2017-2018学年高中物理选修3-1教学案(50份) 人教课标版35(优秀免费下载资料)

第节电源和电流．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。

．电流的大小为＝，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。

．恒定电流是指大小和方向都不随时间变化的电流。

一、电源．概念在电路中把在电场力作用下移动到导体的电子搬运到导体的装置。

图--．作用()在导体、两端维持一定的电势差。

()使电路中保持持续的电流。

二、恒定电流．恒定电场()定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。

()形成：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。

()特点：导线内的电场线与导线平行，电荷的分布是稳定的，导线内的电场是沿导线切线方向的恒定电场。

()恒定电场与静电场的关系：在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，因此其基本性质与静电场相同，在静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系，在恒定电场中同样适用。

．电流()概念：电荷的定向移动形成电流。

()物理意义：表示电流强弱程度的物理量。

()符号及单位：电流用符号表示，单位是安培，符号为。

常用单位还有毫安()和微安(μ)，＝＝μ。

()表达式：＝(是在时间内通过导体某一横截面上的电荷量)。

()方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。

．恒定电流()概念：大小、方向都不随时间变化的电流。

()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。

．自主思考——判一判()电路中有电流时，电场的分布就会随时间不断地变化。

(×)()电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。

(√)()恒定电场的电场强度不变化，一定是匀强电场。

(×)()电流既有大小，又有方向，是矢量。

(×)()电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。

(√)()导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的。

(×)．合作探究——议一议()如何使电路中存在持续电流？提示：首先保持电路闭合，其次是电路中接有电源，保持电路存在一定的电势差。

()有同学认为“只有导体中才可有电流”，谈一谈你的认识。

提示：电荷定向移动形成电流，不论是导体内还是其他空间只要有电荷定向移动就可形成电流，如氢原子中核外电子做匀速圆周运动时，形成了一环形电流等。

．电流的形成电荷的定向移动形成电流。

当把导体和电源连接后，导体中形成恒定电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动形成电流。

()产生电流的条件：导体两端有电压。

()形成持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。

．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，金属导体中自由移动的电荷是自由电子，故电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。

．电流的大小()＝是电流的定义式，＝是电流的决定式，故电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关。

()公式＝求出的是电流在时间内的平均值，对于恒定电流其瞬时值与平均值相等。

()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＝时，为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。

()＝是求电荷量的重要公式。

．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。

．下列关于电流方向的说法中正确的是()．电荷的定向移动方向即为电流的方向．电流的方向总是从电源的正极流向负极．电流既有大小，又有方向，是一个矢量．在电源内部，电流从负极流向正极解析：选正电荷的定向移动方向与电流方向相同，负电荷的定向移动方向与电流方向相反；电流虽有方向，但不符合矢量运算法则，不是矢量，而是标量；外电路中电流从正极流向负极，电源内部电流从负极流向正极，故、、错，正确。

．某电解池中，若在内各有×个二价正离子和×个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是()．．．．解析：选电荷的定向移动形成电流，但“＋”“－”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。

在内通过截面的总电荷量应为＝×－×××＋×－×××＝。

由电流的定义式知：＝＝＝。

．安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核的运动可等效为环形电流。

设电荷量为的电子以速率绕原子核沿顺时针方向做半径为的匀速圆周运动，关于该环形电流的说法，正确的是()．电流大小为，电流方向为顺时针．电流大小为，电流方向为顺时针．电流大小为，电流方向为逆时针．电流大小为，电流方向为逆时针解析：选电流大小＝＝＝，方向与电子运动的方向相反，即沿逆时针方向，选项正确。

．建立模型如图--所示，表示粗细均匀的一段长为的导体，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，设导体的横截面积为，导体每单位体积内的自由电荷数为，每个自由电荷的电荷量为。

图--．理论推导导体中的自由电荷总数：＝。

总电荷量＝＝。

所有这些电荷都通过横截面所需要的时间：＝。

根据公式＝可得：导体中的电流：＝＝＝。

．结论由此可见，从微观上看，电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关。

[典例](多选)一横截面积为的铜导线，流过的电流为，设每单位体积的导线中有个自由电子，电子的电荷量为，此时电子的定向移动速率为，在Δ时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为()．Δ ．Δ[思路点拨]计算自由电子数目有以下两条思路：()Δ时间内通过导线横截面的自由电子数目等于Δ时间内通过导线横截面的电荷量Δ与自由电子电荷量的比值。

()Δ时间内通过导线横截面的自由电子数目等于导线Δ长度内所含的自由电子数。

[解析]由＝可得，在Δ时间内通过导线横截面的电荷量＝Δ，所以在这段时间内通过的自由电子数为＝＝，所以对、错；由于自由电子定向移动的速率是，所以在时间Δ内，位于横截面积为、长为＝Δ的这段导线内的自由电子都能通过横截面，这段导线的体积＝＝Δ，所以Δ内通过横截面的自由电子数为＝＝Δ，对、错。

