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
[精品]新人教版选修3-1高中物理2.1 电源和电流优质课教案
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第二章恒定电流错误！未定义书签。
全章教内容分析本章介绍电路的基本概念和规律，在物发展史上，从静电到电流(动电)有一个辩证的发展过程，从内容上说，本章和上一章有着必然的内在联系。
首先，电路中的电压概念就是静电中的电势差，导体中的电场也是在静电场基础上引入的电流场(动态的恒定电场)，而自由电荷在导体中的定向移动，则简为带电粒子在电场力作用下的定向移动。
其次，无论电场还是电路，都共同遵守能量守恒这一物的基本规律。
从电、电动势、部分电路的电功和电热，到闭合电路欧姆定律、电的总功率、输出功率和内电路消耗的功率，都是能量守恒的具体体现。
本章是电实验的核心，教材提供了大量的探究性习素材，为生的自主习和解探究的基本方法创造了条件。
本章设计了四个生分组实验，即“测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)”“描绘小电珠的伏安特性曲线”“测定电的电动势和内阻”和“练习使用多用电表”，除此以外，还设计了若干演示实验及课内外做一做、设计与探究、调查与分析等内容，供课堂内外灵活使用。
课标要求1．内容标准(1)观察并尝试识别常见的电路元器件，初步了解它们在电路中的作用。
(2)初步了解多用电表的原。
通过实际操作会使用多用电表。
例1：以多用电表代替生用电表进行各种电实验。
例2：以多用电表为测量工具，判断二极管的正负极，判断大容量电容器是否断路或者漏电。
(3)通过实验探究决定导线电阻的因素，知道电阻定律。
(4)知道电的电动势和内阻，解闭合电路的欧姆定律。
(5)测量电的电动势和内阻。
(6)知道焦耳定律，了解焦耳定律在生活和生产中的应用。
例3：观察常见电热器的结构，知道其使用要点。
(7)通过实验观察门电路的基本作用。
初步了解逻辑电路的基本原及其在自动控制中的应用。
(8)初步了解集成电路的作用。
关注我国集成电路等元器件研究的发展情况。
2．活动建议(1)分别描绘电炉丝、小灯泡、半导体二极管的IU特性曲线，对比它们导电性能的特点。
(2)用光敏二极管和微型话筒制作楼道灯的光控－声控开关。
高中物理 第二章 恒定电流 第1节 电源和电流学案 新人教版选修3-1-新人教版高二选修3-1物理学
第1节 电源和电流1．理解电源的作用． 2．理解恒定电场的形成过程． 3．理解恒定电流的概念，会用公式q ＝It 分析相关问题． 4．知道电流形成的微观实质．一、电源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． 二、恒定电流 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，简称安，符号A ；常用的电流单位还有毫安(mA)、微安(μA)． 1 A ＝103mA ；1 A ＝106μA．判一判 (1)有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的电流除电路中有电源外，电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接起来．( )(2)电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而使电源两极之间有稳定的电势差，电路中形成持续的电流．( )(3)金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子．( )(4)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，电场线与导线表面垂直．( )(5)公式I ＝qt中，q 是通过导体横截面的电荷量，当导体中有正、负电荷同时向相反方向定向移动形成电流时，公式中的q 应为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量的绝对值之和．( )提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√想一想 电流的方向一定是电荷的定向移动方向吗？方向不变的电流一定是恒定电流吗？提示：不一定．电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反．恒定电流是指大小和方向都不变的电流，方向不变、大小改变的电流不是恒定电流．做一做 如图所示，一根截面积为S 的均匀长直橡胶棒上均匀地带有负电荷，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( )A ．vqB ．q vC ．vqSD ．qv S提示：选A ．经过时间t ，通过右端横截面的电荷量Q ＝qvt ，根据I ＝Q t得I ＝vq ，A 正确．对电流的理解1．电流的形成(1)形成原因：电荷的定向移动． (2)形成条件：导体两端有电压．(3)电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合．2．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的方向相反．3．电流的大小(1)定义式：I ＝qt．用该式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．