电源过孔与电流
电源过孔与电流
1. 常用电源过孔尺寸
电源过孔常用via10-24,via20-35和via24-40。电源较大时，一个管脚可以打几个过孔。
2. 电源过孔尺寸与电流关系
●对于信号过孔，承载电流能力的瓶颈不在过孔上面，而在传输线上面。
●对于电源过孔，理论值是1A对应一个过孔（via10-24和via12-25），保守的额定电流
值为300~600mA。电源过孔原则上推荐使用大过孔，如via20-35和via24-40。
浅谈纯电阻闭合电路中的功率和电源效率
浅谈纯电阻闭合电路中的功率和电源效率 渔行实验学校王元金 纯电阻闭合电路是高中物理电学的基本电路，正确理解相关概念和灵活运用解题方法是学习恒定电路的基础。本文就电路中的功率和电源效率作一个学习方法指导，希望对同学们的学习有帮助。 一、闭合电路中的功率 1.电源的功率：是描述闭合电路中电源把其它形式的能转化为电能快慢的物理量。它在数量上等于总电流I与电源电动势E的乘积，即P=IE 2.电源的输出功率：是指外电路上的电功率，它在数量上等于总电流I与路端电压U的乘积。 PLU 即对于纯电阻电路，电源的输出功率 P.,. =I2R= (-^)2 R= ——孕——=——须—— R + r (R-r)2+4Rr (R-r)2| R' 由上式可以看出，当外电阻等于电源内电阻时(R=r),电源输出功率最大，其最大输出功率为生。 4尸 当R>r时，随R增大P出减小，随R减小，P出增大 当RG时，随R增大P出减小，随R减小，P“，减小，如图1所示： 图1 3.电源内部损耗的功率：指内电阻的热功率，即 PE
4.根据能量守恒定律可得 P=P出+P内 二、电源效率 电源的效率是指电源的输出功率与电源的功率之比，即 P IE E 对纯电阻电路，电源的效率为 I2R R 1 n -—-- = = 尸(R +，?)R + r . r i十— R 由上式看出，外电阻越大，电源的效率越高。 当R=r，P 出==P .|lnux时，n =50%o 外电阻短路即R=o, n=o； 外电路断开时，电源不工作，n=o 三、典型例题分析 如图2所示电路中，己知电源电动势E=3V,内电阻r=lQ, R】=2。，滑线变阻器R 的阻值可连续增大，求： (1)当R多大时，R消耗的功率最大 (2)当R多大时，R：消耗的功率最大 — ------------- n 图2 r D 在求申钠祠最大M率时 分析与解答: 把R：归入内电阻，当R=Rx+r时，R 消耗的功率最大；但在求Ri消耗的最大功率时，因为R】为定值电阻，不能套用上述方法，应用另一种思考方法求解，由P K FR,可知，只要电流最大，P】就最大，所以当
闭合电路中的功率及效率问题精编版
闭合电路中的功率及效率问题 1．电源的总功率 (1)任意电路：P总＝EI＝U外I＋U内I＝P出＋P内．(2)纯电阻电路：P总＝I2(R＋r)＝ E2 R＋r . 2．电源内部消耗的功率：P内＝I2r＝U内I＝P总－P出．3．电源的输出功率 (1)任意电路：P出＝UI＝EI－I2r＝P总－P内． (2)纯电阻电路：P出＝I2R＝ E2R (R＋r)2 ＝ E2 (R－r)2 R＋4r . (3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系 ①当R＝r时，电源的输出功率最大为P m＝E2 4r. ②当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小． ③当R §2.1 电源与电流教学设计 【教学目标】 一、知识与技能 1.知道什么是电源，电源在电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立； 2.理解有源电路中导线内部电场强度的特点，知道恒定电场与静电场的基本性质相同，在 静电场中适用的关系在恒定电场中同样适用； 3.知道恒定电流的概念和描述恒定电流强弱的物理量——电流强度； 4.从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。 二、过程与方法 通过对比与分析使学生对电源的概念、导线中的电场和恒定电流加深理解。 三、情感态度价值观 通过对电源、电流的学习培养学生将物理知识应用于生活生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。 【教学重点与难点】 1.重点：理解电源的形成过程及电流的产生 2.难点：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 【课时计划】1课时 【教学过程】（一）新课引入 现代家庭离不开电．电荷为什么会流动？电荷流动服从什么规律？产生哪些效应？怎样才能做到安全用电和节约用电？……这一章我们就来探究恒定电流的基本规律．雷鸣电闪时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但持续极短的时间，而手电筒的小灯泡却能持续发光．这是为什么？ 学生活动：请学生自行阅读课本，思考以下问题： 1.要在导体中产生电流，需要什么条件？要产生持续的电流又需要什么条件？ 2.电源在电路中起什么作用？3 3.电荷在电路是如何移动的？ 4.什么是恒定电场？如何理解“稳定分布的电荷”？ 5.请你总结恒定电流是怎样形成的？ 6.回忆初中学过的知识，电流强度是如何定义的？它的方向是怎么确定的？ （二）新课教学 1．电源 如课本图，分别带正、负电荷的A、B两个导体球，它们的周围存在电场。如果用一条导线R将它们连接起来，分析A、B周围的电场、A、B之间的电势差会发生什么变化？