2019-2020年高二物理《電源和電流》學案.doc

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2019-2020年高二物理《電源和電流》學案 [要點導學] 1.能把電子從正級搬運到負級的裝置是__________。 2.恒定電場：導線內的電場是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管導線中的電荷在運動，但有的流走，另外的又來補充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也不會隨時間變化。這種由穩(wěn)定分布的電荷所產生的穩(wěn)定電場稱為恒定電場。 3．形成電流的必要條件：(1)要有能自由移動的______。在導體中存在著大量的能自由移動的電荷，如金屬導體中的_______，電解液中的________等。(2)導體兩端有______，即能產生驅使電荷作定向移動的作用力——電場力。電源的作用就是保持導體兩端的電壓，從而使電路中有持續(xù)的電流。 4．電流的定義：通過導體橫截面的電量跟所用時間的比值叫電流，表達式I=q/t。電流的單位：安（A），1A＝1C/s，常用單位還有毫安（mA）、微安(μA)，1A=103mA=106μA。在國際單位制中，電流是一個基本物理量，其單位安培是基本單位之一。 5．電流的方向：規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向。在金屬導體中，電流方向與電子定向移動的方向_______。但電流是標量，電流的方向表示的是電流的流向，電流的疊加是求代數和，而不是矢量和。 6．恒定電流：大小和方向都不隨時間變化的電流。 7．電流的微觀表達式：I=nqvS。其中，n是導體每單位體積內的自由電荷數，q是每個自由電荷的電量，v是導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率，S是導體的橫截面積。 推導過程如下：如圖12－1－1所示，在加有電壓的一段粗細均勻的導體AD上選取截面B和C，設導體的截面積為S，導體每單位體積內的自由電荷數為n，每個電荷的電量為q，電荷的定向移動速率為v，則在時間t內處于相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面C。由于I=q/t可得：I=qnSvt/t=nqvS [范例精析] 例1 某電解池中，若在2 s內各有1.01019個二價正離子和2.01019個一價負離子通過某截面，那么通過這個截面的電流是( )． A．O B．0.8 A C．1.6 A D．3.2 A 解析：電荷的定向移動形成電流，但“+”“一”電荷同時向相反方向定向移動時，通過某截面的電量應是兩者絕對值的和。故由題意可知，電流由正、負離子定向運動形成，則在2 s內通過截面的總電量應為： q=1.610-1921.01019C+1.610-1912.01019C=6.4C。 根據電流的定義式得：I=q/t=6.4/2=3.2A 拓展：電流的大小等于單位時間內通過導體橫截面的電量，而正電荷的定向移動形成電流與負電荷定向移動形成電流是等效的。只不過負電荷定向移動形成電流的方向與負電荷定向移動的方向相反而已。 例2 電子的繞核運動可等效為環(huán)形電流。若氫原子中的電子以速率v在半徑為r的軌道上運動，用e 表示電子的電荷量，則其等效電流等于多少？ 解析：假想電子繞核運動的軌跡就是一個環(huán)形導體，在運動的軌跡上任取一截面，則在一個周期內只有一個電子通過這個截面，由于電子電荷量題目已經給出，只要求出電子運動的周期，就可以根據電流的定義求解。根據圓周運動的知識可知，電子運動的周期為 T=2πr/v, 因此所求電流為 I=e/T=ev/2πr. 拓展：本題用到前面所學有關圓周運動的基本知識，還用到一種等效的思維方法。由于沒有直觀經驗，對于不少學生來說，采用這個思維方法是有一定難度的，因此本題作為一種類型，希望學生通過練習積累這種解題思路，在今后解決類似問題時可以采用相近的思維方法。例如：一電子沿一圓周順時針方向高速運動，周期為10－10s，則等效電流大小為——————A,電流方向是——————————（填“順時針”或“逆時針” ）。 [答案：1.610- 9，逆時針] 例3 有一橫截面積為s的銅導線，流經其中的電流強度為I；設每單位體積的導線中有n個自由電子，電子的電量為e，此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可表示為（ ） A．nvs Δt B．nvΔt C．IΔt /e D． IΔt /se 解析：因為I=q/Δt，所以q=IΔt 自由電子數目為：N=q/e= IΔt /e，則選項C正確。 又因為電流強度的微觀表達式為I=nevs，所以自由電子數目為 N=q/e= IΔt /e =nevsΔt/e=nvs Δt 則選項A正確。 拓展：本題主要考查電流強度的定義式和微觀表達式的應用計算。求解此題的關鍵是對電流的本質要有深刻的認識，依據電流強度的宏觀和微觀表達式，靈活運用解題。 [能力訓練] 1．1毫安=__________安，1微安=__________安。110-3 110-6 2．把 規(guī)定為電流的方向，在金屬導體中，電流方向與自由電子定向移動的方向 。在電解質溶液中，電流的方向與正離子定向移動的方向 ,與負離子定向移動的方向 。 正電荷定向移動的方向；相反；相同；相反 3．關于電源的作用,下列說法正確的是 (BCD) A.電源的作用是能為電流提供自由電子 B.電源的作用是使導體中形成電場 C.電源的作用是能夠保持導體兩端的電壓 D.電源的作用是使自由電荷定向移動起來 4．下列敘述正確的是（BD） A．導體中電荷運動就形成電流 B．電流的國際單位是安培 C．因為電流強度有方向，所以電流強度是矢量 D．導體中有電流通過時，導體內部場強不為零 5．關于電流的方向，下列說法正確的是（ C ） A．在金屬導體中，電流的方向是自由電子定向移動的方向 B．在電解液中，電流的方向為負離子定向移動的方向 C．無論在何種導體中，電流的方向都與負電荷定向移動的方向相反 D．在電解液中，由于是正負電荷定向移動形成的電流，所以電流有兩個方向 6．關于電流的說法正確的是（BD） A．根據I=q/t可知，I與q成正比 B．如果在任何相等時間內通過導體橫截面積的電量相等，則導體中的電流是恒定電流 C．電流強度是一個標量，其方向是沒有意義的 D．電流強度的單位“安培”是國際單位制中的基本單位 7．以下對導體中的電場理解正確的是（ABD） A．導體內的電場在穩(wěn)定時是和導線平行的 B．導體內的電場由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成 C．導線中電場始終隨時間而變化 D．導體內的電場是一種動態(tài)的穩(wěn)定 8．通過一根金屬導線的電流為16mA．則10s內通過這根導線橫截面的自由電子數為（ B） A．1.01017 B．1.01018 C．1.01019 D．1.01020 9．在某次閃電中，持續(xù)時間為0.005 s所形成的平均電流為6.0104A，若閃電過程中產生的電荷以0.5A的電流通過電燈，試求可供電燈照明的時間。 6103 10.銀導線的橫截面積S=4mm2，通以I=2A的電流，若每個銀原子可以提供一個自由電子，試推導銀導線單位長度上的自由電子數的計算公式,并計算結果.(已知銀的密度ρ=10.5103kg/m3,摩爾質量M=108g/mol,阿伏伽德羅常數NA=6.021023mol-1,計算結果取1位小數) ρNAS/M，21023