高二物理 第2章 第1節(jié) 電源和電流課件 新人教版選修3-1

第二章恒定電流同步導(dǎo)學(xué)方案課后強(qiáng)化演練本章為電學(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(jiǎn)單設(shè)計(jì)等．對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P40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．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．對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P402．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．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

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．教材要點(diǎn)解讀對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P40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．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．

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①它們都是物質(zhì)的一種客觀存在形式，都儲(chǔ)存著電能；②它們對(duì)處于其中的電荷都有靜電力的作用；③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①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；②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；③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)．

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①內(nèi)因：存在自由電荷．②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)殡娏鞯姆较颍僭诮饘賹?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．②電流是標(biāo)量．(4)電流的定義①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．②定義式：I＝q/t.③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＝103

mA＝106

μA.(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.(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)．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?。?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.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10－5

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(chǎng)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(chǎng)，在恒定電場(chǎng)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)形成了電流由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．

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(guó)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(shì)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P42【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?，以區(qū)別于負(fù)電荷的定向移動(dòng)，故B錯(cuò)．在國(guó)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(shì)差是0時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)無電場(chǎng)，電子不能定向移動(dòng)，故電流是0，D正確．【答案】

CD【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(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)殡娏鞯姆较颍?/p>

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

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：B

電流大小的計(jì)算方法 如果導(dǎo)線中的電流為1mA，那么1s內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)是多少？若“220V

60W”的白熾燈正常發(fā)光時(shí)的電流為273mA，則20s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】

6.25×1015

3.4×1019

【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I＝q/t求出電流大?。?/p>

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(cè)得2s內(nèi)有1.0×1018個(gè)Na＋和1.0×1018個(gè)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？解析：NaCl溶液導(dǎo)電是靠自由移動(dòng)的Na＋和Cl－，它們?cè)陔妶?chǎng)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e＝1.6×10－19C，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)，

答案：溶液中的電流大小為0.16A，方向由A指向B.

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(zhǎng)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)體中通過的電流為I.則下列說法中正確的是(

)

【答案】

D【方法總結(jié)】理解I＝nqSv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．

(2013·昆明高二檢測(cè))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．qv

B．q/v

C．qvS

D．qv/S答案：A默讀聯(lián)想記憶對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P431.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P43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：C2．關(guān)于導(dǎo)體中形成恒定電流的恒定電場(chǎng)，下列說法中正確的是(

)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