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第二章 1电源和电流

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1 电源和电流 知识 内容 电源和电流

考试要求

必考 加试 b c

课时 要求

1.了解电流的形成条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场.

2.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. 3.能区别自由电子的定向移动速率和建立电场的速率.

一、电源 [导学探究] 有A、B两个导体，分别带正、负电荷．如果在它们之间连接一条导线R，如图

1所示，自由电子便会在静电力的作用下沿导线做定向运动，B失去电子，A得到电子，周围电场迅速减弱，A、B之间的电势差很快就消失．怎样使A、B导体维持一定的电势差，使导线中保持持续的电流？

图1 答案 在A、B间接一电源． [知识梳理]

1．产生电流的条件：导体两端存在电压． 形成持续电流条件：导体两端存在持续电压． 2．电源： (1)定义：能把电子从正极搬运到负极的装置． (2)作用：维持电路两端有一定的电势差；使闭合电路中保持持续的电流． 3．恒定电场： (1)恒定电场：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的．这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫恒定电场． (2)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化． [即学即用] 判断下列说法的正误．

(1)只要将导体置于电场中，导体内就有持续电流．(×) (2)电源的作用是使闭合电路中有持续电流．(√) (3)导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有移动．(×)

二、电流表达式I＝qt及电流的方向 [导学探究] (1)电荷的定向移动形成电流，如何描述电流的强弱？ (2)电流可能是正电荷或负电荷定向移动形成的，也可能是正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成的，人们是如何规定电流方向的？ 答案 (1)利用单位时间内通过导体横截面的电荷量描述电流的强弱． (2)规定正电荷定向移动的方向为电流的方向． [知识梳理]

1．恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流． 2．电流定义式：I＝qt或q＝It，其中：q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量． 3．单位：安培，简称安，符号A，常用的单位还有毫安(mA)、微安(μA)，1 A＝103 mA,1 A＝106 μA. 4．物理意义：反映了电流的强弱程度． 5．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方向相反． 6．电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，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． [即学即用] 判断下列说法的正误． (1)根据I＝qt可知，I与q成正比．(×) (2)电流既有大小，又有方向，是矢量．(×) (3)单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流就越大．(√) (4)导体中的电流，实际是正电荷定向移动形成的．(×) 三、电流的微观表达式 [导学探究] 如图2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2 (1)AD导体中有多少个自由电荷？总电荷量是多少？ (2)这些电荷都通过横截面D所需的时间是多少？ (3)导体AD中的电流是多大？

答案 (1)nlS nlSq (2)lv (3)I＝Qt＝nlSqlv＝nqvS

[知识梳理] 1．电流的微观表达式：I＝nqvS.式中n为导体中单位体积内的自由电荷数、q为每个自由电荷的电荷量、v为自由电荷定向移动速率，S为导体的横截面积． 2．三种速率的比较 (1)电子定向移动速率：电子在金属导体中的平均运动速率，也是公式I＝neSv中的v，大小约为10－5 m/s. (2)电流的传导速率：电流在导体中的传导速率等于光速，为3×108 m/s.闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流． (3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105 m/s.由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流． [即学即用] 判断下列说法的正误．

(1)导体中自由电子定向移动的速率等于自由电子热运动的速率．(×) (2)导体中自由电子定向移动的速率等于真空中的光速c.(×) (3)粗细不均匀的通电导线，电流处处相等，则越粗的位置，电子定向移动的速率越小．(√)

一、对电源作用的理解 例1 现代生活离不开电源，电子表、照相机、移动电话、计算器及许多电子产品，都需要配备各式各样的电源，关于电源，以下说法正确的是( ) A．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差 B．电源的作用就是将其他形式的能转化为电能 C．只要电路中有电源，电路中就一定有电流 D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量 答案 B 解析 电源的作用是维持正、负极之间恒定的电势差，这需要电源不断地将其内部的负电荷向负极聚集，将正电荷向正极聚集，外电路中自由电子在电场力的作用下向正极移动，在电源内部，需要将正极上的电子搬运到负极，维持电势差不变，故A错；从能量角度来看，电源在搬运电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其他形式的能转化为电能，B对；电路中有电流不仅需要电源，还需要电路是闭合的，故C错；电源是对电路提供能量的装置，故D错． 二、电流的理解和计算 1．电流的方向 与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反．金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反． 2．电流的大小

