2020-2021學(xué)年高中物理第3章恒定電流第1節(jié)電流學(xué)案魯科版3-1

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第1節(jié)電流［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.知道產(chǎn)生連續(xù)電流的條件，并能做出微觀講解。(科學(xué)思想)2。認(rèn)識電流速度（傳導(dǎo)速率)，自由電子熱運(yùn)動的平均速率,電子定向搬動速率的差異。(物理看法)3。知道電流的大小、方向和單位，理解電流的定義式I＝錯誤!，并能運(yùn)用它進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算.(物理看法)一、電流的形成1．形成電流的條件：（1）自由電荷；（2)電壓。2．形成連續(xù)電流的條件：導(dǎo)體兩端有連續(xù)電壓。二、電流的速度1．電流的速度：等于電場的流傳速度，它等于83.0×10m/s.2．自由電子的運(yùn)動速率：常溫下，金屬內(nèi)的自由電子以105m/s的平均速率在無規(guī)則的運(yùn)動。3．電子定向搬動的速率:數(shù)量級大體是10－5m/s，被形象地稱為“電子漂移”。三、電流的方向-1-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精1．電流的方向：正電荷的定向搬動的方向規(guī)定為電流的方向。2．在電源外面的電路中電流的方向：從電源正極流向負(fù)極;在電源內(nèi)部的電路中電流的方向:從電源負(fù)極流向正極。四、電流的大小和單位1．定義：在單位時間內(nèi)經(jīng)過導(dǎo)體任一橫截面的電荷量稱為電流。2．定義式:I＝錯誤!。3．單位：國際單位為安培，符號為A；常用單位有mA、μA，36換算關(guān)系為1A＝10mA＝10μA。恒定電流:方向和強(qiáng)弱都不隨時間改變的電流叫作恒定電流。1．思慮判斷（正確的打“√"，錯誤的打“×”)（1）加上電壓后，導(dǎo)體中的電場是以光速流傳的。（√）(2）導(dǎo)體中的自由電荷是在導(dǎo)體中的電場施加的電場力作用下做定向搬動的。（√）(3)電流既有大小又有方向，是矢量。(×）［提示］電流是標(biāo)量.(4)由I＝錯誤!可知，I與q成正比。(×)[提示]I與q、t沒關(guān)。-2-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2．關(guān)于電流的方向，以下表達(dá)中正確的選項(xiàng)是（)．金屬導(dǎo)體中電流的方向即自由電子定向搬動的方向B。在電解質(zhì)溶液中有自由搬動的正離子和負(fù)離子,電流方向不能夠確定C．不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向搬動的方向D．電流的方向有時與正電荷定向搬動的方向相同，有時與負(fù)電荷定向搬動的方向相同［電流的方向規(guī)定為正電荷定向搬動的方向，與電子定向搬動的方向相反，A、D錯誤,C正確；在電解質(zhì)溶液中正離子和負(fù)離子定向搬動形成電流的方向是相同的，都和正離子定向搬動的方向相同，故B錯誤.］q3．（多項(xiàng)選擇）以下對公式I＝t的理解正確的選項(xiàng)是( )A．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B．電路中的電流越大，表示經(jīng)過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多C．導(dǎo)體的通電時間越短，則形成的電流越大．在相同時間內(nèi)，經(jīng)過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電-3-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精流就越大AD[在國際單位制中，共有七個基本物理量，電流是其中之,A正確;電流是單位時間內(nèi)流過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量的多少，則B、C錯誤，D正確.］電流的理解與計(jì)算1。電流形成的條件(1)回路中存在自由電荷是形成電流的條件。2)電壓也是導(dǎo)體中形成電流的條件。3)導(dǎo)體兩端有連續(xù)電壓是導(dǎo)體中形成連續(xù)電流的條件。2．對I＝錯誤!的理解電流定義式電流方向1)I＝錯誤!是單位時間內(nèi)經(jīng)過導(dǎo)體橫截面電流方向與正電荷定向的電荷量，橫截面是整個導(dǎo)體的橫截面，搬動方向相同，和負(fù)電不是單位截面積荷定向搬動方向相反2)當(dāng)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時，q為經(jīng)過某一橫(金屬導(dǎo)體中電流的方截面的正、負(fù)電荷量絕對值之和向與自由電子定向搬動-4-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精(3)I與q、t均沒關(guān)方向相反)【例1】在某種帶有一價離子的水溶液中,正、負(fù)離子在定向移動，方向以下列圖。若是測得2s內(nèi)分別有1.0×1018個正離子和1。