高中物理 21《电源和电流》学案 新人教版选修31.docx

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高中物理21《电源和电流》学案新人教版选修31

2019-2020年高中物理2.1《电源和电流》学案新人教版选修3-1

[要点导学]

1.能把电子从正级搬运到负级的装置是__________。

2.恒定电场：

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。

尽管导线中的电荷在运动，但有的流走，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也不会随时间变化。

这种由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称为恒定电场。

3．形成电流的必要条件：

（1）要有能自由移动的______。

在导体中存在着大量的能自由移动的电荷，如金属导体中的_______，电解液中的________等。

（2）导体两端有______，即能产生驱使电荷作定向移动的作用力——电场力。

电源的作用就是保持导体两端的电压，从而使电路中有持续的电流。

4．电流的定义：

通过导体横截面的电量跟所用时间的比值叫电流，表达式I=q/t。

电流的单位：

安（A），1A＝1C/s，常用单位还有毫安（mA）、微安（μA），1A=103mA=106μA。

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之一。

5．电流的方向：

规定正电荷定向移动的方向为电流方向。

在金属导体中，电流方向与电子定向移动的方向_______。

但电流是标量，电流的方向表示的是电流的流向，电流的叠加是求代数和，而不是矢量和。

6．恒定电流：

大小和方向都不随时间变化的电流。

7．电流的微观表达式：

I=nqvS。

其中，n是导体每单位体积内的自由电荷数，q是每个自由电荷的电量，v是导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率，S是导体的横截面积。

推导过程如下：

如图12－1－1所示，在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取截面B和C，设导体的截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的电量为q，电荷的定向移动速率为v，则在时间t内处于相距为vt的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C。

由于I=q/t可得：

I=qnSvt/t=nqvS

[范例精析]

例1某电解池中，若在2s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．OB．0.8AC．1.6AD．3.2A

解析：

电荷的定向移动形成电流，但“+”“一”电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电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2s内通过截面的总电量应为：

q=1.6×10-19×2×1.0×1019C+1.6×10-19×1×2.0×1019C=6.4C。

根据电流的定义式得：

I=q/t=6.4/2=3.2A

拓展：

电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电量，而正电荷的定向移动形成电流与负电荷定向移动形成电流是等效的。

只不过负电荷定向移动形成电流的方向与负电荷定向移动的方向相反而已。

例2电子的绕核运动可等效为环形电流。

若氢原子中的电子以速率v在半径为r的轨道上运动，用e表示电子的电荷量，则其等效电流等于多少？

解析：

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

T=2πr/v,

因此所求电流为I=e/T=ev/2πr.

拓展：

本题用到前面所学有关圆周运动的基本知识，还用到一种等效的思维方法。

由于没有直观经验，对于不少学生来说，采用这个思维方法是有一定难度的，因此本题作为一种类型，希望学生通过练习积累这种解题思路，在今后解决类似问题时可以采用相近的思维方法。

例如：

一电子沿一圆周顺时针方向高速运动，周期为10－10s，则等效电流大小为——————A,电流方向是——————————（填“顺时针”或“逆时针”）。

[答案：

1.6×10-9，逆时针]

例3有一横截面积为s的铜导线，流经其中的电流强度为I；设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电量为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．nvsΔtB．nv·ΔtC．IΔt/eD．IΔt/se

解析：

因为I=q/Δt，所以q=I·Δt

自由电子数目为：

N=q/e=IΔt/e，则选项C正确。

又因为电流强度的微观表达式为I=nev·s，所以自由电子数目为

N=q/e=IΔt/e=nevsΔt/e=nvsΔt

则选项A正确。

拓展：

本题主要考查电流强度的定义式和微观表达式的应用计算。

求解此题的关键是对电流的本质要有深刻的认识，依据电流强度的宏观和微观表达式，灵活运用解题。

[能力训练]

1．1毫安=__________安，1微安=__________安。

1×10-31×10-6

2．把规定为电流的方向，在金属导体中，电流方向与自由电子定向移动的方向。

在电解质溶液中，电流的方向与正离子定向移动的方向

与负离子定向移动的方向。

正电荷定向移动的方向；相反；相同；相反

3．关于电源的作用,下列说法正确的是（BCD）

A.电源的作用是能为电流提供自由电子

B.电源的作用是使导体中形成电场

C.电源的作用是能够保持导体两端的电压

D.电源的作用是使自由电荷定向移动起来

4．下列叙述正确的是（BD）

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

5．关于电流的方向，下列说法正确的是（C）

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的电流，所以电流有两个方向

6．关于电流的说法正确的是（BD）

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

7．以下对导体中的电场理解正确的是（ABD）

A．导体内的电场在稳定时是和导线平行的

B．导体内的电场由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成

C．导线中电场始终随时间而变化

D．导体内的电场是一种动态的稳定

8．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．1.0×1017B．1.0×1018C．1.0×1019D．1.0×1020

9．在某次闪电中，持续时间为0.005s所形成的平均电流为6.0×104A，若闪电过程中产生的电荷以0.5A的电流通过电灯，试求可供电灯照明的时间。

6×103

10.银导线的横截面积S=4mm2，通以I=2A的电流，若每个银原子可以提供一个自由电子，试推导银导线单位长度上的自由电子数的计算公式,并计算结果.（已知银的密度ρ=10.5×103kg/m3,摩尔质量M=108g/mol,阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023mol-1,计算结果取1位小数）

ρNAS/M，2×1023

2019-2020年高中物理2.1《电源和电流》教案新人教版

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

教师活动

学生活动

设计意图

（一）预习检查、总结疑惑 

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。

倾听

倾听，思考

点名本节课的主题，激发学生激发学生学习物理的兴趣

让学生联系实际，想想电流在生产中的应用，并勾起学生对前面静电场知识的回忆。

（二）情景引入、展示目标

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？

（三）合作探究、精讲点播

【过渡】要回答这个问题，就要从电源的知识学起。

（一）、电源

（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？

（投影）教材图2.1－2，（如图所示）

提出问题：

如果在AB之间接上一个装置P，它能把经过R流到A的电子取走，补充给B，使AB始终保持一定数量的正、负电荷，情况会怎样呢？

【师生互动，建立起电源的概念。

】

板书：

电源的定义

【过渡】在有电源的电路中，导线内部的电场强度有何特点呢？

（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。

【说明】：

教师要引导学生运用微元法和矢量叠加的方法，探究导线中电场的变化情况，分析出最终导线两侧积累的电荷将达到平衡状态，垂直于导线方向上电场的分量将减为零，导线内的电场线保持和导线平行。

这里一定要强调，这是电源电场和导线两侧的电荷得电场共同叠加的结果。

【过渡】：

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何特点，又如何描述呢？

（三）、恒定电流

恒定电场中的电流是恒定不变的，称为恒定电流（为什么？

）。

电流的强弱就用电流这个物理量来描述。

电流的定义：

物理上把通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值称为电流。

用I表示电流。

【提问】电流的定义式是什么？

【提问】回忆一下初中学过的知识，电流的单位有哪些？

它们之间的关系是什么？