高中物理 第2章 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 教材分析本章為電學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí) 它是在初中學(xué)過(guò)的電學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上 進(jìn)行加深和拓展 主要討論了電源的作用 電路的組成結(jié)構(gòu) 電流 電壓和功率的分配 電路中的能量轉(zhuǎn)化以及電路的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)等 全章綜合解說(shuō) 本章的重點(diǎn)是理解電動(dòng)勢(shì) 路端電壓和內(nèi)電壓的關(guān)系 理解閉合電路歐姆定律的內(nèi)容和表達(dá)式 電路的分析和計(jì)算 理解測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法 難點(diǎn)是負(fù)載對(duì)電源輸出功率的影響 電路的設(shè)計(jì)以及電阻測(cè)量等電學(xué)實(shí)驗(yàn) 包括靈活應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的基本方法和技能解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題 電路的設(shè)計(jì)等 本章內(nèi)容可分為三部分 第一部分以部分電路歐姆定律為中心 主要研究直流電路的基本參量 串并聯(lián)電路的規(guī)律 伏安法測(cè)電阻 電功和電熱等問(wèn)題 第二部分以閉合電路的歐姆定律為中心 主要研究了電源的作用 閉合電路中功率的分配和能量轉(zhuǎn)化關(guān)系 電路的分析和計(jì)算等問(wèn)題 第三部分以電流表 電壓表 滑動(dòng)變阻器的使用為中心 結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn) 研究了儀器的選擇和使用 數(shù)據(jù)的處理和誤差分析等問(wèn)題 重點(diǎn)難點(diǎn)本章重點(diǎn) 理解電動(dòng)勢(shì) 路端電壓和內(nèi)電壓的關(guān)系 理解閉合電路歐姆定律的內(nèi)容和表達(dá)式 電路的分析和計(jì)算 理解測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法 本章難點(diǎn) 負(fù)載對(duì)電源輸出功率的影響 電路的設(shè)計(jì)以及電阻測(cè)量等電學(xué)實(shí)驗(yàn) 包括靈活應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的基本方法和技能解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題 電路的設(shè)計(jì)等 1 在本章學(xué)習(xí)中要掌握分析解決問(wèn)題的方法 比如動(dòng)態(tài)分析法 等效法的應(yīng)用 模型的轉(zhuǎn)化 非電學(xué)量和電學(xué)量的轉(zhuǎn)化 以及極限法 賦值法的應(yīng)用技巧等 2 還要注意用能量的觀點(diǎn)分析問(wèn)題 要從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度去分析和解決問(wèn)題 在純電阻電路中 電路消耗的電能只能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 如果是非純電阻電路 電能大部分要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能等 另外功率問(wèn)題 閉合電路歐姆定律的推導(dǎo)等都用到了能量守恒定律 學(xué)習(xí)方法指導(dǎo) 3 對(duì)于有關(guān)的電學(xué)實(shí)驗(yàn) 要從基本原理 基本方法入手 循序漸進(jìn) 逐步掌握 對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn) 都要從實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)步驟 注意事項(xiàng) 數(shù)據(jù)處理和誤差分析等方面去分析 還要注意重要儀器的使用方法和讀數(shù)規(guī)則等 第1節(jié)電源和電流 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(chǎng) 初步體會(huì)動(dòng)態(tài)平衡的思想 2 理解電流的定義 知道電流的單位 電流的方向規(guī)定 理解恒定電流的特點(diǎn) 3 經(jīng)歷金屬導(dǎo)體內(nèi)自由電子定向移動(dòng)速率的推導(dǎo)過(guò)程 從微觀的角度理解導(dǎo)體中電荷的定向移動(dòng)與電流之間的關(guān)系 要點(diǎn)一電源1 電源的定義電源是不斷把負(fù)電荷從正極搬運(yùn)到負(fù)極從而維持正負(fù)極之間存在一定電勢(shì)差的裝置 2 電源的作用 1 從電荷移動(dòng)角度看電源的作用就是移送電荷 維持電源正 負(fù)極間有一定的電勢(shì)差 從而保持電路中有持續(xù)電流 電源在內(nèi)部能把電子從正極A搬運(yùn)到負(fù)極B 如圖所示 2 從能量轉(zhuǎn)化的角度看搬運(yùn)電荷的過(guò)程就是克服靜電力做功的過(guò)程 是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程 有電源不一定得到持續(xù)的電流 要得到持續(xù)的電流需要同時(shí)滿足兩個(gè)條件 1 電路中有電源 2 電路還必須是閉合的 即必須用導(dǎo)體將電源連接起來(lái) 所以只有電源 電路不閉合也不會(huì)有持續(xù)電流 要點(diǎn)二恒定電場(chǎng)1 形成導(dǎo)線中的電場(chǎng)是由電源 導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的合電場(chǎng) 2 特點(diǎn)導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線和導(dǎo)線平行 電荷的分布是穩(wěn)定的 