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教师用书独具演示3．2研究电流、电压和电阻●课标要求1．知道持续电流产生的条件，并能做出微观解释．2．知道电流的大小、方向和单位，理解电流的定义式I＝q/t，并能用它进行有关的计算．3．知道电路中电压形成原因，并能分析电势降落的规律．4．了解电阻是怎样形成的．●课标解读1．了解电流的形成过程，并会灵活运用公式计算电流的大小．2．理解电压的概念，掌握电路中电势降落的规律．3．知道什么是电阻及电阻的单位．●教学地位本节通过分析电流形成的原因，引入电流、电压和电阻的概念，本节涉及的内容是直流电路的基础，对学习直流电路有非常重要的作用．●新课导入建议你知道闪电时的电流有多大吗？你知道手电筒小灯泡中的电流有多大吗？为什么闪电时间很短，而手电筒里的小灯泡却能持续发光？•●教学流程设计演示结束课标解读重点难点1.知道电流的定义及形成电流的微观机理，掌握定义式I＝Qt和I＝nqvS公式．2.理解电压就是沿电流方向的电势降落．3.知道电阻形成原理，知道电阻与温度的关系.1.电流的定义和形成电流的微观原因．(重点)2.电压和电阻的物理意义．(重点)3.电流微观表达式的推导和应用．(难点)4.理解电路中的电压和电阻．(难点)电场与电流1.基本知识(1)电流①定义：物理学中把流过导体某一横截面积的电荷量Q跟所用时间t的比值I叫做．②定义式：.电流I＝Qt③单位：．常用单位还有和；换算关系：1A＝mA＝μA.④电流的方向：电流的方向规定为定向移动的方向．⑤物理意义：反映电流强弱的物理量．安培毫安微安103106正电荷(2)电流的形成①不同导体中形成电流的自由电荷是不相同的．金属导体中的自由电荷是．电解质溶液中的自由电荷是．电离气体中的自由电荷是和．电荷是在下发生定向移动形成电流．②金属导体中电流的微观表达式I＝.自由电子正、负离子正、负离子电子电场力的作用nqvS2．思考判断(1)电流的方向规定为正电荷定向运动的方向．(√)(2)电流既有大小，又有方向，它是矢量．(×)(3)导体中的自由电子在电场力的作用下发生定向移动，形成电流．(√)3．探究交流图3－2－1电解质溶液中自由电荷是正、负离子，在电解质溶液导电时，应怎样利用公式I＝Qt计算导体中的电流？【提示】Q应为通过导体横截面的正、负离子所带电荷量的绝对值之和.电路中的电压与电势降落1.基本知识(1)沿电流方向上的任意两点间的电势差就是．(2)沿电流方向电势是逐渐的．电压降低2．思考判断(1)在电路中沿着电流的方向电势逐渐升高．(×)(2)电路中的电压就是沿电流方向的电势差．(√)(3)在电路中电源正极的电势高，负极的电势低．(√)3．探究交流假设电源两极的电压为1.5V，若选择电源的正极为零电势点，那么它的负极电势是多少？【提示】－1.5V电阻是怎样形成的1.基本知识(1)在金属导体中，除了有大量的自由电子外，还有晶体结构点阵上的金属原子．我们把失去一些核外电子的金属原子叫做．(2)金属导体中的自由电子，在作用下做定向运动的过程中，自由电子与晶体点阵上的原子实形成对电子定向运动的阻碍作用，是“电阻”产生的根本原因，也是电阻元件在通电时发热的原因．原子实电场力碰撞(3)纯金属电阻的阻值与温度间的关系：，式中R表示，R0表示，α叫做．R＝R0(1＋αt)金属在t℃时的电阻金属在0℃时的电阻值电阻的温度系数2．思考判断(1)自由电子在导体中运动是自由的，不受阻碍作用．(×)(2)自由电子与原子实的碰撞是产生电阻的根本原因．(√)(3)金属电阻随温度的升高而增大．(√)3．探究交流电阻元件在通电时发热的原因是什么？【提示】电阻元件通电时，自由电子不断地与晶体点阵上的原子实碰撞，将它的一部分动能传递给原子实，使原子实的热振动加剧，导体的温度就升高了．电流的形成和定义式的理解【问题导思】1．电流是怎样形成的？怎样才能形成持续电流呢？2．正电荷定向移动与负电荷定向移动形成的电流方向相同吗？1．电流的形成：电荷的定向移动形成电流．当把导体和电源连接后，导体中形成恒定电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动形成电流．(1)产生电流的条件：导体两端有电压．(2)形成持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合．2．电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反，金属导体中自由移动的电荷是自由电子，故电流的方向与自由电子定向移动的方向相反．3．电流的大小(1)I＝Qt是电流的定义式，I＝nqSv是电流的决定式，故电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关．(2)Q＝It是求电荷量的重要公式．而公式I＝Qt求出的是电流在时间t内的平均值，对于恒定电流其瞬时值与平均值相等．(3)电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正，负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I＝Qt时，Q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和．某电解池中，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【审题指导】电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，而正电荷的定向移动形成电流与负电荷定向移动形成电流是等效的．只不过负电荷定向移动形成电流的方向与负电荷定向移动的方向相反而已．【解析】电荷的定向移动形成电流，但“＋”“－”电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和．故由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2s内通过截面的总电荷量应为：Q＝1.6×10－19×2×1.0×1019C＋1.6×10－19×1×2.0×1019C＝6.4C.