最后，A、 B两个导体球会达到什么状态？R中出现了怎样的电流？ 学生活动：在教师的引导下，分析A、B周围的电场、A、B 之间的电势差的变化情况。认识到，最终A、B两个导体球会达到 静电平衡状态。理解导线R中的电流只能是瞬时的。 类比：（把电源的作用与抽水机进行类比）如图2—1，水池A、 B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则 水在重力的作用下定向运动，从水池A运动到水池B。A、B之 间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬时 水流。 教师提问：怎样才能使水管中有源源不断的水流呢? 电源和电流 一、选择题 1．下列有关电源的电路中，导线内部的电场强度的说法正确的是( ) A．导线内部的电场就是电源所形成的电场 B．在静电平衡时，导线内部的场强为零，而导线外部的场强不为零，所以导线内部的电场不是稳定的 C．因为导线处于电源的电场中，所以导线内部的场强处处为零 D．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，导线内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的 [导学号99690145] 解析：选D.导线内部的电场是电源和导线积累电荷所形成的两部分电场的矢量和，稳定后不同于静电平衡(内部场强处处为零)，而是场强大小恒定，方向与导线切线一致，是一种动态的平衡，故A、B、C错，D对． 2．关于电流的说法中正确的是( ) A．根据I＝q/t，可知I与q成正比 B．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C．电流有方向，电流是矢量 D．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位 [导学号99690146] 解析：选D.依据电流的定义式可知，电流与q、t皆无关，显然选项A 错误．虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以选项B、C错误．选项D显然正确．3．金属导体内电流增强，是因为( ) A．导体内单位体积的自由电子数增多 B．导体内自由电子定向移动的速率增大 C．导体内电场的传播速率增大 D．导体内自由电子的热运动速率增大 [导学号99690147] 解析：选B.对于确定的金属导体，单位体积内的自由电子数是一定的，而且导体内电场的传播速率也是一定的，所以A、C错；导体内电流增强是由于自由电子定向移动的速率增大，使得单位时间内穿过导体横截面的电荷量增大，B正确；导体内自由电子的热运动与电流的大小无直接关系，D错误． 4．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 [导学号99690148] 解析：选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＝q t ＝ 6.4 2 A＝3.2 A. 5．有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的2倍，而单位时间内通过横截面的电荷量，乙是甲的2倍，以下说法正确的是( ) 功率因数与效率的区别 尽管功率因数和转换效率都是指电源的利用率， 但区别却很大。功率因素是输入视在功率与输入有功功率之比，与效率无关的，功率因数越大表示无功量就小；它是电源对电网的利用率。电源效率是输入有功功率与输出有功功率之比，效率越高表示机电的损耗就小；它指的是转换效率，就是你这个LED灯泡是5W，但是你把这整个灯接上就不是5W，电源本身也要耗电，这个效率就是多少点是真正让灯泡用了，多少是无用的。当然效率越高越好。简单的说，功率因数产生的损耗是电力部门负担，而转换效率的损耗是用户自己负担。一般来讲，功率因数与本设备的效率并没有必然的、直接的联系，但是，功率因数低了的话，会大量占用供电设备的容量，增加电路损耗，提高供电成本。比如，同样是1KW的电器，如果功率因数是0.9，那么占用供电系统的容量 1/0.9=1.1KvA，如果功率因数是0.5，那么占用供电系统的容量是1/0.5=2KVA。因为后者的线路电流较前者大了近一倍，所以线路损耗增加了近三倍。所以使用高功率因数设备的意义在于节约供电设备容量和减少线路损耗。效率，通俗地说就是吃了多少饭，干了多少活。比如一个电源，测得输入的功率是220W，又测得输出各路电压的总功率是190W，那么其效率190/220=86.4%。其效率还是很高的。如果换用一个低效率的电源，由于无论使用什么电源，电脑的实际需要是一定的，仍是190W，但这时测得输入的功率是280W，那么这个电源的效率是190/280=67.9%。很显然，两个效率不同的电源，电脑的工作都是一样的，不同的是，后一个电源比前一个电源多耗电280-220=60W。多了这60W，全部转化为热能，由风扇排出了。如果你有测温的工具，可以明显测出这两个电源工作温度和排出空气的温度是明显不同的。使用高效率的电源，对用户而言，可以节省电费，对供电企业，意义是节省供电设备的容量，减少供电设备的压力电源测量仪是各种生产或测量各种低压电源（常见的是开关电源，灯具电源、等等）的通用仪表，可以测各种参数，包括功率因数、输出电压、输出电流、电源效率、纹波、视在功率、有功功率、无功功率，等等。LED常常是用低压直流工作，所以它有一个电源，用来将交流变成低压直流，称为：“驱动器”，或“电源”。电源效率：是衡量输入电源的交流有功功率，有多少转化为直流功率了（有发热损耗等等）。