第十四章恒定電流

第十四章恒定電流1教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1、了解形成電流的條件，知道電源的作用和導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)。初步體會(huì)動(dòng)態(tài)平衡的思想。2、理解電源的定義，知道電流的單位及方向的規(guī)定。理解恒定電流。3、經(jīng)歷金屬導(dǎo)體內(nèi)自由電子定向移動(dòng)速率的推導(dǎo)過(guò)程，從微觀的4、理解電流的概念和定義式I=q/t，并能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算.知道公式I=nqvS，但不要求用此公式計(jì)算.二、能力目標(biāo)1、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)圖象處理物理問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)進(jìn)行邏輯推理的能力.2、通過(guò)閱讀教材中的閱讀材料“自由電子定向移動(dòng)的速率”，培養(yǎng)學(xué)生處理信息、獲取新知識(shí)的能力.3、培養(yǎng)學(xué)生抽象和概括、分析和綜合等思維能力以及科學(xué)的語(yǔ)言文字表達(dá)能力.教學(xué)重點(diǎn)電流的概念及定義式教學(xué)難點(diǎn)公式I=nqsv的推導(dǎo)和理解是本節(jié)課的教學(xué)難度之一，另外伏安特性曲線的物理意義也是本節(jié)課的難點(diǎn)教學(xué)方法啟發(fā)、設(shè)問(wèn)、探究、講練相結(jié)合教學(xué)用具課時(shí)安排教學(xué)過(guò)程本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)知道導(dǎo)體中形成電流的條件，理解電流的概念和公式I=q/t，并能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算，知道I=nqvs從今天開(kāi)始，我們一起來(lái)學(xué)習(xí)電學(xué)部分的第二章《恒定電流》。這部分的知識(shí)，同學(xué)們?cè)诔踔幸呀?jīng)學(xué)過(guò)其中一部分，我們將在以前所學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的來(lái)挖深拓寬。本章的實(shí)驗(yàn)是高考實(shí)驗(yàn)部分考核的重點(diǎn)，大家在學(xué)習(xí)時(shí)一定要引起高度注意。本節(jié)課，我們先來(lái)學(xué)習(xí)第一節(jié)——電源和電雷電天氣里，天上的閃電，一閃即逝，手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光。大家知道這是為什么那么，電源是個(gè)什么裝置？它到底在手電筒中的小燈泡持續(xù)發(fā)光的過(guò)程中扮演著什么養(yǎng)的角色A、B兩導(dǎo)體分別帶正負(fù)電荷。從上一章內(nèi)容我們可以知道，它們周B之間的電勢(shì)差很快消失，兩導(dǎo)體成為一個(gè)等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡。但此2倘若A、B間連一個(gè)裝置，它能源源不斷地把經(jīng)過(guò)導(dǎo)線R流到A的電子取走，補(bǔ)充給B，使A、BB之間便維持著一定的電勢(shì)差。由于這個(gè)電場(chǎng)，自由電子就能不斷地由B經(jīng)過(guò)導(dǎo)線R向A定向移動(dòng)，使電路中保持持續(xù)的電流。定義：能把電子從A搬運(yùn)到B的裝置。外電路中自由電子在電場(chǎng)力作用下向正極移動(dòng)，在電源內(nèi)部，需要利用外力將正極上的電子搬運(yùn)到負(fù)極，從而維持電勢(shì)差不變。二、恒定電流1、恒定電場(chǎng)：由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定電場(chǎng)2、恒定電流：大小、方向均不隨時(shí)間變化的電流3、形成條件（1）自由電荷（對(duì)金屬導(dǎo)體：自由電子；對(duì)電解液：正負(fù)離子）為了能定量研究恒定電流，我們引入了一個(gè)物理量——電流4、電流（I單位是時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量。通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電量q跟通過(guò)這些電量所用的時(shí)間t的比值。（1）物理意義：表示電流強(qiáng)弱的物理量qt3（3）方向：規(guī)定正電荷定向移動(dòng)方向或負(fù)電荷定向移動(dòng)方向相反的方向注：外電路中電流由高電勢(shì)端流向低電勢(shì)端（4）測(cè)量?jī)x器：電流表5、電流的微觀解釋l：導(dǎo)線長(zhǎng)度v：自由電荷定向移動(dòng)的速率q：每個(gè)自由電荷的電荷量n：導(dǎo)體單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)量，即電荷體密度導(dǎo)體中自由電荷總數(shù)N=nls——所有自由電荷通過(guò)橫截面耗時(shí)t=lvQQtl故導(dǎo)體內(nèi)Il由此可見(jiàn)，從微觀上看，電流強(qiáng)度決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、電量、定向移動(dòng)速3度，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)。