(2)两点说明①电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I ＝q t求电流时，q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和．②q ＝It 是I ＝q t的变形，是求电荷量的重要公式．4．电流是标量：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．命题视角1 对电流定义的理解(多选)关于电流的概念，下列说法中正确的是( ) 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 错误；电流是一个标量，因为其运算不符合矢量运算规则，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 错误；在国际单位制中，共有七个基本量，电流是其中之一，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命题视角2 定义式I ＝q t的应用(2018·重庆校级期中)如图所示，电解池内有一价的电解液，t s 内通过溶液内截面S 的正离子数是n 1，负离子数是n 2，设元电荷为e ，以下解释中正确的是( )A ．当n 1＝n 2时电流强度为零B ．当n 1>n 2时，电流方向从A →B ，电流强度为I ＝（n 1－n 2）e tC ．当n 1<n 2时，电流方向从B →A ，电流强度为I ＝（n 2－n 1）etD ．溶液内电流方向A →B ，电流强度I ＝（n 1＋n 2）e t[解析] 正电荷定向移动方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，A 、B 错误；有正、负电荷反向经过同一截面时，I ＝qt公式中q 应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故I ＝n 1e ＋n 2et，电流方向由A 指向B ，与正、负电荷的数量无关，C 错误，D 正确． [答案] D不同导体中电流的计算方法(1)金属导体：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导体横截面的电子的电荷量．(2)电解液：自由电荷是正、负离子，运用I ＝q t计算时，q 应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和．(3)电离状态的气体：自由电荷既有正、负离子，也有自由电子，利用公式I ＝q t求气体导电电流时，q 应是三种带电粒子通过横截面的电荷量的绝对值之和．(4)环形电流：有些电流，并不是导体内电荷的定向移动形成的，如电子绕核运动，经电场加速的粒子流、带电体的运动等，可以通过等效方法用I ＝q t求解等效电流．【题组突破】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．某一探测器因射线照射，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 个电子到达探测器的阳极，则探测器电路中的电流为( )A ．0B ．2ne tC ．3ne tD ．4ne t解析：选D ．由题意可知，在时间t 内通过某横截面的电荷量为n ·2e ＋2n ·e ＝4ne ，故根据电流的定义可知探测器电路中的电流为I ＝q t ＝4net，故选项D 正确． 电流的微观解释1．建立“柱体微元”模型：如图所示，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 ．2．理论推导：AD 导体中的自由电荷总数：N ＝nlS ．总电荷量Q ＝Nq ＝nlSq ．所有这些电荷都通过横截面D 所需要的时间：t ＝lv ．根据公式q ＝It 可得：导体AD 中的电流：I ＝Q t＝nlSql /v＝nqSv ． 3．影响因素：从微观上看，电流取决于导体单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小和导体的横截面积．4．结论：从微观上看，电流取决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、自由电荷定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关．5．两个公式的比较I ＝q tI ＝nqSv公式性质 定义式 决定式 电流的意义 时间t 内的平均电流 某时刻的瞬时电流 描述的角度大量电荷定向移动的宏观表现形成电流的微观实质联系 由I ＝q t可导出I ＝nqSv 【题组过关】1．(多选)有一横截面积为S 的铜导线，流经其中的电流为I ；设单位体积的导线中有n 个自由电子，电子的电荷量为e ，此电子的定向移动速率为v ，在Δt 时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为( )A ．nvS ΔtB ．nv ΔtC ．I ΔteD ．I ΔtSe解析：选AC ．因为I ＝q Δt ，所以q ＝I ·Δt ，自由电子数目为N ＝q e ＝I Δte，C 正确，D错误；又因为电流的微观表达式为I ＝nevS ，所以自由电子数目为N ＝q e ＝I Δt e ＝nevS Δte＝nvS Δt ，A 正确，B 错误．2．