電源和電流(選修3-1)解析

電源和電流(選修3-1)解析第一頁(yè)，共44頁(yè)。

雷鳴電閃時(shí),強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光,但它只能存在于一瞬間,而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光,這是為什么?第二頁(yè)，共44頁(yè)。問(wèn)題1：產(chǎn)生電流的條件是什么？-BA-A++++++++_B_______（1）存在自由電荷金屬導(dǎo)體——自由電子電解液——正、負(fù)離子（2）導(dǎo)體兩端存在電壓當(dāng)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)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流。A、B之間有電勢(shì)差A(yù)、B電勢(shì)差為零第三頁(yè)，共44頁(yè)。問(wèn)題2：導(dǎo)體中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件是什么？AB連通器水勢(shì)A水勢(shì)B抽水機(jī)水流--P-+A+++++++___B_____--1.能把電子從A搬運(yùn)到B的裝置P。2.作用:保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差(電壓)，使電路有持續(xù)的電流。這個(gè)裝置就是電源。A、B就是電源的兩個(gè)極。正極負(fù)極P相當(dāng)于抽水機(jī)第四頁(yè)，共44頁(yè)。問(wèn)題3：電源的作用是什么？電源+-正極負(fù)極電源的作用：（1）從物理過(guò)程分析：就是通過(guò)非靜電力把電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極，使電源兩極間保持一定的電勢(shì)差。使電路有持續(xù)的電流；（2）從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度就是電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能。F---+A+++++++___B_____P---2.電場(chǎng)力做負(fù)功，電子的電勢(shì)能增加，通過(guò)電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能.1.通過(guò)非靜電力做功把電子從正極運(yùn)到負(fù)極。第五頁(yè)，共44頁(yè)。--+A+++++++___B_____P假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線，導(dǎo)線中的電場(chǎng)如何變化，最終又會(huì)達(dá)到哪個(gè)狀態(tài)？MNE0FFnFt問(wèn)題4：當(dāng)導(dǎo)體兩端有恒定的電勢(shì)差，導(dǎo)體內(nèi)建立了何種電場(chǎng)?MNE0E0E′

MNE導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線方向的電場(chǎng)導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)是由電源和導(dǎo)體中積累的電荷共同形成的。第六頁(yè)，共44頁(yè)。問(wèn)題5：當(dāng)導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差恒定時(shí)，為什么導(dǎo)體中產(chǎn)生的電場(chǎng)是恒定的？此時(shí)導(dǎo)體中的電流為什么也是恒定的？盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另外的又來(lái)補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn)定。由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)稱(chēng)為恒定電場(chǎng)。由于恒定電場(chǎng)的作用,導(dǎo)體中自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的速率增加;而在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)與導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子碰撞從而減速,因此自由電荷頻繁地交替進(jìn)行加速和減速，自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的平均速率不隨時(shí)間變化。如果我們?cè)谶@個(gè)電路中串聯(lián)一個(gè)電流表,電流表的讀數(shù)保持恒定.大小方向都不隨時(shí)間變化的電流稱(chēng)為恒定電流。第七頁(yè)，共44頁(yè)。恒定電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度不變自由電荷頻繁交替進(jìn)行加速和減速，平均速率不變串一個(gè)電流表,讀數(shù)不會(huì)變恒定電流