注：這個(gè)公式只適用于金屬導(dǎo)體，千萬(wàn)不要到處套用。初學(xué)習(xí)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，我們有部分同學(xué)容易將v錯(cuò)誤理解為電流傳導(dǎo)速率，因此，我們來(lái)了解一下三種和電有關(guān)的速率。6、三種速率的比較152電子熱運(yùn)動(dòng)速率v2，其大小與溫度有關(guān)三、應(yīng)用【例題1】某電解池中，若在2s內(nèi)各有1.0×1019個(gè)二價(jià)正離子和2.0×1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過(guò)某截A．0B．0.8AC．1.6AD.3.2A解析：由題意可知，電流由正、負(fù)離子定向運(yùn)動(dòng)形成，則在2s內(nèi)通過(guò)某截面的總電量應(yīng)為：【例題2】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=8.9×103=-解：取一段導(dǎo)線（圖2.1-5自由電子從它的左端定向移動(dòng)到右端所用的時(shí)間記為t，則這段導(dǎo)線的的原子數(shù)為M導(dǎo)線左端的自由電子經(jīng)過(guò)時(shí)間導(dǎo)線左端的自由電子經(jīng)過(guò)時(shí)間t到達(dá)右端相等，也等于n。因此通過(guò)橫截面的電荷量是M研究宏觀量與微觀量的聯(lián)系時(shí)，這是極常用的一種方法。【例題3】氫原子的核外只有一個(gè)電子，設(shè)電子在離原子核距離為R的圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng).解析：取電子運(yùn)動(dòng)軌道上任一截面，在電子運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間T內(nèi)，通過(guò)這個(gè)截面的電量q=e，v41、下列說(shuō)法正確的是（BC）2、把一個(gè)小燈泡與金屬導(dǎo)線、干電池、開(kāi)關(guān)接成電路，閉合開(kāi)關(guān)以后，電路中有電流，那么在電路中定向移動(dòng)的是（B）3、對(duì)導(dǎo)體中的自由電荷來(lái)說(shuō)，下列說(shuō)法中正確的是（AC）A、不論導(dǎo)體兩端有沒(méi)有電壓，它們都做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)；B、不論導(dǎo)體兩端有沒(méi)有電壓，它們都做定向運(yùn)動(dòng)；C、金屬直導(dǎo)線導(dǎo)電時(shí)，它們定向運(yùn)動(dòng)的方向都相同；D、在穩(wěn)恒電流的電路中，它們定向運(yùn)動(dòng)的方向都跟電流方向相同；4、在穩(wěn)恒電流的電路中，通過(guò)導(dǎo)體某一橫截面的電流強(qiáng)度（D）通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問(wèn)題a.導(dǎo)體中形成電流的條件是導(dǎo)體兩端有電壓.b.電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向.q-t備課材料導(dǎo)線與電源連通后，導(dǎo)線內(nèi)很快形成了沿導(dǎo)線切線方向的恒定電場(chǎng)（2）風(fēng)力發(fā)電是一種環(huán)保的電能獲取方式。設(shè)計(jì)每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率為40kW。實(shí)驗(yàn)測(cè)得風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率約為20%，空氣的密原教材也有涉及，但放在“思考與討論”里了，而且沒(méi)有深入分析。5備課材料［投影］思考題（3）金屬導(dǎo)體中的自由電荷是什么？電解質(zhì)溶液中的自由電荷是什么？這些自由電荷的定向移［學(xué)生回答］（1）自由電荷的定向移動(dòng)形成電流.（2）形成電流的內(nèi)部條件是導(dǎo)體內(nèi)部存在能夠自由移動(dòng)的電荷，即自由電荷.（3）金屬導(dǎo)體中的自由電荷是自由電子，電解質(zhì)溶液中的自由電荷是正、負(fù)離子，這些自由電荷的定向移動(dòng)都能形成電流.（4）導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的外部條件是導(dǎo)體兩端有電壓.［教師］為什么導(dǎo)體兩端有電壓，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流呢？