I＝qt是电流的定义式，I＝nqSv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． 3．电流是标量：电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则． 例2 关于电流的概念，下列说法中正确的是( ) A．导体中有电荷运动就形成电流 B．电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向运动的方向 C．导体中的电流一定是由正、负电荷同时向相反方向运动产生的 D．对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零 答案 D 解析 导体中有大量的自由电子，总在不停地做无规则运动，没有定向运动，在一段时间t内，通过导体某一截面的电荷是双向的，其数值又是相等的，电流为零，故A错；电流是一个标量，因为其运算不符合矢量运算法则．为了便于研究电流，人们规定正电荷定向运动的方向为电流的正方向，以区别于负电荷的定向运动，故B错；导体中的电流可能是只有正电荷定向移动形成，可能是只有负电荷定向移动形成，也可能是正负电荷同时向相反方向运动形成，C错；对于导体，其两端电势差为零时，导体内无电场，电子不能定向运动，故电流为零，D正确． 例3 电路中，每分钟有6×1013个自由电子通过横截面积为0.64×10－6 m2的导线，那么电路中的电流是多少？ 答案 0.16 μA 解析 电流是单位时间内通过导体横截面的电荷量．电流的大小是通过导体横截面的电荷量

与所用的时间的比值，即：I＝qt＝6×1013×1.6×10－1960 A＝0.16 μA. 三、电流的微观表达式 1．I＝nqvS为电流的微观表达式，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、定向移动的速率大小，还与导体的横截面积有关．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. 2．公式I＝nqvS中的v表示电荷定向移动的速率．自由电荷在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是电子在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的． 例4 导线中的电流是1 A，导线的横截面积为1 mm2. (1)在1 s内，有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e＝1.6×10－19 C)? (2)自由电子的平均移动速率是多大(设导线每立方米内有8.5×1028个自由电子)? (3)自由电子沿导线移动1 m，平均要多少时间？ 答案 (1)6.25×1018个 (2)7.35×10－5 m/s (3)3.78 h

解析 (1)N＝qe＝Ite＝6.25×1018个． (2)由公式I＝neSv，得 v＝IneS＝18.5×1028×1.6×10－19×10－

6

m/s≈7.35×10－

5 m/s.

(3)沿导线移动1 m需用时 t＝17.35×10－5 s≈3.78 h. 针对训练 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，每个自由电子的电荷量为e，今有一根横截面积为S的铜导线，通过电流为I时，电子定向移动的平均速率为( )

A．光速c B.IneS C.ρIneSm D.mIneSρ 答案 D 解析 设电子定向移动的速率为v，那么在t秒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，摩尔数为vtSρm，自由电子数为vtSρnm，所以电荷量q＝vtSρnem，由I＝qt＝vSρnem得v＝ImneSρ，故A、B、C错，D对.

1．下列对公式I＝qt的理解正确的是( ) A．I的大小与q成正比，与t成反比 B．电路中的电流越大，表示通过导体横截面的电荷量越多 C．导体的通电时间越短，则形成的电流越大 D．在相同时间内，通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流就越大 答案 D 2．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 答案 C 解析 电流是有方向的，电流的方向是人为规定的．物理上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一定与电流的方向相反． 3．电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为( ) A．1 500个 B．9.375×1019个 C．9.375×1021个 D．9.375×1020个 答案 C

解析 q＝It，n＝qe＝Ite＝9.375×1021个． 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( )

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恒定电流复习ppt

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②R1和R2并联：R并=R1R2/（R1+R2）
③一支路电阻增大，R并增大
④R并小于任一支路电阻
（R串大于任一支路电阻）.
13
三、电池的串并联
1、n个相同电池（E、r）串联： En = nE rn = nr
2、n个相同电池（E、r）并联： En = E rn =r/n
电功和电热 电功就是电场力做的功,因此是W=UIt; 由焦耳定律,电热Q=I2Rt
(1)对纯电阻而言,电功等于电热
WQUItI2R t U2t R
PUII2RU2 R
(2)对非纯电阻电路(如电动机和电解槽),由于电能除 了转化为电热以外还同时转化为机械能或化学能等其 它能,所以电功必然大于电热:W > Q,这时电功只能用 W=UIt计算,电热只能用Q=I2Rt计算,两式不能通用.
P出 UI I 2R
E2R (R r)2
E2 (R r)2
4r
当 R ＝ r 时： P m＝ E 2
R
4r
P
当 R ＜ r 时： R 越大， P 出 越大 Pm
当 R ＞ r 时： R 越大， P 出 越小
若PR1= PR2 ，则r2=R1R2
最大输出功率与外电路无关，只由电源0本身R性1 质r决定R2
解析： 由题意可知，电流由正、负离子定向运动
形成，则在2s内通过某截面的总电量应为：
q=1.6×10－19×2×1.0×1I019＋q1.6×61.04－A19×13×.22.A0×1019=6.4C
由电流强度的定义式
t
I
2q6.4A3.2A
t2
.
4
2.2 电动势
1、定义:非静电力把正电荷从负极移到正极
第二章问题与练习