由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)稱(chēng)為恒定電場(chǎng).問(wèn)題6：怎樣理解恒定電場(chǎng)和恒定電流？第八頁(yè)，共44頁(yè)。問(wèn)題7：電流這個(gè)物理現(xiàn)象既有方向也有強(qiáng)弱。怎樣描述電流的強(qiáng)弱程度？怎樣學(xué)好電流這個(gè)物理量。2、度量方式：4、矢量標(biāo)量：標(biāo)量3、決定因素：1、引入目的：反映了電流的強(qiáng)弱程度。國(guó)際單位：安培（A）5、單位換算：6、測(cè)量方法：電流表等。？電流（物理現(xiàn)象）方向:正電荷定向移動(dòng)的方向。在金屬導(dǎo)體中，電流方向與自由電荷（電子）的定向移動(dòng)方向相反；在電解液中，電流方向與正離子定向移動(dòng)方向相同，與負(fù)離子走向移動(dòng)方向相反。導(dǎo)電時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，電量q表示通過(guò)截面的正、負(fù)離子電量絕對(duì)值之和。第九頁(yè)，共44頁(yè)。一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長(zhǎng)為l,兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動(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)自由電荷量為q。問(wèn)題8：探究電流的微觀表達(dá)式？設(shè)想在導(dǎo)體中取兩個(gè)橫截面B和C，則在時(shí)間t內(nèi)處于相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過(guò)截面C．BCSvvtqqqq導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個(gè)自由電荷的電量、導(dǎo)體的橫截面積和自由電荷定向運(yùn)動(dòng)速率四個(gè)量成正比。第十頁(yè)，共44頁(yè)。問(wèn)題9：知識(shí)應(yīng)用舉例例題:有一條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)線,通過(guò)的電流I=1A,已知銅的密度ρ=8.9×103kg/m3,銅的摩爾質(zhì)量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1,電子的電量e=-1.6×10-19C,求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率.可認(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子。Svt第十一頁(yè)，共44頁(yè)。問(wèn)題10：既然電子的定向運(yùn)動(dòng)速率很小，為什么閉合開(kāi)關(guān)時(shí)電路中的電燈立刻就亮了呢？閉合開(kāi)關(guān)的瞬間，電路中的各個(gè)位置迅速建立了恒定電場(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(kāi)始定向移動(dòng)，整個(gè)電路也就幾乎同時(shí)產(chǎn)生了電流。

電路接通時(shí)電燈中的電流并不是電源中的自由電子流了過(guò)來(lái)產(chǎn)生，而是燈絲內(nèi)部的自由電子的定向移動(dòng)產(chǎn)生的。電子定向移動(dòng)的速率約10-5m/s，電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率105m/s電場(chǎng)的傳播速率3×108m/s.第十二頁(yè)，共44頁(yè)。電流產(chǎn)生條件電源恒定電流（1）存在自由電荷（2）導(dǎo)體兩端存在電壓。產(chǎn)生持續(xù)電流提供持續(xù)電流壓（1）通過(guò)非靜電力把電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極；（2）把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能。產(chǎn)生恒定電場(chǎng)導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行產(chǎn)生一、電流（物理現(xiàn)象）問(wèn)題11：總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容。1、方向：規(guī)定正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?、大?。河秒娏鲝?qiáng)度I（簡(jiǎn)稱(chēng)電流）來(lái)描述。自由電荷頻繁交替進(jìn)行加速和減速，平均速率不變第十三頁(yè)，共44頁(yè)。問(wèn)題11：總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容。二、電流2、度量方式：4、矢量標(biāo)量：標(biāo)量3、決定因素：1、引入目的：反映了電流的強(qiáng)弱程度。國(guó)際單位：安培（A）5、單位換算：6、測(cè)量方法：電流表等。（1）宏觀：只適用純電阻電路（不包含電源）（2）微觀：BCSvvt流體的柱形模型怎樣學(xué)好電流這個(gè)物理量？第十四頁(yè)，共44頁(yè)。1．1mA=__________A，

1μA=__________A。1×10-31×10-6課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練題型一：對(duì)電流的理解第十五頁(yè)，共44頁(yè)。2．把