(2018·广东佛山一中高二月考)在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝中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Δl 的电子束内的电子个数是( )A ．I ΔleS m 2eU B ．I Δle m 2eU C ．I eSm 2eUD ．IS Δlem 2eU解析：选B ．设电子刚射出电场时速度为v ，长为Δl 的电子束内的电子数为n ，则eU ＝12mv 2 ①I ＝ne Δt ②Δt ＝Δl v③由①②③式解得n ＝I Δle m2eU，故B 正确．[随堂检测]1．现代生活离不开电源，电子表、照相机、移动电话、计算器及许多电子产品，都需要配备各式各样的电源．以下关于电源的说法正确的是( )A ．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差B ．电源的作用就是将其他形式的能转化为电能C ．只要电路中有电源，电路中就一定有电流D ．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量解析：选B ．电源的作用是维持正、负极之间有一定的电势差，这需要电源不断地将其内部的负电荷向负极聚集，将正电荷向正极聚集．外电路中自由电子在电场力的作用下向正极移动；在电源内部，需要将正极上的电子搬运到负极，维持电势差不变，故A 错误．从能量转化的角度来看，电源在搬运电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其他形式的能转化为电能，故B 正确．若要电路中有电流，不仅需要有电源，还需要电路是闭合的，两者缺一不可，故C 错误．电源是对电路提供能量的装置，故D 错误．2．(多选)如图所示，将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来，已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍，在铜导线上取一个截面 A ，在铝导线上取一个截面B ，若在1秒内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的( )A ．电流相等B ．电流不相等C ．自由电子定向移动的速率相等D ．自由电子定向移动的速率不相等解析：选AD ．由电流定义知I ＝q t ＝net，A 正确，B 错误．由电流的微观表达式I ＝nSqv 知，I 、n 、q 均相等，因为S A <S B ，所以v A >v B ，C 错误，D 正确．3．(高考上海卷)重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射＋5价重离子束，其束流强度为1．2×10－5A ，则在1 s 内发射的重离子个数为(e ＝1．6×10－19C)( )A ．3．0×1012B ．1．5×1013C ．7．5×1013D ．3．75×1014答案：B4．已知铜导线中的电流为1 A ，铜导线的横截面积为1 mm 2，求：(1)在1 s 内，有多少个电子通过铜导线的横截面？(电子电荷量e ＝1．6×10－19C)(2)自由电子的平均移动速率多大？(设铜导线中每立方米含有8．5×1028个自由电子) 解析：(1)1 s 内通过铜导线横截面的电荷量为q ＝It ＝1 C ．所以1 s 内通过铜导线横截面的电子个数N ＝q e ＝11．6×10－19(个)＝6．25×1018(个)．(2)由电流的微观表达式I ＝nqSv 得自由电子的平均移动速率v ＝I nqS＝18．5×1028×1．6×10－19×1×10－6 m/s ≈7．35×10－5m/s ． 答案：(1)6．25×1018个 (2)7．35×10－5m/s[课时作业] [学生用书P129(单独成册)]一、单项选择题1．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解析：选D ．依据电流的定义式可知，电流与q 、t 皆无关，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 正确．2．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 错误；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．3．一段粗细均匀的铜导线的横截面积是S ，导线单位长度内的自由电子数为n ，铜导线内的自由电子所带的电荷量为e ，自由电子做无规则热运动的速率为v 0，导线中通过的电流为I ．则下列说法中正确的是( )A ．自由电子定向移动的速率为v 0B ．自由电子定向移动的速率为v ＝I neSC ．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 ＝I ne解析：选D ．v 0为电子做无规则热运动的速率，非定向移动速率，故A 错误．对于电流微观表达式I ＝nqSv ，式中n 为单位体积内的自由电子数，而本题中n 为单位长度内的自由电子数，t 时间内通过导线某一横截面的自由电子数为nvt ，电荷量Q ＝nvte ，所以电流I ＝Q t ＝nev ，所以v ＝I ne，故B 、C 错误，D 正确．4．电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A ，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为( )A ．1 500个B ．9．375×1019个 C ．9．375×1021个 D ．