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1800年,意大利教授伏打发明了世界上第一个发电器——伏打电堆,也就是电池组,开创了电学发展的新时代。伏打用锌片与银片夹着用盐水浸湿的抹布叠成电堆产生了电流,这个装置后来称为伏打电堆。他还把锌片和铜片放在盛有稀硫酸的杯中,将很多这样的小杯子连起来,组成电池。伏打电堆(电池)的发明,提供了产生恒定电流的电源——化学电源,使人们有可能从各个方面研究电流的各种效应。从此,电学进入了一个飞速发展的时期——电流和电磁效应的新时期。课时2.1电源和电流电动势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。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.了解电路中自由电荷定向移动的过程中,静电力和非静电力做功与能量转化的关系。4.知道电源电动势的概念和它的定义式以及电源的内阻。1.恒定电流①大小、②方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。2.电流(1)物理学中用电流表示电流的③强弱程度。(2)公式I=④。(3)在国际单位制中,电流的单位是⑤安培,符号是⑥A,常用的电流单位还有⑦毫安、⑧微安,符号分别为⑨mA、⑩μA。3.电源(1)如图所示,能够源源不断地把经过导线R流到正极A的电子搬运到负极B,使正极A、负极B始终保持一定数量的正、负电荷,A、B之间就维持一定的电势差,使电路中保持持续的电流的装置就是电源。(2)从能的转化角度看,电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。(3)电源内部也是由导体组成的,所以也有电阻,这个电阻叫电源的内阻。4.电动势(1)物理学中用电动势来表示电源内移动电荷时非静电力做功的本领。(2)电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。(3)如果移送电荷q时非静电力所做的功为W,那么电动势E=。(4)电动势的单位是伏特。(5)电动势由电源内非静电力的性质决定,与电源的体积无关,也跟外电路无关。主题1:电源的作用阅读教材中“电源”部分的内容,回答下列问题。(1)如图甲所示,为什么在两个分别带异种电荷的导体A、B之间连接一条导线R,自由电子就会定向移动产生电流?(2)如图乙所示,为什么导线R中电流很快就消失了?(3)为什么闪电时耀眼的闪光只能存在一瞬间,而手电筒的小灯泡却能持续发光?甲乙主题2:从微观角度探究电流阅读教材中的“例题1”,回答下列问题。(1)每一个铜原子核外有多少个电子?是不是这些电子都能自由移动?(2)“例题1”中得出关系式I=,对于某一特定的导体,此式中哪些量是常量?电流I是哪些量的函数?(3)“例题1”中计算出的自由电子的速率是多少?如何理解闭合开关,电灯立即工作的事实?主题3:电动势阅读教材中“电动势”部分的内容,回答下列问题。(1)如图所示,在外电路中正电荷为什么会从电源的正极向负极做定向移动?在这一过程中,电势能是增加还是减少?(2)在电源内部,电源把正电荷从负极搬运到正极,静电力做什么功?电势能是增加还是减少?如果增加了,这些能量来自哪里?(注意:“非静电力”并不是一种力,而是指除静电力之外的其他形式的力。)(3)为什么电源内有电阻?1.关于电源,以下说法正确的是()。A.电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极B.电源的作用就是将其他形式的能转化为电能C.只要电路中有电源,电路中就一定有电流D.电源实质上也是一个用电器,也需要外界提供能量2.关于电流,以下说法正确的是()。A.通过截面的电荷量多少就是电流的大小B.电流的方向就是电荷定向移动的方向C.在导体中,只要自由电荷在运动,就一定会形成电流D.导体两端没有电压就不能形成电流3.某电解液中,若在2s内有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子相向通过某横截面,那么通过这个横截面的电流是()。