規(guī)定為電流的方向，在金屬導(dǎo)體中，電流方向與自由電子定向移動(dòng)的方向

。在電解質(zhì)溶液中，電流的方向與正離子定向移動(dòng)的方向

，與負(fù)離子定向移動(dòng)的方向

。相反正電荷定向移動(dòng)的方向相反相同在電解液中，電流方向與正離子定向移動(dòng)方向相同，與負(fù)離子走向移動(dòng)方向相反。導(dǎo)電時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，電量q表示通過(guò)截面的正、負(fù)離子電量絕對(duì)值之和。第十六頁(yè)，共44頁(yè)。3、一電子沿一圓周順時(shí)針?lè)较蚋咚龠\(yùn)動(dòng)，周期為10-10s，則等效電流大小為

A，電流方向是

（填“順時(shí)針”或“逆時(shí)針”）1.6×10-9逆時(shí)針第十七頁(yè)，共44頁(yè)。4．關(guān)于電源的作用,下列說(shuō)法正確的是()A.電源的作用是能為電路提供自由電子B.電源的作用是使導(dǎo)體中形成電場(chǎng)C.電源的作用是能夠保持導(dǎo)體兩端的電壓D.電源的作用是使自由電荷定向移動(dòng)起來(lái)BCD第十八頁(yè)，共44頁(yè)。5．下列敘述正確的是（）A．導(dǎo)體中電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流B．電流的國(guó)際單位是安培C．因?yàn)殡娏鲝?qiáng)度有方向,所以電流強(qiáng)度是矢量D．導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不為零BD第十九頁(yè)，共44頁(yè)。6．關(guān)于電流的方向,下列說(shuō)法正確的是（）A．在金屬導(dǎo)體中，電流的方向是自由電子定向移動(dòng)的方向B．在電解液中，電流的方向?yàn)樨?fù)離子定向移動(dòng)的方向C．無(wú)論在何種導(dǎo)體中，電流的方向都與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反D．在電解液中，由于是正負(fù)電荷定向移動(dòng)形成的電流，所以電流有兩個(gè)方向C第二十頁(yè)，共44頁(yè)。7．關(guān)于電流的說(shuō)法正確的是（）A．根據(jù)I=q/t可知，I與q成正比B．如果在任何相等時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電量相等，則導(dǎo)體中的電流是恒定電流C．電流強(qiáng)度的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向D．電流強(qiáng)度的單位“安培”是國(guó)際單位制中的基本單位BCDm、kg、s、A、mol、K、cd第二十一頁(yè)，共44頁(yè)。8．以下對(duì)導(dǎo)體中的電場(chǎng)理解正確的是（）A．導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)在穩(wěn)定時(shí)是和導(dǎo)線平行的B．導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成C．導(dǎo)線中電場(chǎng)始終隨時(shí)間而變化D．導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)是一種動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定ABD第二十二頁(yè)，共44頁(yè)。1．通過(guò)一根金屬導(dǎo)線的電流為16mA．則10s內(nèi)通過(guò)這根導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)為（）A．1.0×1017

B．1.0×1018

C．1.0×1019

D．1.0×1020解：n=It/e=16×10-3×10/1.6×10-19=1.0×1018B課堂互動(dòng)講練題型二：對(duì)電流的計(jì)算第二十三頁(yè)，共44頁(yè)。2．在一次閃電中，持續(xù)時(shí)間為0.005s所形成的平均電流為6.0×104A，若閃電過(guò)程中產(chǎn)生的電荷以0.5A的電流通過(guò)電燈，試求可供電燈照明的時(shí)間。解：Q=I1t1=I2t2

，t2=I1t1/I2=600s第二十四頁(yè)，共44頁(yè)。3、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“220V

60W”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)？【思路點(diǎn)撥】

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.第二十五頁(yè)，共44頁(yè)。第二十六頁(yè)，共44頁(yè)。4、一硫酸銅電解槽的橫截面積為2m2，在0.04s內(nèi)若相向通過(guò)同一橫截面的銅離子和硫酸根離子分別為5.625×1018個(gè)和4.735×1018個(gè)，則電解槽中的電流是多大？方向如何？思路點(diǎn)撥：導(dǎo)電時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，電量q表示通過(guò)截面的正、負(fù)離子電量絕對(duì)值之和。第二十七頁(yè)，共44頁(yè)。答案：83A方向與銅離子定向移動(dòng)的方向相同第二十八頁(yè)，共44頁(yè)。1．有一橫截面積為S的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流強(qiáng)度為I；設(shè)每單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子，電子的電量為e，此電子的定向移動(dòng)速率為v，在Δt時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)可表示為（）A．nvSΔtB．nv·ΔtC．IΔt/eD．