根据电流的定义式得：I＝Qt＝6.42A＝3.2A.【答案】D1．如图3－2－2所示，将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来，已知截面积S铝＝2S铜．在铜导线上取一截面A，在铝导线上取一截面B，若在1s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截面的电流的大小关系是()图3－2－2A．IA＝IBB．IA＝2IBC．IB＝2IAD．不能确定【解析】这个题目中有很多干扰项，例如两个截面的面积不相等，导线的组成材料不同等等．但关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等，根据I＝qt可知电流强度相等．【答案】A电流的微观表达式【问题导思】1．怎样建立导体导电的微观模型？2．推导电流微观表达式的步骤是什么？1．建立模型：如图3－2－3所示，AD表示粗细均匀的一段导体长为l，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q.图3－2－32．推导步骤(1)以AD导体为研究对象，导体中自由电荷总数N＝nSL.(2)通过导体，横截面的总电量Q＝Nq＝nqSL.(3)所有电荷通过横截面所需要的时间：t＝Lv.(4)根据I＝Qt＝nqSLL/v推出I＝nqSv.在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束．已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是()A.IΔleSm2eUB.IΔlem2eUC.IeSm2eUD.ISΔlem2eU【解析】设电子经加速电场加速后的速度为v，电子束中单位长度内自由电子数为n，则eU＝12mv2，I＝nev，长为Δl的电子束中的电子数N＝nΔl，联立以上三式解得N＝IΔlem2eU.【答案】B2．如图3－2－4所示，一根截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于橡胶棒运动而形成的等效电流大小为()图3－2－4A．vqB.qvC．qvSD.qvS【解析】设在t时间内通过截面的电荷量为Q，则Q＝vt·q，所以I＝Qt＝vq，应选A.【答案】A综合解题方略——等效电流的计算(2012·宁德一中高二检测)半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω沿逆时针匀速转动，则由环产生的等效电流沿什么方向？电流多大？【审题指导】(1)橡胶环转动时，环上正电荷随环转动可认为发生定向移动形成电流．(2)圆环转动的周期T＝2πω，在一个周期的时间内通过横截面的电荷量为q.【规范解答】依据电流的定义式I＝Qt，选取圆环的任一截面S，橡胶圆环运动一周的时间T内，通过这个截面的电荷量为q，则：I＝qT①又有：T＝2πω②解①②得：I＝qω2π.方向与正电荷移动方向相同，即沿逆时针方向．【答案】沿逆时针方向qω2π求解等效电流问题时，选取合适的截面和时间是非常关键的，若取小于一个周期的时间，电量的大小就不易确定，而在一周的时间内经过各截面的电量都是一个电子的电量，故选取电子运动一周的时间来求解，问题就迎刃而解．【备课资源】(教师用书独具)神奇的超导现象电荷在导线中流动会受到阻碍作用，人们把导体阻碍电流的性质叫做电阻．电流克服电阻需要消耗能量，这部分能量以发热的形式，白白地损失掉了，有时热还会影响到电气设备中的元件以及周围的精密器械．如果没有电阻，那该多好啊！1911年的一天，荷兰莱顿大学的物理实验室里，昂尼斯教授正在专心致志地研究水银的低温性能．他先将水银冷却到－40℃，液体水银便凝固成一条水银线；然后，再在水银线中通以电流，并一步一步地降低水银的温度，当温度降低到－269.03℃，也就是绝对温度4.12K时，奇迹出现了：水银的电阻突然消失了．这意味着，电流在零电阻的导线中可以畅通无阻，不再消耗能量，如果电路是闭合的，电流就可以永无休止地流动下去．有人做过这样的实验：将一个铅环冷却到绝对温度7.25K以下，用磁铁在铅环中感应生成几百安培的电流．从1954年3月16日开始，在和外界隔绝的情况下，一直到1956年9月5日，铅环中的电流数值没有变化，仍在不停地循环流动．人们把这种零电阻现象称为超导现象．凡具有超导性的物质称为超导体或超导材料．无论哪一种超导体，只有当温度降到一定数值时，才会发生超导现象．这个从正常电阻转变为零电阻的温度称为超导临界温度．由于昂尼斯在超导方面的卓越贡献，他获得了1913年的诺贝尔物理学奖．1．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．通电时间越长，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【解析】根据I＝Qt，B、D正确，A、C错误．【答案】BD2．对电源的认识，下列说法正确的是()A．电源是为电路提供自由电荷的装置B．电源的作用是保持导体两端有持续的电势差C．电源的作用是使绝缘材料体变成导体D．电源使导体中的自由电子发生定向移动【答案】BD3．电路中的电流强度为0.2A，则1min内通过导线横截面定向移动的自由电子数为()A．7.5×1020个B．7.5×1019个C．1.25×1019个D．1.25×1018个【解析】Q＝It＝0.2×60C＝12C，电子个数n＝12/(1.6×10－19)＝7.5×1019(个)．【答案】B4．下面说法正确的是()A．电流的方向就是电荷移动的方向B．在一直流电源的外电路上，越靠近电源负极，电势越低C．电流都是由电子的定向移动形成的D．电流强度是有方向的量，所以是矢量【解析】电流的方向是正电荷定向移动的方向，故A错误；在电路中，沿电流的方向就是电势降落的方向，故B正确．【答案】B5．导体中的电流大小为5mA，那么在3.2s内有________C的电荷定向通过导体的横截面；若通过的是电子，相当于________个电子，若通过的是二价负离子，相当于______________个二价离子．【答案】1.6×10－21.0×10175.0×1016课时作业（九）