发光效率：是指电能（或功率）转换成光能的转换效率，用lm/瓦来衡量，就是说同样的电能， 2.1电源和电流 每课一练（人教版选修3-1） 1．关于电源，下列说法中正确的是( ) A ．电源是将电能转化为其他形式的能的装置 B ．电源是将其他形式的能转化为电能的装置 C ．电源是把自由电子从正极搬运到负极的装置 D ．电源是把自由电子从负极搬运到正极的装置 解析：选BC.电源把其他形式的能转化为电能，把电子从电源正极“运”到负极，以增加其电势能．故选BC. 2．关于有源电路导线内部的电场，下列说法正确的是( ) A ．导线内部的电场就是电源所形成的电场 B ．在静电平衡时，导体内部的场强为零，而导体外部的场强不为零，所以导体内部电场不是稳定的 C ．因为导体处于电源的电场中，所以导体内部场强处处为零 D ．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，导体内的电荷处于动态平衡，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的 解析：选D.导体内部有恒定电场，这是由电源、导线等元件共同作用形成的，而且恒定电场是一种动态平衡．故选D. 3. 如图所示，电解液接入电路后，在t s 内有n 1个一价正离子通过溶液内截面S ，有n 2个 二价负离子通过溶液内截面S .设e 为元电荷，则以下关于该截面电流的说法正确的是( ) A ．当n 1＝n 2时，电流大小为零 B ．当n 1＞n 2时，电流方向由A 指向B ，电流I ＝(n 1－2n 2)e t C ．当n 1＜n 2时，电流方向由B 指向A ，电流I ＝(2n 2－n 1)e t D ．电流方向由A 指向B ，电流I ＝(n 1＋2n 2)e t 解析：选D.电荷的定向移动形成电流，习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向．在电解液导电时，定向移动的电荷有正离子和负离子，它们同时向相反方向移动形成电流，负离子定向移动等效于等量的正离子向反方向定向移动．电流方向按规定应是由A 指 向B ，电流大小为：I ＝|q 1|＋|q 2|t ＝n 1e ＋2n 2e t ＝(n 1＋2n 2)e t .故选D. 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导体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度是甲导体的2倍 D ．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速度大小相同 解析：选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，A 错误，B 正确．由于I ＝nqS v (n 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 ＝I nqS ，由于不知 选修3-1 第二章 第一节《电源和电流》教学设计 一教材分析 学生在学习了第一单元的静电场，对电场力做功，电势能的变化已经有了已经有了较深刻的认识，此刻不失时机的引导学生认识恒定电场，是符合学生心里特点。教材首先利用学生已经学过的等势体上电荷的分布和转移情况，然后引导学生分析恒定电场形成的过程，并引出了电源和恒定电流的定义，和物理意义。教师引导学生分析思考，这样更能激发学生的求知欲和学习物理的兴趣。 二教学目标 1、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 2、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。 3、情感与价值观：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。 三、教学重点、难点 1、理解电源的形成过程及电流的产生。 2、会灵活运用公式计算电流的大小。 四学情分析 恒定电流是研究电场的又一跨越，学生具备静电场的基础知识是学习恒定电场的基础和保证，学生参与了静电场的学习中，对电场研究有了重要性的一定认识，既充满期待， 但是静电场的电势能，电场力做功，让学生觉得知识有些凌乱，因此，课堂教学中，可以采用教师引导学生分析，学生主动思考，师生共同总结（最好是教师先听学生的总结，再加以点评，这样既能发散学生的思维，调动学生的积极性，活跃课堂气氛，又能减少学生学习物理的恐惧感。 五、教学方法 探究、讲授、讨论、练习 六、课前准备 投影片，多媒体辅助教学设备 七课时：一课时 八、教学过程 （一）、电源 （投影）教材图2.1－1，（如图所示） 的电流？ （投影）教材图2.1－2，（如图所示） 特点呢？ （二）、导线中的电场 （投影）教材图2.1－3，（如图所示） 【说明】图中各部分的意义，取出图中方框中的一小段导线及电场线放大后进行研究，如图2.1－4所示。 电源的功率和效率小专题 恒定电流小专题 一、单选题（本大题共8小题，共32.0分） 1.如图所示，图线a是某一电源的U﹣I曲线，图线b是一定值 电阻的U﹣I曲线．若将该电源与该定值电阻连成闭合电路 （已知该电源的内阻r=2.0Ω），则说法错误的是（） A. 该定值电阻为； B. 该电源电动势为20V； C. 将2只这种电阻串联作为外电阻,电源输出功率最大； D. 将3只这种电阻并联作为外电阻,电源输出功率最大； 2.如图，直线A为某电源的U-I图线，曲线B为标识 不清的小灯泡L1的U-I图线，将L1与该电源组成闭 合电路时，L1恰好能正常发光．