第1课时电流电路

第二章恒定电流本章概述本章为电学的基础知识，在初中电路知识的基础上，主要学习以下几个基本概念：电流、电阻、电功、电功率、电热、电动势；三个重要定律：电阻定律、焦耳定律、闭合电路的欧姆定律；以及两个基本电路：串联电路和并联电路，还有多用电表的原理及使用等知识．通过本章的学习，我们要理解电流的概念和形成条件，掌握电阻定律和焦耳定律，能熟练运用串、并联电路的有关知识，对电路进行分析与计算，闭合电路的欧姆定律是本章学习的一个重点和难点．实验研究是本章学习的一个重要方法．本章内容涉及的实验较多；有测定金属的电阻率，描绘小灯泡的伏安特性曲线、测定电源的电动势和内电阻以及练习使用多用电表等．在实验过程中应注意器材的选择、电路设计、实验连接、误差分析以及实验仪器的正确使用等问题．第1课时电源和电流教材分析把电路知识与电场知识紧密联系起来是教材在电路知识方面呈现的一大特色．本节内容正是电场与电路两部分知识的衔接，起承上启下的作用．例如，用电场的知识分析了两个分别带正、负电荷的导体之间的电势差，同时分析了连接在它们之间的导线中自由电子的定向移动情况，从而描述了电源在电路中的作用．这种编排方式以学生刚刚学过的电场知识入手，分析、讨论问题，有效地将“场”和“路”的知识相联系，有利于培养学生不断运用学到的知识分析、解决实际问题的意识和能力．学习本节知识有利于学生电磁学知识体系的构建，避免知识的割裂．电流的计算是本节重点．导线中的恒定电场是难点．课标解读1.了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场．初步体会动态平衡的思想．2.理解电流的定义，知道电流的单位、方向的规定；理解恒定电流．3.经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程，从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系．教学过程从手电筒中的小灯泡持续发光引入新课→电源(类比抽水机)→作图法解决导线中恒定电场的形成问题→恒定电场中电流恒定I＝qt——宏观表达式I＝nqvS——微观表达式→应用→巩固练习．新课导入指出雷鸣电闪时，强大电流使天空发出耀眼的闪光，但只能存在一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么呢？知识温习1.电路：用导线把电源、用电器、开关连接起来组成的电流通路就称为电路．2.电源：在电路中供给电路电能的装置．3.电荷的定向移动形成电流．物理学上规定正电荷定向移动的方向为电流方向，负电荷定向移动的方向与电流方向相反．新知梳理1.电源(1)瞬时电流：没有电源，用导线连接两个分别带有________的物体时，导线中的________发生定向移动形成电流，这样的电流存在的时间很短．(2)电源的作用①维持电路的两端有一定________．②使电路中保持________电流．2.恒定电场(1)形成：导线中的电场是由________、________等电路元件所积累的电荷共同形成的．(2)特点①导线内的电场线和导线________．②电荷的分布是________的．(3)恒定电场与静电场的关系：在恒定电场中，任何位置的电场强度都________变化，其基本性质与________相同．3.恒定电流(1)恒定电流：________和________都不随时间发生变化的电流．(2)形成原因：________、________.(3)电流的概念①表示电流________的物理量．②单位时间内通过导体横截面的________越多，电流越大．③公式：宏观表达式________，微观表达式________．④单位：国际单位制中，电流的单位是________．小试身手1.关于电源的作用，下列说法中正确的是()A.电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷B.电源的作用是使电路中的电荷发生定向移动C.电源的作用就是能保持导体两端的电压，使电路中有持续的电流D.电源的作用就是使自由电荷运动起来2.关于电流的下列说法中正确的是()A.电路中的电流越大，表示通过导体横线截面的电荷量越多B.在相同时间内通过导体截面的电荷量越多导体中的电流就越大C.通电时间越大，电流越大D.导体中通过一定的电荷量所用时间越短，电流越大3.电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积为0.64×10－5m2的导线，那么，电路中的电流为多大？探究讨论电流强度这一物理量既有大小又有方向，那么电流强度是矢量还是标量？电流强度是标量．区分矢量与标量的唯一依据为运算法则是否满足平行四边形定则．电流强度的方向规定为正电荷定向移动的方向(与负电荷定向移动的方向相反)．电流的计算是代数运算，因此电流强度是标量.讲练课堂一、电流的形成以及形成条件1.要有能自由移动的电荷——自由电荷．在导体中存在着大量的能自由移动的电荷．如金属导体中的自由电子，电解液中的正、负离子等．按物质导电性能的不同可把各种物质分为导体、半导体、绝缘体，其本质区别是它们单位体积内含有自由电荷的多少及是否含有可自由移动的电荷．2.要有能驱使电荷定向移动的作用力——存在电场，使导体两端有电势差(电压)．因为如果没有外加电场时，导体中的大量自由电荷只做无规则的热运动，在一段时间内从两侧穿过某截面的自由电荷大致相等．导体中的自由电荷没有定向移动，导体中没有电流．若把导体接到电源的两极上，导体中有电场，两端有电压，导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动，形成电流．例一、(2010·天津模拟)关于电流，下列叙述正确的是()A.只要将导体置于电场中，导体内就有持续电流B.电源的作用可以使电路中有持续电流C.导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有移动D.恒定电流是由恒定电场产生的点拨电流是导体内自由电荷的定向移动.反馈平台11.下列说法中正确的是()A.在导体中只要有自由电荷在运动就一定会形成电流B.电流方向就是电荷定向移动的方向C.在电路中电荷的定向移动方向总是沿着高电势到低电势的方向D.金属导体两端存在电势差时，必有电流通过导体二、电流强度——电流1.电流方向规定：正电荷定向移动的方向为电流方向．由此可得下面两个结论：(1)金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反．