IΔt

/eSACN=q/e=IΔt/e，又因?yàn)殡娏鲝?qiáng)度的微觀表達(dá)式為I=nev·S，N=q/e=IΔt/e=nevSΔt/e=nvSΔt則選項(xiàng)A正確。解：因?yàn)镮=q/Δt，所以q=I·Δt則選項(xiàng)C正確。所以自由電子數(shù)目為自由電子數(shù)目為：課堂互動(dòng)講練題型三：對(duì)電流的微觀表達(dá)式的應(yīng)用第二十九頁(yè)，共44頁(yè)。2．金屬導(dǎo)體的密度是ρ，橫截面積是S，原子量是M，每摩爾這種金屬可提供N個(gè)自由電子，當(dāng)該導(dǎo)體中的電流為I時(shí)，導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)的速率是

。答：第三十頁(yè)，共44頁(yè)。3．銀導(dǎo)線的橫截面積S=4mm2，通以I=2A的電流，若每個(gè)銀原子可以提供一個(gè)自由電子，試推導(dǎo)銀導(dǎo)線單位長(zhǎng)度上的自由電子數(shù)的計(jì)算公式，并計(jì)算結(jié)果。(已知銀的密度ρ=10.5×103kg/m3,摩爾質(zhì)量M=108g/mol，阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1，計(jì)算結(jié)果取一位小數(shù))第三十一頁(yè)，共44頁(yè)。解：設(shè)長(zhǎng)為l

的銀導(dǎo)線體積V＝Sl，故長(zhǎng)為l的銀導(dǎo)線含有的銀原子數(shù)目，又每個(gè)銀原子可以提供一個(gè)自由電子，那么銀導(dǎo)線每單位長(zhǎng)度的自由電子數(shù)n=N/l，故與電流I無(wú)關(guān)。代入數(shù)據(jù)第三十二頁(yè)，共44頁(yè)。4、(2011年包集高二檢測(cè))如圖2－1－2所示，將左邊的銅導(dǎo)線與右邊的鋁導(dǎo)線連接起來(lái)，已知鋁導(dǎo)線的橫截面積是銅導(dǎo)線橫截面積的兩倍，在銅導(dǎo)線上取一個(gè)截面

A，在鋁導(dǎo)線上取一個(gè)截面B，若在1秒內(nèi)垂直地通過(guò)它們的電子數(shù)相等，那么，通過(guò)這兩個(gè)截面的(

)A．電流相等B．電流不相等C．自由電子定向移動(dòng)的速率相等D．自由電子定向移動(dòng)的速率不相等圖2－1－2第三十三頁(yè)，共44頁(yè)。第三十四頁(yè)，共44頁(yè)。1、半徑為

R

的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在平面且通過(guò)圓心的軸以角速率ω沿逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流方向沿什么方向？電流多大？【思路點(diǎn)撥】

不管是否真的形成電流，假想成形成電流然后依據(jù)電流的定義式求得電流大?。n堂互動(dòng)講練題型四：等效電流第三十五頁(yè)，共44頁(yè)。第三十六頁(yè)，共44頁(yè)。第三十七頁(yè)，共44頁(yè)。2、半徑為

R

的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在平面且通過(guò)圓心的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流應(yīng)有(

)A．若ω不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則電流也將變?yōu)樵瓉?lái)的2倍B．若電荷量Q不變而使ω變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則電流也將變?yōu)樵瓉?lái)的2倍C．若使ω、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變大D．若使ω、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大