2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十一章電路及其應(yīng)用第1節(jié)電源和電流學(xué)案新人教版必修3

PAGE6-電源和電流【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解形成電流的條件，知道電源的作用和導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)。2．理解電流的定義和定義式，知道電流的單位和方向的規(guī)定。3．知道恒定電流的概念?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·落實(shí)新知學(xué)問(wèn)點(diǎn)1電源1．定義：如圖所示，能把__電子__從A搬運(yùn)到B的裝置。其中A、B為電源的兩個(gè)__電極__。2．作用：使電路中的電流能夠__持續(xù)__存在。學(xué)問(wèn)點(diǎn)2恒定電流1．恒定電場(chǎng)：穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的__穩(wěn)定__的電場(chǎng)。2．自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的平均速率特點(diǎn)：在恒定電場(chǎng)的作用下，自由電荷__定向__運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)中與導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子不斷__碰撞__，阻礙了自由電荷的定向運(yùn)動(dòng)，結(jié)果是大量自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的平均速率不隨__時(shí)間__改變。3．定義：大小、方向都不隨__時(shí)間__改變的電流。4．電流(1)物理意義：描述電流__強(qiáng)弱程度__的物理量。(2)表達(dá)式：I＝eq\f(q,t)。(3)方向規(guī)定：把__正電荷__定向移動(dòng)的方向規(guī)定為電流的方向。(4)單位：在國(guó)際單位制中，電流的單位是__安培__，簡(jiǎn)稱__安__，符號(hào)是A，常用的電流單位還有：毫安(mA)和微安(μA)，它們與安培的關(guān)系是：1mA＝10－3A、1μA＝10－6預(yù)習(xí)自測(cè)『判一判』(1)電源能把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。(√)(2)必需有電源，自由電荷才能在電路中移動(dòng)。(×)(3)恒定電場(chǎng)就是勻強(qiáng)電場(chǎng)。(×)(4)恒定電場(chǎng)形成后電路中的電荷不再發(fā)生移動(dòng)。(×)(5)因?yàn)殡娏饔写笮∮钟蟹较颍噪娏魇鞘噶俊?×)(6)通過(guò)導(dǎo)體截面的電荷量越多，電流越大。(×)(7)電流的方向與電荷定向移動(dòng)的方向相同。(×)『選一選』(2024·浙江省紹興市高級(jí)中學(xué)高一下學(xué)期檢測(cè))如圖所示是通有恒定電流的某段導(dǎo)體。在5s內(nèi)有10C的負(fù)電荷向右通過(guò)橫截面A，則導(dǎo)體內(nèi)電流的大小和方向分別是(B)A．2A、向右 B．2A、向左C．50A、向右 D．50A、向左解析：依據(jù)電流的定義式I＝eq\f(q,t)，可得電流的大小為：I＝eq\f(10,5)A＝2A，電流方向向左。故選B?！合胍幌搿焕坐Q電閃時(shí)，強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出刺眼的閃光，但持續(xù)極短的時(shí)間，而手電筒的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光。這是為什么？提示：雷電是云層間或云層與地之間的電壓達(dá)到肯定值時(shí)將空氣擊穿所產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，所形成的電流是瞬時(shí)電流。手電筒中因?yàn)殡娫吹淖饔?，小燈泡中有持續(xù)電流故持續(xù)發(fā)光。課內(nèi)互動(dòng)探究細(xì)研深究·破疑解難探究對(duì)電流的理解┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示，電路接通時(shí)燈泡發(fā)光，在電路中形成電流，請(qǐng)思索：在電路中產(chǎn)生持續(xù)電流應(yīng)具備什么條件？提示：電路中有電源且電路閉合。┃┃要點(diǎn)提煉__■1．電源(1)電源的定義：電源是不斷把電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極從而維持正、負(fù)極之間存在肯定電勢(shì)差的裝置。(2)電源的作用：從電荷移動(dòng)的角度看，電源的作用就是移送電荷，能把電子從電源正極搬運(yùn)到電源負(fù)極，保持電源正、負(fù)極間有肯定的電壓，使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流。2．電流的形成：(1)形成緣由：電荷的定向移動(dòng)。(2)形成條件：導(dǎo)體兩端有電壓。(3)電路中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件：電路中有電源且電路閉合。3．電流的方向規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，則負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向與電流的方向相反，金屬導(dǎo)體中自由移動(dòng)的電荷是自由電子，故電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反。┃┃典例剖析__■典例1關(guān)于電流，下列敘述正確的是(B)A．只要將導(dǎo)體置于電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)就有持續(xù)電流B．電源的作用可以使電路中有持續(xù)電流C．導(dǎo)體內(nèi)沒(méi)有電流時(shí)，就說(shuō)明導(dǎo)體內(nèi)部的電荷沒(méi)有移動(dòng)D．只要將電源連接到物體兩端，物體中就會(huì)有電流思路引導(dǎo)：深化理解電源的作用和電流形成的條件是處理該類問(wèn)題的關(guān)鍵。解析：導(dǎo)體置于電場(chǎng)中，達(dá)到靜電平衡后沒(méi)有電流，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；導(dǎo)體兩端存在持續(xù)的電壓，導(dǎo)體中才有持續(xù)的電流，電源能供應(yīng)持續(xù)的電壓，可以使電路中有持續(xù)電流，故B項(xiàng)正確；導(dǎo)體中沒(méi)有電流時(shí)，電荷在做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有定向移動(dòng)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；將電源連接到絕緣物體兩端，物體中不會(huì)有電流，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■1．