《电源和电流》学案全集（人教版选修3-1）

2.1电源和电流【学习目标】（一）知识与技能1、了解电源的形成过程。2、掌握恒定电场和恒定电流的形成过程。（二）过程与方法在理解恒定电流的基础上，会灵活运用公式计算电流的大小。（三）情感、态度与价值观通过本节对电源、电流的学习，培养将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理问题。【自主学习】想一想：手电筒的小灯泡可以持续 地发光，通过灯泡的持续的电流是怎样产生的呢？填一填：电源能把电子从正级沿电源内部搬运到负级，故在电源正负极周围及其电路中形成了一定的电场，电源的正负极间形成了一定的电势差，电子在静电力的作用下定向移动而形成持续的电流。填一填：由于电路中运动的电子相互补位，从整体上看电路中的电荷分布是稳定的，这些电荷产生的不随时间变化的电场称为恒定电场。做一做：由于恒定电场和导体的作用，使电路中形成了大小和方向都不随时间变化的恒定电流，电流是一个标量，其方向规定为正电荷定向移动的方向，其强弱可用电流来表示，即I=q/t，单位为安（A）。点一点：电路中电子定向移动的速度非常的小，而在闭合开关的瞬间电路中的所有自由电荷就像士兵执行起步跑的命令一样同时定向移动，故电流的传导速率很大，这两个速度是完全不同的概念。【典例剖析】例1 某电解池中，若在2 s内各有1.01019个二价正离子和2.01019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是( ) AO B0.8 A C1.6 A D3.2 A 解析：电荷的定向移动形成电流，但“+”“一”电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电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内通过截面的总电量应为：q=1.610-1921.01019C+1.610-1912.01019C=6.4C。根据电流的定义式得：I=q/t=6.4/2=3.2A 拓展：电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电量，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。 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？ 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=2r/v,因此所求电流为 I=e/T=ev/2r.拓展：本题用到前面所学有关圆周运动的基本知识，还用到一种等效的思维方法。由于没有直观经验，对于不少学生来说，采用这个思维方法是有一定难度的，因此本题作为一种类型，希望学生通过练习积累这种解题思路，在今后解决类似问题时可以采用相近的思维方法。例如：一电子沿一圆周顺时针方向高速运动，周期为1010s，则等效电流大小为A,电流方向是（填“顺时针”或“逆时针” ）。答案：1.610- 9，逆时针 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；设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电量为e，此电子的定向移动速率为v，在t时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为（ ）Anvs t Bnvt CIt /e D It /se 解析：因为I=q/t，所以q=It 自由电子数目为：N=q/e= It /e，则选项C正确。 又因为电流强度的微观表达式为I=nevs，所以自由电子数目为 N=q/e= It /e =nevst/e=nvs t 则选项A正确。 拓展：本题主要考查电流强度的定义式和微观表达式的应用计算。求解此题的关键是对电流的本质要有深刻的认识，依据电流强度的宏观和微观表达式，灵活运用解题。【课堂训练】1下列叙述中，产生电流的条件是 （ ）A有自由电子 B导体两端存在电势差C任何物体两端存在电压 D导体两端有恒定电压2下列说法中正确的有 （ ）A导体中电荷运动就形成了电流B电流强度的单位是安培C电流强度有方向，它是一个矢量D一切导体，只要其两端电势差为零，则电流强度就为零3对电流概念的正确理解是 （ ）A通过导体的横截面的电量越多，电流越大B导体的横截面越大，电流越大C单位时间内通过导体横截面的电量越大，电流越大D导体中的自由电荷越多，电流越大4下列关于电流的说法中，正确的是 （ ）A金属导体中，电流的传播速率就是自由电子定向移动的速率B温度升高时，金属导体中自由电子热运动加快，电流也就加大C电路接通后，电子就由电源出发，只要经过一个极短的时间就能达到用电器 D通电的金属导体中，自由电子的运动是热运动和定向移动的合运动，电流的传播速率等于光速5金属导体导电是 作定向移动，电解液导电是 作定向移动，气体导电是 和 都作定向移动。6通过一个导体电流是5A,经过4min通过该导体一个截面的电量是( )A20CB50CC1200CD2000C7.银导线的横截面积S，通以大小为I的电流，设银的密度为，摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为NA.若每个银原子可以提供一个自由电子，则银导线每单位长度上的自由电子数的计算式n=_。8