另有一相同材料制 成的灯泡L2，标有“6V，22W”，下列说法中正确的 是（） A. 电源的内阻为 B. 把灯泡换成,可能正常发光 C. 把灯泡换成,电源的输出功率可能相等 D. 把灯泡换成,电源的输出功率一定变小 3.如图，直线A为电源的U—I图线，直线B和C分别为电 阻R1、R2的U-I图线。现用该电源分别与R1、R2组成闭 合电路甲和乙。由图像一定能确定的是（） A. 电阻 B. 电源输出功率甲乙 C. 电源内阻消耗的功率甲乙 D. 电源效率甲乙 4.如图所示,直线A是电源的路端电压和干路电流的关系图线,直线B、C分别是电阻 R1、R的两端电压与电流的关系图线,若将这两个电阻分别接到该电源上,则( ) A. 接在电源上时,电源的效率高 B. 接在电源上时,电源的效率高 C. 接在电源上时,电源的输出功率大 D. 电源的输出功率一样大 5.某一电源的路端电压与电流的关系和电阻R1、R2的电压 与电流的关系如图所示，用此电源和电阻R1、R2组成电 路．R1、R2可以同时接入电路，也可以单独接入电路．在 所有可能的各种接法中，下列说法正确的是（） A. 将、并联后接到电源两端,电源输出功率最大, 电源效率最低 B. 将、并联后接到电源两端,电源输出功率最小,电源效率最高 C. 将、串联后接到电源两端,电源输出功率最小,电源效率最低 D. 将、串联后接到电源两端,电源输出功率最大,电源效率最高 6.如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P总随 电流I变化的图线，抛物线OBC为同一直流电源内部 热功率P随电流I变化的图线。若A、B对应的横坐标 为2 A，那么线段AB表示的功率差及I = 2 A对应的外 电阻是（） A. 2 W, B. 4 W, C. 2 W, D. 6 W, 7.如图所示，直线A、B分别为电源a，b的路端电压与电流的关 系图线，设两个电源的内阻分别为r a和r b，若将电阻R分别接 到a，b两电源上，则 （） A. B. R接到A电源上,电源的效率较高 C. R接到B电源上时,电源内阻的热功率较高 D. 不论R多大,电源A的输出功率总比电源B的输出功率大 8.在“测电源电动势和内阻”的实验中，某同学作出了两个电源 路端电压U与电流I的关系图线，如图所示．两个电源的电 动势分别为E1、E2，内阻分别为r1、r2．如果外电路分别接 入相同的电阻R，则两个电源的（） A. 路端电压和电流不可能同时相等 B. 输出功率不可 能相等 C. 总功率不可能相等 D. 效率不可能相等 二、多选题（本大题共2小题，共8.0分） 《新课标》高二物理（人教版） 第一章 恒定电流 第一讲 电源和电流 1．电源的作用是使电路两端维持一定的电势差，从而使电路中保持持续的电流． 2．导线中的电场是沿导线切线方向的恒定电场，在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系，在恒定电场中同样适用． 3．形成电流的条件： ( 1 )电路中存在自由电荷； ( 2 )电路两端存在持续的电势差． 4．电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向． (1) 在金属导体中，电流方向与自由电荷(电子)的定向移动方向相反；在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反． (2) 恒定电流：方向和大小都不随时间变化的电流． 5．设金属导体的横截面积为S ，单位体积内的自由电子数为n ，自由电子定向移动速度为v ，那么在时间t 内通过某一横截面积的自由电子数为nS v t ；若电子的电荷量为e ，那么在时间t 内，通过某一横截面积的电荷量为enS v t ；若导体中的电流为I ， I = Q/t = ens v ，则电子定向移动的速率为v = I/ens 。 6．导线中恒定电场的建立过程：在电源正、负极之间接入导线后， 电源的静电场 使得导体中的电荷积累，从而产生 附加电场 ，合电场逐渐趋于与导线 平行 ，当不再有新的(更多)电荷积累，最后合电场与导线处处 平行 ，且不再变化，导线中电荷沿电场(导线)移动形成 恒定电流 ，运动电荷的分布不随时间改变，形成一种 动态 平衡，这两种电荷形成的合电场叫 恒定电场 。 1．关于导线中的电场，下列说法正确的是 ( B ) A ．导线内的电场线可以与导线相交 B ．导线内的电场E 是由电源电场E 0和导线侧面堆积的电荷形成的电场E ′叠加的结果 C ．导线侧面堆积电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态 D ．导线中的电场是静电场的一种 2．关于电流的方向，下列描述正确的是 ( AC ) A ．规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 B ．规定自由电荷定向移动的方向为电流的方向 C ．在金属导体中，自由电子定向移动的方向为电流的反方向 D ．在电解液中，由于正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，故无电流 3．下列说法中正确的是 ( B ) A ．导体中只要电荷运动就形成电流 B ．在国际单位制中，电流的单位是A C ．电流有方向，它是一个矢量 D ．任何物体，只要其两端电势差不为零，就有电流存在 4．以下说法中正确的是 ( BC ) A ．只要有可以自由移动的电荷，就存在持续电流 B ．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场力作用下形成的 C ．