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电源和电流一、教学目标（一）知识与技能1.知道什么是电源，明确电源在直流电路中的作用2.掌握恒定电场和恒定电流的形成过程3.知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流（二）过程与方法通过类比和分析,使学生更好地理解电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等（三）情感、态度与价值观1.通过运用模型法分析电流及电源，培养学生综合分析问题的能力2.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二、教学重难点教学重点：理解电源的形成过程及电流的产生教学难点：电源作用的机理，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。
三、教学过程（一）引入新课人类通过对静电场的研究不仅获得了许多关于电现象的知识，而且形成了若干重要的电学概念和研究方法，成为电学理论的重要基础。
但是，无论在自然界还是生产和生活领域，更广泛存在着的是电荷流动所引起的效应。
那么，电荷为什么会流动？电荷流动服从什么规律，产生哪些效应？这些效应对人类的生产、生活方式和社会进步又起着怎样的作用呢？（过渡：这节课就来学习有关电流的知识。
）（二）进行新课复习回顾：1、电容器是用来储存电荷的装置。
2、任何两个彼此绝缘而又互相靠近的导体，都可以组成电容器。
3、电容器的充电：使电容器带上电荷的过程。
电容器的放电：使电容器失去电荷的过程。
4、电容器的电容单位：法拉(F)1μF=10-6F 1pF=10-12F教师活动：为什么雷鸣电闪时，强大的电流能使天空发出耀眼的强光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光？电流（标量）历史印迹：18世纪末，意大利医学教授伽伐尼发现，用相连的两种金属分别接触青蛙肌肉的两个位置，会引起肌肉的收缩。
认为这是一动物电现象。
意大利化学和物理学家伏打在重复了伽伐尼的实验后提出，产生电流的关键在于两种不同金属的连接，青蛙腿只是起到了检验作用，1800年伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流，这个装置后来称为伏打电堆。
第1节电源和电流学习目标1.知道电源的作用,掌握电流的形成条件,知道恒定电流的概念。
2.知道电流的定义、单位及方向的规定,会用公式I=分析相关问题。
3.电流形成的微观解释及微观表达式的使用。
自主预习电源:1.概念:电路中在电场力作用下能把从A到B的装置。
2.作用(1)移送电荷,维持电源正、负极间有一定的。
(2)保持电路中有的电流。
恒定电流:1.恒定电场(1)定义:由电路中的电荷所产生的稳定的电场。
(2)特点:电荷的分布是稳定的,不会随时间变化。
2.恒定电流定义:大小、都不随时间变化的电流。
3.电流(1)物理意义:反映了电流的程度。
(2)表达式:I=(3)单位:在国际单位制中电流的单位是,简称,符号是。
常用单位有、(单位符号分别为、)。
(4)电流的方向:规定定向移动方向或定向移动的反方向为电流方向。
课堂探究[情境设问]雷鸣电闪时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光。
电容器,先直接给它250V的电压充电,然后两根引线连接,也就是短路。
听到啪的一声,看到闪耀的光,说明有电流。
直接接在灯泡两端,观察到什么现象?为什么雷鸣电闪时,强大的电流能使天空发出耀眼的强光,但它只能存在于一瞬间,而手电筒中的小灯泡却能持续发光?(一)电源A、B两个导体,分别带正、负电荷。
电荷周围有电场。
[思考讨论]1.请画出电场线来描述电场。
2.请描述一下这幅图中电势的高低情况。
3.电流是如何形成的?4.自由电子为什么会定向移动?从哪里移动到哪里?5.这样移动的结果,会引起什么物理量发生变化?[演示实验]电容器的充放电,静电感应起电机。
我们当然不希望电流是如此短暂的,那应该怎么办?怎样产生持续的电流?[类比分析]这是两个装了水的容器,液面高度不同,现用一根橡胶管连接两个容器,若要使水持续流动,应该怎么做?结论1:电源的作用:(二)恒定电流的含义[思考讨论]1.在恒定电场中,自由电子做什么运动?与静电场有何不同?2.那电流如何变?这会带来什么现象?3.导线中的微观粒子除了自由电子外,还有其他微观粒子,它们会对电子带来什么影响呢?结论2:恒定电流的含义:(三)恒定电流的大小下课铃想,同学们纷纷走出教室,到户外活动。
第二章 1 电源和电流1．（2017·山东省青州实验中学高二上学期月考)下列说法中正确的是（ B ）A．导体中只要电荷运动就形成电流B．在国际单位制中,电流的单位是AC．电流有方向，它是一个矢量D．根据I＝错误!,可知I与q成正比解析：电流是由导体中电荷的定向运动形成的，在没有电流的时候,导体中电荷也是在不停的运动，只不过此时电荷的运动时杂乱无章的,所以A错误；电流的单位是安培，所以B正确；电流是标量，所以C错误；I＝错误!是电流的定义式，I与q无关，所以D错误.2．(2016·辽宁抚顺一中高二上学期期中)铜的摩尔质量为M，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动的速率为（ D )A．光速c B．错误!C．错误!D．错误!解析：假设电子定向移动的速率为v,那么在t时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积(vt·S)中的自由电子数，而体积为vtS的铜的质量为vtSρ,物质的量为错误!,所以电荷量q＝错误!，I＝错误!＝错误!,于是得：v＝错误!。
