2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 恒定電流 2.1 電源和電流課件 新人教版選修3-1.ppt

第二章恒定電流 1電源和電流,【自主預(yù)習(xí)】 1.電源：能把電路中的電子從_搬運(yùn)到_的 裝置。 2.電源作用： (1)維持電源兩端有一定的_。 (2)使閉合電路中保持_的電流。,正極,負(fù)極,電勢差,持續(xù),3.恒定電場： (1)定義：由電路中穩(wěn)定分布的_所產(chǎn)生的穩(wěn)定 的電場。 (2)形成：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。 (3)特點(diǎn)：任何位置的_和_都不隨 時間發(fā)生變化。,電荷,電源,導(dǎo)線,電荷分布,電場強(qiáng)度,4.恒定電流： (1)恒定電流：大小、方向都不隨_變化的電流。 (2)電流。 定義：通過導(dǎo)體橫截面的_與通過這些電荷量 所用_的比值。 表達(dá)式：I=_。,時間,電荷量,時間,物理意義：表示電流的_程度。 單位：_，簡稱安，符號是A。常用的單位還 有：_、_。1 A=_mA=_A。 方向：規(guī)定_定向移動的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉?強(qiáng)弱,安培,毫安(mA),微安(A),1 000,106,正電荷,【預(yù)習(xí)小測】 1.(多選)關(guān)于電源的作用，下列說法中正確的是() A.電源的作用是能為電路持續(xù)地提供自由電荷 B.電源的作用是使電路中的電荷發(fā)生定向移動 C.電源的作用就是能保持導(dǎo)體兩端的電壓，使電路中 有持續(xù)的電流 D.電源的作用就是使自由電荷運(yùn)動起來,【解析】選B、C。電源的作用是保持導(dǎo)體兩端的電壓，在導(dǎo)體內(nèi)建立恒定電場，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷就會在電場力作用下定向移動形成電流，則B、C正確，A、D錯誤。,2.某電解池中，若在2 s內(nèi)各有1.01019個二價正離子和2.01019個一價負(fù)離子通過某截面，那么通過這個截面的電流是() A.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A,【解析】選D。電流I= =3.2 A。故D對。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 關(guān)于電流，下列說法中正確的是() A.導(dǎo)線內(nèi)自由電子的定向移動速率等于電流的傳導(dǎo)速率 B.電子定向運(yùn)動的速率越大，電流越大,C.電流是一個矢量，其方向就是正電荷的定向移動方向 D.在國際單位制中，電流是一個基本物理量，其單位“安培”是基本單位,【解析】選D。導(dǎo)線內(nèi)自由電子的定向移動速率，一般為10-5m/s的數(shù)量級，電流的傳導(dǎo)速率等于光速，故A錯誤；由電流微觀表達(dá)式I=nqSv可知，電子定向運(yùn)動的速率越大，電流不一定越大，故B錯誤；電流雖有方向，但是電流求和是代數(shù)求和，則電流為有方向的標(biāo)量，故C錯誤；在國際單位制中，電流是一個基本物理量，其單位“安培”是基本單位，故D正確。,主題一電源的作用 【互動探究】 1.如圖所示為分別帶正、負(fù)電荷的A、B兩個導(dǎo)體球，如果用一條導(dǎo)線將它們連接起來。,(1)A、B之間的電勢差會發(fā)生什么變化？ 提示：A、B之間的電勢差會減小。,(2)最后A、B兩個導(dǎo)體球會達(dá)到什么狀態(tài)？ 提示：最終A、B兩個導(dǎo)體球會達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。 (3)導(dǎo)線中能否出現(xiàn)電流？這個電流有什么特點(diǎn)？ 提示：導(dǎo)線中會出現(xiàn)電流，電流只能是瞬時的。,2.