9．375×1020个解析：选C ．q ＝It ，n ＝q e ＝It e＝9．375×1021个． 5．如图所示的电解池，在1 s 的时间内，共有3 C 的正离子和3 C 的负离子通过截面xy ，则这个电路中的电流是( )A ．0 AB ．1．5 AC ．3 AD ．6 A解析：选D ．电解液中的正、负离子定向移动的方向相反，故它们产生同向的电流，由公式I ＝q t 得，电路中的电流I ＝3＋31A ＝6 A ，故D 正确．6．(2018·重庆市万州二中高二期中)北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m 的近似圆形轨道．当环中电子以光速的110流动而形成10 mA 的电流时，环中运行的电子数目为(已知光速c ＝3×108m s ，电子电荷量e ＝1．6×10－19C)( )A ．5×1010B ．5×1011C ．1×102D ．1×104解析：选B ．电子运动一周所需要的时间：t ＝240110×3×108 s ＝8×10－6s在圆形轨道上任取一横截面，则在t 时间内整个环中的电子刚好都通过该截面，故环中具有电子的电量为：q ＝It ＝10×10－3×8×10－6 C ＝8×10－8 C环中具有电子数N ＝q e ＝8×10－81．6×10－19个＝5×1011个．7．铜的摩尔质量为m ，密度为ρ，每摩尔铜原子有n 个自由电子，今有一根横截面积为S 的铜导线，当通过的电流为I 时，电子平均定向移动速率为( )A ．光速cB ．I neS C ．IρneSmD ．mIneSρ解析：选D ．假设电子定向移动的速率为v ，那么在t 时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vtS 中的自由电子数，而体积为vtS 的铜的质量为vtSρ，摩尔数为vtSρm，所以电量q ＝vtSρne m ，I ＝q t ＝vSρne m ，于是得：v ＝ImneSρ． 二、多项选择题8．关于电流的方向，下列说法中正确的是 ( )A ．电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端B ．电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端C ．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同D ．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反解析：选AD ．在电源的外部电路中，电流从正极流向负极，在电源内部，电流从负极流向正极，电源正极电势高于负极电势，所以A 正确，B 错误；电子带负电，电子运动形成的电流方向与电子运动的方向相反，C 错误，D 正确．9．给一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电，下列说法正确的是( )A ．粗的地方电流大，细的地方电流小B ．粗的地方电荷定向移动速率大，细的地方小C ．各处的电流大小相同D ．粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大解析：选CD ．同一根导线上的电流相等，故C 对；由I ＝nqSv 可得v ＝I nqS ，故D 对． 10．(2018·福建宁德一中高二检测)半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q ，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流应满足( )A ．若ω不变而使电荷量Q 变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍B ．若电荷量Q 不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍C ．若使ω、Q 不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大D ．若使ω、Q 不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小解析：选AB ．截取圆环的任一截面S ，如图所示，在橡胶圆环运动一周的时间 T 内，通过这个截面的电荷量为Q ，则有：I ＝q t ＝Q T ，又 T ＝2πω，所以I ＝Qω2π．分析各选项可知本题选A 、B ． 三、非选择题11．如图所示，在NaCl 溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图中所示，若测得2 s 内分别有1．0×1018个Na ＋和Cl －通过溶液内部的横截面M ，溶液中的电流方向如何？电流为多大？解析：NaCl 溶液导电是靠自由移动的Na ＋和Cl －，它们在电场力作用下向相反方向运动．因为电流方向为正电荷定向移动的方向，故溶液中电流方向与Na ＋定向移动的方向相同，即由A 流向B ．Na ＋和Cl －都是一价离子，每个离子的电荷量为e ＝1．6×10－19 C ，NaCl 溶液导电时，Na ＋由A 向B 定向移动，Cl －由B 向A 定向移动，负离子的运动可以等效地看做正离子沿相反方向的运动，可见，每秒钟通过横截面M 的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和，则有I ＝q t ＝|q 1|＋|q 2|t＝ 1．0×1018×1．6×10－19＋1．0×1018×1．6×10－192 A ＝0．16 A ．答案：由A 流向B 0．16 A12．某品牌手机在待机工作状态时，通过的电流是4微安，则该手机一天时间内通过的电荷量是多少？通过的自由电子个数是多少？解析：通过的电荷量为：q ＝It ＝4×10－6×24×3 600 C ≈0．35 C通过的电子个数为：N ＝q e ＝0．351．6×10－19个≈2．19×1018个． 答案：0．35 C 2．19×1018个。