3．（2017·北京师大附中实验中学高二上学期期中）氢原子内有一个氢原子核和一核外电子，电子和原子核都带一个元电荷e，电子带负电，原子核带正电，电子质量为m,设电子绕原子核运动的轨道半径为r.求：(1）电子的运动周期；（2)电子的动能。
(3）等效电流。
答案：（1)错误!错误!(2）错误!（3)错误!错误!解析：（1）库仑力提供了电子做匀速圆周运动的向心力，即有：k错误!＝m错误!解之得电子做匀速圆周运动的速度:v＝e错误!做匀速圆周运动的周期：T＝错误!得电子绕核运动的周期：T＝2πre错误!（2）电子的动能为E k＝12mv2；得E k＝错误!(3）电流I＝错误!＝错误!错误!尊敬的读者：本文由我和我的同事在百忙中收集整编出来，本文档在发布之前我们对内容进行仔细校对，但是难免会有不尽如人意之处，如有疏漏之处请指正，希望本文能为您解开疑惑,引发思考。
1 / 11 第1节 电源和电流 1．电源的作用是能保持导体两端的电压，使电路中有持续电流。
2．电流的大小为I＝qt，方向规定为正电荷定向移动的方向。负电荷定向移动的方向与电流方向相反。 3．恒定电流是指大小和方向都不随时间变化的电流。
一、电源 1．概念在电路中把在电场力作用下移动到导体A的电子搬运到导体B的装置。
图211 2．作用 (1)在导体A、B两端维持一定的电势差。 (2)使电路中保持持续的电流。 二、恒定电流 1．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：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。 (3)特点：导线内的电场线与导线平行，电荷的分布是稳定的，导线内的电场是沿导线切线方向的恒定电场。 (4)恒定电场与静电场的关系：在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，因此其基本性质与静电场相同，在静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系，在恒定电场中同样适用。 2．电流 (1)概念：电荷的定向移动形成电流。 2 / 11
(2)物理意义：表示电流强弱程度的物理量。 (3)符号及单位：电流用符号I表示，单位是安培，符号为A。常用单位还有毫安(mA)和微安(μA)，1 A＝103mA＝106μA。
(4)表达式：I＝qt(q是在时间t内通过导体某一横截面上的电荷量)。 (5)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。 3．恒定电流 (1)概念：大小、方向都不随时间变化的电流。 (2)形成：恒定电场使自由电荷速率增加，自由电荷与导体内不动的粒子的碰撞，使自由电荷速率减小，最终表现为平均速率不变。
1．自主思考——判一判 (1)电路中有电流时，电场的分布就会随时间不断地变化。(×) (2)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。(√) (3)恒定电场的电场强度不变化，一定是匀强电场。(×) (4)电流既有大小，又有方向，是矢量。(×) (5)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。(√) (6)导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的。(×) 2．合作探究——议一议 (1)如何使电路中存在持续电流？ 提示：首先保持电路闭合，其次是电路中接有电源，保持电路存在一定的电势差。 (2)有同学认为“只有导体中才可有电流”，谈一谈你的认识。 提示：电荷定向移动形成电流，不论是导体内还是其他空间只要有电荷定向移动就可形成电流，如氢原子中核外电子做匀速圆周运动时，形成了一环形电流等。
对电流的理解 1．电流的形成 电荷的定向移动形成电流。当把导体和电源连接后，导体中形成恒定电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动形成电流。 (1)产生电流的条件：导体两端有电压。 3 / 11
(2)形成持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。 2．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，金属导体中自由移动的电荷是自由电子，故电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。 3．电流的大小
(1)I＝qt是电流的定义式，I＝neSv是电流的决定式，故电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关。 (2)公式I＝qt求出的是电流在时间t内的平均值，对于恒定电流其瞬时值与平均值相等。 (3)电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I＝qt时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 (4)q＝It是求电荷量的重要公式。 4．电流是标量 电流虽然有方向，但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量而是标量。
