人教版高中物理选修3-1第二章-恒定电流精品教案(整套)

人教版高中物理选修3-1第二章恒定电流精品教案(整套)一．电源和电流[要点导学]1.能把电子从正级搬运到负级的装置是__________。2.恒定电场：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。尽管导线中的电荷在运动，但有的流走，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也不会随时间变化。这种由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称为恒定电场。3．形成电流的必要条件：(1)要有能自由移动的______。在导体中存在着大量的能自由移动的电荷，如金属导体中的_______，电解液中的________等。(2)导体两端有______，即能产生驱使电荷作定向移动的作用力——电场力。电源的作用就是保持导体两端的电压，从而使电路中有持续的电流。4．电流的定义：通过导体横截面的电量跟所用时间的比值叫电流，表达式I=q/t。电流的单位：安（A），1A＝1C/s，常用单位还有毫安（mA）、微安(μA)，1A=103mA=106μA。在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位安培是基本单位之一。5．电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。在金属导体中，电流方向与电子定向移动的方向_______。但电流是标量，电流的方向表示的是电流的流向，电流的叠加是求代数和，而不是矢量和。6．恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流。7．电流的微观表达式：I=nqvS。其中，n是导体每单位体积内的自由电荷数，q是每个自由电荷的电量，v是导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率，S是导体的横截面积。推导过程如下：如图12－1－1所示，在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取截面B和C，设导体的截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的电量为q，电荷的定向移动速率为v，则在时间t内处于相距为vt的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C。由于I=q/t可得：I=qnSvt/t=nqvS[范例精析]例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．OB．0.8AC．1.6AD．3.2A解析：电荷的定向移动形成电流，但“+”“一”电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电量应是两者绝对值的和。故由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2s内通过截面的总电量应为：q=1.6×10-19×2×1.0×1019C+1.6×10-19×1×2.0×1019C=6.4C。根据电流的定义式得：I=q/t=6.4/2=3.2A拓展：电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电量，而正电荷的定向移动形成电流与负电荷定向移动形成电流是等效的。只不过负电荷定向移动形成电流的方向与负电荷定向移动的方向相反而已。例2电子的绕核运动可等效为环形电流。若氢原子中的电子以速率v在半径为r的轨道上运动，用e表示电子的电荷量，则其等效电流等于多少？解析：假想电子绕核运动的轨迹就是一个环形导体，在运动的轨迹上任取一截面，则在一个周期内只有一个电子通过这个截面，由于电子电荷量题目已经给出，只要求出电子运动的周期，就可以根据电流的定义求解。根据圆周运动的知识可知，电子运动的周期为T=2πr/v,因此所求电流为I=e/T=ev/2πr.拓展：本题用到前面所学有关圆周运动的基本知识，还用到一种等效的思维方法。由于没有直观经验，对于不少学生来说，采用这个思维方法是有一定难度的，因此本题作为一种类型，希望学生通过练习积累这种解题思路，在今后解决类似问题时可以采用相近的思维方法。例如：一电子沿一圆周顺时针方向高速运动，周期为10－10s，则等效电流大小为——————A,电流方向是——————————（填“顺时针”或“逆时针”）。[答案：1.6×10-9，逆时针]例3有一横截面积为s的铜导线，流经其中的电流强度为I；设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电量为e，此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可表示为（）A．nvsΔtB．nv·ΔtC．IΔt/eD．IΔt/se解析：因为I=q/Δt，所以q=I·Δt自由电子数目为：N=q/e=IΔt/e，则选项C正确。又因为电流强度的微观表达式为I=nev·s，所以自由电子数目为N=q/e=IΔt/e=nevsΔt/e=nvsΔt则选项A正确。拓展：本题主要考查电流强度的定义式和微观表达式的应用计算。求解此题的关键是对电流的本质要有深刻的认识，依据电流强度的宏观和微观表达式，灵活运用解题。[能力训练]1．1毫安=__________安，1微安=__________安。1×10-31×10-62．把规定为电流的方向，在金属导体中，电流方向与自由电子定向移动的方向。在电解质溶液中，电流的方向与正离子定向移动的方向,与负离子定向移动的方向。正电荷定向移动的方向；相反；相同；相反3．关于电源的作用,下列说法正确的是(BCD)A.电源的作用是能为电流提供自由电子B.电源的作用是使导体中形成电场C.电源的作用是能够保持导体两端的电压D.电源的作用是使自由电荷定向移动起来4．下列叙述正确的是（BD）A．导体中电荷运动就形成电流B．电流的国际单位是安培C．因为电流强度有方向，所以电流强度是矢量D．导体中有电流通过时，导体内部场强不为零5．关于电流的方向，下列说法正确的是（C）A．在金属导体中，电流的方向是自由电子定向移动的方向B．在电解液中，电流的方向为负离子定向移动的方向C．无论在何种导体中，电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反D．在电解液中，由于是正负电荷定向移动形成的电流，所以电流有两个方向6．