下面我們用電場(chǎng)的觀點(diǎn)加以分析.［教師］利用CAI課件模擬導(dǎo)體中自由電荷的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng).［師生活動(dòng)］總結(jié)：在通常情況下，導(dǎo)體中大量的自由電荷就像氣體中的分子一樣，不停地做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng).自由電荷向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相等，因而對(duì)導(dǎo)體的任一橫截面，在一段時(shí)間內(nèi)從兩側(cè)穿過(guò)截面的自由電荷大致相等.從宏觀上看，導(dǎo)體中的自由電荷沒(méi)有定向移動(dòng)，所以導(dǎo)體中沒(méi)有電流.［教師］利用CAI課件模擬金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的電流.［師生活動(dòng)］總結(jié)：當(dāng)金屬導(dǎo)體兩端有電壓時(shí)，導(dǎo)體中就有電場(chǎng)存在.導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下，逆著電場(chǎng)線的方向發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流.［教師］利用CAI課件模擬電解質(zhì)溶液中產(chǎn)生的電流.［師生活動(dòng)］總結(jié):當(dāng)電解質(zhì)溶液兩端有電壓時(shí)，溶液中就有電場(chǎng)存在，溶液中的正離子在電場(chǎng)力的作用下，由高電勢(shì)處向低電勢(shì)處定向移動(dòng)；溶液中的負(fù)離子在電場(chǎng)力的作用下，由低電勢(shì)處向高電勢(shì)處定向移動(dòng)，形成電流.綜上所述，導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的外部條件是導(dǎo)體兩端有電壓.（或者是導(dǎo)體中有［板書(shū)］導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件（1）內(nèi)因：自由電荷（2）外因：電壓（電場(chǎng)）［學(xué)生］物理上規(guī)定，正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?［師生活動(dòng)］總結(jié)：在金屬導(dǎo)體中，電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反.在電解質(zhì)溶液中，電流的方向與正離子定向移動(dòng)的方向相同，與負(fù)離子定向移動(dòng)的方向相反.［板書(shū)］方向：正電荷定向移動(dòng)的方向.［教師］電流不僅有方向，而且有強(qiáng)弱，電流的強(qiáng)弱用電流這個(gè)物理量來(lái)表示.物理上把通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量q跟通過(guò)這些電荷量所用的時(shí)間t的比值稱(chēng)為電流.用I表示電流.電流的定義式是qtqt6［學(xué)生］在國(guó)際單位制中，電流的單位是安培，簡(jiǎn)稱(chēng)安，符號(hào)是A.電流的常用單位還有毫安（mA）和微安(μA）.-3A［板書(shū)］單位：安（A）［學(xué)生］電流表［板書(shū)］測(cè)量?jī)x器：電流表［總結(jié)］方向不隨時(shí)間而改變的電流叫做直流.方向和強(qiáng)弱都不隨時(shí)間而改變的電流叫做恒定電流.例1關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是A.金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動(dòng)的方向B.在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負(fù)離子，電流方向不能確定C.不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向D.電流的方向有時(shí)與正電荷定向移動(dòng)的方向相同，有時(shí)與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相同.解析：正確選項(xiàng)為C.電流是有方向的，電流的方向是人為規(guī)定的.物理上規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，則負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向一定與電流的方向相反.解析：設(shè)在t=1s內(nèi)，通過(guò)某橫截面的二價(jià)正離子數(shù)為n1，一價(jià)離子數(shù)為n2，元電荷的電荷量19例3氫原子的核外只有一個(gè)電子，設(shè)電子在離原子核距離為R的圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng).