高中物理人教版1第三章磁場 2023版第2章1電源和電流

1電源和電流學習目標知識脈絡1.了解電流的形成，知道電源的作用和導體中的恒定電場．2．知道電流的定義及單位、方向的規(guī)定，理解恒定電流．(重點)3．理解電流形成的微觀實質(zhì)．(難點)電源和恒定電場eq\o([先填空])1．電源2．恒定的電場(1)定義：由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場．(2)形成：連接A、B導體的導線內(nèi)的電場是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的．(3)特點：任何位置的電荷分布和電場強度都不會隨時間變化，基本性質(zhì)與靜電場相同．(4)適用規(guī)律：在靜電場中所講的電勢、電勢差及其與電場強度的關系同樣適用于恒定電場．eq\o([再判斷])1．恒定電場與靜電場基本性質(zhì)相同，兩者沒有區(qū)別．(×)2．電路中有電流時，電場的分布就會隨時間不斷地變化．(×)3．電源的作用就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．(√)4．恒定電場的電場強度不變化，一定是勻強電場．(×)eq\o([后思考])恒定電場就是靜電場，對嗎？【提示】靜電場是靜電荷產(chǎn)生的電場，而恒定電場是由電源、導線等電路元件累積電荷形成的電場，但二者基本性質(zhì)相同．eq\o([合作探討])如圖2-1-1所示，電閃雷鳴時，強大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光．圖2-1-1探討1：電閃雷鳴時，耀眼的閃光為什么只持續(xù)一瞬間？【提示】因為云層與大地或云層之間的電壓在電閃瞬間減小，不能再維持強大電流的存在．探討2：電閃雷鳴過程中發(fā)生怎樣的能量轉(zhuǎn)化？【提示】電能轉(zhuǎn)化為光能、熱能等．eq\o([核心點擊])1．電源的作用(1)從電荷轉(zhuǎn)移的角度看，電源的作用是使電路中的自由電荷持續(xù)地定向移動．(2)從能量轉(zhuǎn)化的角度看，搬運電荷的過程是非靜電力做功的過程，從而將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．2．形成電流的三種電荷形成電流的三種電荷為自由電子、正離子和負離子，其中金屬導體導電時定向移動的電荷是自由電子，液體導電時定向移動的電荷有正離子和負離子，氣體導電時定向移動的電荷有自由電子、正離子和負離子．1．關于電流，下列敘述正確的是()A．只要將導體置于電場中，導體內(nèi)就有持續(xù)電流B．電源的作用可以使電路中有持續(xù)電流C．導體內(nèi)沒有電流時，就說明導體內(nèi)部的電荷沒有移動D．持續(xù)電流是由靜電場產(chǎn)生的【解析】電流在形成時有瞬時電流和恒定電流，瞬時電流是電荷的瞬時移動形成的，而持續(xù)電流是導體兩端有穩(wěn)定的電場形成的，電源的作用就是在導體兩端加上穩(wěn)定的電壓，從而在導體內(nèi)部出現(xiàn)穩(wěn)定的電場，可見本題答案應選B.【答案】B2．(多選)在由電源、導線等電路元件所組成的電路中，以下說法正確的是()【導學號：34522023】A．導線中的電場強度處處為零B．導線中的電場強度方向跟導線方向平行C．導線處于靜電平衡狀態(tài)D．導線內(nèi)沿電流方向各點的電勢逐漸降低【解析】在電源和導線中感應電荷的共同作用下，垂直導線方向的電場相互抵消，在導體中形成了沿導線方向的電場，即導線中的電場強度方向跟導線方向平行，B正確，A錯誤；導體內(nèi)有電場，說明導體不是靜電平衡狀態(tài)，C錯誤；沿電場方向電勢逐漸降低，電場方向就是正電荷的受力方向，也就是電流的方向，即導線內(nèi)沿電流方向各點的電勢逐漸降低，D正確．【答案】BD電路中有持續(xù)電流的兩個條件(1)電路中有電源．(2)電路還必須是閉合的，即必須用導體將電源連接起來．恒定電流eq\o([先填空])1．電流概念(1)概念：電荷的定向移動形成電流．(2)物理意義：反映了電流的強弱程度．(3)符號及單位：符號是I，單位有安培、毫安、微安(單位符號分別為A、mA、μA)．(4)表達式：I＝eq\f(q,t).(5)電流的方向：規(guī)定正電荷定向移動方向或負電荷定向移動的反方向為電流方向．2．恒定電流大小和方向都不隨時間變化的電流．eq\o([再判斷])1．電流既有大小，又有方向，是矢量．(×)2．電流越大，單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量就越多．(√)3．導體中的電流，實際是正電荷的定向移動形成的．