2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 恒定電流 第1節(jié) 電源和電流課件 新人教版選修3-1.ppt

第二章 恒定電流 第1節(jié) 電源和電流,【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.了解形成電流的條件,知道電源的作用和導(dǎo)體中的恒定電場.2.理解電流的定義,知道電流的單位、方向的確定,會用公式q=It分析相關(guān)問題.3.理解電流形成的微觀實質(zhì).,基礎(chǔ)知識,核心要點,學(xué)習(xí)效果,核心素養(yǎng),基礎(chǔ)知識 探究,教材探究,知識點一,電源,【問題導(dǎo)學(xué)】,有A,B兩個導(dǎo)體,分別帶正、負(fù)電荷.如果在它們之間連接一條導(dǎo)線R,如圖所示,導(dǎo)線R中的自由電子便會在靜電力的作用下定向運動,B失去電子,A得到電子,周圍電場迅速減弱,A,B之間的電勢差很快就消失.怎樣使A,B導(dǎo)體維持一定的電勢差,使導(dǎo)線中保持持續(xù)的電流?,答案:在A,B間接一電源.,【知識梳理】,1.形成持續(xù)電流條件:導(dǎo)體兩端存在 .,持續(xù)電壓,2.電源,電子,電壓,持續(xù)的電流,3.恒定的電場 (1)定義:當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時,導(dǎo)線中的電場是由 、 等電路元件所積累的電荷共同形成的.這種由 的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場,叫恒定電場. (2)特點:任何位置的電荷分布和 都不隨時間變化.,電源,導(dǎo)線,穩(wěn)定分布,電場強度,知識點二,電流表達(dá)式I= 及其方向,【問題導(dǎo)學(xué)】,對電流表達(dá)式I= ,有人認(rèn)為“I與q成正比,與t成反比”,對嗎?I與q,t有關(guān)嗎?,答案:不對;I與q,t無關(guān).,1.電流概念 (1)概念:電荷的 移動形成電流. (2)物理意義:反映了電流的 程度. (3)單位: ,符號A;常用的電流單位還有:毫安(mA)、微安(A). (4)定義式:I= 或q= ,其中:I表示電流,q表示在時間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的 . (5)電流的方向:規(guī)定 定向移動方向或 定向移動的反方向為電流方向.,定向,【知識梳理】,強弱,安培,電荷量,正電荷,負(fù)電荷,It,2.恒定電流 和 都不隨時間變化的電流. 3.單位: .,大小,方向,安培,知識點三,電流的微觀表達(dá)式,【問題導(dǎo)學(xué)】,如圖所示,AD表示粗細(xì)均勻的一段長為l的導(dǎo)體,兩端加一定的電壓,導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速率為v,設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S,導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n,每個自由電荷的電荷量為q.試證明:導(dǎo)體內(nèi)的電流可表示為I=nqSv.,電流的微觀表達(dá)式:I= ,其中n表示導(dǎo)體 的自由電荷數(shù),q表示每個自由電荷的 ,S表示導(dǎo)體的 ,v表示導(dǎo)體中的自由電荷 .,nqSv,【知識梳理】,單位體積內(nèi),電荷量,橫截面積,定向移動的速率,思考判斷,1.電路中有電流時,電場的分布就會隨時間不斷地變化.( ) 2.電源的作用就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.( ) 3.導(dǎo)體中的電流,實際是正電荷的定向移動形成的.( ) 4.電流既有大小,又有方向,是矢量.( ) 5.電流越大,單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量就越多.( ),核心要點 突破,要點一,對電流的理解和計算,1.電源的作用 (1)從電荷轉(zhuǎn)移的角度看,電源的作用是使電路中的自由電荷持續(xù)地定向移動. (2)從能量轉(zhuǎn)化的角度看,搬運電荷的過程是非靜電力做功的過程,從而將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能. 2.電流的形成 (1)形成:當(dāng)導(dǎo)體和電流連接后,導(dǎo)體中形成恒定電場,自由電荷在導(dǎo)體內(nèi)電場力作用下,定向移動,從而形成電流. (2)產(chǎn)生電流的條件:導(dǎo)體兩端有電壓. (3)形成持續(xù)電流的條件:電路中有電源且電路閉合.,3.