- 2021-05-24 发布 |
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文档介绍
2020学年高中物理 2.1 电源和电流 学案(人教版选修3-1)
2.1 电源和电流 学案(人教版选修3-1) 一、电源 1.带正、负电荷的导体通过导线放电只能形成瞬间的电流:如图1所示,当用导线连接带正、负电荷的导体A、B时,导线中的自由电子便会在静电力的作用下沿导线做定向移动,带负电的导体B________电子,带正电的导体A________电子,周围电场迅速减弱,两导体间的电势差很快消失,电流是________的. 图1 2.电源能给电路提供持续的电流:在两个导体间加一个装置P,如图2所示,它能源源不断地把经导线流到A的电子取走,补充给B,使A、B始终保持一定数量的正、负电荷,A、B周围空间始终存在一定的______,A、B之间始终保持一定的______.这样电路就始终保持持续的________,这种搬运电荷的装置P就是________. 图2 二、恒定电场 导线内的电场,是由电源、导线等电路元件所积累的________共同形成的.尽管这些电荷也在运动,但有的流走了,另外的又来补充,形成一种________平衡,这样________的分布是稳定的,形成的________也是稳定的,不随时间而改变,称为恒定电场. 三、恒定电流 1.恒定电流:由于恒定电场的作用,电路中的电流保持恒定.我们把______________都不随时间变化的电流称为恒定电流. 2.电流:(1)定义:通过导体截面的________与通过这些电荷量所用________的比值,叫做电流强度,简称电流. (2)公式表达:I=,或写成电荷量的表达式:__________. (3)单位:在国际单位制中是______,简称安,符号是A.更小的单位还有________ (mA)、________(μA),换算关系为:1 A=103 mA=106 μA. 一、电源 [问题情境] 电闪雷鸣时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光,但它只能存在一瞬间,手电筒中小灯泡能持续发光. 导体中的电流是怎样形成的? 1.导体中有电流,是因为自由电子做什么运动? 2.电路中之所以能有持续的电流,是因为电路两端维持着一定的电势差,这是什么元件在起作用? [要点提炼] 1.要使电路中保持持续的电流,电路两端之间要有一定的________. 2.电源的作用:维持电路两端始终有一定的________,使电路中保持______________. 二、恒定电场 [问题情境] 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.这些电荷也在运动,电荷的分布却是稳定的,这是为什么? [要点提炼] 1.由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,称为____________. 2.在恒定电场中,任何位置的电场强度都不随时间变化,所以它的基本性质与________相同.在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等,在恒定电场中________. 三、恒定电流 [问题情境] 1.什么样的电流被称为恒定电流? 2.我们用什么物理量来描述电流的强弱程度? 3.电流的传播速度是光速,电子在导线中也是以光速移动吗? [要点提炼] 1.我们把________都不随时间变化的电流称为恒定电流. 2.________是描述电流强弱的物理量,其单位是________,电荷量q=________. 例1 某电解池中,若在2 s内各有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.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A 听课记录: 变式训练1 如图3所示,电解池内只含有一种CuCl2电解质的电解液,t s内通过溶液内截面S的铜离子数是n,设基元电荷为e,试分析电解液中电流的方向和大小怎样? 图3 例2 电子的绕核运动可等效为环形电流.若氢原子中的电子以速率v在半径为r的轨道上运动,用e表示电子的电荷量,则其等效电流等于多少? 变式训练2 如图4所示,一个半径为r的细橡胶圆环,均匀地带上负电荷Q,当它以角速度ω绕中心轴线逆时针匀速转动时,环中等效电流的大小为( ) 图4 A.Q B. C. D. 例3 截面积为S的导线中通有电流I.已知导线每单位体积中有n个自由电子,每个自由电子的电荷量是e,自由电子定向移动的速率是v,则在时间Δt内通过导线横截面的电子数是( ) A.nSvΔt B.nvΔt C. D. 听课记录: 变式训练3 一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S,导体单位长度内的自由电子数为n,金属内的自由电子的电荷量为e,自由电子做无规则热运动的速率为v0,导体中通过的电流为I.则下列说法中正确的有( ) A.自由电子定向移动的速率为v0 B.自由电子定向移动的速率为v= C.自由电子定向移动的速率为真空中的光速c D.自由电子定向移动的速率为v= 【即学即练】 1.关于电流的概念,下列说法正确的是( ) A.通过导体横截面的电荷量越多,电流越大 B.电子定向移动的速率越大,电流越大 C.单位时间内通过导体某横截面的电荷量越多,导体中的电流越大 D.电流的传导速率越大,电流越大 2. 如图5所示,电解池内有一价的电解液,t s内通过溶液内截面S的正离子数是n1,负离子数是n2,设基元电荷为e,则以下解释中正确的是( ) 图 5 A.正离子定向移动形成电流方向从A→B,负离子定向移动形成电流方向B→A B.