高中物理人教新课标选修3-1课件：第2章 恒定电流2.1

物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区第二章恒定电流物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区1．电源和电流物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区知识自学区物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区电源1．电荷的移动与电流的形成如图所示，A、B分别带正、负电荷，如果在它们之间连接一条导线R，导线R中自由电子会在静电力的作用下定向移动，电子移动方向为_______(选填“A→B”或“B→A”)，导线中瞬间电流方向为________(选填“A→B”或“B→A”)．A→BB→A物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区2．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、负极之间一定电势差的装置．(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______从正极A搬运到负极B，如图所示．②从能量转化的角度看：搬运电荷的过程就是克服静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为______．负电荷电势差电子电能物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区恒定电流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．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．电源导线电场强度方向物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区(3)意义：表示电流强弱程度的物理量．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.电荷量安培物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区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．测量电流的仪器_______．电流表正电荷物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区【思一思·判一判】(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)电流是矢量，电荷定向移动的方向为电流的方向．()(3)电流的方向与电荷定向移动的方向相同．()(4)恒定电流的大小、方向均不变．(答案：(1)√(2)×(3)×(4)√物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区要点探究区物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区对电流的理解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．物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区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．物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区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．物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区(1)在金属导体中，若10s内通过横截面的电荷量为10C，则导体中的电流为多少安？(2)某电解槽横截面积为0.5m2，若10s内沿相反方向通过横截面的正、负离子的电荷量均为10C，则电解液中的电流为多少安？思路图解：物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区解析：(1)10s内通过某一横截面的电量是10C，则I＝qt＝10C10s＝1A(2)正电荷形成的电流I1＝10C10s＝1A负电荷形成的电流I2＝10C10s＝1A因负电荷形成的电流方向与其定向移动方向相反，所以两种电荷形成的电流方向相同．故电解液中的电流I＝I1＋I2＝2A答案：(1)1A(2)2A物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区(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．物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区1－1：某电解池中，若在2s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．0B．0.8AC．1.6AD．3.2A物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区解析：电荷的定向移动形成电流，但正、负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2s内通过截面的总电荷量应为q＝1.6×10－19×2×1.0×1019C＋1.6×10－19×1×2.0×1019C＝6.4C．由电流的定义式知I＝qt＝6.42A＝3.2A答案：D物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区电流的微观解析1．电流的微观表达式如图所示，AD表示粗细均匀的一段导体，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，每个自由电荷所带的电荷量为q.物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区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所需要的时间t＝lv所以，导体AD上的电流I＝Qt＝nlSqlv＝nqSv由此可见，从微观上看，电流大小取决于导体中自由电荷的密度、电荷量、定向移动速率，还与导体的横截面积有关．物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区2．三种速率的比较电子定向移动的速率电子热运动的速率电流传导速率物理意义电流是自由电荷的定向移动形成的，I＝nqSv，其中v就是电子定向移动的速率，其大小与导体两端的电压及导体本身的因素有关构成导体的电子在永不停息地做无规则运动，由于热运动向各个方向的机会相等，不能形成电流．温度越高，电子热运动的平均速率越大闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速建立恒定的电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流大小一般数量级为10－5m/s常温下其数量级为105m/s等于光速，即恒为3×108m/s物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区截面积为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物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区解析：电荷量q＝It，单位体积内的电子数已知，只要求出Δt时间内有多少体积的电子通过截面，即可求出电子数．(1)根据电流的定义式，可知在Δt内通过导线截面的电荷量q＝IΔt.所以在这段时间内通过的自由电子数为N＝q/e＝IΔt/e.(2)自由电子定向移动的速率是v，因此在时间Δt内位于以截面S为底、长l＝vΔt的这段导线内的自由电子都能通过截面．这段导线的体积V＝Sl＝SvΔt，所以Δt内通过截面S的自由电子数N＝nV＝nSvΔt，所以A、C正确．答案：AC物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区使用公式I＝nqSv计算时，一定要注意以下几点：(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.物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区2－1：铜的相对原子质量为M，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子．今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子定向移动的平均速率为()A．光速cB.IneSC.ρIneSMD.MIneSρ物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区解析：假设电子定向移动的平均速率为v，那么在ts内通过导线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vt·S的铜的质量为vtSρ，物质的量为vtSρM，所以电荷量q＝vtSρneM，因此电流I＝qt＝vSρneM，于是得v＝MIneSρ.答案：D物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区等效电流的计算方法(1)公式I＝qt中，q是通过横截面的电荷量而不是通过单位横截面的电荷量．(2)对周期性运动的电荷，通常取一个周期计算等效电流，即I＝qt＝qT.物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区已知电子的电荷量为e，质量为m，假设氢原子的电子在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？思路图解：物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区解析：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＝qt＝eT再由库仑力提供向心力有ke2r2＝m4π2T2·r得T＝2πremrk解得I＝e22πr2mkmr答案：e22πr2mkmr物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区3－1：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，则关于由环产生的等效电流，下列说法正确的是()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，电流将变小物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区解析：截取圆环的任一截面S，则在橡胶环运动一周的时间内通过这个截面的电荷量为Q，即I＝qt＝QT＝Q2πω＝Qω2π，由上式可知A、B正确．答案：AB物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区达标检测区物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区1．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物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区解析：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，还需要电路闭合，故C错．电源是对电路提供能量的装置，故D错．答案：B物理选修3-1第二章恒定电流知识自学区要点探究区达标检测区2．关于电流，下列说法中正确的是()A．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大B．电子运动速率越大，电流越大C．单位