人教版 物理选修3-1 第二章 恒定电流
第三节 欧姆定律（部分电路）
U 1、电阻的定义式： R = 、电阻的定义式： I
U
R1
R2
2、导体的伏安特性曲线 、 图象） （I—U图象） 图象 线性元件； 线性元件； 非线性元件。 非线性元件。 o
I I0
R1
I
R2
图象上任一点都满足欧姆定律： 图象上任一点都满足欧姆定律：
o
U0
U
U0 R0 = I0
第七节 闭合电路欧姆定律
P 出 外电阻的关系 （1）电源输出功率与外电阻的关系 ）电源输出功率与外电阻 Pm E 2R 2
7、电源的输出功率 、
P − R 图象
P = UI = I R = 出
2
E = (R − r )2 + 4r R
(R + r)
2
o
r
R
E2 当R=r 时，电源的输出功率最大为 Pm = 4r R × 100% = 50% 此时， 此时，电源的工作效率为 η = R+r
第七节 闭合电路欧姆定律
8、电路分析 、 （3）电路故障分析 ） ①短路
A
V
I ≠ 0，U = 0
②断路
I
V
I = 0，U ≠ 0
A
I
第八节 多用电表的原理
1、欧姆表 、 （1）结构 ） 欧姆表由电流表 、电池、 欧姆表由电流表G、电池、 电流表 调零电阻R，刻度盘和 调零电阻 ，刻度盘和红、 黑表笔组成。 黑表笔组成。 （2）原理 闭合电路欧姆定律 ） E E Ig = = R + Rg + r R内 欧姆表的内阻 R内 = R + Rg + r Rx与Ix一一对应！ 一一对应！
人教版高二物理选修3《电源和电流》评课稿
人教版高二物理选修3《电源和电流》评课稿一、课程背景与意义《电源和电流》是高中物理选修3课程的重要内容之一。
通过学习本课程，学生将深入理解电源、电流的基本概念、性质和应用，并且掌握相关的计算方法。
电源和电流作为电路的基础，是后续学习电路的重要基础，为学生进一步学习电路提供了坚实的基础。
电源和电流是现实生活中不可或缺的部分，我们身边的各种电器、设备都离不开电源和电流的供应。
因此，通过学习本课程，可以帮助学生理解和应用电源和电流的原理，提高他们的科学素养和实际应用能力。
二、评课内容分析1. 教材内容分析本章节主要包括以下几个方面的内容： - 电源和电动势：介绍电源的概念和分类，并讲解电动势的定义和计算方法； - 电源的内阻和电动势的测量：介绍电源内阻的概念和影响，以及测量电动势的方法和实验； - 串联和并联电源：介绍串联和并联电源的基本原理和特点，并讲解计算方法； - 电流的定义和测量：介绍电流的定义和计算方法，以及测量电流的仪器和方法； - 电阻和电阻率：介绍电阻的概念、计算方法和测量原理，并引入电阻率的概念； - 欧姆定律：介绍欧姆定律的内涵，以及应用欧姆定律解决电路中的问题。
2. 教学目标分析通过本章节的学习，学生应该达到以下教学目标： - 理解电源和电动势的概念，能够计算电动势和测量电源的内阻； - 了解串联和并联电源的特点和计算方法； - 理解电流的定义和计算方法，掌握电流的测量技术； - 理解电阻和电阻率的概念，能够计算电阻和测量电阻； - 掌握欧姆定律的内涵，并且能够应用欧姆定律解决相关问题。
3. 教学方法与手段分析•讲授法：通过教师进行知识的讲解，引导学生理解和掌握相关概念和原理。
•实验法：通过实验展示电源和电流的基本现象和实验操作，提高学生的实验探究能力。
•示范法：通过示范实际操作，帮助学生学习电流的测量和电阻的测量技术。
•讨论法：通过讨论解决实际问题，激发学生的思维和创造力。
•归纳法：通过归纳总结，帮助学生理解和应用所学知识。
学人教版高中物理选修3-1学案2-1电源和电流2
第二章恒定电流1 电源和电流学习目标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.自主探究1.电源是能把电路中的从正极搬到负极的装置.2.导线中的电场是由、等电路元件所积累的电荷在导线内共同形成的,导线内的电场保持和平行.3.由分布的电荷所产生的稳定的电场,称为恒定电场.4.把、都不随时间变化的电流称为恒定电流.5.电流的程度用电流这个物理量表示;规定定向移动的方向为电流的方向;电流的单位是,符号是;公式为.合作探究【提出问题】问题1:电流形成的条件是什么?问题2:导体中产生电流的条件是什么?问题3:如何使电路中有持续电流?【要点提炼】一、电源1.要使电路中保持持续的电流,电路两端之间要有一定的.2.电源的作用:维持电路两端始终有一定的,使电路中保持.二、恒定电场问题:在有电源的电路中,导线内部的电场强度有什么特点呢?【要点提炼】1.由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,称为.2.在恒定电场中,任何位置的电场强度都不随时间变化,所以它的基本性质与相同.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.【合作探究】问题:在恒定电场中自由电荷会受到电场力的作用,而发生定向运动,从而形成电流,恒定电场中的电流有什么特点呢?三、恒定电流问题:1.什么样的电流被称为恒定电流?2.我们用什么物理量来描述电流的强弱程度?