单位时间内通过导体截面的电荷量越多，导体中的电流越大 D ．在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了 5．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横截面，那么通过这个截面的电流是 ( D ) A ．0 B ．0.8 A C ．1.6 A D ．3.2 A 6．导体中电流I 的表达式为I ＝nqS v ，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 ( D ) A ．导体运动的速率 B ．电流传导的速率 C ．电子热运动的速率 D ．自由电荷定向移动的速率 7．有一横截面积为S 的铜导线，流经其中的电流为I ，设每单位体积的导线中有n 个自由电子，每个自由电子的电荷量为q ，此时电子定向移动的速率为v ，则在Δt 时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为 ( AC ) A ．n v S Δt B ．n v Δt C.I Δt q D.I Δt Sq 8．关于电流的说法中正确的是 ( D ) A ．根据I ＝q /t ，可知I 与q 成正比 B ．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流 C ．电流有方向，电流是矢量 D ．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位 电路中的图像与功率 一、基础知识 （一）、电源的电动势和内阻 1、电动势 (1)定义：电动势在数值上等于非静电力把1 C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功． (2)表达式：E ＝W q . (3)物理意义：反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量． 2、内阻 电源内部也是由导体组成的，也有电阻，叫做电源的内阻，它是电源的另一重要参数． （二）、闭合电路欧姆定律 1、内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比． 2、公式????? I ＝E R ＋r (只适用于纯电阻电路)E ＝U 外＋U 内(适用于任何电路) 3、路端电压U 与电流I 的关系 (1)关系式：U ＝E －Ir . (2)U －I 图象如图1所示． ①当电路断路即I ＝0时，纵坐标的截距为电源电动势． ②当外电路电压为U ＝0时，横坐标的截距为短路电流． ③图线的斜率的绝对值为电源的内阻． （三）、电路中的功率及效率问题 1、电源的总功率 (1)任意电路：P 总＝EI ＝U 外I ＋U 内I ＝P 出＋P 内． (2)纯电阻电路：P 总＝I 2 (R ＋r )＝E 2 R ＋r . 2、电源内部消耗的功率：P 内＝I 2r ＝U 内I ＝P 总－P 出． 3、电源的输出功率 (1)任意电路：P 出＝UI ＝EI －I 2r ＝P 总－P 内． (2)纯电阻电路：P 出＝I 2 R ＝E 2R (R ＋r )2＝E 2 (R －r )2 R ＋4r . (3)输出功率随R 的变化关系 ①当R ＝r 时，电源的输出功率最大为P m ＝E 2 4r . ②当R >r 时，随着R 的增大输出功率越来越小． ③当R 第一节 电源和电流 一、电源(阅读教材第41页第2段至第3段) 1．定义：能把电子从正极搬运到负极的装置．2．作用：(1)维持电路两端有一定的电势差． (2)使闭合电路中保持持续的电流． 1．从电荷移动角度看，电源的作用就是移动电荷，维持电源正负极间有一定的电势差，从而保持电路中有持续电流． 2．从能量转化角度看，搬运电荷的过程就是克服静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为电能． 二、恒定电流(阅读教材第41页第4段至第42页最后) 1．恒定电场 (1)恒定电场：当电路达到稳定时，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．这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫恒定电场． (2)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化． 2．恒定电流 (1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流． (2)公式：I ＝q t 或q ＝It ，其中：I 表示电流，q 表示在时间t 内通过导体横截面的电荷量． (3)单位：安培，符号A ；常用的电流单位还有：毫安(mA)、微安(μA)． 1 A ＝103 mA ；1 A ＝106 μA. 1．电流的形成 (1)产生电流的条件：导体两端有电压．(2)形成持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合． 2．电流虽然有方向，但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量而是标量． 3．I ＝q t 是电流的定义式，不能说I 与q 成正比，与t 成反比． 4．用I ＝q t 计算出的电流是时间t 内的平均值．对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等． 