18個負(fù)離子經(jīng)過溶液內(nèi)部的橫截面M，則溶液中電流的方向如0×10何?電流多大?思路點(diǎn)撥：錯誤!―→錯誤!―→錯誤!［剖析］水溶液中導(dǎo)電的是自由搬動的正、負(fù)離子，它們在電場的作用下向相反方向定向搬動。電學(xué)中規(guī)定，電流的方向?yàn)檎姾啥ㄏ虬釀拥姆较颍虼巳芤褐须娏鞯姆较蚺c正離子定向搬動的方向相同,即由A指向B。e－19每個離子的電荷量是＝1.60×10C.該水溶液導(dǎo)電時負(fù)離子由B向A運(yùn)動，負(fù)離子的定向搬動能夠等效看作是正離子反方向的定向搬動。因此，一準(zhǔn)時間內(nèi)經(jīng)過橫截面M的電荷量應(yīng)該是正、負(fù)兩種離子電荷量的絕對值之和。qI＝t＝錯誤!＝錯誤!A-5-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精＋錯誤!A＝0.16A。[答案]由A指向B0。16A應(yīng)用公式I＝錯誤!需注意的三個問題(1)公式I＝錯誤!反響的是在時間t內(nèi)電流的平均值,對恒定電流來說，平均值等于瞬市價。（2）計(jì)算電流大小時，要注意經(jīng)過截面的電荷量的計(jì)算(q、q1、q2均表示電荷量的絕對值），常有的情況有以下兩種：①同種電荷同向經(jīng)過某一截面時，電荷量q＝q1＋q2。②異種電荷反向經(jīng)過某一截面時，若q1為正電荷，q2為負(fù)電荷，電荷量q＝q1＋|q2|。3）電解液導(dǎo)電時,在時間t內(nèi)，有m個a價正離子經(jīng)過溶液內(nèi)截面S，有n個b價負(fù)離子經(jīng)過溶液內(nèi)截面S,則電流的大小I＝｜（ma＋nb）e｜t

.[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．安培提出了出名的分子電流假說，依照這一假說，電子繞核-6-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精的運(yùn)動可等效為環(huán)形電流。設(shè)電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時針方向做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動，關(guān)于該環(huán)形電流的說法，正確的選項(xiàng)是(）A．電流大小為錯誤!，電流方向?yàn)轫槙r針B．電流大小為錯誤!，電流方向?yàn)轫槙r針veC．電流大小為2πr,電流方向?yàn)槟鏁r針D．電流大小為錯誤!,電流方向?yàn)槟鏁r針［電流大小I＝錯誤!＝錯誤!＝錯誤!,方向與電子運(yùn)動的方向相反,即沿逆時針方向，選項(xiàng)C正確。］三種速率及電流強(qiáng)度的微觀表達(dá)式1.三種速率的理解電子定向搬動電子熱運(yùn)動的速的速率率電流傳導(dǎo)的速率電流就是由電構(gòu)成導(dǎo)體的電子等于光速,閉合開關(guān)物理的瞬時,電路中各處荷的定向搬動在不停地做無規(guī)意義形成的，電流I則熱運(yùn)動，由于以真空中光速c建立-7-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精neSv，其中v熱運(yùn)動向各個方恒定電場，在恒定電就是電子定向向運(yùn)動的機(jī)遇相場的作用下,電路中搬動的速率，一等，故不能夠形成各處的自由電子幾般為10－5m/s電流,常溫下電子乎同時開始定向移的數(shù)量級熱運(yùn)動的速率數(shù)動,整個電路也幾乎量級為105m/s同時形成了電流大小10－5m/s105m/s3×108m/s2。電流強(qiáng)度的微觀表達(dá)式1）建立模型：以下列圖，導(dǎo)體長為l,兩端加必然的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向搬動的速率為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.（2）理論推導(dǎo)：AD導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù)：N＝nlS?？傠姾闪縌＝Nq＝nlSq。所有這些電荷都經(jīng)過橫截面D所需要的時間：t＝錯誤!。依照公式I＝錯誤!可得：導(dǎo)體AD中的電流：I＝錯誤!＝錯誤!＝nqSv。（3)結(jié)論：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-8-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精數(shù)、每個自由電荷的電荷量、定向搬動速率的大小,還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)?！纠?】一段粗細(xì)平均的銅導(dǎo)線的橫截面積是S，導(dǎo)線單位長度內(nèi)的自由電子數(shù)為n，銅導(dǎo)線內(nèi)的自由電子的電荷量為e，自由電子做無規(guī)則熱運(yùn)動的速率為v0,導(dǎo)線中經(jīng)過的電流為I。則以下說法正確的有（)A．自由電子定向搬動的速率為v0B．自由電子定向搬動的速率為v＝錯誤!C．自由電子定向搬動的速率為真空中的光速cD．自由電子定向搬動的速率為v＝錯誤!