2013-2014学年高中物理 2-1 电源和电流课件 新人教版选修3-1

知识点 2
恒定电场
1.定义： 由电路中稳定分布的 电荷 所产生的稳定电场。 2．形成：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。
3．特点：任何位置的 电场强度 都不随时间发生变化。
知识点 3
1.电流
恒定电流
(1)概念：电荷的 定向移动 形成电流。 (2)物理意义：反映了电流的 强弱 程度。 (3)符号及单位：用符号 Ⅰ 表示，单位是 安培 ，符 号为 A 。 常用的电流单位还有 毫安 (mA)、 微安 换算关系为：1A＝103mA＝106μA。 (μA)，
答案：D
解析：本题考查的是对电流微观表达式 I＝nqSv 的理解， 关键是理解 v 和 n 的物理意义， 式中 n 为单位体积内自由电子 数，而本题 n 为单位长度内的自由电子数，t 时间内通过导体 某一横截面的自由电子数是长度为 vt 内的自由电子， 其数量为 q I nvt，电荷量 q＝nvte，所以电流 I＝ t ＝nev，所以 v＝ne，故选 项 D 正确。
●考纲须知 内容 1.欧姆定律 2.电阻定律 3.电阻的串联、并联 4.电源的电动势和内阻 5.闭合电路的欧姆定律 6.电功率、焦耳定律 要求 Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅰ
实验七： 测定金属的电阻率(同时练习使 用螺旋测微器) 实验八：描绘小电珠的伏安特性曲线 实验九：测定电源的电动势和内阻 实验十：练习使用多用电表
3．电流的大小 q (1)I＝ 是电流的定义式，I＝nqSv 是电流的决定式，故电 t 流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关。 q (2)q＝It 是求电荷量的重要公式，而公式 I＝ 求出的是电 t 流在时间 t 内的平均值， 对于恒定电流其瞬时值与平均值相等。
(3)电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、 q 负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用 I＝ 时，q 为 t 正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 4．电流是标量：电流虽然有方向但是它遵循代数运算法 则，电流不是矢量而是标量。 [特别提醒]计算电流时，要注意定向移动的电荷种类，是 正电荷或负电荷，还是正、负电荷同时存在。
答案：AC
(2013· 平度高二检测 ) 一段粗细均匀的金属导体的横截面 积是 S，导体单位长度的自由电子数为 n，金属内的自由电子 的电荷量为 e，自由电子做无规则热运动的速率为 v0，导体中 通过的电流为 I0。则下列说法中正确的是( )
A．自由电子定向移动的速率为 v0 I B．自由电子定向移动的速率为 v＝neS C．自由电子定向移动的速率为真空中的光速 c I D．自由电子定向移动的速率为 v＝ne
雷鸣电闪时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光 (如图)， 但持续极短的时间，而手电筒的小灯泡却能持续发光。怎样才 能使电路中保持持续的电流呢？
知识自主梳理
知识点 1
电源
1.定义：电源是不断把负电荷从 正极 搬运到 负极 从 而维持正负极之间一定 电势差 的装置。 2．作用 (1)维持电路的两端有一定的电势差 。 (2)使电路中保持 持续 电流。
成才之路· 物 理
路漫漫其修远兮 吾将上下而求索
人教版 ·选修3-1
第二章
恒定电流
学习导言
●情景切入 现代家庭离不开电。电荷为什么会流动？电荷流动服从什 么规律？产生哪些效应？怎样才能做到安全用电和节约用 电？……这一章我们就来探究恒定电流的基本规律。
家庭电路与家庭用电示意图
●知识导航 本章是在上章场强、电势、电势差(电压)、电场力做功的 基础上，分析和研究直流电路的基本规律。 本章知识在实际中有广泛而重要的应用， 不但是学习后续 知识的基础，而且是学习电工和电子技术的基础，在日常生活 中也经常用到。