1．下列关于电流方向的说法中正确的是( ) A．电荷的定向移动方向即为电流的方向 B．电流的方向总是从电源的正极流向负极 C．电流既有大小，又有方向，是一个矢量 D．在电源内部，电流从负极流向正极 解析：选D 正电荷的定向移动方向与电流方向相同，负电荷的定向移动方向与电流方向相反；电流虽有方向，但不符合矢量运算法则，不是矢量，而是标量；外电路中电流从正极流向负极，电源内部电流从负极流向正极，故A、B、C错，D正确。 2．某电解池中，若在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，那么通过这个截面的电流是( ) A．0 B．0.8 A C．1.6 A D．3.2 A 解析：选D 电荷的定向移动形成电流，但“＋”“－”电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和。在2 s内通过截面的总电荷量应为q＝1.6×10－19×2×1.0×1019 C＋1.6×10－19×1×2.0×1019 C＝6.4 C。由电流的定义式知：I
＝qt＝6.42 A＝3.2 A。 3．安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核的运动可等效为环形电4 / 11
流。设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，关于该环形电流的说法，正确的是( )
A．电流大小为ve2πr，电流方向为顺时针
B．电流大小为ver，电流方向为顺时针 C．电流大小为ve2πr，电流方向为逆时针 D．电流大小为ver，电流方向为逆时针 解析：选C 电流大小I＝qt＝e2πrv＝ve2πr，方向与电子运动的方向相反，即沿逆时针方向，选项C正确。 电流的微观表达式
1．建立模型 如图212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为q。
图212 2．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＝lv。
根据公式q＝It可得：导体AD中的电流：I＝Qt＝nlSqlv＝nqSv。
3．结论 由此可见，从微观上看，电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的5 / 11
电荷量、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关。 [典例] (多选)一横截面积为S的铜导线，流过的电流为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
C.IΔtq D.IΔtSq [思路点拨] 计算自由电子数目有以下两条思路： (1)Δt时间内通过导线横截面的自由电子数目等于Δt时间内通过导线横截面的电荷量IΔt与自由电子电荷量q的比值。 (2)Δt时间内通过导线横截面的自由电子数目等于导线vΔt长度内所含的自由电子数。
[解析] 由I＝Qt可得，在Δt时间内通过导线横截面的电荷量Q＝IΔt，所以在这段时
间内通过的自由电子数为N＝Qq＝IΔtq，所以C对、D错；由于自由电子定向移动的速率是v，所以在时间Δt内，位于横截面积为S、长为l＝vΔt的这段导线内的自由电子都能通过横截面，这段导线的体积 V＝Sl＝SvΔt，所以Δt内通过横截面的自由电子数为N＝nV＝nvSΔt，A对、B错。
[答案] AC
利用I＝nqSv分析问题应注意的三个方面 1．各个物理量都要用国际单位。 2．正确理解各符号的意义，特别是n表示导体中单位体积内的自由电荷数，v表示自由电荷定向移动速度的大小。 3．若已知单位长度的自由电荷数为n，则电流的微观表达式为I＝nqv。
1．一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为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( )
A．qv B.qv 6 / 11
C．qvS D.qvS 解析：选A 时间t内通过垂直于棒运动方向某一横截面的电荷量Q＝qvt，依电流的定义式可得I＝Qt＝qv，故A正确。 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，当通过的电流为I时，电子平均定向移动的速率为( )
A．光速c B.IneS
C.ρIneSm D.mIneSρ 解析：选D 假设电子定向移动的速率为v，那么在t时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vtS中的自由电子数，而体积为vtS的铜的质量为vtSρ，摩尔数为vtSρm，
所以电荷量q＝vtSρnem，因电流I＝qt＝vSρnem，于是得到v＝mIneSρ。 3．有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过导体横截面的电荷量，乙是甲的2倍，下列说法中正确的是( ) 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大小相同 解析：选B 由于单位时间内通过乙横截面的电荷量是甲的2倍，因此乙导体中的电流
是甲的2倍，故A错误，B正确；又I＝nqSv，则v＝InqS，由于不知道甲、乙两导体的性质(n、q不知道)，所以v的关系无法判断，C、D错误。 三种不同速率的比较
自由电荷定向移动速率 自由电荷定向移动形成电流，其中电荷定向移动的速率一般为10－5 m/s的数量级
无规则热运动速率 导体中的自由电子在不停地做无规则运动，由于沿各个方向无规则运动的机会相等，故不能形成电流。常温下自由电子热运动的速率的数量级为105 m/s
电场传播速率(或电流传导速率) 等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中的光速c形成恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中
