2021-2022學年新教材高中物理第十一章電路及其應用第1節(jié)電源和電流學案新人教版必修第三冊

第1節(jié)電源和電流學習目標1.知道電源的作用,掌握電流的形成條件,知道恒定電流的概念。2.知道電流的定義、單位及方向的規(guī)定,會用公式I=分析相關問題。3.電流形成的微觀解釋及微觀表達式的使用。自主預習電源:1.概念:電路中在電場力作用下能把從A到B的裝置。

2.作用(1)移送電荷,維持電源正、負極間有一定的。

(2)保持電路中有的電流。

恒定電流:1.恒定電場(1)定義:由電路中的電荷所產生的穩(wěn)定的電場。

(2)特點:電荷的分布是穩(wěn)定的,不會隨時間變化。

2.恒定電流定義:大小、都不隨時間變化的電流。

3.電流(1)物理意義:反映了電流的程度。

(2)表達式:I=(3)單位:在國際單位制中電流的單位是,簡稱,符號是。常用單位有、(單位符號分別為、)。

(4)電流的方向:規(guī)定定向移動方向或定向移動的反方向為電流方向。

課堂探究[情境設問]雷鳴電閃時,強大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光。電容器,先直接給它250V的電壓充電,然后兩根引線連接,也就是短路。聽到啪的一聲,看到閃耀的光,說明有電流。直接接在燈泡兩端,觀察到什么現象?為什么雷鳴電閃時,強大的電流能使天空發(fā)出耀眼的強光,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?(一)電源A、B兩個導體,分別帶正、負電荷。電荷周圍有電場。[思考討論]1.請畫出電場線來描述電場。2.請描述一下這幅圖中電勢的上下情況。3.電流是如何形成的?4.自由電子為什么會定向移動?從哪里移動到哪里?5.這樣移動的結果,會引起什么物理量發(fā)生變化?[演示實驗]電容器的充放電,靜電感應起電機。我們當然不希望電流是如此短暫的,那應該怎么辦?怎樣產生持續(xù)的電流?[類比分析]這是兩個裝了水的容器,液面高度不同,現用一根橡膠管連接兩個容器,假設要使水持續(xù)流動,應該怎么做?結論1:電源的作用:(二)恒定電流的含義[思考討論]1.在恒定電場中,自由電子做什么運動?與靜電場有何不同?2.那電流如何變?這會帶來什么現象?3.導線中的微觀粒子除了自由電子外,還有其他微觀粒子,它們會對電子帶來什么影響呢?結論2:恒定電流的含義:(三)恒定電流的大小下課鈴想,同學們紛紛走出教室,到戶外活動。[思考討論]1.我如何計算進出教室的人流量?2.我應該站在哪里點人數?3.單位時間內,一個人一進一出,人流量算多少?4.我們選取一段很短的導線它放大。導線中存在大量自由電子在做定向移動。如何定量地描述導線中電流的大小呢?結論3:電流的定義:公式:方向:[科學推理與論證]既然自由電子在定向移動,就有一個移動速率的問題。你覺得導線中電子的定向運動速率與電流之間是什么關系?1.我們的思路是什么?2.t時間內通過橫截面的自由電子個數是哪段空間里的電子?3.假設單位體積內的電子數是n,如何求得t時間內通過右截的電子總數N?4.導線中電子的定向運動速率與電流之間是什么關系?結論4:電流的微觀表達式:[例題展示]【例題1】如下圖,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。假設ts內有N個Cl-和N個Na+通過圖中虛面,那么電路中的電流多大?[變式訓練1]某電解池中,假設在2s內各有1.0×1019個二價正離子和2.0×1019個一價負離子通過某截面,那么通過這個截面的電流是()A.0 B.0.8AC.1.6A D.3.2A【例題2】有一條銅導線,橫截面積為S=1mm2,通過的電流I=1A。銅的密度ρ=8.9×103kg/m3,銅的摩爾質量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德羅常數NA=6.02×1023mol-1,銅導線中平均每個銅原子奉獻一個自由電子。求銅導線中自由電子定向移動的速率。[變式訓練2]我們可以計算一下,按照這個速率,電子通過一段6.4cm長的導線,需要多少時間?課堂練習1.關于電源的以下說法,正確的選項是()A.電源的作用是在電源內部把電子由負極不斷地搬運到正極,從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢差B.