2.1 电源和电流.doc

第二章 恒定电流2.1 电源和电流张成进 江苏徐州睢宁魏集中学教学目标(一) 知识与技能1. 了解电流形成的条件，知道电源的作用和导体的恒定电场，初步体会动态平衡的思想。2. 理解电流的定义，知道电流的单位、方向的规定；理解恒定电流。3. 经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程，从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系。(二) 过程与方法4. 通过类比和分析使学生对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解(三) 情感态度与价值观5. 通过对电源、电流的学习培养学生将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题教学重点1. 理解电源的形成过程及电流的产生教学难点1. 电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念教学过程人类通过对静电场的研究，不仅获得了许多关于电现象的知识，而且形成了若干重要的电学概念和研究方法，成为电学理论的重要基础。但是，无论在自然界还是在生产、生活领域，更广泛存在着的是电荷流动所形成的效应。那么，电荷为什么会流动？电荷流动服从什么规律？产生哪些效应？这些效应对人类的生产、生活方式和社会进步又起着怎样的作用呢？雷鸣电闪时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光。这是为什么？一、电源有AB两个导体，分别带等量异种电荷，它们的周围存在着电场。如果在它们之间连接一条导线R，导线中的自由电荷将如何移动？答案：自由电子会在静电力的作用下由B向A移动，B失去电子，A得到电子。AB周围的电场如何变化？答案：AB周围电场迅速减弱。AB两点哪点电势高？AB间的电势差如何变化？答案：AB间电势差迅速减小并最终消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡。初中：有电势差（电压）才有电流。导线中的电流吗？如果有是瞬时的还是持续的？电流方向如何？答案：有，是瞬时的。你有办法让导线中有持续的电流吗？ 答案：我们需要这样一个装置，它能源源不断地把经过导线R流到A上的电子取走，补充给B，使AB始终保持一定数量的正负电荷。这样AB周围的空间（包括导线之中）始终存在一定的电场，AB间便能维持一定的电势差。由于这个电场，自由电子就能不断地由B经过R向A定向移动，使电路中保持持续的电流。 什么叫电源？电源的作用是什么？答案：能把电路中的电子从正极搬运到负极的装置。作用：维持导线两端电势差从而保证持续电流。请类比下面水流装置体会电源作用。 答案：抽水机： 维持一定高度差从而保证持续水流；电能转化为机械能。电源： 维持导线两端电势差从而保证持续电流；其他能转化为电能。二、恒定电流你知道导线R中电场的方向吗？导线中的电场仅由电源产生吗？ 答案：导线中的电场是两部分电荷分布共同作用产生的结果，其一是电源正、负极产生的电场，可将该电场分解为两个方向：沿导线方向的分量使自由电子沿导线作定向移动，形成电流；垂直于导线方向的分量使自由电子向导线某一侧聚集，从而使导线的两侧出现正、负净电荷分布。其二是这些电荷分布产生附加电场，该电场将削弱电源两极产生的垂直导线方向的电场，直到使导线中该方向合场强为零，而达到动态平衡状态。此时导线内的电场线保持与导线平行，自由电子只存在沿导线方向的定向移动。导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。什么叫恒定电场？恒定电场是不是匀强电场？是静电场吗？答案：导体与电源接通后，导体内以光速迅速形成沿导线切线方向的电场，尽管形成电场的这些电荷也在移动，但有的流走了，另外的又来补充，某一确定位置的电荷密度是确定的，所以电荷的分布是稳定的，那么电场的分布也不会随时间而变化，这种由稳定分布的电荷产生的稳定电场叫做恒定电场。（此中“恒定”是指动态平衡）。恒定电场不是匀强电场，也不是静电场。恒定电场基本性质与静电场相同，在静电场中所讲的电势，电势差与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。导体中的自由电子会在电场中定向移动，那自由电子的运动是匀加速直线运动吗？什么叫恒定电流？答案：由于恒定电场的作用，导体中自由电子定向运动的速率增加；而运动过程中会与导体内不动的正离子碰撞从而减速，然后在电场的作用下重新加速，再碰撞但从大量自由电子移动的宏观角度来看，我们可以认为自由电荷定向移动的平均速率不随时间变化。如果我们在这个电路中串联一个电流表，则电流表读数将保持恒定，我们把大小方向均不变的电流称为恒定电流。为了描述电流的强弱我们引入一个新的物理量：电流。请理解电流的定义、定义式、单位及标矢性。答案：某段时间内通过导体横截面的电量Q与时间t的比值；安培A。标量。但有方向，规定：正电荷的移动方向为电流方向。在金属导体中，自由电荷定向移动的方向是否就是电流方向？那在同时存在正负离子的电解液中呢？答案：不是，金属导体中电流方向与自由电子定向移动方向相反；电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向形成的电流的方向是相同的。电流的种类：直流电：方向不随时间而改变的电流。直流电分为恒定电流和脉动直流电两类：其中大小和方向都不随时间而改变的电流叫恒定电流；方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流取一段粗细均匀的导体，横截面积为S。两端加一定的电压。设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v，导体中单位体积中的自由电荷数为n，每个自由电荷带的电量为q，则t时间内通过任一横截面的电量Q是多少？电流I为多少？答案： 有一横截面积的铜导线，通过的电流I=1A，已经铜密度为，铜的摩尔质量为阿伏加德罗常数为，电子电量为，认为每个铜原子贡献一个自由电子，求铜导线中自由电子定向移动的平均速率。答案：按时这个例题得出的速率，自由电子通过一条1m长的导线需要3个多小时！这与我们平时开灯事实不符。实际上，闭合开头的瞬间，电路中的各个位置迅速建立了恒定电场（以光速），在恒定电场作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。所以我们有必要弄清下面三个速度的区别。三种速度的区别电流传导速率等于光速（恒定电场的建立速度）电子定向移动速度。左右电子无规则热运动的速度：与温度有关，左右。板书一、电源1、定义：将电子从正极搬到负极的装置2、作用：维持导线两端电势差。3、类比抽水机二、恒定电流1、导线中电场由电源、导线等电路元件所