5．利用I ＝q t 的变形式q ＝It 可计算t 时间内通过导体某横截面的电荷量． 对公式I ＝q /t 的理解和应用 不同导体中电流的计算方法 1．金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用I ＝q t 计算时，q 是某一时间内通过金属 电源和电流 [学习目标] 1.了解电流的形成条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场. 2.理解电流的定义，知道电流的单位、方向的确定，会用公式q＝It分析相关问题. 3.从微观的角度表示电流的大小． 一、电源 [导学探究]有A、B两个导体，分别带正、负电荷．如果在它们之间连接一条导线R，如图1所示，导线R中的自由电子便会在静电力的作用下定向运动，B失去电子，A得到电子，周围电场迅速减弱，A、B之间的电势差很快就消失．怎样使A、B导体维持一定的电势差，使导线中保持持续的电流？ 图1 答案在A、B间接一电源． [知识梳理]电流的产生、电源 (1)产生电流的条件：导体两端存在电压． 形成持续电流条件：导体两端存在持续电压． (2)电源： ①定义：能把电子从正极搬运到负极的装置． ②作用：维持电路两端有一定的电势差；使闭合电路中保持持续的电流． (3)恒定电场： ①恒定电场：当电路达到稳定时，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．这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫恒定电场． ②特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化． [即学即用](多选)关于电流，下列叙述正确的是() A．只要将导体置于电场中，导体内就有持续电流 B．电源的作用可以使电路中有持续电流 C ．导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有移动 D ．恒定电流是由恒定电场产生的 答案 BD 二、电流表达式I ＝q t 及电流的方向 [导学探究] (1)电荷的定向移动形成电流，如何描述电流的强弱？ (2)电流可能是正电荷或负电荷定向移动形成的，也可能正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成的，人们是如何规定电流的方向的？ 答案 (1)利用单位时间内通过导体横截面的电量描述电流的强弱． (2)规定正电荷定向移动的方向为电流的方向． [知识梳理] 电流的定义及方向 (1)恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流． (2)电流定义式：I ＝q t 或q ＝It ，其中：q 表示在时间t 内通过导体横截面的电荷量． (3)电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流方向相反． (4)电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I ＝q t 时，q 为正电荷的总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和． [即学即用] 关于电流的说法中正确的是( ) A ．根据I ＝q t ，可知I 与q 成正比 B ．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流 C ．电流有方向，电流是矢量 D ．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位 答案 D 解析 依据电流的决定式可知，电流与q 、t 皆无关，显然选项A 错误；虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以，选项B 、C 错误． 三、电流的微观表达式 [导学探究] 如图2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 . 2.1电源和电流教学案 编号11 【学习目标】 1．明确电源在直流电路中的作用，了解导线中的恒定电场的建立 2．知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流的概念（重点） 3．理解电流形成的微观实质并学会推导电流的微观表达式（难点） 学习过程 一、认识电源 1.如图所示，Ａ、Ｂ为带等量异种电荷的导体球，如果用一导线将其连接，请分析会出现什么现象。原因是什么？这种现象能一直持续下去吗？最后的结果怎样？ 2.如何使电路中有持续电流？ 类比：（把电源的作用与抽水机进行类比）如图，水池A 、B 的水面有一定的高度差，若在A 、B 之间用一细管R 连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水池A 运动到水池B 。A 、B 之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬时水流。 类比：电源——抽水机 电源的正极——水池A 电源的负极——水池B 提问：怎样才能使水管中有源源不断的电流呢? 回答：可在A 、B 之间连接一台抽水机，将水池B 中的水抽到水池A 中，这样可保持A 、B 之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流。 3.我们把图中P 称为______。