻碍作用大小的物理量，而电阻除跟电阻率有关外还跟导体的长度、横截面积有关．所以A错误，C对．5．一只白炽灯泡，正常发光时的电阻为121Ω，当这只灯泡停止发光一段时间后的电阻应是( )A．大于121ΩB．小于121ΩC．等于121ΩD．无法判断答案B解析由于金属的电阻率随温度的升高而增大，故白炽灯泡正常发光时的电阻大，停止发光一段时间后，灯丝温度降低，电阻减小，故选B. 6．一段粗细均匀的镍铬丝，横截面的直径为d，电阻为R，把它拉制成直径为的均匀细丝后，它的电阻变为( )A.RB.R C．100R D．10000R答案D解析均匀镍铬丝拉制成直径d′＝时，其横截面积减小到S′＝，由于镍铬丝的体积不变，则其长度变为L′＝100L.根据电阻定律，拉长后的电阻为：R′＝ρ＝ρ＝10000ρ＝10000R.7．如图1所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab＝10cm，bc＝5cm，当将A与B接入电压为U的电路中时，电流强度为1A，若将C与D接入电压为U的电路中，则电流为( )图1A．4A B．2AC．0.5A D．0.25A答案A解析根据电阻定律公式R＝ρ，有：RAB＝ρ…①；RCD＝ρ…②；故＝＝4∶1，根据欧姆定律，电压相同时，电流与电阻成反比．故两次电流之比为1∶4，故第二次电流为4A．故选A.8．如图2所示，R1和R2是材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体，但R1的尺寸比R2的尺寸大，在两导体上加相同的电压，通过两导体的电流方向如图所示，则下列说法中正确的是( )图2A．R1中的电流小于R2中的电流B．R1中的电流等于R2中的电流C．R1中自由电荷定向移动的速率大于R2中自由电荷定向移动的速率D．R1中自由电荷定向移动的速率小于R2中自由电荷定向移动的速率答案BD解析本题考查电阻定律、欧姆定律及电流的微观表达式，意在考查学生的理解运用能力，设正方形的边长为L、导体厚度为d，则I＝、R ＝ρ＝ρ＝，则I＝，故R1、R2中的电流相等，A错误，B正确．由I ＝nqSv＝nqLdv得，L大则v就小，C错误，D正确．9．一根粗细均匀的金属裸导线，若把它均匀拉长为原来的3倍，电阻变为原来的________倍？若将它截成等长的三段再绞合成一根，它的电阻变为原来的________倍？(设拉长与绞合时温度不变)答案9 19解析金属原来的电阻为R＝，拉长后长度变为3l，因体积V＝Sl不变，所以导线横截面积变为原来的1/3，即，故拉长为原来的3倍后，电阻R′＝＝9＝9R.同理，三段绞合后，长度为，横截面积为3S，电阻R″＝ρ＝＝R.题组三综合应用10．如图3所示，P为一块半圆形薄电阻合金片，先将它按图甲方式接在电极A、B之间，然后将它再按图乙方式接在电极C、D之间，设AB、CD之间的电压是相同的，则这两种接法电阻大小关系为( )图3A．R甲＝R乙B．R甲＝R乙C.R甲＝2R乙D．R甲＝4R乙答案B解析将四分之一圆形薄合金片看成一个电阻，设为r，图甲中等效为两个电阻并联，R甲＝，图乙中等效为两个电阻串联，R乙＝2r，所以R甲＝R乙，所以B正确．11．在如图4所示电路中，AB为粗细均匀、长为L的电阻丝，以A、B上各点相对A点的电压为纵坐标，各点离A点的距离x为横坐标，则U 随x变化的图线应为( )图4答案A解析由U＝IRx＝·x＝x，其中E、L均为定值，故U与x成正比．A项正确．12．如图5甲为一测量电解液电阻率的玻璃容器，P、Q为电极，设a＝1m，b＝0.2m，c＝0.1m，当里面注满某电解液，且P、Q加上电压后，其UI图线如图乙所示．当U＝10V时，求电解液的电阻率ρ是多少？图5答案40Ω·m解析由图乙可求得电解液的电阻为R＝＝Ω＝2000Ω由图甲可知电解液长为：l＝a＝1m截面积为：S＝bc＝0.02m2结合电阻定律R＝ρlS得ρ＝＝Ω·m＝40Ω·m.13．如图6所示，P是一个表面镶有很薄电热膜的长陶瓷管，其长度为L，直径为D，镀膜的厚度为d，管两端有导电金属箍M、N.现把它接入电路中，测得它两端电压为U，通过它的电流为I，则金属膜的电阻为多少？镀膜材料电阻率为多少？图6答案UπDdIL解析由欧姆定律可得R＝，沿着L的方向将膜层展开，如图所示，则膜层等效为一个电阻，其长为L，横截面积为管的周长×厚度d.\由电阻定律R＝ρ可得：R＝ρ＝，则＝，解得：ρ＝.。