溶液内正负离子向相反方向移动,电流抵消 C.溶液内电流方向从A到B,电流I= D.溶液内电流方向从A到B,电流I= 3.导体中电流I的表达式为I=nqSv,其中S为导体的横截面积,n为导体每单位体积内的自由电荷数,q为每个自由电荷所带的电荷量,v是( ) A.导体运动的速率 B.电流传导速率 C.自由电荷定向移动的速率 D.电子热运动速率 4.有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的两倍,而单位时间内通过乙横截面的电荷量是甲的2倍,下列说法中正确的是( ) A.通过甲、乙两导体的电流相同 B.通过乙导体的电流是甲导体的2倍 C.乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍 D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相同 5.如图6所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,设棒每米的电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为( ) 图6 A.vq B. C.qvS D. 参考答案 课前自主学习 一、1.失去 得到 瞬时 2.电场 电势差 电流 电源 二、电荷 动态 电荷 电场 三、1.大小和方向 2.(1)电荷量q 时间t (2)q=It (3)安培 毫安 微安 核心知识探究 一、 [问题情境] 1.定向 2.电源 [要点提炼] 1.电势差 2.电势差 持续的电流 二、 [问题情境] 电荷虽然也在流动,但有的流走了,另外的又来补充,所以电荷的分布是稳定的. [要点提炼] 1.恒定电场 2.静电场 同样适用 三、 [问题情境] 1.大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流. 2.“电流”这一物理量来描述电流的强弱程度.3.电子在导线中移动速度很慢(见课本例1),不是光速. [要点提炼] 1.大小和方向 2.电流 安培 It 解题方法探究 例1 D [电荷的定向移动形成电流,但正、负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2 s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=6.4 C.根据电流的定义式得:I== A=3.2 A.] 变式训练1 正离子定向移动方向为电流方向,负离子定向移动方向和电流方向相反,所以电解液中的电流方向由A向B.因电解液中只含电解质CuCl2,二价正离子数为n,则一价负离子数为2n.电解液中是正、负两种离子的定向移动形成电流,故t s内流过某截面的正、负离子的总电荷量为4ne,所以电流I=4ne/t. 例2 解析 假想电子绕核运动的轨迹就是一个环形导体,在运动的轨迹上任取一截面,则在一个周期内只有一个电子通过这个截面,由于电子电荷量题目已经给出,只要求出电子运动的周期,就可以根据电流的定义求解.根据圆周运动的知识可知,电子运动的周期为T=,因此电流为I===. 变式训练2 C [由电流的定义式得I===.] 例3 AC [电荷量q=It,单位体积内的电子数已知,要求出Δt时间内有多少电子通过截面,才能求出电子数. (1)根据电流的定义式可知,在Δt内通过导线截面的电荷量q=IΔt. 所以在这段时间内通过的自由电子数为N==,选项C正确. (2)自由电子定向移动的速率是v,因此在时间Δt内,位于以截面S为底、长l=vΔt的这段导线内的自由电子都能通过截面.这段导线的体积V=Sl=SvΔt,所以Δt内通过截面S的自由电子数为N=nV=nSvΔt,选项A正确.] 变式训练3 D [本题考查的是对电流微观表达式I=nqSv的理解,关键是理解v和n的物理意义,式中的n为单位体积内自由电子数,v为自由电子定向移动的速率,而本题中n为单位长度内的自由电子数,t时间内通过导体某一横截面的自由电子数为长度是vt内的自由电子,其数量为nvt,电荷量q=nvte,所以电流I==nev,所以v=,故正确答案为D.] 即学即练 1.BC [A选项中没有考虑时间的因素.B选项易漏选,当电子的定向移动的速率越大时,单位时间内通过导体横截面的电荷量越大,故电流越大.D选项中,电流的传导速率是定值,为光速c.] 2.D [正离子的定向移动方向就是电流方向,负离子定向移动的反方向也是电流方向,有正负离子反向经过同一截面时,I=公式中q应该是正、负离子所带电荷量的绝对值之和.故I=,电流方向由A指向B,故选项D正确. 本题易错原因:对电解液导电问题与金属导电原理易混;避免方法:准确审题,看清导电物质是金属还是电解质.] 3.C [从微观上看,电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、电荷量、定向移动速率,还与导体的横截面积有关.电荷的定向移动形成电流,这个定向移动的速率就是电流微观表达式I=nqSv中的v,故选C.] 4.B [由于单位时间内通过乙横截面的电荷量是甲的2倍,因此通过乙导体的电流是甲的2倍,故A错,B正确.由于I=nqSv(n是单位体积中的自由电荷数,q是自由电荷的电荷量,S是导体的横截面积,v是自由电荷定向移动的速率),所以v=,由于不知道甲、乙两导体的性质(n、q不知道),所以无法判断甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率的大小,故C、D错.] 5.A [在垂直棒的运动方向选取某一横截面,设棒长为L,则棒上所有电荷通过这一横截面所用的时间为t=.由电流定义式I=可得I==qv,故选项A正确.]查看更多