第一节 y电源和电流
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。
人教版选修3-1第二章第一节电源和电流习题(原卷板)用
第一节《电源和电流》1. 下列关于电源的说法中正确的是( )A. 电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极,保持两极之间有电压B. 电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电势能的过程C. 电荷的移动形成电流D. 只要电路中有电源,电路中就会形成持续的电流2. 下列叙述正确的是 ( )A. 导体中电荷运动就形成电流B. 电流的国际单位是安培C. 因为电流强度有方向，所以电流强度是矢量D. 导体中有电流通过时，导体内部场强不为零3. 关于电流的说法正确的是 ( )A. 根据I=q/t可知，I与q成正比B. 如果在任何相等时间内通过导体横截面积的电量相等，则导体中的电流是恒定电流C. 电流强度是一个标量，其方向是没有意义的D. 电流强度的单位“安培”是国际单位制中的基本单位4. 关于电流的方向，下列说法中正确的是( )A. 在金属导体中电流的方向是自由电子定向移动的方向B. 在电解液中，电流的方向为负离子定向移动的方向C. 无论在何种导体中，电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反D. 在电解液中，由于是正负电荷定向移动形成电流，所以电流有两个方向5. 如果在导体中产生了电流，则下列说法中正确的是( )A. 导体两端的电压为零，导体内部的场强不为0B. 导体两端的电压为0，导体内部的场强为0C. 导体两端的电压不为0，导体内部的场强不为0D. 导体两端的电压不为0，导体内部的场强为06. 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有( )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7. 如图所示是某同学电解硫酸铜的实验装置,他从电流表读出的读数为0.6 A,如果忽略长时间引起的回路中电流的变化,请你帮他计算一下一昼夜可析出多少个铜离子。
人教版高中物理选修3-1第1节电源和电流
第1节电源和电流
1.电源的作用是能保持导体两端的电压，使电路中有持
续电流。
2．恒定电流是指大小和方向都不随时间变化的电流，
产生电流的条件是导体内有自由电荷，且导体两端
存在电压。
3．电流的大小为I ＝q t
，方向规定为正电荷定向移动的 方向。
负电荷定向移动的方向与电流方向相反。
电 源 [自学教材]
(1)如图2－1－1所示，带有正、负电荷的A 、B 两个导体，若
用一条导线连接，则导线中的自由电子在静电力的作用下定向移动，
B 失去电子，A 得到电子，A 、B 之间的电势差很快消失，两导体成
为等势体，在导线中形成瞬时电流。
(2)电源：就是在A 、B 两个导体之间连接的一个装置，它能源 图2－1－1
源不断地把经过导线流到A 的电子取走补给B ，使A 、B 两个导体始终保持一定数量的正、负电荷，维持一定的电势差，使电路中形成持续的电流。
电源就是把电子从A 搬到B 的装置。
(3)形成电流的条件：一是要有自由移动的电荷；二是导体两端存在电势差。
[重点诠释]
1．电源的作用
(1)从电荷转移的角度看，电源的作用是使电路中的自由电荷持续地定向移动。
(2)从能量转化的角度看，搬运电荷的过程是非静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为电能。
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+ ++ + A+ + ++
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B _
_ _
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A
B
等势体 7
思考：
怎样才能使上述导线中有持 续的，恒定不变的电流流过？
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水势A
抽水机
A
连通器
B
水势B
水流
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1. 能把电子从A搬运到B的装置。
+ ++ + A+ ++ +
-
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小结:
一、电源
• 产生电流的条件.
• 电源及其作用.
• 导线中电场的特点:(恒定电场)
二、恒定电流
• 电流强度的定义：I=q/t
• 物理意义:表示电流强弱和方向的物理量.
• 电流强度的单位：安培 A、mA、uA
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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。
尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另 外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的， 电场的分布也是稳定的——这种由稳定分 布的电荷产生的稳定不变的电场称为恒定 电场.