導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)是沿導(dǎo)線切線方向的穩(wěn)定電場(chǎng) 3 恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的關(guān)系在恒定電場(chǎng)中 任何位置的電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化 其基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同 在靜電場(chǎng)中所學(xué)的電勢(shì) 電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 在恒定電場(chǎng)中同樣適用 1 兩種電場(chǎng)的共性 它們都是物質(zhì)的一種客觀存在形式 都儲(chǔ)存著電能 它們對(duì)處于其中的電荷都有靜電力的作用 在這兩種電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)相應(yīng)的靜電力一般都要做功 2 兩種電場(chǎng)的區(qū)別 導(dǎo)體中要建立穩(wěn)恒電流就必須將導(dǎo)體與電源相連接 形成一閉合的回路 而靜電場(chǎng)的建立只需要有電荷存在 靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零 而在穩(wěn)恒電流條件下導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不為零 在一般情況下 靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線并不是電荷運(yùn)動(dòng)的軌跡線 但是導(dǎo)體中恒定電場(chǎng)的電場(chǎng)線就是電荷運(yùn)動(dòng)的軌跡線 1 產(chǎn)生恒定電流的電路中的電場(chǎng)是合電場(chǎng) E 它由兩部分組成 一是電源的電場(chǎng) E0 二是導(dǎo)線兩側(cè)的堆積電荷的電場(chǎng) E 2 恒定電流電路中的電場(chǎng)是穩(wěn)定電場(chǎng) 即電路中的電荷分布是穩(wěn)定的 但不是靜態(tài)的絕對(duì)穩(wěn)定 而是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 就電路中任一微元來(lái)講 流走多少電荷 就補(bǔ)充等量的電荷 所以不能認(rèn)為恒定電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng) 要點(diǎn)三恒定電流1 電流 1 電流的形成 電荷的定向移動(dòng)形成電流 2 產(chǎn)生電流的條件 內(nèi)因 存在自由電荷 外因 導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差 導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí) 導(dǎo)體內(nèi)建立了電場(chǎng) 導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力作用下發(fā)生定向移動(dòng) 形成電流 3 電流的方向 人們規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?在金屬導(dǎo)體中 電流的方向與自由電子的定向移動(dòng)方向相反 在電解液中 電流的方向與正離子定向移動(dòng)方向相同 與負(fù)離子定向移動(dòng)方向相反 電流是標(biāo)量 4 電流的定義 定義 通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量q與通過(guò)這些電荷量所用時(shí)間t的比值 定義式 I q t 單位 在國(guó)際單位制中 電流的單位是安培 符號(hào)是A 通常用的單位還有毫安 微安 1A 103mA 106 A 5 恒定電流 大小方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流 2 電流的微觀表達(dá)式 1 建立模型 如圖所示 AD表示粗細(xì)均勻的一段長(zhǎng)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(dòng)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(gè)自由電荷的電荷量為q 使用公式I nqSv計(jì)算時(shí) 一定要注意以下幾點(diǎn) 1 各個(gè)物理量都要用國(guó)際單位 2 正確理解各符號(hào)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(dòng)速度的大小 3 若已知單位長(zhǎng)度的自由電荷數(shù)為n 則電流的微觀表達(dá)式為I nqv 3 導(dǎo)體內(nèi)三種速率的比較電流微觀表達(dá)式為I nqSv 其中v表示電荷定向移動(dòng)的速率 實(shí)際上電荷的運(yùn)動(dòng)存在三種速率 下面對(duì)電荷的三種速率進(jìn)行區(qū)別 由I nqSv可以看出 同一段導(dǎo)體 橫截面積越大的位置 自由電荷定向移動(dòng)的速率越小 如圖所示 2014 楊浦區(qū)一模 下列說(shuō)法中正確的是 A 電流的方向就是電荷移動(dòng)的方向B 在直流電源的外電路上 電流的方向是從電源正極流向負(fù)極C 電流都是由電子的移動(dòng)形成的D 電流是有方向的量 所以是矢量 解析 正電荷移動(dòng)的方向是電流的方向 負(fù)電荷移動(dòng)的方向是電流的反方向 故A選項(xiàng)錯(cuò)誤 在直流電源的外電路上 電流從電源的正極流向負(fù)極 內(nèi)電路從負(fù)極流向正極 故B選項(xiàng)正確 導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)形成電流 不一定是電子 C選項(xiàng)錯(cuò)誤 電流有方向但是標(biāo)量 D選項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 B 方法總結(jié) 1 導(dǎo)體內(nèi)電荷的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)與電荷的定向移動(dòng)不是一回事 導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差時(shí) 導(dǎo)體內(nèi)的電荷才會(huì)定向移動(dòng) 但電荷的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)是不需要條件的 2 電流是描述電流強(qiáng)弱的物理量 它有方向但為標(biāo)量 習(xí)慣上規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?