在圖甲中，為使水池A中的水源源不斷地流向水池B中，可在A、B之間連接一臺抽水機(jī)，將水池B中的水抽到水池A中，這樣可保持A、B之間有一定的高度差，從而使水管中有源源不斷的水流，如圖乙。那么對上面的問題“1”中，若要在導(dǎo)體球A、B間的導(dǎo)線中保持一個穩(wěn)定的電流可采取什么樣的措施？,提示：可在A、B之間連接一個裝置P， 如圖所示。它能源源不斷地把經(jīng)過導(dǎo) 線流到A的電子取走，補(bǔ)充給B，使A、 B始終分別保持一定數(shù)量的正、負(fù)電荷， 這樣，A、B周圍空間(包括導(dǎo)線之中)始終存在一定的 電場；A、B之間始終維持著一定的電勢差。由于存在 電勢差，導(dǎo)線中的自由電子就能不斷地在靜電力作用,下由B經(jīng)過R向A定向移動，使電路中保持持續(xù)的電流。能把電子從A搬運(yùn)到B的裝置P就是電源，其作用類似于圖乙中的抽水機(jī)。,3.由問題“2”可以得到什么結(jié)論？ 提示：電源可以使電子從電源正極移到負(fù)極，始終維持正負(fù)極一定的電勢差。,【探究總結(jié)】 1.電源的作用： (1)從電荷移動的角度看：電源的作用就是搬運(yùn)電荷，維持電源正、負(fù)極間有一定的電勢差，從而保持電路中有持續(xù)電流。 (2)從能量轉(zhuǎn)化的角度看：電源搬運(yùn)電荷的過程就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程。,2.電流形成的條件： (1)回路中存在自由電荷。 (2)導(dǎo)體兩端有持續(xù)的電壓。,【拓展延伸】形成電流的三種自由電荷 (1)金屬導(dǎo)電時定向移動的是自由電子。 (2)液體導(dǎo)電時定向移動的是正離子和負(fù)離子。 (3)氣體導(dǎo)電時定向移動的電荷有自由電子、正離子和負(fù)離子。,【典例示范】 下列關(guān)于電源的說法中正確的是() A.電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負(fù)極搬運(yùn)到正極，保持兩極之間有電壓 B.電源把正、負(fù)電荷分開的過程是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程,C.電荷的移動形成電流 D.只要電路中有電源，電路中就會形成持續(xù)電流,【解析】選B。在電源內(nèi)部，電源把電子由正極搬運(yùn)到負(fù)極，這一過程要克服靜電力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，故A錯B對。電荷的定向移動才形成電流，C錯。電路中形成持續(xù)的電流，既要有電源又要保證電路是閉合通路，兩者缺一不可，故D錯。,【探究訓(xùn)練】 (多選)下列關(guān)于電源的說法正確的是() A.電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 B.電源的作用是使電源的正負(fù)極之間維持一定的電勢差,C.與電源相連的導(dǎo)線中的電場是由電源正、負(fù)極上的電荷形成的 D.在電源內(nèi)部正電荷由負(fù)極流向正極，負(fù)電荷由正極流向負(fù)極,【解題指南】解答本題時應(yīng)把握以下兩點(diǎn)： (1)電源的作用。 (2)形成電流的條件。,【解析】選A、B、D。在電源內(nèi)部由非靜電力做功將正電荷由負(fù)極搬到正極，將負(fù)電荷由正極搬到負(fù)極，使正、負(fù)極維持一定的電勢差；同時將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，故A、B、D正確。導(dǎo)線中的電場是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的，故C錯。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 如圖所示，福娃歡歡帶正電，福娃貝貝帶負(fù)電，用導(dǎo)體棒連接的瞬間，就一系列問題兩人發(fā)生爭執(zhí)，你認(rèn)為下列說法不正確的是(),A.福娃歡歡說，電流計指針偏轉(zhuǎn)，有瞬時電流 B.