電流的方向 (1)規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向,則負(fù)電荷定向移動的方向與電流的方向相反. (2)金屬導(dǎo)體中自由移動的電荷是自由電子,電流的方向與自由電子定向移動的方向相反.,狀元心得,1)電流雖然有方向,但電流是標(biāo)量,因為它遵循代數(shù)運算法則; 2)在電源外部的電路中,電流的方向是從電源的正極流向負(fù)極;在電源的內(nèi)部,電流是從電源的負(fù)極流向正極.,【例1】 (2018河北武邑中學(xué)高二周測)在NaCl溶液中,正、負(fù)電荷定向移動,方向如圖所示,若測得2 s內(nèi)有1.01018個Na+和Cl-通過溶液內(nèi)部的橫截面M,試問:溶液中的電流方向如何?電流多大?,考查角度1:電流公式的應(yīng)用,思路探究 (1)溶液中導(dǎo)電的自由電荷是什么?電流是由哪些帶電粒子定向移動產(chǎn)生的?,答案:(1)溶液中導(dǎo)電的自由電荷是Na+、Cl-,溶液中的電流由Na+,Cl-同時定向移動產(chǎn)生. (2)q為正、負(fù)電荷量絕對值之和.,答案:方向由A指向B 0.16 A,誤區(qū)警示,應(yīng)用I= 求解電流應(yīng)注意的問題 計算電流時,要分清形成電流的自由電荷的種類: (1)對于金屬導(dǎo)體,是自由電子的定向移動形成的,電荷量q是通過導(dǎo)體橫截面的自由電子的電荷量. (2)對于電解液,是正、負(fù)離子同時向相反的方向定向移動,電荷量q為正、負(fù)離子電荷量的絕對值之和.,【針對訓(xùn)練1】 (2018吉林梅河口市五中高二測試)計數(shù)器因射線照射,內(nèi)部氣體電離,在時間t內(nèi)有n個二價正離子到達(dá)陰極,有2n個電子到達(dá)陽極,則計數(shù)器中的電流為( ),D,考查角度2:電流公式與其他規(guī)律的綜合應(yīng)用 【例2】 夏季某日,某地區(qū)距地面一定高度的空中有兩塊相距3 km的足夠大的云團,受濕氣流影響,兩塊云團正在以5 m/s的相對速度靠近,不斷與空氣摩擦帶電.設(shè)兩云團之間電勢差保持3109 V不變,已知空氣電離的電場強度(即發(fā)生放電時的電場強度)為3106 V/m,云團間的電場可視為勻強電場,則大約經(jīng)過 秒,將會發(fā)生放電現(xiàn)象;在這次放電中,若從一塊云團移到另一塊云團的電荷量為500 C,閃電歷時0.01 s,則此過程中的平均電流為 安培.,【針對訓(xùn)練2】 (2018江西贛州市厚德外國語學(xué)校高二月考)已知電子的電荷量為e,質(zhì)量為m,氫原子的電子在氫原子核的靜電力吸引下做半徑為r的勻速圓周運動,則電子運動形成的等效電流大小為多少?,要點二,電流的微觀表達(dá)式,1.電流的微觀表達(dá)式:I=nqSv,可見,從微觀上看,電流取決于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個自由電荷的電荷量、定向移動速率的大小,還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān).,2.電子三種速率的對比,【例3】 (2018江西宜春高二測試)已知銅導(dǎo)線中的電流為1 A,銅導(dǎo)線的橫截面積為1 mm2,求: (1)在1 s內(nèi),有多少個電子通過銅導(dǎo)線的橫截面(電子電荷量e=1.610-19 C)? (2)自由電子的平均移動速率多大(設(shè)銅導(dǎo)線中每立方米含有8.51028個自由電子)?,答案:(1)6.251018個 (2)7.3510-5 m/s,方法總結(jié),應(yīng)用I=nqSv時注意點 (1)各個物理量都要用國際單位. (2)正確理解各符號的意義,特別是n表示導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù),v表示自由電荷定向移動速度的大小. (3)若已知單位長度的自由電荷數(shù)為n,則電流的微觀表達(dá)式為I=nqv.,【針對訓(xùn)練3】 (2018甘肅會寧縣一中高二期中)已知銅的原子量為M,密度為,每摩爾銅原子有n個可以自由移動的電子,今有一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線,當(dāng)通過的電流為I時,銅導(dǎo)線內(nèi)電子平均定向移動的速率為( ),B,學(xué)習(xí)效果 檢測,1.關(guān)于電流,下列敘述正確的是( ) A.只要將導(dǎo)體置于電場中,導(dǎo)體內(nèi)就有持續(xù)電流 B.電源的作用可以使電路中有持續(xù)電流 C.導(dǎo)體內(nèi)沒有電流時,就說明導(dǎo)體內(nèi)部的電荷沒有移動 D.持續(xù)電流是由靜電場產(chǎn)生的,B,解析:電流在形成時有瞬時電流和恒定電流,瞬時電流是電荷的瞬時移動形成的,而持續(xù)電流是導(dǎo)體兩端有穩(wěn)定的電場形成的,電源的作用就是在導(dǎo)體兩端加上穩(wěn)定的電壓,從而在導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)穩(wěn)定的電場,故選項B正確.,2.