電源的作用是在電源內部把電子由正極不斷地搬運到負極,從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢差C.只要電路中有電源,電路中就一定有電流D.電源實質上也是一個用電器,也需要外界提供能量2.(多項選擇)關于電流的方向,以下說法正確的選項是()A.電源供電的外部電路中,電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端B.電源內部,電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端C.電子運動形成的等效電流方向與電子運動方向相同D.電容器充電時,電流從負極板流出,流入正極板3.如下圖,電解池內有一價的電解液,時間t內通過溶液內截面S的正離子數是n1,負離子數是n2,設元電荷為e,以下解釋中正確的選項是()A.正離子定向移動形成電流方向從A→B,負離子定向移動形成電流方向從B→AB.溶液內正、負離子向相反方向移動,電流抵消C.溶液內電流方向從A→B,電流強度I=D.溶液內電流方向從A→B,電流強度I=4.(多項選擇)一橫截面積為S的銅導線,流過的電流為I,設每單位體積的導線中有n個自由電子,電子的電荷量為q,此時電子的定向移動速率為v,在Δt時間內,通過導線橫截面的自由電子數目可表示為()A.nvSΔt B.nvΔt C. D.5.有甲、乙兩導體,甲的橫截面積是乙的兩倍,而單位時間內通過導體橫截面的電荷量,乙是甲的2倍,以下說法正確的選項是()A.通過甲、乙兩導體的電流相同B.通過乙導體的電流是甲導體的2倍C.乙導體中自由電荷定向移動的速率是甲導體的2倍D.甲、乙兩導體中自由電荷定向移動的速率大小相同[課后練習]6.銅的原子量為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()A.光速c B. C. D.7.非洲電鰩的捕獵方式是放電電死獵物,它放電的電壓可達100V,電流50A,每秒鐘放電150次,其放電情況可近似看作如下圖規(guī)律放電。那么放電1秒鐘非洲電鰩放出的電量為()A.25C B.50C C.150C D.250C8.一段粗細均勻的金屬導體的橫截面積是S,導體單位長度內的自由電子數為n,金屬內的自由電子的電荷量為e,自由電子做無規(guī)那么熱運動的速率為v0,導體中通過的電流為I,那么以下說法正確的有()A.自由電子定向移動的速率為v0B.自由電子定向移動的速率為v=C.自由電子定向移動的速率為真空中的光速cD.自由電子定向移動的速率為v=9.有一條橫截面積S=1mm2的銅導線,通過的電流I=2A。銅的密度ρ=8.9×103kg/m3,銅的摩爾質量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德羅常數NA=6.02×1023mol-1,電子的電荷量大小e=1.6×10-19C,每個銅原子可提供一個自由電子,求銅導線中自由電子定向移動的速率。(結果保存兩位有效數字)參考答案自主預習電源:1.電子搬運2.(1)電勢差(2)持續(xù)恒定電流:1.(1)穩(wěn)定分布(2)電場的分布2.方向3.(1)強弱(3)安培安A毫安微安mAμA(4)正電荷負電荷[思考討論]1.略2.A球這邊電勢高,B球這邊電勢低,A、B球之間有一定的電勢差。3.自由電子的定向移動。4.自由電子在靜電力的作用下沿導線做定向運動。B失去電子,A得到電子。5.A、B周圍電場減弱,AB之間的電勢差減小。[類比分析]用抽水機。結論1:電源的作用:搬運電子,形成穩(wěn)定電勢差。恒定電流含義[思考討論]1.勻加速直線運動,靜電平衡導體內部沒有電荷定向移動。2.電流會越來越大。3.電子在前進過程中會與這些不動的粒子發(fā)生碰撞,從而減速。結論2:恒定電流的含義:大小、方向都不隨時間變化的電流。恒定電流的大小[思考討論]1.統(tǒng)計課間時間進出教室的人數。2.在門口。3.兩個人。4.觀察通過在一定時間內通過導線某個橫截面的電荷量。結論3:電流的定義:一段時間內通過導體橫截面的電荷量與所用時間的比值。公式:I=方向:正電荷的移動方向。[科學推理與論證]1.I=2.長度為vt,橫截面積為S的圓柱形導體中的電子個數。3.N=nvtS4.I=neSv結論4:電流的微觀表達式:I=neSv【例題1】例題分析: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。例題解答:由電流的定義式