物理選修人教新課標(biāo) 電源和電流課件

1、1 本章為電學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，它是在初中學(xué)過的電學(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)化以及電路的簡單設(shè)計(jì)等對(duì)應(yīng)學(xué)生用書對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P402 本章的重點(diǎn)是理解電動(dòng)勢、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，理解測量電源電動(dòng)勢和內(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)問題、電路的設(shè)計(jì)等)3 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、伏安法測電阻、電功和電熱等問

2、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題4 本章重點(diǎn)：理解電動(dòng)勢、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，理解測量電源電動(dòng)勢和內(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)問題、電路的設(shè)計(jì)等).5 1.在本章學(xué)習(xí)中要掌握分析解決問題的方法，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

3、和電學(xué)量的轉(zhuǎn)化，以及極限法、賦值法的應(yīng)用技巧等對(duì)應(yīng)學(xué)生用書對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P406 2還要注意用能量的觀點(diǎn)分析問題要從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度去分析和解決問題在純電阻電路中，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)能等另外功率問題、閉合電路歐姆定律的推導(dǎo)等都用到了能量守恒定律7 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8第1節(jié)電源和電流910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)

4、極之間存在一定電勢差的裝置。 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)極間有一定的電勢差，從而保持電路中有持續(xù)電流教 材 要 點(diǎn) 解 讀對(duì)應(yīng)學(xué)生用書對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P4011 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)電荷的過程就是克服靜電力做功的過程，是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程12 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 所以只有電源，電路不閉合也不會(huì)有持續(xù)電流13恒定電場 1形成 導(dǎo)線中的電場是由電源、導(dǎo)線等電路元

5、件所積累的電荷共同形成的合電場 2特點(diǎn) 導(dǎo)線內(nèi)的電場線和導(dǎo)線平行；電荷的分布是穩(wěn)定的；導(dǎo)線內(nèi)的電場是沿導(dǎo)線切線方向的穩(wěn)定電場 14 3恒定電場與靜電場的關(guān)系 在恒定電場中，任何位置的電場強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化，其基本性質(zhì)與靜電場相同在靜電場中所學(xué)的電勢、電勢差及其與電場強(qiáng)度的關(guān)系，在恒定電場中同樣適用15 (1)兩種電場的共性 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； 在這兩種電場中移動(dòng)電荷時(shí)相應(yīng)的靜電力一般都要做功16 (2)兩種電場的區(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的建立只需要有電荷存在； 靜電平衡狀態(tài)下

6、的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零，而在穩(wěn)恒電流條件下導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)不為零； 在一般情況下，靜電場的電場線并不是電荷運(yùn)動(dòng)的軌跡線，但是導(dǎo)體中恒定電場的電場線就是電荷運(yùn)動(dòng)的軌跡線17 (1)產(chǎn)生恒定電流的電路中的電場是合電場(E)，它由兩部分組成：一是電源的電場(E0)；二是導(dǎo)線兩側(cè)的堆積電荷的電場(E) (2)恒定電流電路中的電場是穩(wěn)定電場，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)為恒定電場是勻強(qiáng)電場18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

7、勢差 導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流 19 (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20 (4)電流的定義 定義：通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q與通過這些電荷量所用時(shí)間t的比值 定義式：Iq/t. 單位：在國際單位制中，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，1 A103 mA106 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21222324 2電流的微觀

8、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.2526 (3)結(jié)論：由此可見，從微觀上看，電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個(gè)自由電荷的電荷量、定向移動(dòng)速率的大小，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)27 使用公式InqSv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)若已知單位長度的自由電荷數(shù)為n，則電流的微觀

9、表達(dá)式為Inqv.28 3.導(dǎo)體內(nèi)三種速率的比較 電流微觀表達(dá)式為InqSv，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.29自由電荷定向移動(dòng)速率自由電荷定向移動(dòng)形成電流，其中電荷定向移動(dòng)的速率一般為105 m/s的數(shù)量級(jí)無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)速率導(dǎo)體中的自由電子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，由于沿各個(gè)方向無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相等，故不能形成電流常溫下自由電子熱運(yùn)動(dòng)的速率的數(shù)量級(jí)為105 m/s電場傳播速率(或電流傳導(dǎo)速率)等于光速，閉合開關(guān)的瞬間，電路中各處以真空中的光速c形成恒定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)開始定向移動(dòng)，整個(gè)電路也幾乎同時(shí)形成