(2018福建三明第一中學(xué)高二周測)橫截面積為0.5 cm2的導(dǎo)電液體中,每秒鐘有0.2 C正電荷和0.3 C負(fù)電荷相向運動,則電流是( ) A.0.2 A B.0.3 A C.0.5 A D.104 A,C,3.(2018寧夏大學(xué)附中高二期中)(多選)有一橫截面積為S的銅導(dǎo)線,當(dāng)有電壓加在該導(dǎo)線上時,導(dǎo)線中的電流強度為I.設(shè)每單位體積的導(dǎo)線中有n個自由電子,電子電荷量為e,此時電子定向移動的速度為v,則在t時間內(nèi),通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)目可表示為( ),BD,4.(2018廣東博羅中學(xué)高二測試)一根橫截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻帶有負(fù)電荷,每米電荷量為q,當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運動時,由于棒運動而形成的等效電流大小為( ),A,核心素養(yǎng) 提升,(教師備用),【方法拓展】等效電流的計算 1.根據(jù)電流的定義,只要電荷發(fā)生定向移動就可以看做產(chǎn)生了電流.等效電流的形成可以是平動經(jīng)過某一截面,也可以是電荷轉(zhuǎn)動通過某一截面.,學(xué)長經(jīng)驗分享,【以例示法】 (2018黑龍江大慶實驗中學(xué)高二期中)(多選)半徑為R的橡膠圓環(huán)均勻帶正電,總電荷量為Q,現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在平面且通過圓心的軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動,則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流( ) A.若不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉淼?倍,則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍 B.若電荷量Q不變而使變?yōu)樵瓉淼?倍,則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍 C.若使,Q不變,將橡膠環(huán)拉伸,使環(huán)半徑增大,電流將變大 D.若使,Q不變,將橡膠環(huán)拉伸,使環(huán)半徑增大,電流將變小,AB,【錯例分析】三種速率的錯誤理解 (2018黑龍江大慶實驗中學(xué)高二測試)下列關(guān)于電流的說法中,正確的是 ( ) A.金屬導(dǎo)體中,電流的傳導(dǎo)速率就是自由電子定向移動的速率 B.導(dǎo)體兩端電勢差增大時,電流增大,電流的傳導(dǎo)速率也增大 C.電路接通后,自由電子由電源出發(fā)只要經(jīng)過一個極短的時間就能到達(dá)用電器 D.通電金屬導(dǎo)體中,電流的傳導(dǎo)速率比自由電子的定向移動速率大得多,D,【錯解】 混淆電流的傳導(dǎo)速率與自由電子的定向移動速率,錯誤選A,實際上電流的傳導(dǎo)速率遠(yuǎn)大于自由電子的定向移動速率.誤認(rèn)為電流的傳導(dǎo)速率與電勢差有關(guān),錯誤選B,實際上電流的傳導(dǎo)速率為光速,與電路兩端的電勢差大小、電路中電流大小無關(guān).誤將電流的傳導(dǎo)速率認(rèn)為是自由電子的定向移動速率,錯誤選C,實際上由于自由電子的定向移動速率很小,自由電子由電源到達(dá)用電器需相當(dāng)長時間. 【正解】 電荷的定向移動形成電流,電流在金屬導(dǎo)體中的傳導(dǎo)速率等于光速,而金屬導(dǎo)體中自由電子的定向移動速率比光速小得多,故選項A,B,C錯誤,D正確.,誤區(qū)警示,正確理解三種速率的意義 (1)電流的大小與自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速率有關(guān),與電場的傳播速率無關(guān). (2)自由電子做無規(guī)則熱運動的平均速率與溫度有關(guān),與電流大小和電場的傳播速率均無關(guān). (3)電場的傳播速率等于光速,是一個常數(shù),與自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速率以及自由電子做無規(guī)則熱運動的平均速率均無關(guān).,【科學(xué)技術(shù)社會環(huán)境】,移動電源 移動電源,也叫充電寶、旅行充電器等,是一種集供電和充電功能于一體的便攜式充電器,可以給手機、平板電腦等數(shù)碼設(shè)備隨時隨地充電.一般由鋰電芯作為儲電單元,使用方便快捷.移動電源的出現(xiàn),在現(xiàn)階段無疑緩解了智能終端使用電量不足的問題,移動電源的易攜帶、可移動的特點給我們帶來了極大的便利.,