高二物理人教版選修3-1課件 第2章恒定電流 第1節(jié)《電源和電流》

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歡迎進入物理課堂 第二章恒定電流 本章主要內(nèi)容有電阻的串并聯(lián) 歐姆定律 電阻定律 焦耳定律 閉合電路的歐姆定律 電路中的能量守恒定律 多用電表 簡單的邏輯電路等 通過本章學習要學會處理以下幾類問題 1 電路的簡化 對復雜的電路 畫出等效電路圖 這是一項基本功 也是電路分析和計算的基礎 2 動態(tài)直流電路的分析 電路中某些元件 如滑動變阻器的阻值 的變化 會引起電流 電壓 電阻 電功率等相關物理量的變化 解決這類問題涉及的知識點多 要掌握一定的思維方法 3 非純電阻電路的分析與計算 4 穩(wěn)態(tài) 動態(tài)電阻和電容電路的分析與計算 5 故障電路的分析與判斷 此類問題緊密聯(lián)系實際 對靈活運用知識的能力要求較高 6 非線性電路的分析與求解 本章的核心內(nèi)容是歐姆定律 重點是電路的分析和計算 難點是電路的設計 高考熱點是電路動態(tài)分析和實驗 第一節(jié)電源和電流 學習目標 1 了解形成電流的條件 知道電源的作用和導體中的恒定電場 初步體會動態(tài)平衡的思想 2 理解電流的定義 知道電流的單位 方向的規(guī)定 理解恒定電流 會用公式q It分析相關問題 3 能從微觀的角度理解導體中電荷的定向移動與電流之間的關系 重點難點 導體中電流的形成原因 易錯問題 應用I q t求電解液中的電流時 q應為正 負電荷的絕對值之和 一 電流及其產(chǎn)生條件1 電荷的移動形成電流 2 形成電流的條件 1 物體內(nèi)部必有 2 導體兩端存在 3 電流的方向 規(guī)定定向運動方向為電流的方向 自由電荷 電勢差 正電荷 定向 在電解液和金屬導體中都可以形成電流 它們形成電流時有什么不同 思考 思考 提示 金屬導體中是自由電子定向移動形成電流 而電解液中是正 負離子定向移動形成電流 二 電源的作用1 維持電源的正 負極間有一定的 2 在閉合電路中 使導線中的自由電子發(fā)生 保持的電流 電勢差 定向移動 持續(xù) 三 恒定電場1 定義 由穩(wěn)定分布的所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場 2 形成 當電路達到穩(wěn)定時 導線中的電場是由 等電路元件所積累的電荷共同形成的 3 特點 任何位置的都不隨時間發(fā)生變化 在靜電場中所學的電勢 電勢差及其與電場強度的關系等 在恒定電場中同樣適用 電荷 電源 導線 場強 四 恒定電流 都不隨時間變化的電流稱為恒定電流 1 電流的定義 2 公式 3 國際單位 常用單位還有 大小 方向 單位時間內(nèi)通過某導體橫截面的 電荷量 I q t 安培 毫安 微安 一 對電流概念的理解1 電流雖有大小和方向 運算遵循代數(shù)法則 但不是矢量 2 q It是求電荷量的重要公式 其變形公式I 求出的是電流在時間t內(nèi)的平均值 對恒定電流來說 其瞬時值與平均值相等 3 電解液中正 負離子定向移動方向雖然相反 但正 負離子定向移動形成的電流方向是相同的 應用I 時 q為正電荷總電荷量和負電荷總電荷量的絕對值之和 4 不能說I q I 因為由I nq Sv 決定式 可知I與q及t無關 計算電流時 首先要分清形成電流的電荷種類 是只有正電荷或負電荷 還是正 負離子同時存在 其次要注意計算電流大小時 只需代入電量的絕對值 另外公式是I q t而不是I q St 二 電流的微觀表達式如圖2 1 1所示 AD表示粗細均勻的一段導體l 兩端加一定的電壓 導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率為v 設導體的橫截面積為S 導體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n 每個自由電荷所帶的電荷量為q 圖2 1 1 1 由I nqSv可以看出 導體面積越大的位置電荷定向移動的速率越小 2 公式I nqSv是由I 推導出來的 適合于從微觀出發(fā)研究電流的大小 其中n為導體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù) 三 三種速率的比較1 電子定向移動的速率 1 物理意義 電流就是由電荷的定向移動形成 電流I neSv 其中v就是電子定向移動的速率 一般為10 5m s的數(shù)量級 2 大小 10 5m s 2 電子熱運動的速率 1 物理意義 構成導體的電子在不停地做無規(guī)則熱運動 由于熱運動向各個方向運動的機會相等 故不能形成電流 常溫下電子熱運動的速率數(shù)量級為105m s 2 大小 105m s 3 電流傳導的速率 1 物理意義 等于光速 閉合開關的瞬間 電路中各處以真空中光速c建立恒定電場 在恒定電場的作用下 電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向移動 整個電路也幾乎同時形成了電流 2 大小 3 108m s 由于電荷定向移動的速率很小 所以當電路閉合后 電荷并不是瞬間從電源運動到用電器 而是瞬間在系統(tǒng)中形成電場 使導體中所有自由電荷同時做定向移動形成電流 以下說法正確的是 A 只要有可以自由移動的電荷 就能存在持續(xù)電流B 金屬導體內(nèi)的持續(xù)電流是自由電子在導體內(nèi)的電場作用下形成的 例1 C 電流的傳導速率就是導體內(nèi)自由電子的定向移動速率D 在金屬導體內(nèi)當自由電子定向移動時 它們的熱運動就消失了 思路點撥 本題從形成持續(xù)電流的原因及三種速率的區(qū)別分析解答 解析 要有持續(xù)電流必須有持續(xù)的電壓 A不對 導體中形成電流的原因是導體兩端加上電壓 