【金版教程】2014年高中物理 第二章《第1节 电源和电流》课件 新人教版选修3-1

第二章恒定电流第1节电源和电流课堂目标定位1．了解电流的作用及恒定电场的形成．2.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．3.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．4.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．背核心语句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.恒定电流是指大小和方向都不随时间变化的电流，产生电流的条件是导体内有自由电荷，且导体两端存在电压．3.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.01课前自主学习一、电源1.电源的定义电源是不断把从正极搬运到负极从而维持正、负极之间一定的装置．负电荷电势差2.电源的作用(1)从电荷移动角度看电源的作用就是移送电荷，维持电源正、负极间有一定的，从而保持电路中有持续电流．电源在内部能把电子从正极A搬运到负极B，如图所示．电势差(2)从能量转化的角度看搬运电荷的过程就是克服做功的过程，从而将其他形式的能转化为．静电力电能想一想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.二、恒定电流1.恒定电场(1)形成：当电路达到稳定时，导线中的电场是由等电路元件所积累的电荷共同形成的．(2)特点：任何位置的都不随时间发生变化．电源、导线电场强度2.恒定电流(1)定义：大小、都不随时间变化的电流叫恒定电流．(2)大小：是单位时间内通过导体横截面的电荷量．表示电流强弱程度的物理量．(3)形成：恒定电场使自由电荷定向移动速率，自由电荷与导体内不动的粒子碰撞，阻碍自由电荷定向移动，使自由电荷速率，最终表现为自由电荷不变．方向增加减小平均速率3.公式：I＝qt.其中：I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的．4.单位：，符号A.其他单位：毫安(mA)、微安(μA).1A＝103mA＝106μA.5.方向：规定定向移动的方向为电流方向．即电流方向与负电荷定向移动的方向相反．6.电流的测量仪器：．电荷量安培正电荷电流表判一判(1)电流既有大小，又有方向，是矢量．()(2)电流的方向与电荷定向移动的方向相同．()(3)恒定电流的大小、方向均不变．提示：电流是标量，(1)错；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，(2)错；恒定电流指电流不随时间发生变化，也就是说电流的大小和方向恒定不变，(3)对．02课堂合作探究考点一对电流的理解电路能够形成持续电流的条件．重点诠释1．电流的形成电荷的定向移动形成电流．电荷定向移动的动力来源于导体中的自由电荷受到的电场力．2.形成电流的两个条件电路中有电源且电路闭合．3．电流的方向(1)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．(2)金属导体中自由移动的电荷是自由电子，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反．4．电流的大小(1)定义式：I＝qt.用该式计算出的电流是时间t内的平均值．对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等．(2)两点说明：①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求电流时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和．②q＝It是I＝qt的变形，是求电荷量的重要公式．其中I是电流在时间t内的平均值．5．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)公式I＝qt中q是时间t内通过某横截面的电荷量，不是单位横截面的电荷量．(2)用公式I＝qt计算电流大小时，只需代入电荷量的绝对值，且q要与时间t相对应．6.电流定义式：I＝qt的理解(1)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．“电量越大电流越大”，“时间越长电流越小”等这些说法都是错误的．(2)在应用I＝qt计算时注意：①各个物理量的单位都用国际制单位．②电量q与时间t要对应．③q只代入电量的绝对值．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，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和．7．电流的分类(1)恒定电流：大小和方向都不随时间而改变的电流．(2)交流电：大小和方向都随时间做周期变化的电流．典题研析例1如图所示的电解槽中，如果在4s内各有8C的正、负电荷通过面积为0.8m2的横截面AB，那么：(1)正、负离子定向移动的方向如何？(2)电解槽中的电流方向如何？(3)4s内通过横截面AB的电量为多少？(4)电解槽中的电流为多大？[思路点拨]解答本题要把握以下三点：(1)正、负离子所受电场力方向与电场方向的关系．(2)电流方向与正、负电荷定向移动方向的关系．(3)电流的计算式I＝qt.[规范解答](1)电源与电解槽中的两极相连后，左侧电极电势高于右侧电极，电极之间电场方向由左指向右，故正离子向右移动，负离子向左移动．(2)电解槽中的电流方向向右．(3)8C的正电荷向右通过横截面AB，而8C的负电荷向左通过该横截面，相当于又有8C正电荷向右通过横截面，故4s内通过横截面AB的电量为16C.(4)电流强度大小I＝qt＝164A＝4A.[完美答案](1)正离子向右移动负离子向左移动(2)向右(3)16C(4)4A[变式训练]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[解析]根据电流的概念，电流是单位时间通过截面的电荷量，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，C错、D对．