(2024·廣東佛山一中月考)(多選)下列關(guān)于電流的說(shuō)法正確的是(AD)A．電荷的定向移動(dòng)形成電流B．金屬導(dǎo)體中電流方向是自由電子移動(dòng)的方向C．電流既有大小又有方向，所以電流是矢量D．由I＝eq\f(q,t)可知，電流越大，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量就越多解析：電荷的定向移動(dòng)形成電流，物理學(xué)上規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍饘賹?dǎo)體中自由電荷是自由電子，電流的方向是自由電子移動(dòng)的反方向，故A正確，B錯(cuò)誤；電流既有大小又有方向，但電流不是矢量，是標(biāo)量，因?yàn)殡娏鞯倪\(yùn)算遵守代數(shù)加減法則，而不是平行四邊形定則，故C錯(cuò)誤；由I＝eq\f(q,t)可知，電流的大小等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量，所以電流越大，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量就越多，故D正確。探究電流大小的計(jì)算┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示，在裝有導(dǎo)電液體的細(xì)管中，有正、負(fù)兩種電荷向相反的方向運(yùn)動(dòng)，在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)細(xì)管某截面的正電荷為q1，通過(guò)此截面的負(fù)電荷為q2。你能確定通過(guò)導(dǎo)電液體中電流的大小和方向嗎？提示：I＝eq\f(|q1|＋|q2|,t)方向向右┃┃要點(diǎn)提煉__■1．金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算金屬導(dǎo)體中的自由電荷只有自由電子，運(yùn)用I＝eq\f(q,t)計(jì)算時(shí)，q是某一時(shí)間內(nèi)通過(guò)金屬導(dǎo)體橫截面的自由電子的電荷量。2．電解液中電流的計(jì)算電解液中的自由電荷是正、負(fù)離子，運(yùn)用I＝eq\f(q,t)計(jì)算時(shí)，q應(yīng)是同一時(shí)間內(nèi)正、負(fù)兩種離子通過(guò)橫截面的電荷量的肯定值之和。3．環(huán)形電流的計(jì)算環(huán)形電流的計(jì)算采納等效電流的觀點(diǎn)分析。所謂等效電流，就是把電荷周期性地通過(guò)圓周上各處形成的電流看成持續(xù)不斷地通過(guò)圓周上各處時(shí)所形成的電流。對(duì)周期性運(yùn)動(dòng)的電荷，常取一個(gè)周期來(lái)計(jì)算等效電流。利用I＝eq\f(q,t)＝eq\f(q,T)，求等效電流。┃┃典例剖析__■典例2(2024·上海市金山中學(xué)高二上學(xué)期期中)某電解池中，假如在1s內(nèi)共有5×1018個(gè)二價(jià)正離子和1×1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過(guò)面積為0.1m2的某截面，那么通過(guò)這個(gè)截面的電流是(D)A．0 B．0.8AC．1.6A D．3.2A思路引導(dǎo)：電解液中正、負(fù)離子定向移動(dòng)的方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是相同的，應(yīng)用I＝eq\f(q,t)時(shí)，q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的肯定值之和。解析：由題，1s內(nèi)通過(guò)截面正離子的電量為q1＝2n1e，負(fù)離子的電量肯定值為q2＝n2e，則電流為I＝eq\f(q1＋q2,t)＝eq\f(2n1＋n2e,t)，將n1＝5×1018個(gè)，n2＝1×1019個(gè)，e＝1.6×10－19C，t＝1s代入解得，I＝3.2A。故選D。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■2．我國(guó)北京正、負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的儲(chǔ)存環(huán)是周長(zhǎng)為240m的近似圓形軌道，電子電荷量e＝1.6×10－19C，在整個(gè)環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目為5×1011個(gè)，設(shè)電子的運(yùn)行速度是3×10A．10mAB．1mAC．0.1mAD．0.01mA解析：電子運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間為T(mén)＝eq\f(l,v)，在T時(shí)間內(nèi)通過(guò)隨意橫截面的電荷量為：q＝ne，電流為：I＝eq\f(q,T)＝eq\f(nev,l)＝eq\f(5×1011×1.6×10－19×3×107,240)A＝10mA。核心素養(yǎng)提升以題說(shuō)法·啟智培優(yōu)電流的微觀說(shuō)明1．建立模型如圖所示，AB表示粗細(xì)勻稱的一段導(dǎo)體，兩端加肯定的電壓，導(dǎo)體中的自由電子沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速率為v，設(shè)導(dǎo)體的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，每個(gè)自由電子的電荷量為e。2．理論推導(dǎo)導(dǎo)體AB中的自由電子總數(shù)：N＝nLS總電荷量：q＝Ne＝nLSe全部這些電子都通過(guò)橫截面所須要的時(shí)間：t＝eq\f(L,v)導(dǎo)體AB中電流為I＝eq\f(q,t)＝eq\f(nLSe,\f(L,v))＝neSv。3．結(jié)論由此可見(jiàn)，從微觀上看，電流的大小不僅取決于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)、每個(gè)自由電子的電荷量，定向移動(dòng)速率的大小，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)。案例(2024·廣東省臺(tái)山市華八僑中學(xué)高二上學(xué)期期中)橫截面積為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(guò)導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是(AC)A．nSvΔt B．nvΔtC.eq\f(IΔt,e) D.eq\f(IΔt,Se)思路引導(dǎo)：在Δt時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電子數(shù)為體積SvΔt中的自由電子數(shù)，或由電流的定義式I＝eq\f(q,t)，求出Δt時(shí)間內(nèi)通過(guò)的電荷量也可以求出電子數(shù)。