以下說(shuō)法正確的是 A 只要有可以自由移動(dòng)的電荷 就能存在持續(xù)電流B 金屬導(dǎo)體內(nèi)的持續(xù)電流是自由電子在導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)作用下形成的C 電流的傳導(dǎo)速率就是導(dǎo)體內(nèi)自由電子的定向移動(dòng)速率D 在金屬導(dǎo)體內(nèi)當(dāng)自由電子定向移動(dòng)時(shí) 它們的熱運(yùn)動(dòng)就消失了 變式訓(xùn)練1 1 解析 要有持續(xù)電流必須有持續(xù)的電壓 A不對(duì) 導(dǎo)體中形成電流的原因是導(dǎo)體兩端加上電壓 于是在導(dǎo)體內(nèi)形成了電場(chǎng) 導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng) 形成電流 B正確 電流的傳導(dǎo)速度等于光速 電子定向移動(dòng)的速率很小 C不對(duì) 在形成電流時(shí)電子定向移動(dòng) 但是熱運(yùn)動(dòng)并沒(méi)有消失 其實(shí)電子仍然做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng) D不對(duì) 答案 B 如果導(dǎo)線中的電流為1mA 那么1s內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)是多少 若 220V60W 的白熾燈正常發(fā)光時(shí)的電流為273mA 則20s內(nèi)通過(guò)燈絲的橫截面的電子數(shù)目是多少個(gè) 分析 根據(jù)公式q It計(jì)算 注意單位的統(tǒng)一 記住每個(gè)電子所帶電荷量e 1 6 10 19C 答案 6 25 10153 4 1019 方法總結(jié) 1 認(rèn)真審題 明確導(dǎo)電的是什么粒子 2 由題設(shè)條件求出時(shí)間t內(nèi)通過(guò)某一橫截面的電荷量q 注意若有正 負(fù)電荷同時(shí)通過(guò)某一橫截面時(shí) 那么在一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)這一橫截面的電荷量等于正 負(fù)電荷電荷量的絕對(duì)值之和 3 由定義式I q t求出電流大小 如圖所示 在1價(jià)離子的電解質(zhì)溶液內(nèi)插有兩根碳棒A和B作為電極 將它們接在直流電源上 于是溶液里就有電流通過(guò) 若在t秒內(nèi) 通過(guò)溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)為n1 通過(guò)的負(fù)離子數(shù)為n2 設(shè)基本電荷為e 則以下說(shuō)法中正確的是 變式訓(xùn)練2 1 答案 D 答案 B 方法總結(jié) 理解I nqSv各物理量的含義是解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵 n為單位體積內(nèi)自由電荷的個(gè)數(shù) v為導(dǎo)體中的自由電荷定向移動(dòng)的速率 S為導(dǎo)體的橫截面積 q為每個(gè)自由電荷的電荷量 一根橫截面積為S的均勻長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)時(shí) 由于棒運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流大小為 A qvB q vC qvSD qv S 變式訓(xùn)練3 1 答案 A 1 關(guān)于電源的作用 下列說(shuō)法正確的是 A 電源的作用是為電路持續(xù)地提供自由電荷B 電源的作用是能直接釋放電能C 電源的作用就是保持導(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(dòng)起來(lái) 解析 電源是提供能量的裝置 電源供電的過(guò)程就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程 故A B錯(cuò)誤 電源能使導(dǎo)體兩端保持穩(wěn)定的電壓 從而使導(dǎo)體中保持持續(xù)的電流 故C正確 D錯(cuò)誤 答案 C 2 關(guān)于導(dǎo)體中形成恒定電流的恒定電場(chǎng) 下列說(shuō)法中正確的是 A 導(dǎo)體中的電場(chǎng)是由電源兩極電荷在空間直接形成的B 導(dǎo)體中的電場(chǎng)是導(dǎo)體內(nèi)自由電荷形成的C 由于處于靜電平衡狀態(tài) 導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零D 導(dǎo)體中的電場(chǎng)分布不隨時(shí)間變化 解析 有恒定電流時(shí) 導(dǎo)體中的電場(chǎng)是由電源電場(chǎng)和導(dǎo)體側(cè)面堆積電荷形成的電場(chǎng)疊加而成的 故A B錯(cuò) 導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)不為零 不是靜電平衡狀態(tài) 故C錯(cuò) 導(dǎo)體中的電場(chǎng)是恒定電場(chǎng) 電荷分布不隨時(shí)間變化 故D正確 答案 D 3 某一探測(cè)器因射線照射 內(nèi)部氣體電離 在時(shí)間t內(nèi)有n個(gè)二價(jià)正離子經(jīng)過(guò)某一截面 同時(shí)有2n個(gè)電子也經(jīng)過(guò)該截面 則探測(cè)器電路中的電流為 A 0B 2ne tC 3ne tD 4ne t答案 D 4 某次閃電持續(xù)的時(shí)間為0 005s 所形成的平均電流約為6 104A 若閃電過(guò)程中定向移動(dòng)的電荷量以0 5A的電流通過(guò)電燈 求可供燈照明的時(shí)間 答案 600s