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1、2022年人教版高中物理選修3-1 第二章 第1節(jié) 電源和電流 學(xué)案2
課前自主學(xué)習(xí)
一、電源
1.帶正、負(fù)電荷的導(dǎo)體通過導(dǎo)線放電只能形成瞬間的電流:如圖1所示,當(dāng)用導(dǎo)線連接帶正、負(fù)電荷的導(dǎo)體A、B時(shí),導(dǎo)線中的自由電子便會(huì)在靜電力的作用下沿導(dǎo)線做定向移動(dòng),帶負(fù)電的導(dǎo)體B________電子,帶正電的導(dǎo)體A________電子,周圍電場(chǎng)迅速減弱,兩導(dǎo)體間的電勢(shì)差很快消失,電流是________的.
圖1
2.電源能給電路提供持續(xù)的電流:在兩個(gè)導(dǎo)體間加一個(gè)裝置P,如圖2所示,它能源源不斷地把經(jīng)導(dǎo)線流到A的電子取走,補(bǔ)充給B,使A、B始終保持一定數(shù)量的正、負(fù)電荷,A、B周圍空間
2、始終存在一定的______,A、B之間始終保持一定的______.這樣電路就始終保持持續(xù)的________,這種搬運(yùn)電荷的裝置P就是________.
圖2
二、恒定電流
1.恒定電場(chǎng)
導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng),是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的________共同形成的.盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng),但有的流走了,另外的又來補(bǔ)充,形成一種________平衡,這樣________的分布是穩(wěn)定的,形成的________也是穩(wěn)定的,不隨時(shí)間而改變,稱為恒定電場(chǎng).
2.恒定電流
(1)恒定電流:由于恒定電場(chǎng)的作用,電路中的電流保持恒定.我們把______________都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電
3、流.
(2)電流:①定義:通過導(dǎo)體截面的________與通過這些電荷量所用________的比值,叫做電流強(qiáng)度,簡(jiǎn)稱電流.
②公式表達(dá):I=,或?qū)懗呻姾闪康谋磉_(dá)式:__________.
③單位:在國際單位制中是______,簡(jiǎn)稱安,符號(hào)是A.更小的單位還有________ (mA)、________(μA),換算關(guān)系為:1 A= mA= μA.
核心知識(shí)探究
一、電源
[問題情境]
電閃雷鳴時(shí),強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光,但它只能存在一瞬間,手電筒中小燈泡能持續(xù)發(fā)光.
導(dǎo)體中的電流是怎樣形成的?
1.導(dǎo)體中有電流,是因?yàn)樽杂呻娮幼鍪裁催\(yùn)
4、動(dòng)?
2.電路中之所以能有持續(xù)的電流,是因?yàn)殡娐穬啥司S持著一定的電勢(shì)差,這是什么元件在起作用?
[要點(diǎn)提煉]
1.要使電路中保持持續(xù)的電流,電路兩端之間要有一定的________.
2.電源的作用:維持電路兩端始終有一定的________,使電路中保持______________.
二、恒定電流
[問題情境]
導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng),是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的.這些電荷也在運(yùn)動(dòng),電荷的分布卻是穩(wěn)定的,這是為什么?
[要點(diǎn)提煉]
1.由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng),稱為____________.
2.在恒定電場(chǎng)中,任何位置的
5、電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化,所以它的基本性質(zhì)與________相同.在靜電場(chǎng)中所講的電勢(shì)、電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系等,在恒定電場(chǎng)中________.
[問題情境]
1.什么樣的電流被稱為恒定電流?
2.我們用什么物理量來描述電流的強(qiáng)弱程度?
3.電流的傳播速度是光速,電子在導(dǎo)線中也是以光速移動(dòng)嗎?
[要點(diǎn)提煉]
1.我們把________都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流.
2.________是描述電流強(qiáng)弱的物理量,其單位是________,電荷量q=________.
解題方法探究
例1 某電解池中,若在2 s內(nèi)各有1.0×1019個(gè)二價(jià)正離子和2.0
6、×1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某截面,那么通過這個(gè)截面的電流是( )
A.0 B.0.8 A
C.1.6 A D.3.2 A
聽課記錄:
變式訓(xùn)練1 如圖3所示,電解池內(nèi)只含有一種CuCl2電解質(zhì)的電解液,t s內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的銅離子數(shù)是n,設(shè)基元電荷為e,試分析電解液中電流的方向和大小怎樣?
圖3
例2 電子的繞核運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流.若氫原子中的電子以速率v在半徑為r的軌道上運(yùn)動(dòng),用e表示電子的電荷量,則其等效電流等于多少?