它的作用就是将自由电子从 搬迁到 ，从而使A 、B 两端保持一定的 ，使电路中有 电流。 二、恒定电场 分析导线中的电场形成： 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，自由电子只存在定向移动。因为电荷的分布是稳定的，故称恒定电场。 姓名： 班级： 恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。 注意： 1、导线内的电场是由 和 等电路元件积累电荷共同产生的结果。 2、导线内的电场强度方向处处与导线________。 3、导线内的电场以 速度传播。 练习１：关于导线中的电场，下列说法正确的是( ) A ．导线内的电场线可以与导线相交 B ．导线内的电场E 是由电源电场E 0和导线侧面堆积电荷形成的电场E ′叠加的结果 C ．导线侧面堆积电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态 D ．导线中的电场是静电场的一种 三、恒定电流： 1．形成电流的条件：（1） ；（2） 2．物理意义： 3、定义：通过导体某一横截面的电荷量q 跟所用时间t 的比值I 叫做电流。 定义式： 4．单位：国际单位： ，符号 ；常用单位：毫安( )、微安( ) 1 A ＝ mA ＝ μA. 5．电流方向：规定 电荷定向移动的方向为电流方向． 注意：①金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向 ；电解液中正、负离子定向移动的方向 ，但正负离子定向移动形成的电流方向是 的，此时I=q/t 中，q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量 。 ②电流虽有大小和方向，但电流是 。 练习２.电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积为0.64×10－6 m 2 的导线，则电路中的电流是( ) A ．0.016 μA B ．1.6 mA C ．16 μA D ．0.16 μA 练习3. 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 个一价负离子相向通过某截面，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 练习4.一个半径为r 的细橡胶圆环，均匀的带上电荷量为Q （C ）的负电荷，当它以角速度ω绕中心轴线顺时针匀速转动时，环中的等效电流大小为（ ） A.Q B.Q/2π C.Q ω/2π D.2 Q ω/π 四、电流的微观表达式 1．电流的微观表达式为I ＝ 推导：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 ，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. 设A 端自由电荷经过时间t 到达D 端，t= ， AD 导体中自由电荷的总个数： AD 导体中自由电荷的总电荷量：Q= 导体中的电流I= / = Ｅ＇ M N E 0 F n F t M N 0 M N E ｔ F E 0 E ｎ 21导体中的电场和电 流 2.1导体中的电场和电流 教学目标： （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。教学重、难点：理解电源的形成过程及电流的产生。会灵活运用公式计算电流的大小。 教学方法：探究、讲授、讨论、练习 教学手段：投影片，多媒体辅助教学设备 教学过程： （一）引入新课 教师：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，无论在自然界还是生产和生活领域，更广泛存在着的是电荷流动所引起的效应。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？ 过渡：这节课就来学习有关电流的知识。（板书课题：导体中的电场和电流） （二）进行新课 教师活动：为什么雷鸣电闪时，强大的电流能使天空发出耀眼的强光，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？ 通过现象对比，激发学生的求知欲。调动学生的学习积极性。 过渡：要回答这个问题，就要从电源的知识学起。 1．电源 教师：（投影）教材图2.1－1，（如图所示） 分别带正、负电荷的A、B两个导体球，它们的周围存在电场。如果用一条导线R将它们连接起来，分析A、B周围的电场、A、B之间的电势差会发生什么变化？最后，A、B两个导体球会达到什么状态？R中出现了怎样的电流？ 学生活动：在教师的引导下，分析A、B周围的电场、A、B之间的电势差的变化情况。认识到，最终A、B两个导体球会达到静电平衡状态。理解导线R 中的电流只能是瞬时的。 教师：（投影）教材图2.1－2，（如图所示） 研究电源的输出功率与电源效率实验方法 Newly compiled on November 23, 2020 研究电源的输出功率与电源效率实验方法【目的和要求】 通过实验研究电源的输出功率和电源效率与外电阻的关系，验证当外电阻等于电源内电阻时，电源的输出功率最大；当电源输出功率最大时，电源的效率为50%。 【仪器和器材】 学生电源（J1202型或J1202－1型），直流电流表（J0407型或J0407－1型），直流电压表（J0408型或J0408－1型），简式电阻箱（J2362型或J2362－1型），电阻圈（J2358型），单刀开关（J2352型），导线若干。 