福娃貝貝說，電流計指針不偏轉(zhuǎn)，無電流 C.福娃歡歡說，最終我們是等勢體 D.福娃貝貝說，最終導(dǎo)體棒內(nèi)的電場強(qiáng)度等于零,【解析】選B。帶正電荷的福娃歡歡的電勢高于帶負(fù)電荷的福娃貝貝的電勢，用導(dǎo)體棒連接的瞬間，電流計指針偏轉(zhuǎn)，有瞬時電流，A正確、B錯誤；最終達(dá)到靜電平衡，成為等勢體，導(dǎo)體棒內(nèi)的電場強(qiáng)度等于零，C、D正確。,主題二電流的微觀表達(dá)式的理解 【互動探究】 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。,試結(jié)合上述情形，討論下列問題： (1)導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的電量是多少？ 提示：導(dǎo)體內(nèi)自由電荷總數(shù)為nSl，故自由電荷的總電量Q=nSlq。,(2)導(dǎo)體內(nèi)所有自由電荷通過右側(cè)截面需用多長時間？ 提示：電荷做勻速直線運(yùn)動，所用時間t= 。,(3)請結(jié)合電流表達(dá)式I= ，根據(jù)(1)(2)問，推導(dǎo)導(dǎo)體內(nèi)電流的表達(dá)式。 提示：,【探究總結(jié)】 1.電流的表達(dá)式： (1)微觀表達(dá)式：Q=nV=nvtSq，I= =nvqS。這就是電流的微觀表達(dá)式。從微觀上看，電流取決于導(dǎo)體中的自由電荷密度、電量定向移動速度、導(dǎo)體的橫截面積。,(2)定義式：I= ，求出的是電流的平均值，q=It可求電量。電流是標(biāo)量，雖有大小和方向，但不是矢量。,2.導(dǎo)體中有電流時應(yīng)區(qū)分三種速率： (1)電場傳播速率(或電流傳導(dǎo)速率)：它等于光速，電路一旦接通，電源就以光速在電路中各處建立了電場，整個電路上的電子幾乎同時受到電場力的作用做定向移動。平時一合上開關(guān)，用電器立即就有電流，就是這個原因。,(2)無規(guī)則熱運(yùn)動速率，其數(shù)量級約為105m/s。 (3)自由電荷定向移動速率，它與導(dǎo)體中的電流，截面積大小以及自由電荷的密度有關(guān)。電路中電子定向移動速率的數(shù)量級約為10-510-4m/s。,【拓展延伸】兩個公式的比較,【典例示范】 (2018延邊高二檢測)有一條橫截面積為S的銅導(dǎo)線，通過的電流為I。已知銅的密度為，摩爾質(zhì)量為M，阿伏加德羅常數(shù)為NA，電子的電量為e。若認(rèn)為導(dǎo)線中每個銅原子貢獻(xiàn)一個自由電子，則銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率可表示為(),【解析】選A。設(shè)銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率為 v，導(dǎo)線中自由電子從一端定向移到另一端所用時間為 t。則導(dǎo)線的長度為l=vt，體積為V=Sl=Svt，質(zhì)量為m=vtS，這段導(dǎo)線中自由電子的數(shù)目為n= 在t時間內(nèi)這些電子都能通過下一截面，則電流I= ，代入解得I= ，解得電子定向移動的 速率v= ，故選項(xiàng)A正確。,【探究訓(xùn)練】 1.(2018渭南高二檢測)下列說法中正確的是() A.通電導(dǎo)線中的自由電子定向移動的速率等于電流傳導(dǎo)速率 B.通電導(dǎo)線中電流傳導(dǎo)的速率與電場傳播的速率是相等的，為3108m/s,C.金屬導(dǎo)線中電子運(yùn)動速率越大，導(dǎo)線中的電流就越大 D.金屬導(dǎo)線中電荷量越大，導(dǎo)線中電流就越大,【解析】選B。自由電子定向移動的速率小于電流的傳 導(dǎo)速率，電流的傳導(dǎo)速率為光速，故A錯誤；通電導(dǎo)線 中電流傳導(dǎo)的速率與電場傳播的速率是相等的，為 3108m/s，故B正確；I=neSv，可知v是電子定向移動 的速率，但不是電子運(yùn)動的速率，且還與n、S有關(guān)， 故C錯誤；電流是一個基本物理量，I= 中的電量q是 通過某橫截面的電量，不是導(dǎo)體中的電荷量，故D錯誤。