【巩固练习1】1.关于电流的方向,下列叙述中正确的是()A.金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B.在电解质溶液中有自由的正离子和负离子,电流方向不能确定C.不论何种导体,电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D.电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同,有时与负电荷定向移动的方向相同2.电流方向与正电荷定向移动的方向,与负电荷定向移动的方向.3.在金属导体中,若10 s内通过横截面的电荷量为10 C,则导体中的电流为.结论:电流等于通过导体横截面的与通过这些所用的比值.4.某电解槽横截面积为0.5 m2,若10 s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电荷量均为1 C,则电解液中的电流为.在电解液中,电荷量是通过截面的正、负离子电荷量绝对值的.【例题】有一条横截面积S=1 mm2的铜导线,通过的电流I=1 A.已知铜的密度ρ=8.9×103 kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2 kg/mol,阿伏加德罗常数N A=6.02×1023 mol-1,电子的电荷量e=-1.6×10-19 C.求铜导线中自由电子定向移动的速率.【合作探究】问题:你认为计算出的电子定向运动速率与我们的生活经验是否相符?怎样解释?【巩固练习2】1.下列叙述中正确的有()A.导体中电荷运动就形成电流B.电流的单位是安C.电流是一个标量,其方向是没有意义的D.对于导体,如果两端电势差不为零,则电流一定不为零2.关于电流,下列说法正确的是()A.根据I=qt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,是标量D.电流的单位“安培”不是国际单位制单位3.某电解质溶液,如果在1 s内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面,那么通过电解质溶液的电流是多大?课堂检测一、选择题1.关于电源的作用,下列说法正确的是()A.电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷B.电源的作用是能直接释放出电能C.电源的作用就是能保持导体两端的电压,使电路中有持续的电流D.电源的作用就是使自由电荷运动起来2.金属导体中有电流时,自由电子定向移动的速率为v1,电子热运动速率为v2,电流的传导速率为v3,则()A.v1最大B.v2最大C.v3最大D.无法确定3.在示波管中,电子枪2 s内发射了6×1013个电子,则示波管中电流的大小为().8×10-6×10-13.6×10-6×10-6 A4.有甲、乙两个由同种金属材料制成的导体,甲的横截面积是乙的两倍,而单位时间内通过导体横截面的电荷量乙是甲的两倍,以下说法中正确的是()A.通过甲、乙两导体的电流相同B.通过乙导体的电流是通过甲导体电流的两倍C.乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体中的两倍D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等5.某正负电子对撞机的储存环是长为240 m的近似圆形轨道,当环中的电流为10 mA时,若电子的速率为十分之一光速,则在整个环中运行的电子数目为().0×1011.0×1019.0×1013.0×1036.如图所示,一根横截面积为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率为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()A.vqB.C.qvSD.7.如图所示,电解池内有一价的电解液,t时间内通过溶液内截面S的正离子数是n1,负离子数是n2,设元电荷为e,以下解释中正确的是()A.正离子定向移动形成电流方向从A→B,负离子定向移动形成电流方向从B→AB.溶液内正负离子向相反方向移动,电流抵消C.溶液内电流方向从A→B,电流I=D.溶液内电流方向A→B,电流I=8.来自质子源的质子(初速度为零),经一直线加速器加速,形成电流为I的细柱形质子流.已知质子源与靶间的距离为d,质子电荷量为e,假定分布在质子源到靶之间的加速电场是匀强电场,质子到达靶时的速度为v,则质子源与靶间的质子数为()A. B. C. D.9.铜的原子量为m,密度为ρ,每摩尔铜原子有n个自由电子,现有一根横截面为S的铜导线,当通过的电流为I时,电子定向移动的平均速率为()A.光速cB.C.D.二、计算题10.在金属导体中,若10 s内通过横截面的电荷量为10 C,则导体中的电流为多少?11.导线中的电流是1 A,导线的横截面积为1 mm2.(1)在1 s内,有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e=1.6×10-19 C)?(2)自由电子的平均移动速率是多大(设导体每立方米内有8.5×1028个自由电子)?(3)自由电子沿导线移动1 m,平均要多少时间?12.已知电子的电荷量为e,质量为m,氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为r 的匀速圆周运动,则电子运动形成的等效电流大小为多少?。
高二物理人教版选修31 2.1电源和电流教案
