高中物理 3.2 探究电流、电压和电阻的成因课件 沪科版选修31.ppt

第2课时研究电流 电压和电阻 课前自主学习 一 恒定电流1 电流 流过导体某一横截面积的电荷量q跟所用时间t的 2 物理意义 表示电荷定向移动快慢的 在数值上等于单位时间内通过导体某一横截面面积上的 知识梳理 比值 强弱程度 电荷量 电荷量 4 单位 安培 符号 其他单位 1a ma a 5 规定 的方向为电流方向 它与 方向相反 沿着电流的方向电势逐渐降低 故沿着电流方向上的任意两点间都有 这就是电路中的 思考 电流有流动方向是否为矢量呢 温馨提示 不是矢量 不符合矢量运算定则 a 毫安 ma 微安 a 103 106 正电荷定向移动 负电荷定向移动 电势差 电压 二 电流的微观表达式如图3 2 2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 ad导体中的自由电荷总数 n 总电荷量q nq 图3 2 2 nls nlsq 由此可见 从微观上看 电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数 每个自由电荷的电荷量 定向移动速度的大小 还与导体的横截面积有关 nqsv 三 电流传导速率和电子热运动的速率 定向移动速率的区别 无规则热 定向 恒定 定向 四 欧姆定律1 内容 导体中的电流i跟导体两端的电压u成 跟导体的电阻r成 3 适用条件 欧姆定律对 都适用 但是对气体电离后导电和晶体二极管不适用 反比 正比 金属或电解液 正比 反比 五 电阻1 电阻r反映导体对电流的阻碍作用 它等于导体两端的电压与通过导体的 之比 3 单位 电阻的单位为 其关系为 1k 1m 正比 反比 电流大小 欧姆 或千欧 k 或兆欧 m 103 106 1 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 基础自测 解析 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 定向移动速度 还与导体的横截面积有关 故选c 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 答案 c 2 关于电流的概念 下列说法中正确的有 a 导体中有电荷运动就形成电流b 电流是一个矢量 其方向就是正电荷定向运动的方向c 在国际单位制中 电流是一个基本物理量 其单位安培是基本单位d 对于导体 只要其两端电势差为零 电流也必为零 解析 导体中有大量的自由电子 总在不停地做无规则运动 没有定向运动 在一段时间t内 通过导体某一截面的电荷是双向的 其数值又是相等的 电流为零 故a错 电流是一个标量 因为其运算不符合矢量运算法则 为了便于研究电流 人们规定正电荷定向运动的方向为电流的正方向 以区别于负电荷的定向运动 故b错 在国际单位制中 共有七个基本量 电流便是其中之一 故c正确 对于导体 其两端电势差为零时 导体内无电场 电子不能定向运动 故电流为零 d正确 答案 cd 3 某电解池中 若在2s内各有1 0 1019个2价正离子和2 0 1019个1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 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 由电流的定义式知 i q t 6 4 2 a 3 2a 答案 d 答案 ac 5 如图3 2 3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 由于棒运动而形成的等效电流大小为 图3 2 2 答案 a 课堂互动探究 1 电荷的定向移动形成电流 形成电流需满足两个条件 内因 要有能自由移动的电荷 金属导体中的自由电子 电解液中的正 负离子 都是自由电荷 外因 导体两端存在电压 电势差 2 导体中有电流时应区分三种速率 电流传导速率 无规则热运动速率 自由电荷定向移动速率 对电流的概念及电流形成的理解 导体中的自由电荷在永不停息地做无规则的热运动 由于这种运动向各个方向的机会均等 所以不会出现电流 要使自由电荷定向移动而产生电流 就需要对电荷施加力的作用 这种力通常为电场力 当导体的两端有电势差 电压 时 就在导体内建立了电场 导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动而形成电流 电源的作用就是维持导体两端的电压 从而使导体内部产生持久的电场 从而在导体中形成持续的电流 从场的观点理解形成电流的条件 可以清晰地看到宏观与微观世界的规律之间的联系 例1 关于电流 以下说法正确的是 a 通过截面的电荷量的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解析 根据电流的概念 电流是单位时间内通过导体横截面的电荷量 可知a错 规定正电荷定向移动的方向为电流方向 可知b错 自由电荷持续的定向移动才会形成电流 c错 d对 故正确答案为d 答案 d 下列关于电流的说法中 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 通过导体横截面的电荷量越多 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 电流越大答案 bd 例2 如图3 2 4所示的电解池接入电路后 在t秒内有n1个1价正离子通过溶液内截面s 有n2个1价负离子通过溶液内截面s 设e为元电荷 以下说法正确的是 a 当n1 n2时 电流为零 图3 2 4 答案 d 题后反思 计算电流时 要注意通过截面的电荷量 1 同种电荷 同向通过同一截面q q1 q2 2 同种电荷 反向通过同一截面q q1 q2 3 异种电荷 同向通过同一截面q q1 q2 4 异种电荷 反向通过同一截面q q1 q2 计数器因射线照射 内部气体电离 在时间t内有n个二价正离子到达阴极 有2n个电子到达阳极 则计数器中的电流为 a 0b 2ne tc 3ne td 4ne t答案 b 如图3 2 5所示 ad表示粗细均匀的一段导体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 则ad导体中自由电荷总数n nls 总电荷量q nq nlsq 所有这些电荷都通过横截面 电流的微观表达式 图3 2 5 例3 有一横截面积为s的铜导线 流经其中的电流强度为i 设每单位体积导线有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 t时间里 通过导线横截面的自由电子数目可表示为 a nvs tb nv tc i t qd i t sq解析 此题考查对电流强度公式i q t的理解及电流强度的微观表达式i nqvs的理解 在 t时间内 以速度v移动的电子在铜导线中经过的长度为v t 由于铜导线的横截面积为s 则在 t时间内 电子经过的导线体积为v ts 又由于单位体积的导线 有n个自由电子 在 t时间内 通过导线横截面的自由电子数目可表示为nvs t 故a正确 由于流经导线的电流为i 则在 t时间内 流经导线的电荷量为i t 而电子的电荷量为q 则 t时间内通过导线横截面的自由电子数目可表示为i t q 故c也正确 答案 ac 题后反思 在理解电流的微观表达式时 一定要注意以下几个方面 表达式中几个物理量的物理意义 只有电子才能在金属导线中移动 而在电解液导电