第二章问题与练习

第二章恒定电流第一节电源和电流1. 用导线把两个带异号电荷的导体相连，导线中的电流只能存在一瞬间；而用导线把电池的正负极相连，导线中可以产生持续的电流，这是为什么？2. 一条导线中的电流为1.6A，在1S内通过这条导线某一横截面积的电子有多少个？3. 原子中的电子绕原子核的运动可以等效为环形电流。

设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上绕核运动，电子的电荷量为e，等效电流为多大？第二节电动势1. 电子点火器用的是1号干电池，袖珍收音机用的是7号干电池，同一品种的新的1号干电池和7号干电池的电动势是否相同？内阻是否相同？2. 手电筒中的干电池给某小灯泡供电时，电流为0.3A，在某次接通开关的10 s时间内，一节干电池中有多少化学能转化为电能？3. 某个电动势为E的电源工作时，电流为I，乘积EI的单位是什么？从电动势的意义来考虑，EI表示什么？第三节欧姆定律1. 某电流表可以测量的最大电流是10 mA。

已知一个电阻两端的电压是8V时，通过的电流是2mA，如果给这个电阻加上50V的电压，能否用该电流表测量通过这个电阻的电流？2. 某同学对四个电阻各进行了一次测量，把每个电阻两端的电压和通过它的电流在U—I坐标系中描点，得到了图2.3-6中a、b、c、d 四个点。

请比较这四个电阻值的大小。

3. 有三个电阻：RA=5Ω，RB=10Ω，RC=2.5Ω，它们的的伏安特性都是过原点的直线。

请在同一坐标系中作出它们的伏安特性曲线，并在线旁注明A、B、C。

4. 一个小灯泡，当它两端的电压在3V以下时，电阻始终等于14Ω不变；当它两端的电压增大到4V时，钨丝发热，它的电阻为16Ω；当电压增大到5V时，它的电阻为19Ω。

它在0—5V范围内的伏安特性曲线大概是怎样的？请画出草图。

5. 初中数学课中已经学过，正比例函数可以表示为y=kx的形式，它的图象是一条过原点的直线，k的大小描述直线的倾斜程度，叫做直线的斜率。

请证明：当导体的伏安特性曲线是一条通过原点的直线时，其斜率等于这个导体的电阻的倒数。

2017_2018学年高中物理第二章恒定电流第1节电源和电流教学案

2017_2018学年高中物理第二章恒定电流第1节电源和电流教学案

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 ＝q t，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2­1­12．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)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 ＝q t(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。

电源和电流公开课教案

电源和电流公开课教案

第二章第一节电源和电流教学设计一、教学目标（一）知识与技能1．了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场，初步体会动态平衡的思想。

2．理解电流的定义，知道电流的单位、方向的规定；理解恒定电流。

3．经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程，从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系。

（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加深理解。

（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。

二、重点与难点重点：理解电流的定义和计算，电源的作用。

难点：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，电流的微观实质的理解。

三、教学方法探究、讲授、讨论、练习四、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。

）电流是怎样形成的？（二）进行新课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）分别带正、负电荷的A、B两个导体球，它们的周围存在电场。

如果用一条导线R将它们连接起来，分析A、B周围的电场、A、B之间的电势差会发生什么变化？最后，A、B两个导体球会达到什么状态？R中出现了怎样的电流？学生活动：在教师的引导下，分析A 、B 周围的电场、A 、B 之间的电势差的变化情况。

认识到，最终A 、B 两个导体球会达到静电平衡状态。

理解导线R 中的电流只能是瞬时的。

【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 。