思路點(diǎn)撥:解此題的要點(diǎn)是理解電流強(qiáng)度的微觀表達(dá)式I＝nqSv中各符號的意義.［v0為電子做無規(guī)則熱運(yùn)動的速率，非定向搬動速率，故A錯誤。關(guān)于電流微觀表達(dá)式I＝nqSv，式中n為單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)，而此題中n為單位長度內(nèi)的自由電子數(shù),t時間內(nèi)經(jīng)過導(dǎo)線某一橫截面的自由電子數(shù)為nvt，電荷量Q＝nvte,因此電流I＝錯誤!＝nev，因此v＝錯誤!，故B、C錯誤，D正確.]-9-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精q電流的兩個公式I＝t和I＝nqSv的差異(1)公式I＝錯誤!是電流的定義式，q是在時間t內(nèi)經(jīng)過橫截面的電荷量，在這里不能夠簡單地認(rèn)為電流q成正比，與t成反比。(2）公式I＝nqSv是電流的決定式，q是每個自由電荷的電荷量，電流的大小由n、q、S、v四者共同決定。錯誤!2．有一條長為L、橫截面積為S的銀導(dǎo)線，銀的密度為ρ，銀的摩爾質(zhì)量為M，阿伏伽德羅常數(shù)為N，若導(dǎo)線中每個銀原子貢獻(xiàn)一個自由電子，電子電荷量為e，自由電子定向搬動的速率為v，經(jīng)過導(dǎo)線的電流為（)A．I＝錯誤!B．I＝ρ錯誤!C．I＝錯誤!D．I＝錯誤![導(dǎo)線中自由電子定向搬動的速率為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VSL＝Svt，質(zhì)量為m＝ρvtS，這段導(dǎo)線中自由電子的數(shù)量為：n＝錯誤!N＝錯誤!N。在t時間內(nèi)這些電子都能經(jīng)過下一截面,則電流為：I＝錯誤!-10-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精＝錯誤!，代入解得I＝錯誤!，應(yīng)選C。］課堂小結(jié)知識脈絡(luò)個看法-—電流個公式——I＝錯誤!、I＝nqSv個速率-—電荷的定向搬動速率電場的傳導(dǎo)速率電荷的熱運(yùn)動速率1．（多項(xiàng)選擇)對電流的理解,以下說法正確的選項(xiàng)是（）A．在電解液中有自由的正離子和負(fù)離子,電流的方向不能夠確定B．關(guān)于導(dǎo)體,只要其兩端電勢差為零,電流也必為零C．經(jīng)過導(dǎo)體橫截面的電荷量的多少就是電流的大小．恒定電流是由恒定電場產(chǎn)生的BD[電流是有方向的，電流的方向是人為規(guī)定的，物理上規(guī)定正電荷定向搬動的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍瑒t負(fù)電荷定向搬動的方向必然與電流的方向相反，則A錯誤；關(guān)于導(dǎo)體,其兩端電勢差為零時，-11-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精導(dǎo)體內(nèi)無電場，自由電子不能夠定向運(yùn)動，故電流為零,B正確；依照電流的看法，電流是單位時間內(nèi)經(jīng)過導(dǎo)體橫截面的電荷量，C錯誤;恒定電流是由導(dǎo)體兩端牢固的電壓形成的,電源的作用就是在導(dǎo)體兩端加上牢固的電壓，從而在導(dǎo)體內(nèi)部形成恒定電場而產(chǎn)生恒定電流，D正確。］2．一個半徑為r的細(xì)橡膠圓環(huán)，平均地帶上電荷量為Q的負(fù)電荷，當(dāng)它以角速度ω繞中心軸線順時針勻速轉(zhuǎn)動時,環(huán)中等效電流的大小為（)A．QB．錯誤!C．錯誤!D．錯誤!C[截取圓環(huán)上任一截面，在橡膠圓環(huán)運(yùn)動一周的時間T內(nèi)，經(jīng)過這個截面的電荷量為Q，則有I＝錯誤!＝錯誤!,又由于T＝錯誤!，所Qω以I＝,故C正確。]2π3．以下列圖，電解池內(nèi)有一價的電解液，時間t內(nèi)經(jīng)過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1，負(fù)離子數(shù)是n2，元電荷為e，以下講解中正確的選項(xiàng)是（）A.正離子定向搬動形成的電流方向從A→B，負(fù)離子定向搬動形-12-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精成的電流方向從B→AB．溶液內(nèi)正、負(fù)離子向相反方向搬動，電流抵消C．溶液內(nèi)電流方向從A→B，電流I＝錯誤!D．溶液內(nèi)電流方向從A→B，電流I＝錯誤![正電荷定向搬動的方向就是電流方向,負(fù)電荷定向搬動的反方向是電流方向，有正、負(fù)電荷反向經(jīng)過同一截面時，公式I＝錯誤!中Q應(yīng)該是正、負(fù)電荷量絕對值之和，故I＝錯誤!,電流方向由A指向B。]4．（多項(xiàng)選擇）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,自由電子定向搬動的速率是v，則在時間t內(nèi)經(jīng)過導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是( )A．nSvtB．nvtC．錯