[答案]利用＝分析问题应注意的三个方面．各个物理量都要用国际单位。

．正确理解各符号的意义，特别是表示导体中单位体积内的自由电荷数，表示自由电荷定向移动速度的大小。

．若已知单位长度的自由电荷数为，则电流的微观表达式为＝。

．一根横截面积为的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为，当此棒沿轴线方向做速度为的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为() ．．解析：选时间内通过垂直于棒运动方向某一横截面的电荷量＝，依电流的定义式可得＝＝，故正确。

．铜的原子量为，密度为ρ，每摩尔铜原子有个自由电子，今有一根横截面积为的铜导线，当通过的电流为时，电子平均定向移动的速率为()．光速解析：选假设电子定向移动的速率为，那么在时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积中的自由电子数，而体积为的铜的质量为ρ，摩尔数为，所以电荷量＝，因电流＝＝，于是得到＝。

．有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过导体横截面的电荷量，乙是甲的倍，下列说法中正确的是()．通过甲、乙两导体的电流相同．通过乙导体的电流是甲导体的倍．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的倍．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相同解析：选由于单位时间内通过乙横截面的电荷量是甲的倍，因此乙导体中的电流是甲的倍，故错误，正确；又＝，则＝，由于不知道甲、乙两导体的性质(、不知道)，所以的关系无法判断，、错误。

．一根导线，分别通以不同电流，并保持温度不变，当电流较大时，以下说法正确的是()．单位体积内自由电子数较多．自由电子定向移动的速率较大．自由电子的热运动速率较大．电流的传导速度较大解析：选对同一根导线单位体积内的自由电子数是一样的，错误；电流和自由电子的定向移动的速率有关，与自由电子的热运动速率无关，故正确，错误；电流的传导速度是电场的形成速度等于光速，和电流的大小无关，选项错误。

．(多选)一段粗细均匀的金属导体的横截面积是，导体单位长度内的自由电子数为，金属内的自由电子的电荷量为，自由电子做无规则热运动的速率为，导体中通过的电流为，则下列说法中正确的有()．自由电子定向移动的速率为．自由电子定向移动的速率为＝．电场传播的速率为真空中的光速．自由电子定向移动的速率为＝解析：选对电流微观表达式＝式中为单位体积内自由电荷数，而本题中为单位长度内的自由电子数，时间内通过导体某一横截面的自由电子数为长度是内的自由电子，其数量为，电荷量＝，所以电流＝＝，所以＝，电场是以光速传播的，故、正确。

．关于电流的概念，下列说法中正确的是()．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大．某一导体内电子运动的速率越大，电流越大．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流越大．电流的传导速率越大，电流越大解析：选由电流的定义式＝及电流的微观表达式＝可知，选项正确。

．关于导线中的电场，下列说法正确的是()．导线内的电场线可以与导线相交．导线内的电场是由电源电场和导线侧面堆积电荷形成的电场′叠加的结果．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．导线中的电场是静电场的一种解析：选导线内的电场线与导线是平行的，故错；导线中的电场是电源电场和导线侧面堆积电荷形成的电场叠加而成的，故对；导线内电场不为零，不是静电平衡状态，导线中的电场是恒定电场，并非静电场的一种，故、错。

．关于公式＝，下列说法中正确的是()．式中的表示单位时间内通过导体横截面的电荷量．式中的表示通过导体单位横截面积的电荷量．比值能表示电流的强弱．该公式表明电流跟通过导体横截面的电荷量成正比，跟通电时间成反比解析：选公式＝中表示在时间内通过导体横截面的电荷量，选项、错误；比值表示电流的强弱，选项正确；由电流的微观表达式可知，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动的速率以及导体的横截面积，故选项错误。

．电路中，每分钟有×个自由电子通过横截面积为×－的导线，那么电路中的电流是()．．．μ．μ解析：选电流的大小是通过导体横截面积的电荷量与所用的时间的比值，即：＝＝＝μ，故选。

．通过甲、乙两导线横截面的电荷量之比为∶，甲、乙两导线通电时间之比为∶，则通过甲、乙两导线的电流强度之比为()．∶．∶．∶．∶解析：选由电流的计算式＝得：＝×＝×＝×＝，正确。

．(多选)通常一次闪电过程历时约～，它由若干个相继发生的闪击构成，每个闪击持续时间仅～μ，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。

在某一次闪电前云、地之间的电势差约为×，云、地间距离约为；第一个闪击过程中云、地间转移的电荷量约为，闪击持续时间约为μ。