电源和电流重/难点重点：理解电源的形成过程及电流的产生。
难点：会灵活运用公式计算电流的大小。
重/难点分析重点分析：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。
难点分析：电流的定义式：q= ,适用于任何电荷的定向移动形成的电流。
对于金属导It体有I=nqvS 〔n为单位体积内的自由电子个数 ,S为导线的横截面积 ,v为自由电子的定向移动速率 ,约510m/s ,更小于电场的传播速率10-m/s ,远小于电子热运动的平均速率58⨯m/s〕 ,这个公式只适用于金属导体 ,千万不要到处套用。
注意：在电解液导电时 , 310是正负离子向相反方向定向移动形成电流 ,在用公式I＝q／t计算电流强度时应引起注意。
突破策略1. 教学任务：电源的作用。
师生活动：投影下面的图片思考与讨论：分别带正、负电荷的A、B两个导体球 ,如果用一条导线将它们连接起来 ,A、B之间的电势差会发生什么变化？最后 ,A、B两个导体球会到达什么状态？导线中能否出现电流？这个电流有什么特点？结论：最终A、B两个导体球会到达静电平衡状态 ,导线中的电流只能是瞬时的。
思维拓展：如何使电路中有持续电流？类比：如图 ,水池A、B的水面有一定的高度差 ,假设在A、B之间用一细管连起来 ,那么水在重力的作用下定向运动 ,从水池A流动到水池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。
思考与讨论：怎样才能使水管中有源源不断的水流呢？结论：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。
思维拓展：电源的作用与抽水机相似就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置 ,使得导体两端保持电势差(电压) ,电路中就会有持续的电流。
【精准解析】高中物理人教版选修3-1教师用书：第2章+1 电源和电流+Word版含解析
[学习目标] 1.[物理观念]了解电流的形成，知道电源的作用和导体中的恒定电场。
2.[物理观念]知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流。
(重点)3.[科学思维]理解电流形成的微观实质。
(难点)一、电源1．定义：电源是能不断把电子从正极搬运到负极的装置。
2．作用(1)移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差。
(2)保持电路中有持续的电流。
二、恒定电场1．定义：由电路中稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。
2．形成：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。
3．特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化。
三、恒定电流1．电流(1)概念：电荷的定向移动形成电流。
(2)物理意义：反映了电流的强弱程度。
(3)符号及单位：符号是I，单位有安培、毫安、微安(单位符号分别为A、mA、μA)。
(4)表达式：I＝qt(5)电流的方向：规定正电荷定向移动方向或负电荷定向移动的反方向为电流方向。
2．恒定电流(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流。
(2)形成：恒定电场使自由电荷速率增加，自由电荷与导体内不动的粒子的碰撞，使自由电荷速率减小，最终表现为平均速率不变。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)恒定电场与静电场基本性质相同，两者没有区别。
(×)(2)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。
(√)(3)电流既有大小，又有方向，是矢量。
(×)(4)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。
(√)(5)导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的。
(×)2．下列说法中正确的是()A．导体中电荷运动就形成了电流B．在国际单位制中，电流的单位是AC．电流有方向，它是一个矢量D．任何物体，只要其两端的电势差不为零，就有电流存在B[自由电荷定向移动才形成电流，仅有电荷移动但不是定向移动则不能形成电流，故选项A错误；形成电流的条件是导体两端有电势差，且必须是导体而非任何物体，故选项D错误；电流有方向，但它是标量，故选项C错误。
人教版高中物理选修3-1第二章第1节电源和电流同步教学设计
2.1《电源和电流》教学设计一、教学概述所教学科：高中物理课题来源：人教版选修3-1第二章《恒定电流》第一节所需课时：1课时二、教学内容分析本节教材内容处于学完电场之后，开始学习电路知识之前，是电场与电路两部分知识的衔接章节，起承上启下作用。
这节课主要围绕“电流”这个概念的理解铺展开来，从“电流的形成”和“电流的大小”作为整节课的两大主线条。
与初中相比，本节课对电流的理解更要从微观角度来理解，属于理论层次，研究的内容学生看不见，也不容易理解，很抽象，对学生的综合应用能力要求比较高。
三、学生分析学生在学完静电场后，对电场力、电场力做功、电势（电势差）、电势能的概念已经有较深刻认识，除外也学过等势体上电荷的分布和转移情况，，此时引导学生理解电流式怎么形成的、电源的作用、引出恒定电流的定义及大小的描述符合学生心理特点。