(×)eq\o([后思考])有同學認為“只有導體中才可有電流”，談一談你的認識．【提示】電荷定向移動形成電流，不論是導體內(nèi)還是其他空間，只要有電荷定向移動就可形成電流，如氫原子中核外電子做勻速圓周運動時，形成了一環(huán)形電流等．eq\o([合作探討])如圖2-1-2所示，把電源用導線連接在插入食鹽水中的兩個金屬電極上，電路中形成電流．圖2-1-2探討1：鹽水中的電流和金屬導線中的電流形成機制有什么不同？【提示】鹽水中的電流是Cl－離子和Na＋離子同時反向定向移動形成的，金屬導線中的電流是自由電子定向移動形成的．探討2：鹽水中的電流沿什么方向？【提示】左．探討3：假設ts內(nèi)有N個Cl－和N個Na＋通過圖中虛面，則電路中的電流多大？【提示】I＝eq\f(2Ne,t).eq\o([核心點擊])1．理解電流概念注意的四個要點(1)公式I＝eq\f(q,t)中，q是通過導體橫截面的電荷量，而不是通過導體單位橫截面積的電荷量．(2)當導體中有正、負電荷同時向相反方向定向移動形成電流時，公式中的q應為通過導體橫截面的正、負兩種電荷電荷量的絕對值之和．(3)橫截面的選取是任意的，電流的大小與橫截面無關．(4)電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向，它與負電荷定向移動的方向相反．在電源外部的電路中，電流的方向是從電源的正極流向負極；在電源的內(nèi)部，電流是從電源的負極流向正極．電流雖然有大小和方向，但電流是標量，而不是矢量．因此電流的合成不遵循平行四邊形定則．2．電流的微觀表達式I＝nqSv(1)建立模型如圖2-1-3所示，AB表示粗細均勻的一段導體，兩端加一定的電壓，導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率為v.設導體的長度為L，橫截面積為S，導體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q.圖2-1-3(2)理論推導導體AB中的自由電荷總數(shù)N＝nLS總電荷量Q＝Nq＝nLSq所有這些電荷都通過導體橫截面所需要的時間t＝eq\f(L,v)根據(jù)公式I＝eq\f(q,t)可得，導體AB中的電流I＝eq\f(Q,t)＝eq\f(nLSq,\f(L,v))＝nqSv.(3)結(jié)論由此可見，從微觀上看，電流決定于導體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、自由電荷的電荷量、自由電荷定向移動的速率以及導體的橫截面積．3．三種速率的區(qū)別電子定向移動的速率電子熱運動的速率電流傳導的速率物理意義電流是由電荷的定向移動形成的，電流I＝nqSv，其中v就是電子定向移動的速率.構成導體的電子在不停地做無規(guī)則熱運動，由于熱運動向各個方向運動的機會相等，故不能形成電流.閉合開關的瞬間，電路中各處以光速c建立恒定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向移動，整個電路也幾乎同時形成了電流大小10－5m1053×1083．銅的相對原子質(zhì)量為m，密度為ρ，每摩爾銅原子有n個自由電子，今有一根橫截面積為S的銅導線，當通過的電流為I時，電子平均定向移動的速率為()【導學號：34522023】A．光速c \f(I,neS)\f(ρI,neSm) \f(mI,neSρ)【解析】假設電子定向移動的速率為v，那么在t時間內(nèi)通過導體橫截面的自由電子數(shù)相當于在體積vtS中的自由電子數(shù)，而體積為vtS的銅的質(zhì)量為vtSρ，摩爾數(shù)為eq\f(vtSρ,m)，所以電荷量q＝eq\f(vtSρne,m)，因電流I＝eq\f(q,t)＝eq\f(vSρne,m)，于是得到v＝eq\f(mI,neSρ).【答案】D4．一根橫截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻帶有負電荷，每米電荷量為q，當此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運動時，由于棒運動而形成的等效電流大小為()A．qv B．q/vC．qvS D．qv/S【解析】時間t內(nèi)通過垂直于棒運動方向某一橫截面的電荷量Q＝qvt，依電流的定義式可得I＝eq\f(Q,t)＝qv，故A正確．【答案】A計算電流大小的三種方法1．金屬導體中電流的計算金屬導體中的自由電荷只有自由電子，運用I＝eq\f(q,t)計算時，q是某一時間內(nèi)通過金屬導體橫截面的電子的電荷量．2．電解液中電流的計算電解液中的自由電荷是正、負離子，運