[答案]D考点二电流的微观表达式I＝qt是比值定义法，那么电流由哪些因素决定呢？重点诠释1.建立模型如图所示，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.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＝nlSql/v＝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、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关．使用公式I＝nqSv讨论问题时，要注意以下两点：(1)要正确理解式中各物理量的意义，各个物理量都要用国际单位．(2)由该式不难理解，导体横截面积大的位置，电荷运动速率较慢．典题研析例2(多选)横截面积为S的导线中通有电流I，已知导线每单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量是e，自由电子定向移动的速率是v，则在时间Δt内通过导线横截面的电子数是()A．nSvΔtB．nvΔtC.IΔteD.IΔtSe[思路点拨]该题应用两种思路求解：根据电流的定义求解；根据电流形成的微观原因求解．[规范解答](1)根据电流的定义求解：由电流的计算式I＝qt可知，在时间Δt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＝qe＝IΔte，C对，D错．(2)根据电流形成的微观原因求解：设自由电子定向移动的速率是v，因此在时间Δt内，位于横截面积为S、长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，所以在时间Δt内通过横截面S的自由电子数为N＝nV＝nSvΔt，A对，B错．[完美答案]AC根据电流的定义：I＝qt,但是对于电量要注意理解，当导体中有正负两种电荷同时向相反的方向定向移动时，公式中的电量应该是两种电量的绝对值之和，即q＝|q1|＋|q2|.[变式训练][2014·包头高二检测]某电解液如果在1s内共有5×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流是()A．0B．0.8AC．1.6AD．3.2A[解析]由题意知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2s内通过某横截面的总电荷量应为：q＝1.6×10－19×2×5×1018C＋1.6×10－19×1×1.0×1019C＝3.2C.由电流的定义式知：I＝qt＝3.2A，故正确选项为D.[答案]D解题技巧金属导体导电时涉及的几种速率1.三种速率概念(1)电子定向移动的速率：电子在金属导体中的平均运动速率．(2)电流的传导速率：电流在导体中的传导速率．(3)电子热运动的速率：自由电子在导体内做无规则热运动的速率．2．三种速率的比较比较项物理意义大小/m·s－1电子定向移动的速率金属导体内电子的定向移动形成电流，电流与电子定向移动速率的关系为I＝neSv1×10－5电流的传导速率电流的传导速率等于光速．电路一接通，导线中以光速c在各处形成电场，进而使自由电子发生定向运动形成电流3×108电子热运动的速率导体内电子不停地做无规则的热运动，由于向各个方向运动的机会均等，不能形成电流1×105[示例][2014·聊城高二检测]下列关于电流的说法中，正确的是()A．金属导体中，电流的传导速率就是自由电子定向移动的速率B．导体两端电势差增大时，电流增大，电流的传导速率也增大C．电路接通后，自由电子由电源出发只要经过一个极短的时间就能到达用电器D．通电金属导体中，电流的传导速率比自由电子的定向移动速率大得多[解析]电荷的定向移动形成电流，电流在金属导体中的传导速率等于光速，而金属导体中自由电子的定向移动速率比光速小得多，A、B、C错，D对．[答案]D[易错分析]本题易错选项及错误原因分析如下：易错选项错误原因A混淆电流的传导速率与自由电子的定向移动速率，两者不同，实际上电流的传导速率远大于自由电子的定向移动速率B误认为电流的传导速率与电势差有关，其实电流的传导速率为光速，与电路两端的电势差大小、电路中电流大小无关C误将电流的传导速率认为是自由电子的定向移动速率，实际上由于自由电子的定向移动速率很小，自由电子由电源到达用电器需相当长时间知识点一对电源、电流概念的理解1.我国北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道，电子电荷量e＝1.6×10－19C，在整个环中运行的电子数目为5×1011个，设电子的运行速度是3×107m/s，则环中的电流是()A.10mAB.1mAC.0.1mAD.0.01mA答案：A解析：电子运动一周的时间为T＝lv，在T时间内通过任意横截面的电量为：q＝ne，电流为：I＝qT＝nevl＝5×1011×1.6×10－19×3×107240A＝10mA.知识点二对公式I＝qt的理解和应用2.(多选)半径为R的橡胶圆环均匀带正电荷，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()A．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，电流将变小答案：AB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为Q，则有：I＝qt＝QT，①又T＝2πω，②所以I＝Qω2π.③可以看出w不变、Q变为原来2倍、电流加倍，A对；Q不变ω加倍时，电流也加倍，B对；由I＝Qω2π知，电流大小与环半径无关，C、D错，选A、B.3.在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束．已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是()A.IΔleSm2eUB.IΔlem2eUC.IeSm2eUD.ISΔlem2eU答案：B解析：设电子经加速电