关于电流的说法正确的是（BD）A．根据I=q/t可知，I与q成正比B．如果在任何相等时间内通过导体横截面积的电量相等，则导体中的电流是恒定电流C．电流强度是一个标量，其方向是没有意义的D．电流强度的单位“安培”是国际单位制中的基本单位7．以下对导体中的电场理解正确的是（ABD）A．导体内的电场在稳定时是和导线平行的B．导体内的电场由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成C．导线中电场始终随时间而变化D．导体内的电场是一种动态的稳定8．通过一根金属导线的电流为16mA．则10s内通过这根导线横截面的自由电子数为（B）A．1.0×1017B．1.0×1018C．1.0×1019D．1.0×10209．在某次闪电中，持续时间为0.005s所形成的平均电流为6.0×104A，若闪电过程中产生的电荷以0.5A的电流通过电灯，试求可供电灯照明的时间。6×10310.银导线的横截面积S=4mm2，通以I=2A的电流，若每个银原子可以提供一个自由电子，试推导银导线单位长度上的自由电子数的计算公式,并计算结果.(已知银的密度ρ=10.5×103kg/m3,摩尔质量M=108g/mol,阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023mol-1,计算结果取1位小数)ρNAS/M，2×1023二．电动势[要点导学]1．电源：从能的转化角度来看，电源是通过非静电力做功把其它形式能转化为电势能的装置。2．电源的电动势：各种电源把其它形式的能转化为电势能的本领是不同的，这种本领可用电源电动势来描述，电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移到正极所做的功。3．电源电动势的定义式：如果移送电荷q时静电力所做的功为W，那么电动势E表示为E＝W/q。式中W、q的单位是焦耳（J）、库仑（C）；电动势E的单位是伏特（V）。对某个电源来说W/q是个定值（流过电量kq，电源提供电能kW），对不同的电源来说，流过相同的电量时，电源提供的电势能越多（即W/q越大），则电源转化能的本领大，也就是电源电动势大。一节干电池的电动势为1.5V，其物理意义是电路中流过电量为1C时，干电池将化学能转化为电势能的量是1.5J.4．电源电动势的大小等于没有接入电路时两极间的电压。电动势的大小可以用内阻极大的伏特表粗略测出。5．电动势的符号是E，国际单位是伏特；是一个标量，但有方向，在电源内部由负极指向正极。6．电源内阻：电源内部也是由导体组成的，所以也有电阻，这个电阻叫电源内阻。对同一种电池来说，体积越大，电池的容量越大，其内阻越小。电池的内阻在使用过程中变化很大。[范例精析]例1：有一电流表零刻度在表盘中央，已知电流从正接线柱流入，从负接线柱流出时，电流表指针向右偏，现将该电流表接入如图12—2—1所示电路，合上开关，发现电流表指针向左偏，试判断电源的正、负极。解析：可根据电流的方向来判断电源的正负极，在电源外部电流从电流从正极流向负极，由于电流表的指针向左偏，说明电流表中的电流是从负接线柱流向正接线柱，也就是说，在电源的外部电流从b流向a，所以电源的b是正极，a是负极。拓展：解题关键是根据电流表指针的偏转方向来判断电流的方向，实际上是要求学生理解电流方向与电源正负极间（电势高低）的关系，从而灵活动用。例2：关于电源的电动势，下面说法正确的是（）A．电动势是表征电源把其它形式的能转化为电能本领的物理量B．电动势在数值上等于电路中通过1C电量时电源提供的能量C．电源的电动势跟电源的体积有关，跟外电路有关D．电动势有方向，因此电动势是矢量解析：由电动势的物理意义可知，电动势是表征电源把其它形式的能转化为电能本领的物理量，它在数值上等于电源没有接入电路时其两极间的电压，也等于电路中通过1C电量时所提供的能量；电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的大小无关，跟外电路也无关；电动势虽然有方向，但电动势是标量。正确答案是：AB拓展：理解电动势的概念，知道电动势的含义是正确解题关键。[能力训练]1．用干电池与电阻串联组成闭合电路，电路中的能量转换情况是：在干电池的内部，非静电力移送电荷做功，_________能转化为________能，正电荷从电源的正极经外电路、内电路再到电源正极绕行一周，电场力做功，________能转化为________能。化学，电，电，热2．下列关于电源电动势的说法正确的是（ACD）A．电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压B．电源内，电源把其它形式的能转化为电能越多，其电动势也越大C．电动势是表示电源把其它形式的能转化为电能本领大小的物理量D．电源的内阻和其它电阻一样都对电流起阻碍作用3．下列说法正确的是（CD）A．从能量的观点来看，电源是把电势能转化为其它形式的能的装置B．电源电动势的大小，等于非静电力在电源内部把正电荷从负极送到正极所做的功的大小C．电动势是标量D．电动势的大小可以用内阻很大的伏特表粗略测出4．铅蓄电池的电动势为2V，这表示（ACD）A．电路通过1库仑电量，电源把2焦耳的化学能转化为电能B．电池内电压是2VC．电源没有接入电路时，其两极间的电压是2VD．把化学能转化为电能的本领比一节干电池大5．沿闭合电路移动单位电荷绕行一周，其所需能量决定于（D）A．电流B．外电路的电阻C．内外电路的电阻D．电源电动势6．一台发电机用1A的电流向外输电，在1分钟内将180焦耳的机械能转化为电能，则发电机的电动势是多少？180V7．铅蓄电池给某电学元件供电时，电流为0.5A，在某次接通开头的10s时间内，铅蓄电池中有多少化学能转化为电能？10J三．欧姆定律[要点导学]1．电阻：表征导体对电流阻碍作用的物理量。符号常用R表示，电阻的单位：欧姆，简称欧，符号是Ω，1Ω＝1V/A，常用单位还有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ），1MΩ=103kΩ=106Ω。2．欧姆定律的内容：导体中的电流I跟导体________________，跟导体中的_____________。公式表示：I=______。欧姆定律的适用范围：金属导电和电解液导电，对气体导电不适用。3．导体的伏安特性曲线：导体中的电流I随导体两端的电压U变化的图线，叫做导体的伏安特性曲线，如图12－3－1所示。图线斜率的物理意义：斜率的倒数表示电阻，即tanα=I/U=1/R4．测量小灯泡伏安特性曲线的电路选择：由于小灯泡的电阻较小，为减小误差，可采用安培表外接法，教师要引导学生讨论，选安培表外接法还是内接