【实验方法】 1．假内阻的确定。学生电源内阻很小（＜1欧），当它的输出功率最大时，外电路负载也很小，此时电路中的电流太大，会损害电源。必须在实验时给电源串联一个电阻r′，把电源和电阻r′合起来看作是一个电源，这时电源的内阻就可以认为是r′。如学生电源选择12伏挡，则r′应用20欧。 2．按图4．13－1接好电路，R为电阻箱，E为学 生电源，选择12伏输出，V为电压表选取15伏挡，A 为电流表选取0．6安挡，r为假内阻（20欧）。 3．将电阻箱的阻值从3欧起，逐次改变它的阻值， 到约80欧为止，并记下相应的电流表和电压表的读数。总共取得十几组数据，在R＝r 附近可多取几组值。 4．根据P＝IU、P0＝IE、η＝P／P0计算出相应的值，填入下表中。 电源电动势E=12伏 5．根据上表的数据绘出P－R曲线和η－R曲线。如图4．13－2所示。 6．将由P－R曲线上求得的输出功率的最大值与由公式Pmax＝E2／4，算出的值比较，将由P－R曲线求出的输出功率的最大值所对应的外电阻与电源的内电阻比较，能否证明当外电阻R等于电池的内电阻时，电源有最大的输出功率。 7．将由η－R曲线求出的当η＝0．5时外电路电阻的值与电路中输出功率最大时的电阻R比较，说明在电源的输出功率最大时，电源效率为0．5。由（3）式η＝1／〔1／1＋（r／R）〕可知，当R→∞时，η→1，因此图4．13－2的η－R曲线以η＝1的直线为渐近线。 选自：《高中学生实验》 二、电源的功率、效率及三类曲线 【知识要点】 一、导体的伏安特性曲线 导体中的电流跟电压的关系用图线表示出来，就称为导体的伏安特性曲线。分析时要注意以下两点：（如图1） 1、注意I-U 曲线和U-I 曲线的区别。（斜率的含义不同） 2、对于线性元件伏安特性曲线是 ，对于非线性元件伏安特性曲线是 或 直线。 二、电源的功率、效率 1、闭合电路中各部分的功率 （1）电源的功率（电源的总功率）P 总= （2）电源的输出功率P 出= （3）电源内部消耗的功率P 内= 2、电源的效率：η= = 3、若外电路为纯电阻电路 （1）电源输出功率随外电阻变化的图线如图2所示。由图可知，当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，为m P = 。由图像还可知，当R 第一节、电源和电流（1课时） 一、教学目标 （一）知识与技能 1．让学生明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立21世纪教育网 2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流 3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。 （二）过程与方法[来源:21世纪教育网 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 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。 三、重点与难点： 重点：理解电源的形成过程及电流的产生。 难点：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。 四、教学过程 （一）先对本章的知识体系及意图作简要的概述 （二）新课讲述----第一节、电源和电流 1．电源： 先分析课本图2。1-1 说明该装置只能产生瞬间电流（从电势差入手） 【问题】如何使电路中有持续电流？（让学生回答—电源） 类比：（把电源的作用与抽水机进行类比）如图2—1，水池A、 B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在 重力的作用下定向运动，从水池A运动到水池B。A、B之间的高度 差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬时水流。 教师提问：怎拦才能使水管中有源源不断的电流呢? 让学生回答：可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B 中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流。 21世纪教育网 归纳：电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。（从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置） 2．导线中的电场： 结合课本图2。1-4分析导线中的电场的分布情况。 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，自由电子只存在定向移动。因为电荷的分布是稳定的，故称恒定电场。 通过“思考与讨论”让学生区分静电平衡和动态平衡。 恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。 3．电流（标量） （1）概念：电荷的定向移动形成电流。公开课：电源与电流教学设计
电源和电流
功率因数和效率的区别
电源和电流 课时作业
高中物理选修3教案《电源和电流》
电源的功率和效率小专题(带答案)
电源和电流练习题
电路中的图像与功率(含答案)资料
电源和电流
电源与电流
人教版高二物理选修3-1第二章2-1电源与电流 教学设计
最新21导体中的电场和电流
研究电源的输出功率与电源效率实验方法
二、电源的功率、效率及三类曲线
《电源和电流》教案