7、變式訓(xùn)練2 如圖4所示,一個(gè)半徑為r的細(xì)橡膠圓環(huán),均勻地帶上負(fù)電荷Q,當(dāng)它以角速度ω繞中心軸線逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),環(huán)中等效電流的大小為( )
圖4
A.Q B. C. D.
例3 截面積為S的導(dǎo)線中通有電流I.已知導(dǎo)線每單位體積中有n個(gè)自由電子,每個(gè)自由電子的電荷量是e,自由電子定向移動(dòng)的速率是v,則在時(shí)間Δt內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是( )
A.nSvΔt B.nvΔt C. D.
聽課記錄:
變式訓(xùn)練3 一段粗細(xì)均勻的
8、金屬導(dǎo)體的橫截面積是S,導(dǎo)體單位長(zhǎng)度內(nèi)的自由電子數(shù)為n,金屬內(nèi)的自由電子的電荷量為e,自由電子做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率為v0,導(dǎo)體中通過的電流為I.則下列說法中正確的有( )
A.自由電子定向移動(dòng)的速率為v0
B.自由電子定向移動(dòng)的速率為v=
C.自由電子定向移動(dòng)的速率為真空中的光速c
D.自由電子定向移動(dòng)的速率為v=
即學(xué)即練
1.關(guān)于電流的概念,下列說法正確的是( )
A.通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多,電流越大
B.電子定向移動(dòng)的速率越大,電流越大
C.單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某橫截面的電荷量越多,導(dǎo)體中的電流越大
D.電流的傳導(dǎo)速率越大,電流越大
2. 如圖5所示,電解
9、池內(nèi)有一價(jià)的電解液,t s內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1,負(fù)離子數(shù)是n2,設(shè)基元電荷為e,則以下解釋中正確的是( )
圖 5
A.正離子定向移動(dòng)形成電流方向從A→B,負(fù)離子定向移動(dòng)形成電流方向B→A
B.溶液內(nèi)正負(fù)離子向相反方向移動(dòng),電流抵消
C.溶液內(nèi)電流方向從A到B,電流I=
D.溶液內(nèi)電流方向從A到B,電流I=
3.導(dǎo)體中電流I的表達(dá)式為I=nqSv,其中S為導(dǎo)體的橫截面積,n為導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù),q為每個(gè)自由電荷所帶的電荷量,v是( )
A.導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的速率
B.電流傳導(dǎo)速率
C.自由電荷定向移動(dòng)的速率
D.電子熱運(yùn)動(dòng)速率
4.有甲、乙兩導(dǎo)體,
10、甲的橫截面積是乙的兩倍,而單位時(shí)間內(nèi)通過乙橫截面的電荷量是甲的2倍,下列說法中正確的是( )
A.通過甲、乙兩導(dǎo)體的電流相同
B.通過乙導(dǎo)體的電流是甲導(dǎo)體的2倍
C.乙導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率是甲導(dǎo)體的2倍
D.甲、乙兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率大小相同
5.如圖6所示,一根橫截面積為S的均勻長(zhǎng)直橡膠棒上均勻帶有負(fù)電荷,設(shè)棒每米的電荷量為q,當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),由于棒運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流大小為( )
圖6
A.vq B. C.qvS D.
參
11、考答案
課前自主學(xué)習(xí)
一、1.失去 得到 瞬時(shí) 2.電場(chǎng) 電勢(shì)差 電流 電源
二、1.電荷 動(dòng)態(tài) 電荷 電場(chǎng)
2(1)大小和方向?。?)①電荷量q 時(shí)間t ②)q=It ③安培 毫安 微安
核心知識(shí)探究
一、
[問題情境] 1.定向 2.電源
[要點(diǎn)提煉]
1.電勢(shì)差 2.電勢(shì)差 持續(xù)的電流
二、
[問題情境]
電荷雖然也在流動(dòng),但有的流走了,另外的又來補(bǔ)充,所以電荷的分布是穩(wěn)定的.
[要點(diǎn)提煉]
1.恒定電場(chǎng) 2.靜電場(chǎng) 同樣適用
[問題情境]
1.大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流.
2.“電流”這一物理量來描述電流的強(qiáng)弱程度.3.電子在導(dǎo)線
12、中移動(dòng)速度很慢(見課本例1),不是光速.
[要點(diǎn)提煉]
1.大小和方向 2.電流 安培 It
解題方法探究
例1 D [電荷的定向移動(dòng)形成電流,但正、負(fù)電荷同時(shí)向相反方向定向移動(dòng)時(shí),通過某截面的電荷量應(yīng)是兩者絕對(duì)值的和.故由題意可知,電流由正、負(fù)離子定向運(yùn)動(dòng)形成,則在2 s內(nèi)通過截面的總電荷量應(yīng)為:q=1.6×10-19×2×1.0×1019C+1.6×10-19×1
×2.0×1019C=6.4 C.根據(jù)電流的定義式得:I== A=3.2 A.]