基于思考怎样使抽象的知识变得更形象、可见、学生容易接受、且符合学生的特点，本节课我设计了“讲授与探究”的教学方式、类比的方法、形象直观的实验来激发学生的求知欲和学习物理的兴趣，同时也设计了两个矛盾冲突点让学生更深入理解微观电流的表达式，以及培养学生敢于质疑和敢于创新的精神。
四、教学目标（一）基本知识与技能1．知道电流产生的三种效应；2．知道电流形成的条件和机制；3．知道什么是恒定电流，记住电流的单位、方向的规定。
4．能够推导出电流的微观表达式。
（二）过程与方法1．通过自制的“电动驱车”和电容器的放电，引出本节课的课题以及电流产生的效应。
2．通过电容器放电使小灯泡发光及传感器对电流和电压的采集进行探究、讨论，得到电流的产生机制，并在实际问题求解中反思。
3．通过类比和探讨，得出计算电流的表达式，再通过给定情景和立体模型的建立，计算出电流的微观表达式。
4．通过两个矛盾冲突点的设置和实验的演示，使学生更深入地理解电流和导体中的电荷运动以及电场建立的关系。
（三）情感态度与价值观1．运用已有静电学知识对实际问题进行反思，从中体会得到结论和解释问题的快乐。
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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
2．三种速率的区别
(1)电流传导速率：等于光速（3×108m/s）。
电路一接通，电路中各处以真空中的光速建立恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电荷几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成电流．
(2)电子定向移动速率：电荷定向移动形成电流，该移动速率一般数量级为10－5 m/s.
(3)电子热运动速率：构成导体的电子在不停做无规则的热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下，电子热运动的速率数量级为105 m/s.
【随堂检测】
1．下列关于电流的说法中，正确的是：（）
A.只要导体中有电荷运动，就有电流；
B.导体中没有电流时，导体内的电荷是静止的；
C.导体中的电流一定是自由电子定向移动形成的；
D.电流可能是由正电荷或负电荷的定向移动形成的。
2．下列说法中错误的是：（）
A.金属导体导电，只是自由电子作定向移动；
B.电解液导电，正负离子都作定向移动；
C. 气体导电，一定只有正离子作定向移动；
D. 气体导电，正、负离子和自由电子都作定向移动。
3．关于电源的作用，下列说法中正确的是：（）
A.它能为电路持续地提供自由电荷；
B. 它能直接释放出电能；
C.它能保持导体两端的电压，使电路中有持续的电流；
D.它能使自由电荷运动起来。
4．关于导体中的电场，下列说法中正确的是：（）
A.它是由电源两极在空间直接形成的；
B.它是导线上的堆积电荷所形成的；
C.导线内的电场线最终和导线平行；
D.它的分布随着电荷的移动而随时间变化
5.截面积为S的导线中通有电流I.已知导线每单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量是e，自由电子定向移动的速率是v，则在时间Δt内通过导线横截面的电子数是( )
A．nSvΔt B．nvΔt C.IΔt
e
D.
IΔt
Se
6.一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v＝I
neS
C．自由电子定向移动的速率为真空中的光速c D．自由电子定向移动的速率为v＝
I ne
7．半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流判断正确的是()
A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则等效电流也将变为原来的2倍
B．若电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍，则等效电流也将变为原来的2倍
C．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变大
D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变小
8. 如图所示，电解池内有一价的电解液，t s内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设基元电荷为e，则以下解释中正确的是()
A．正离子定向移动形成电流方向从A→B，负离子定向移动形成电流方向B→A
B．溶液内正负离子向相反方向移动，电流抵消
C．溶液内电流方向从A到B，电流I＝
n1e
t
D．溶液内电流方向从A到B，电流I＝
(n1＋n2)e
t
9.某一探测器因射线照射，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个电子到达探测器的阳极，则探测器电路中的电流为( )
A．0 B.
2ne
t C.
3ne
t D.
4ne
t
10．在示波管中，电子枪在2s内发射了6.0⨯1013个电子，则示波管中电流的大小为（）
A.4.8⨯10-6
B.3.0⨯10-13
C.9.6⨯10-6
D.3.0⨯10-6
11.一个电子绕氢原子核以半径为r做匀速圆周运动，其等效电流为多少？（已知电子质量为m，带电量为
e)。