10、了電流30 由InqSv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31對(duì)電流的理解與辨析 關(guān)于電流的概念，下列說法中正確的有() A導(dǎo)體中有電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流 B電流是一個(gè)矢量，其方向就是正電荷定向移動(dòng)的方向 C在國際單位制中，電流是一個(gè)基本物理量，其單位安培是基本單位 D對(duì)于導(dǎo)體，只要其兩端電勢差為零，電流也必為零解 題 方 法 指 導(dǎo)對(duì)應(yīng)學(xué)生用書對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P4232 【解析】導(dǎo)體中有大量的自由電子，總在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，沒有定向運(yùn)動(dòng)，在一段時(shí)間t內(nèi)，通過導(dǎo)體某一截面的電荷是雙向的，其數(shù)值又是相等的，電流是0，故A錯(cuò)電流是一個(gè)標(biāo)量，因?yàn)槠溥\(yùn)算不符合矢量

11、運(yùn)算法則為了便于研究電流，人們規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯恼较颍詤^(qū)別于負(fù)電荷的定向移動(dòng)，故B錯(cuò)在國際單位制中，共有七個(gè)基本量，電流是其中之一，故C正確對(duì)于導(dǎo)體，其兩端電勢差是0時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)無電場，電子不能定向移動(dòng)，故電流是0，D正確 【答案】CD33 【方法總結(jié)】 (1)導(dǎo)體內(nèi)電荷的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)與電荷的定向移動(dòng)不是一回事，導(dǎo)體兩端存在電勢差時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的電荷才會(huì)定向移動(dòng)，但電荷的無規(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?4以下說法正確的是() 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

12、由電子在導(dǎo)體內(nèi)的電場作用下形成的 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 35 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，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將在電場力作用下定向移動(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)并沒有消失，其實(shí)電子仍然做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，D不對(duì) 答案：B36電流大小的計(jì)算方法 如果導(dǎo)線中的電流為1 mA，那么1 s內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)是多少？若“220 V60W”的白熾燈正常發(fā)

13、光時(shí)的電流為273 mA，則20 s內(nèi)通過燈絲的橫截面的電子數(shù)目是多少個(gè)？ 【分析】根據(jù)公式qIt計(jì)算，注意單位的統(tǒng)一，記住每個(gè)電子所帶電荷量e1.61019 C.37【答案答案】6.2510153.41019 38 【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)通過某一橫截面的電荷量q.注意若有正、負(fù)電荷同時(shí)通過某一橫截面時(shí)，那么在一段時(shí)間內(nèi)通過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Iq/t求出電流大小39 如圖所示，在NaCl溶液中，正、負(fù)電荷定向移動(dòng)，方向如圖所示，若測得2 s內(nèi)有1.01018個(gè)Na和1.01018個(gè)Cl通過

14、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？40 解析：NaCl溶液導(dǎo)電是靠自由移動(dòng)的Na和Cl，它們在電場力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)因?yàn)殡娏鞣较蛞?guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向，故溶液中電流方向與Na定向移動(dòng)方向相同，即由A指向B. Na和Cl都是一價(jià)離子，每個(gè)離子的電荷量為e1.61019 C，NaCl溶液導(dǎo)電時(shí)，Na由A向B定向移動(dòng)，Cl由B向A運(yùn)動(dòng)， 41 答案：溶液中的電流大小為0.16 A，方向由A指向B.42電流的微觀計(jì)算方法 一段粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體的橫截面積是S，導(dǎo)體單位長度內(nèi)的自由電子數(shù)為n，金屬內(nèi)的1個(gè)自由電子所帶的電荷量為e，自由電子做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率為v0，導(dǎo)體中

15、通過的電流為I.則下列說法中正確的是() 43【答案答案】D 44 【方法總結(jié)】 理解InqSv各物理量的含義是解決此類問題的關(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45(2013昆明高二檢測)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(yùn)動(dòng)時(shí)，由于棒運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流大小為() AqvBq/v CqvSDqv/S46答案：答案：A 47默 讀 聯(lián) 想 記 憶對(duì)應(yīng)學(xué)生用書對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P434849 1.關(guān)于電源的作用，下列說法正確的是() A電源的作用是為電路持

16、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)起來課 堂 鞏 固 訓(xùn) 練對(duì)應(yīng)學(xué)生用書對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P4350 解析：電源是提供能量的裝置，電源供電的過程就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程，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：C51 2關(guān)于導(dǎo)體中形成恒定電流的恒定電場，下列說法中正確的是() A導(dǎo)體中的電場是由電源兩極電荷在空間直接形成的 B導(dǎo)體中的電場是導(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)場強(qiáng)為零 D導(dǎo)體中的電場分布不隨時(shí)間變化52 解析：有恒定電流時(shí)，導(dǎo)體中的電場是由電源電場和導(dǎo)體側(cè)面堆積電荷形成的電場疊加而成的，故A、B錯(cuò)導(dǎo)體內(nèi)電場不為零，不是靜電平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)導(dǎo)體中的電場是恒定電場，電荷分布不隨時(shí)間變化，故D正確 答案：D53 3(2013運(yùn)城高二檢測)某一探測器因射線照射