于是在導體內(nèi)形成了電場 導體內(nèi)的自由電子將在電場力作用下定向移動形成電流 B正確 電流的傳導速率等于光速 電子定向移動的速率很小 C不對 在形成電流時電子定向移動 并不是熱運動就消失了 其實電子仍然做無規(guī)則的熱運動 D不對 答案 B 1 關于電流 以下說法正確的是 A 通過截面的電荷量多少就是電流的大小B 電流的方向就是電荷定向移動的方向C 在導體中 只要自由電荷在運動 就一定會形成電流D 導體兩端沒有電壓就不能形成電流 解析 選D 根據(jù)電流的概念 電流是單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量 故A錯 規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向 負電荷 如電子 定向移動的方向與電流的方向相反 故B錯 形成電流的原因是導體內(nèi)的自由電荷做定向運動 如果兩端沒有電壓 導體內(nèi)的自由電荷只能做無規(guī)則熱運動 故C錯 D對 如圖2 1 2所示 在NaCl溶液中 正 負電荷定向移動 方向如圖所示 若測得2s內(nèi)有1 0 1018個Na 和Cl 通過溶液內(nèi)部的橫截面M 試問 溶液中的電流方向如何 電流多大 圖2 1 2 例2 思路點撥 電流是單位時間內(nèi)通過某一導體橫截面的電荷量 從題意中可知電流是正 負離子同時定向移動形成 故電荷量應為正 負電荷量的絕對值之和 答案 方向由A指向B0 16A 思維總結 由求解I值的關鍵是找出某一截面積經(jīng)過t時間所通過的電荷的電量 而在電解液導體中 形成電流的自由電荷是正 負離子 所以q表示的是通過的正負離子電量的絕對值之和 2 一個半徑為r米的細橡膠圓環(huán) 均勻地帶上Q庫侖的負電荷 當它以角速度 弧度 秒 繞中心軸線順時針勻速轉動時 環(huán)中等效電流的大小為 有一橫截面積為S的銅導線 流經(jīng)其中的電流為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 此時電子定向移動的速率為v 則在 t時間內(nèi) 通過導體橫截面的自由電子數(shù)目可表示為 例3 答案 AC 思維總結 在電流的微觀表達式I nqSv中 n為導體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù) 是由導體本身的材料決定的 與導體的長度和橫截面的大小無關 3 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(nèi)的自由電子數(shù)為n 金屬內(nèi)的自由電子電荷量為e 自由電子做無規(guī)則熱運動的速率為v0 導體中通過的電流為I 以下說法中正確的是 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 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 解析 選D 電流在導體內(nèi)的傳導速率等于光速 而自由電子定向移動的速率遠小于光速 所以C錯 自由電子在金屬內(nèi)無規(guī)則熱運動的速率v0與金屬導體的溫度有關 它與電流無關 故A錯 當n為單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)時 I neSv 當n為單位長度內(nèi)的自由電子數(shù)時 I nev 故B錯D正確 1 下列敘述中正確的是 A 導體中電荷運動就形成電流B 國際單位制中電流的單位是安C 電流強度是一個標量 其方向是沒有意義的D 對于導體 只要其兩端電勢差不為零 電流必定不為零 解析 選BD 電流產(chǎn)生的條件包括兩個方面 一是有自由電荷 二是有電勢差 導體中有大量的自由電子 因此只需其兩端具有電勢差即可產(chǎn)生電流 在國際單位制中電流的單位為安 2 關于電流的方向 下列說法中正確的是 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(nèi)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 流入正極板答案 AD 3 金屬導體中有電流時 自由電子定向移動的速率為v1 電子熱運動速率為v2 電流的傳導速率為v3 則 A v1最大B v2最大C v3最大D 無法確定 解析 選C 電場傳播的速率 或電流的傳導速率 等于光速 而電子無規(guī)則熱運動的速率 常溫下數(shù)量級為105m s 自由電子定向移動的速率數(shù)量級一般為10 5m s 所以C選項正確 4 給一粗細不均勻的同種材料制成的導體通電 下列說法正確的是 A 粗的地方電流大 細的地方電流小B 粗的地方電荷定向移動速率大 細的地方小C 各處的電流大小相同D 粗的地方電荷定向移動速率小 細的地方大解析 選CD 同一根導線上的電流相等 故C對 由I nqSv知 D對 5 如圖2 1 3所示 電解池內(nèi)只含有一種CuCl2電解質的電解液 ts內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的銅離子數(shù)是n 設基元電荷為e 試分析電解液中電流的方向和大小怎樣 圖2 1 3 解析 正離子定向移動方向為電流方向 負離子定向移動方向和電流方向相反 所以電解液中的電流方向由A向B 因電解液中只含電解質CuCl2 二價正離子數(shù)為n 則一價負離子數(shù)為2n 電解液中是正 負兩種離子的定向移動形成電流 故ts內(nèi)流過某截面的正 負離子的總電荷量為4ne 所以電流I 4ne t 答案 方向由A向B4ne t 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全