沪科版选修31 3.2　研究电流、电压和电阻 学案.doc

3.2研究电流、电压和电阻学习目标重点难点1知道电场与电流形成的关系，能从金属导体的微观结构分析电流的形成机理。2记住电路中的电压与电势降落的关系，理解电路中电势变化的规律。3能从微观上解释“电阻”产生的根本原因，掌握纯金属电阻与温度的关系。重点：电流的定义式，电压与电势降落的关系，金属电阻与温度的关系。难点：电阻产生的原因。1电场与电路(1)电流定义：物理学中把流过导体某一横截面积的电荷量q跟所用时间t的比值i叫做电流。定义式：iq/t。单位：安培(a)常用单位还有毫安(ma)和微安(a)；换算关系：1 a1_000 ma106a。电流的方向：电流的方向规定为正电荷定向移动的方向。电流虽然有方向，但该方向不是空间方位，所以电流不是矢量，是标量。物理意义：反映电流强弱的物理量。(2)电流的形成不同导体中形成电流的自由电荷是不相同的。金属导体中的自由电荷是自由电子。电解质溶液中的自由电荷是正、负离子。电离气体中的自由电荷是正、负离子和电子。电荷是在电场力作用下发生定向移动形成电流。预习交流1已知电子的电荷量为e，氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为r，速率为v的匀速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少？答案：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t2r/v，因此所求电流为ie/tev/2r。2电路中的电压与电势降落(1)沿电流方向上的任意两点间的电势差就是电压。(2)沿电流方向电势是逐渐降低的。3电阻是怎样形成的(1)在金属导体中，除了有大量的自由电子外，还有晶体结构点阵上的金属原子。我们把失去一些核外电子的金属原子叫做原子实。(2)金属导体中的自由电子，在电场力作用下做定向运动的过程中，自由电子与晶体点阵上的原子实碰撞形成对电子定向运动的阻碍作用，是“电阻”产生的根本原因，也是电阻元件在通电时发热的原因。(3)纯金属电阻的阻值与温度间的关系：rr0(1t)，式中r表示金属在t_时的电阻，r0表示金属在0_时的电阻值，叫做电阻的温度系数。预习交流2一只“220 v,100 w”的灯泡工作时电阻为484 ，拿一只同样的灯泡，用多用电表欧姆挡测量它不工作时的电阻，两次电阻相等吗？答案：由rr0(1t)可知：工作时电阻温度高，电阻较大。一、电场中的电流恒定电场中的电流有何特点？它又是如何定义的？电流的定义式是什么？答案：恒定电场中电流的大小、方向都不随时间变化。物理学中把流过导体某一横截面积的电荷量q跟所用时间t的比值i叫做电流，其定义式为i。在电解液中：(1)若5 s内沿相反方向通过面积为0.5 m2的横截面的正负离子的电荷量均为5 c，则电解液中的电流为多大？(2)若5 s内到达阳极的负离子和到达阴极的正离子均为5 c，则电流为多大？答案：(1)2 a(2)1 a解析：(1)因i中的q是时间t内通过整个横截面的电荷量，并非通过单位面积的电荷量，所以0.5 m2是干扰条件。又因正负离子沿相反方向定向移动形成的电流方向是相同的，所以q应为正负离子电荷量绝对值之和，故i a2 a。(2)根据电解液导电原理可知到达阳极的电荷只有负离子，5 s内到达阳极的负离子的电荷量也就是这段时间内电路中流过的电荷量，所以有i a1 a。用i计算时，先要选定横截面，弄清是一种电荷还是两种电荷定向移动形成电流，从而确定q的大小是关键。在电解质溶液中，公式i中的q是指正负离子电荷量的绝对值之和。二、电流的微观解释试推导导体中电流i的微观表达式inqsv。答案：如图所示，ad表示粗细均匀的一段长为l的导体，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：nnls。总电荷量qnqnlsq。所有这些电荷都通过横截面d所需要的时间：t。根据公式qit可得：导体ad中的电流：inqsv。由此可见，从微观上看，电流取决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。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v0b自由电子定向移动的速率为vc自由电子定向移动的速率为真空中的光速cd自由电子定向移动的速率为v答案：d解析：本题考查的是对电流微观表达式inqsv的理解，关键是理解v和n的物理意义，式中n为单位体积内自由电子数，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qnvte，所以电流inev，所以v，故d正确。(1)电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即受到电场力作用而定向移动形成电流。(对整体而言)(2)电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般数量级为105 m/s。(对每个电子而言)(3)电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速率与温度有关，通常情况为每秒几百米。1关于电流的概念，下列说法中正确的是()。a通过导体横截面的电荷量越多，电流越大b电子的定向移动速率越大，电流越大c单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大d电场的传导速率越大，电流越大答案：bc解析：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，电场的传导速率是定值，为光速c。2对于金属导体，还必须满足下列哪一个条件才能在导体中产生恒定的电流()。a有可以自由移动的电荷b导体两端有电压c导体内存在电场d导体两端加有恒定的电压答案：d解析：导体两端有电压或导体内存在电场都可以使电荷定向移动，但都可能是瞬时的，要想产生恒定的电流，导体两端必须有恒定的电压。3在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为u的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为s，电流为i的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为l的电子束内电子个数是()。a.b.c. d.答案：b解析：设加速后电子的速率为v，则eumv2。又inesv，n为单位体积内的电子数目，故l长内的电子数目：nnlsls。4一块石英手表正常工作时，通过表芯的电流为2 a，则在24 h内通过表芯的电荷量是_，通过电子的数目是_。答案：0.172 8 c1.081018个解析：由qit得出24 h内通过表芯的总电荷量，而每个电子的电荷量为1.6101