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恒定电场的电场强度不变
导体中的自由电子在恒定不变的电场力作用下本应该做 匀加速运动，速度本应该不断增加，但自由电子在运动 过程中会与导体中静止不动的粒子碰撞而减速，故自由 电子定向移动的速率会保持不变。
2、从能量的角度分析：就是电源把其它形式的
第一节电源和电流学案
第二章恒定电流第1节电源和电流学案【学习过程】1、电荷间的相互作用为:____________________________________________2、等势体的特点为:____________________________________________3、什么叫电流：___________________________________自主学习：1．分别带正、负电荷的A、B两个导体，若用导线R连接，导线R中可能存在一个________电流．若要保持持续的电流，A、B间需维持着一定的________．能使A、B间维持一定的电势差的装置称为________．2．达到稳定状态时，导线内的电场是由________、________等电路元件所积累的电荷共同形成的．电荷的分布是________的，电场的分布也是________的且导线内的电场线保持和导线________．3．由稳定分布的________所产生的稳定的________，称为恒定电场．静电场中的电势、电势差及其与电场强度的关系等在恒定电场中________适用．4．我们把________都不随时间变化的电流称为恒定电流．5．I表示电流、q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量，它们间的关系式为：________.一、电源1．导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动形成电流有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，如下图(a)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，两导体成为一个等势体，达到静电平衡．如下图(b)所示2．电源：在上述情况中，导线R中的电流只是一个瞬时电流．倘若在A、B之间连接一个装置P，它能源源不断地把经过导线R流到A的电子取走，补充给B，使A、B始终保持一定数量的正、负电荷，这样，A、B周围空间(包括导线之中)始终存在一定的电场，A、B之间便维持着一定的电势差．由于这个电势差，导线中的自由电子就能不断地在静电力作用下由B经过R向A定向移动，使电路中保持持续的电流．如下图所示，能把电子从A搬运到B的装置P就是电源．2．电源的作用：可使电路中保持持续电流例1：下列关于电源的说法正确的是()A．电源是将其他形式的能转化为电能的装置B．电源的作用是使电源的正负极保持一定量的正、负电荷，维持一定电势差C．与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的D．在电源内部正电荷由负极流向正极，负电荷由正极流向负极二、导线中的电场1．恒定电场的形成：2．恒定电场：例2：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E0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、电流1．电流： 2．物理意义：3．公式：I ＝q t ，其中q 是在时间t 内通过导体某一横截面上的电荷量．4．单位：安培，符号A ，其他单位：毫安(mA)、微安(μA)，1 A ＝103 mA ＝106 μA.5．恒定电流：方向不随时间变化的电流是直流电，方向和大小都不随时间而变化的电流是恒定电流．6．五点说明诠释电流概念(1)电流方向的规定：规定正电荷定向移动的方向为电流方向．(2)金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反．（3）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电流的方向相同，此时I=Q/T 中，Q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量绝对值之和。
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。
3-1第一节_电源和电流
恒定电流
1、方向：规定正电荷定向运动的方向为电流方向 2、大小：用电流强度I（简称电流）来描述。
问题11：总结本节课所学内容。 二、电流 怎样学好电流这个物理量？
1、引入目的：反映了电流的强弱程度。
q 2、度量方式： I t 3、决定因素： U 只适用纯电阻电路（不包含电源） （1）宏观： I vt R 流体的柱 v （2）微观： I nqSv S
A组能力训练题9
9．通过一根金属导线的电流为16mA．则10s内 通过这根导线横截面的自由电子数为（ B ） A．1.0×1017
B．1.0×1018 C．1.0×1019 D．1.0×1020
解： n=It/e=16×10-3×10/1.6×10-19=1.0×1018
问题1：产生电流的条件是什么？ 问题2：导体中产生持续电流的条件是什么？ 问题3：从物理过程和能量转化两个方面来看电源作 用是什么？ 问题4：当导体两端有恒定的电势差，导体内建立了 何种电场? 问题5：导体中的电场是由谁产生的?是变化的还是恒 定的？自由电荷在恒定电场中发生定向运动形成的电 流是变化的还是恒定的？ 问题6：怎样理解恒定电场和恒定电流？ 问题7：怎样描述电流的强弱程度？怎样学好电流这 个物理量？ 问题8：推导电流的微观表达式。
自由电荷的平均速率不变
串一个电流表,读数不会变
恒定电流
问题5：电流这个物理现象既有方向也有强弱。怎样描 述电流的强弱程度？怎样学好电流这个物理量。 1、引入目的：反映了电流的强弱程度。
q 2、度量方式： I t
3、决定因素：
4、矢量标量：标量
？
导电时，是正负离子向相反方向定向移 动形成电流，电量q表示通过截面的正、 负离子电量绝对值之和。
第一节《电源和电流》教案
第一节电源和电流一、教材分析：本节内容是电场与电路两部分知识的衔接，起承上启下作用。
在教授过程中可以从电场知识入手，分析，讨论问题，注意培养学生不断运用学到的知识分析、解决实际问题的能力。
二、教学目标：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。
（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。
过程与方法：通过类比和分析加深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。
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、教学重点与难点：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、教学用具：刻度尺，课件五、教学过程：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。
怎拦才能使水管中有源源不断的电流呢?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。
类似的：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） 二、恒定电场电场可以使自由电荷移动形成电流。
导线与电源连通后，导线内部很快形成沿导线切线方向的电场，这个电场是由电源，导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。
尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，有的又来补充，所以电荷的分布式均匀的，电场的分布也不随时间变化。
这种由稳定的电荷分布形成的稳定的电场，叫做恒定电场。
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P就是电源，其作用 是什么？
三.导线内的电场
假设在电源正、负 极之间连一根导线
F
Ft
N
Fn
M
E0
+ + + + A + + + + P
_ _ _ _ B _ _ _ _
-
三.导线内的电场
假设在电源正、负 极之间连一根导线
F
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N
Fn
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E0
E0
+ + + + A + + + + P
_ _ _ _ B _ _ _ _
例题:有一条横截面积S=1mm2的铜导线,通过的电
流I=1A,已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩 尔质量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德罗常数 NA=6.02×1023mol-1,电子的电量e=-1.6×10-19C, 求铜导线中自由电子定向移动的速率.可认为铜 导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子.