(2)电解液中正、负离子定向移动方向相反．2.电流强度虽有大小和方向，但不是矢量．3.公式I＝qt求出的是电流在时间t内的平均值，对恒定电流来说，其瞬时值与平均值相等．在利用I＝qt计算正负离子的反向移动形成的电流时，q应取两种离子所带电荷量的绝对值的代数和．例二、如图所示的电解槽接入电路后，在t秒内有n1个一价正离子通过溶液内截面S，有n2个一价负离子通过溶液内截面S，设e为元电荷，以下说法正确的是()A.当n1＝n2时电流强度为零B.当n1＞n2时电流方向从A→B，电流强度I＝n1－n2etC.当n1＜n2时电流方向从B→A，电流强度I＝n2－n1etD.电流方向从A→B，电流强度I＝n2＋n1et点拨电解液导电与金属导体导电不同．金属导体中的自由电荷只有自由电子，而电解液中的自由电荷是正、负离子．应用I＝qt计算时，q应是同一时间内正、负两种离子通过某横截面的电量的绝对值之和，这是应用I＝qt的关键．反馈平台2某电解液中，若在2s内有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是()A.0B.0.8AC.1.6AD.3.2A三、电流的微观表达式1.电流的微观表达式为I＝nqSv.根据此式，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、定向移动的速度、还与导体的横截面积有关．2.由I＝nqSv可以看出，同种导体电流一定时，面积越大的位置电荷定向移动的速率越小．3.公式I＝neSv是由I＝qt推导出来的，适合于从微观出发研究电流的形式．例三、铜的原子量为M，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子．今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子定向移动的平均速率为()A.光速cB.IneSC.ρIneSMD.MIneSρ点拨注意推导过程中n的物理意义，在本题中n表示每摩尔铜原子所包含的自由电子个数．而微观表达式中n表示单位体积自由电荷数．反馈平台3设横截面积为1.0mm2铜导线中通过1.0A电流．铜在单位体积中的自由电子数为8.5×1028个/m3，电子的电荷量为1.6×10－19C，试计算这时自由电子的定向移动速率为多少？而常温下金属中自由电子热平均速率约为105m/s，通过有关资料，我们还可知道：形成电流的速率不是自由电子的定向速率，而是电场的传播速率，且电场的传播速率是光速，为3.0×108m/s，就这些知识，你能否描述一下电路接通后金属导体中自由电子运动的情景．误区警示三种速率的区别：电流传导速率，电子定向移动速率，电子热运动速率．1.电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即受到电场力作用而定向移动形成电流．(对整体而言)2.电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般数量级为10－5m/s.(对每个电子而言)3.电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与温度有关，通常温度下，电子热运动的平均速率的数量级为105m/s.【例】(自编题)关于电路的电流以下说法中正确的是()A.在电路中电荷定向移动形成电流，电荷定向移动的速率等于光速B.在电路中，闭合开关用电器开始工作，是因为电源内的电子定向移动到了用电器，从而电流传播到了用电器引起的C.在电路中，电子无规则热运动的速率很大，而定向移动的平均速率很小D.闭合开关，用电器立即工作，是因为电场在电路中传播速度等于光速，有电场的地方电荷就会定向移动形成电流错解AB剖析在电路中，电场的传播速度等于光速，在有限范围内电场的传播是几乎不需要时间的，电场传至某一个地方就会引起该地方电荷的定向移动，形成电流，而电荷定向移动的平均速率针对金属导体中的电子来说，其数量级只有10－5m/s.电子做无规则热运动平均速率的数量级为105m/s.但这不是形成电流的原因．正解CD同步测评【基础巩固轻松过关】1.下列有关电源的电路，导线内部的电场强度的说法正确的是()A.导线内部的电场就是电源所形成的电场B.在静电平衡时，导体内部的场强为零，而导体外部的场强不为零，所以导体电场不是稳定的C.因为导体处于电源的电场中，所以导体内部场强处处为零D.导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导体内的电荷处于动态平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的2.在彩色电视机的显像管中，从电子枪射出的电子在高电压U作用下被加速，形成大小为I的电流，设电子的电荷量为e，电子质量为m，打在荧光屏上的高速电子全被荧光粉吸收，在t时间内打到荧光屏上的电子个数为()A.ItB.metC.IteD.mIte3.有一横截面为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积中有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导体横截面的自由电子数可表示为()A.nvSΔtB.nvΔtC.IΔtqD.IΔtnq4.如图所示，电解池内有一价的电解液，ts内通过溶液内横截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下解释中正确的是()A.正离子定向移动形成电流方向从A到B，负离子定向移动形成电流方向从B到AB.溶液内正负离子相反方向移动，电流抵消C.溶液内电流方向从A到B，电流强度I＝n1etD.溶液内电流方向从A到B，电流强度I＝n1＋n2et【考题试练锋芒初显】5.(2010·郑州测试)一个半径为r的细橡胶圆环上，均匀的带上电荷量为Q的负电荷，当圆环以角速度ω绕中心轴线顺时针匀速转动时，环中等效电流的大小为()A.QB.Q2πC.Qω2πD.2Qωπ6.若氢原子的核外电子绕核做半径为r的匀速圆周运动，则其角速度ω＝________；电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流I＝________.(已知电子的质量为m，电荷量为e，静电力恒量用k表示)7.(2009·扬州)来自质子源的质子(初速度为零)，经一加速电压为800kV的直线加速器加速，形成电流强度为1mA的细柱形质子流．已知质子电量e＝1.6×10