,2.(多選)橫截面積為S的導(dǎo)線中通有電流I，已知導(dǎo)線每單位體積中有n個自由電子，每個自由電子的電荷量是e，自由電子定向移動的速率是v，則在時間t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是() A.nSvtB.nvtC. D.,【解析】選A、C。根據(jù)電流的定義式可知，在t內(nèi)通 過導(dǎo)線橫截面的電荷量q=It。所以在這段時間內(nèi)通 過的自由電子數(shù)為N= 。由于自由電子定向移動 的速率是v，因此在時間t內(nèi)，位于以截面S為底，長 為l=vt的這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電子都能通過截面。這 段導(dǎo)線的體積V=Sl=Svt，所以t內(nèi)通過截面S的自 由電子數(shù)N=nV=nSvt。綜上可知，選項(xiàng)A、C正確。,3.如圖所示，某電解質(zhì)溶液中，某電解槽橫截面MN的面積為0.5m2，若在10 s內(nèi)沿相反方向通過橫截面MN的正、負(fù)離子的電荷量均為10C，則電流表的示數(shù)為多少？電流的方向如何？,【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)： (1)計算電流的大小時電荷量應(yīng)為正、負(fù)電荷量的絕對值之和。 (2)判斷電流方向時依據(jù)正電荷定向移動的方向。,【解析】正、負(fù)離子的電荷量均為10C，則10 s內(nèi)通 過橫截面的總電荷量為q=20C，由電流的定義式得I= =2 A，即電流表的示數(shù)為2A，電流的方向與 正離子移動方向相同。 答案：2A方向與正離子移動方向相同,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.如圖所示，在NaCl溶液中，正、負(fù)電荷定向移動，其中Na+水平向右移動。若測得4 s內(nèi)分別有1.01018個Na+和Cl-通過溶液內(nèi)部的橫截面M，那么溶液中的電流方向和大小為(),A.水平向左0.8 A B.水平向右0.08 A C.水平向左0.4 A D.水平向右0.04 A,【解析】選B。4 s內(nèi)通過M的電量應(yīng)為正負(fù)離子電量 的絕對值之和，所以q=21.010181.610-19C= 0.32 C，因此I= =0.08 A，方向?yàn)檎姾梢苿拥姆?向，即水平向右，故選B。,2.銅的摩爾質(zhì)量為m，密度為，每摩爾銅原子有n個自由電子，今有一根橫截面為S的銅導(dǎo)線，當(dāng)通過的電流為I時，電子平均定向移動速率為() A.光速c,【解析】選D。假設(shè)電子定向移動的速率為v，那么在t 時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)相當(dāng)于在體積 vtS中的自由電子數(shù)，而體積為vtS的銅的質(zhì)量為 vtS，摩爾數(shù)為 ，所以電量q= ，I= 于是得：v= ，故選D。,3.已知電子的電荷量為e，質(zhì)量為m。氫原子的電子在原子核的靜電力吸引下做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動，則電子運(yùn)動形成的等效電流大小為多少？已知靜電力常量為k。,【解析】截取電子運(yùn)動軌道的任一截面，在電子運(yùn)動 一周的時間T內(nèi)，通過這個橫截面的電荷量q=e，則有 I= 。由庫侖力提供向心力，有 ，得 T= 。由以上兩式得I= 。 答案：,【通法悟道】應(yīng)用公式I= 解題的三個注意點(diǎn) (1)公式I= 中，q是通過橫截面的電荷量，而不是通過單位面積的電荷量。,(2)當(dāng)導(dǎo)體中有正、負(fù)電荷同時向相反的方向定向移動形成電流時，公式中的q應(yīng)為通過導(dǎo)體橫截面的正、負(fù)兩種電荷電荷量絕對值之和。 (3)橫截面的選取是任意的，電流的大小與橫截面無關(guān)。,【課堂小結(jié)】,