C
v
s
v
IM v SN Ae
7.5 10 m / s
vt
5
思考题
如果认为电子的定向运动速率就 是电流的传导速率，和我们的生活 经验是否相符？怎样解释？
电流的传导速率（电场的传播速率） (光速) 导体中自由电荷定向移动速率 (数量级10-5m/s) 自由电子热运动速率 (数量级105m/s)
正电荷定向移动的方向
1、在金属导体中，若10s内通过横截面的电量 为10C，则导体中的电流为________A； 1A 2、某电解槽横截面积为0.5m2，若10s内沿相反 方向通过横截面的正负离子的电量均为10C， 则电解液中的电流为_______A． 2A
注意：通过导体的 电量等于正负电荷 的绝对值之和
1.定义：
2.电流： (1)物理意义:
大小方向都不随时间变 化的电流称为 恒定电流. 表示电流的强弱程度.
（2）、 定义: 通过导体横截面的电量q跟通过这些电量 所用时间t的比值叫做电流 .
（3）、定义式： 公式:I= q / t
（4）、单位: （5）、方向:
国际单位 安培(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（mA）、微安（μA）
• 在导线上取一个小段，该段的电场可以看作匀 强电场，电势、电势差及其与电场强度的关系 仍然成立。
N
导线内很快 形成沿导线 方向的稳定 电场
E
M
+ + + + A + + + + P
_ _ _ _ B _ _ _ _ -
思考：导线内的电子 做什么运动，电子定 向移动形成的电流有 什么特点？
五.恒定电流
三个速率
1、形成电流的条件： （1）存在自由电荷（2）导体 两端存在电压 2、电源的作用：提供持续的电压，把负电荷从正极 搬运到负极 3、导线中的电场:导线内的电场线保持和导线平 行.(恒定电场) 4、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流. 5、电流:表示电流的强弱程度的物理量. （1）定义式 I=q / t （2）金属导体中电流的计算式 I nqsv
B
如何使导体中有持续电流呢？
二.电源
1、能把自由电子从正极搬到负极的装置. 2、作用:保持导体两端的电势差(电压),使 电路有持续的电流.
+ + + + A + + + + P -
_ _ _ _ B _ _ _ _
-
-
思考：导线内 的电场有什么 特点？导线内 自由电荷做什 么运动？从哪 个角度分析？
小结:
n 为单位体积内自由电荷数目，S 为导体横截面积，V
为电荷定向移动速率 q为每个自由电荷的电量
课堂训练
3、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
-
E′
M
E
E0
N
导线内很 快形成沿 导线方向 的电场
E
M
电源两极电荷与导线表面电荷共 同形成导线内稳定电场
四、恒定电场 由稳定分布的电荷产生稳
定的电场称为恒定电场.
由电源、导线等电路元件所积累的电荷。 这些电荷也在运动，但有的流走了，另外 的又来补充，所以这是一种动态的稳定，
思考：在静电场中所学的电势、电势差及其与电场 强度的关系等，在恒定电场中还是否适用呢？
• 电闪雷鸣时,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?导体 中形成电流的条件是什么呢？从 哪个角度去找这个条件？
一、导体中产生电流的条件: 存在自由电荷及导体两端存在电势差 + + + + A + + ++ _ _ _ _ B _ _ _ _ A 等势体