A.0B.0.8AC.1.6AD.3.2A4.关于电动势E的说法中正确的是()。A.电动势E的大小,与非静电力所做的功W的大小成正比,与移送电荷量q的大小成反比B.电动势E是由电源本身决定的,跟电源的体积和外电路均无关C.电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量D.电动势E的单位与电势差的单位相同,故两者在本质上相同拓展一、关于电流“微观表达式”的计算1.有一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流为I,设每单位体积的导线内有n个自由电子,电子的电荷量为q,此时电子定向移动的速度为v,在Δt时间里,通过导线横截面的自由电子数可表示为()。A.nvSΔtB.nvΔtC.D.拓展二、关于电动势的理解和计算2.将电动势为3.0V的电源接入电路中,测得电源两极间电压为2.4V,当电路中有6C的电荷流过时,求:(1)有多少其他形式的能转化为电能。(2)外电路有多少电能转化为其他形式的能。(3)内电路有多少电能转化为其他形式的能。答案第二章恒定电流课时2.1电源和电流电动势知识体系梳理①大小②方向③强弱④⑤安培⑥A⑦毫安⑧微安⑨mA⑩μA电势差电流非静电力电势内阻非静电力负正伏特非静电力体积外电路重点难点探究主题1:(1)由于A、B分别带异种电荷,在其周围存在从正电荷指向负电荷的电场,A、B之间存在电势差,当它们之间连接一条导线时,导线中的自由电荷就会在静电力的作用下定向移动,形成电流。(2)由于电荷的移动会使电荷重新分布,会很快达到静电平衡,A、B、R成为一个等势体后,就不再有电流。(3)由于云层所带电荷是有限的,与如图甲、乙所示情形相似,放电电流是瞬间的,所以闪光只能存在一瞬间;而手电筒中有电源,电源能源源不断地把流到正极的电子搬运到负极,使正、负极之间始终维持一定的电势差,这样电路中就能产生持续的电流,小灯泡就能持续地发光。主题2:(1)铜的原子序数是29,因此每个铜原子核外都有29个电子,但并不都是能够自由移动的,一般只有离原子核最远的外层电子才是自由电子。(2)阿伏加德罗常数NA和元电荷e是常量,对于某一特定的导体,密度ρ、摩尔质量M以及横截面积S也是常量,可见电流I是自由电子定向移动速率v的正比例函数。(3)题中计算出自由电子移动的速率v=7.5×10-5m/s。这个速率显然是很小的,而日常生活中,闭合开关时电灯会立即工作,这是由于闭合开关的瞬间,电路中各个位置迅速建立了恒定电场,电路中各处的自由电荷几乎同时开始定向移动,整个电路也就几乎同时形成了电流,电灯中有电流就会工作,而不是要开关处的电荷移动到电灯处,电灯才会工作。主题3:(1)由于正极的电势高,负极的电势低,正电荷在静电力的作用下自然从电势高的正极流向电势低的负极(负电荷则会从负极流向正极)。由于静电力对电荷做正功,电势能减少。(2)在电源内部,电源把正电荷从负极搬运到正极,静电力做负功,电势能增加。这是由于电源内“非静电力”做正功,把其他形式的能(如化学能、机械能等)转化为电势能。(3)电源内部也是由导体组成的,所以电源内也有电阻,叫作内阻。基础智能检测1.B2.D3.D4.BC全新视角拓展1.AC【解析】在Δt时间内,以速度v移动的电子在铜导线中经过的长度为vΔt,由于铜导线的横截面积为S,则在Δt时间内,电子经过的导线体积为vΔt·S。又由于单位体积的导线内有n个自由电子,在Δt时间内,通过导线横截面的自由电子数可表示为nvSΔt,如图所示,选项A正确。由于流经导线的电流为I,则在Δt时间内,流经导线的电荷量为IΔt;而电子的电荷量为q,则Δt时间内通过导线横截面的自由电子数可表示为,选项C也正确。2.(1)18J(2)14.4J(3)3.6J【解析】(1)根据电动势的定义式可知:W=Eq=3×6J=18J,所以电源将18J其他形式的能转化为电能。(2)根据电功的计算式有W1=U1q=2.4×6J=14.4J,所以外电路中共有14.4J电能转化为其他形式的能。(3)由能量守恒可知,内电路将电能转化为其他形式的能W2=W-W1=18J-14.4J=3.6J。