變式訓(xùn)練1 正離子定向移動(dòng)方向?yàn)殡娏鞣较?,?fù)離子定向移動(dòng)方向和電流方向相反,所以電解液中的電流方向由A向B.因電解液中只含電解質(zhì)CuC
13、l2,二價(jià)正離子數(shù)為n,則一價(jià)負(fù)離子數(shù)為2n.電解液中是正、負(fù)兩種離子的定向移動(dòng)形成電流,故t s內(nèi)流過某截面的正、負(fù)離子的總電荷量為4ne,所以電流I=4ne/t.
例2
解析 假想電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌跡就是一個(gè)環(huán)形導(dǎo)體,在運(yùn)動(dòng)的軌跡上任取一截面,則在一個(gè)周期內(nèi)只有一個(gè)電子通過這個(gè)截面,由于電子電荷量題目已經(jīng)給出,只要求出電子運(yùn)動(dòng)的周期,就可以根據(jù)電流的定義求解.根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)可知,電子運(yùn)動(dòng)的周期為T=,因此電流為I===.
變式訓(xùn)練2 C [由電流的定義式得I===.]
例3 AC [電荷量q=It,單位體積內(nèi)的電子數(shù)已知,要求出Δt時(shí)間內(nèi)有多少電子通過截面,才能求出電子數(shù).
14、(1)根據(jù)電流的定義式可知,在Δt內(nèi)通過導(dǎo)線截面的電荷量q=IΔt. 所以在這段時(shí)間內(nèi)通過的自由電子數(shù)為N==,選項(xiàng)C正確.
(2)自由電子定向移動(dòng)的速率是v,因此在時(shí)間Δt內(nèi),位于以截面S為底、長(zhǎng)l=vΔt的這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電子都能通過截面.這段導(dǎo)線的體積V=Sl=SvΔt,所以Δt內(nèi)通過截面S的自由電子數(shù)為N=nV=nSvΔt,選項(xiàng)A正確.]
變式訓(xùn)練3 D [本題考查的是對(duì)電流微觀表達(dá)式I=nqSv的理解,關(guān)鍵是理解v和n的物理意義,式中的n為單位體積內(nèi)自由電子數(shù),v為自由電子定向移動(dòng)的速率,而本題中n為單位長(zhǎng)度內(nèi)的自由電子數(shù),t時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的自由電子數(shù)為長(zhǎng)度是vt內(nèi)的
15、自由電子,其數(shù)量為nvt,電荷量q=nvte,所以電流I==nev,所以v=,故正確答案為D.]
即學(xué)即練
1.BC [A選項(xiàng)中沒有考慮時(shí)間的因素.B選項(xiàng)易漏選,當(dāng)電子的定向移動(dòng)的速率越大時(shí),單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越大,故電流越大.D選項(xiàng)中,電流的傳導(dǎo)速率是定值,為光速c.]
2.D [正離子的定向移動(dòng)方向就是電流方向,負(fù)離子定向移動(dòng)的反方向也是電流方向,有正負(fù)離子反向經(jīng)過同一截面時(shí),I=公式中q應(yīng)該是正、負(fù)離子所帶電荷量的絕對(duì)值之和.故I=,電流方向由A指向B,故選項(xiàng)D正確.
本題易錯(cuò)原因:對(duì)電解液導(dǎo)電問題與金屬導(dǎo)電原理易混;避免方法:準(zhǔn)確審題,看清導(dǎo)電物質(zhì)是金屬還是電解質(zhì)
16、.]
3.C [從微觀上看,電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、電荷量、定向移動(dòng)速率,還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān).電荷的定向移動(dòng)形成電流,這個(gè)定向移動(dòng)的速率就是電流微觀表達(dá)式I=nqSv中的v,故選C.]
4.B [由于單位時(shí)間內(nèi)通過乙橫截面的電荷量是甲的2倍,因此通過乙導(dǎo)體的電流是甲的2倍,故A錯(cuò),B正確.由于I=nqSv(n是單位體積中的自由電荷數(shù),q是自由電荷的電荷量,S是導(dǎo)體的橫截面積,v是自由電荷定向移動(dòng)的速率),所以v=,由于不知道甲、乙兩導(dǎo)體的性質(zhì)(n、q不知道),所以無法判斷甲、乙兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率的大小,故C、D錯(cuò).]
5.A [在垂直棒的運(yùn)動(dòng)方向選取某一橫截面,設(shè)棒長(zhǎng)為L(zhǎng),則棒上所有電荷通過這一橫截面所用的時(shí)間為t=.由電流定義式I=可得I==qv,故選項(xiàng)A正確.]