已解析：取電子運(yùn)動(dòng)軌道上任一截面，在電子運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間T內(nèi)，通過(guò)這個(gè)截面的電量q=e，v例4：電子繞原子核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流。設(shè)氫原子繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度為，則電子繞原負(fù)1.下面有關(guān)導(dǎo)體電流的說(shuō)法中，正確的是D7C.方向不隨時(shí)間而變化的電流就是恒定電流D.導(dǎo)體兩端有電壓，導(dǎo)體中必有電流2.關(guān)于公式I=q/t，下列說(shuō)法中正確的是CA.式中的q表示單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量B.q表示通過(guò)導(dǎo)體單位橫截面積的電量D.比式表明電流強(qiáng)度跟通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電量成正比,跟通電時(shí)間成反比3.如圖所示,將左邊的銅導(dǎo)線與右邊的鋁導(dǎo)線連接起來(lái),已知橫截面積S=2S個(gè)截面A，在鋁導(dǎo)線上取一個(gè)截面B，若在1s內(nèi)垂直地通過(guò)它們的電子數(shù)相等，那么，通過(guò)這兩截面的電流關(guān)系是AA.IA=IBB.IA=2IBC.IB=2IAD.不能確定子的電量為e，此時(shí)電子定向移動(dòng)的速率為v，在Δt時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為（AC）分析：根據(jù)電流強(qiáng)度的定義分析解答。解答：從導(dǎo)體導(dǎo)電的微觀角度來(lái)說(shuō)，在△t時(shí)間內(nèi)能通過(guò)某一橫截面AA/的自由電子必須處于以AA/為橫截面，長(zhǎng)度為υ△t的圓柱體內(nèi)，如圖—9所示，由于自由電子可以認(rèn)為是均勻分布，故此圓柱體內(nèi)的電子數(shù)目為nυS△t。而從電流的定義來(lái)說(shuō)，I=q/t，故在△t時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一橫截面的電量為I△t，通過(guò)橫截面的自由電子數(shù)目為I△t/e，故正確答案為A、C。1．定義：電荷的定向移動(dòng)形成電流．此處的“電荷”指自由電子、正離子和負(fù)離子．電荷有三種速率：電子熱運(yùn)動(dòng)速率、電荷定向運(yùn)動(dòng)速率和電流的傳導(dǎo)速率．電路中由電源、導(dǎo)線等電路元件共同形成導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，電流的形成依靠電荷定向的運(yùn)動(dòng).2．電流的方向規(guī)定和正電荷定向移動(dòng)的方向一致，和負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反.的電量．對(duì)于電解液導(dǎo)電和氣體導(dǎo)電，通過(guò)某一橫截面的電量應(yīng)為正、負(fù)離子電量的絕對(duì)值之和.在國(guó)際單位中電流的單位是安培(A是國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一，1A=103mA=106μΑ由電荷數(shù)，則I=nqv.備課材料教學(xué)目的：使學(xué)生了解電流形成的條件，掌握電流強(qiáng)度的概念。一．形成電流的條件先由學(xué)生閱讀教材回答形成電流的條件：再由老師講解形成電流的條件。8（1）導(dǎo)體內(nèi)有大量自由電荷（金屬導(dǎo)體——自由電子；電解質(zhì)溶液——正負(fù)離子；導(dǎo)電氣體——正負(fù)離子和電子）（2）導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差（電壓）問(wèn)題討論：如果把金屬導(dǎo)體的一端接在帶正電的金屬球A上，另一端接在帶負(fù)電的金屬球B上。(2)體上的電流是否能持續(xù)存在？要想得到持總結(jié)：導(dǎo)體中存在持續(xù)電流的條件：是保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差。電源的作用就是保持電路兩端的電勢(shì)差，使電路中有持續(xù)的電流。二．電流強(qiáng)度（I）為了表征電流的強(qiáng)弱，引入一個(gè)物理量——電流強(qiáng)度（I）定義：通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量跟通過(guò)這些電量所用時(shí)間的比值叫做電流強(qiáng)度。簡(jiǎn)稱(chēng)電流。說(shuō)明：電流強(qiáng)度的單位：在國(guó)際單位制中，電流的單位是安培，簡(jiǎn)稱(chēng)安，符號(hào)是A。如果在1秒內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量為1庫(kù)，導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度就是1安培。在常駐用單