2．要注意研究方法的学习 在本章学习中要掌握分析解决问题的方法，比如动态分析 法、等效法的应用，模型的转化，非电学量和电学量的转化， 以及极限法、赋值法的应用技巧等。
3．要注重加强实验能力的提高 高考考查的四个电学实验，全部属于本章内容，要认真做 实验，要从基本原理、基本方法入手，循序渐进，逐步掌握。 要学会正确使用电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电 阻箱等基本实验仪器， 要切实掌握各种仪器的原理、 使用方法、 注意事项才能以不变应万变。
重点难点突破
一、对电流的理解 1．电流的形成条件 (1)产生电流的条件：导体两端有电压。 (2)形成持续电流的条件：导体两端有持续电压。 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，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。
本章内容可分为三部分：第一部分以部分电路欧姆定律为 中心，主要研究直流电路的基本参量、串并联电路的规律、伏 安法测电阻、电功和电热等问题；第二部分以闭合电路的欧姆 定律为中心，主要研究了电源作用、闭合电路中功率的分配和 能量转化关系、 电路的分析和计算等问题； 第三部分以电流表、 电压表、 滑动变阻器等电工仪表的使用为中心， 结合学生实验， 研究了仪器的选择和使用，数据的处理和误差分析等问题。
2．三种速率的比较
[特别提醒]电流的形成是电子在速率很大的无规则热运动 上附加一个速率很小的定向移动，电路闭合时，瞬间在系统中 形成电场，使导体中所有自由电荷同时定向移动，并不是电荷 瞬间从电源运动到用电器。
知识体系构建
考点题型设计
题型1
q 对电流定义式 I＝ 的理解与应用 t
已知电子的电荷量为 e，质量为 m，氢原子的
答案：300A Q 30 解析：I＝ t ＝ ＝300A。 0.1A
题型2
电流微观表达式的应用
横截面积为 S 的导线中通有电流 I， 已知导线每单
位体积中有 n 个自由电子，每个自由电子的电荷量是 e，自 由电子定向移动的速率是 v， 则在时间 Δt 内通过导线横截面 的电子数是( A．nSvΔt IΔ t C. e ) B．nvΔt IΔ t D. Se
二、电流的微观解析 1．电流的微观表达式 (1)题设
如图所示，AB 表示粗细均匀的一段导体，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 v，设导体 的长度为 L，横截面积为 S，导体每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)推导 导体 AB 中的自由电荷总数：N＝nLS 总电荷量：Q＝Nq＝nLSq L 所有这些电荷都通过横截面所需要的时间：t＝ v Q nLSq 导体 AB 中电流为 I＝ ＝ ＝nqSv。 t L v
e2 答案：I＝ kmr 2πr2m
mr k②
点评：解决这个题的关键是选取合适的过程，考虑到电子 运动的周期性，选取一个周期是最简洁的。
如图所示，耀眼的闪电和震耳的雷鸣有时会使树木、房屋 受到严重破坏，在一次雷电中，在 0.1s 时间内有 30C 电荷从 一个云层移到另一个云层，则平均电流为________。
电子在原子核的静电力吸引下做半径为 r 的匀速圆周运动， 则电子运动形成的等效电流大小为多少？
解析：截取电子运动轨道的任一截面，在电子运动一周的 时间 T 内，通过这个截面的电荷量 q＝e。则有： q e I＝ t ＝ t ① 再由库仑力提供向心力有： e2 4π2 2πr k 2 ＝m 2 · r 得 T＝ e r T e2 解得 I＝ 2 kmr 2πr m
q (4)表达式： I＝ t
。
(5)电流的方向：规定 正电荷 定向移动的方向为电流的方 向，负电荷定向移动的方向为电流的 反方向 。
2．恒定电流 (1)概念：大小、方向都
不随时间变化 的电流。
(2)形成：恒定电场使自由电荷定向移动速率
增加 ，自
由电荷与导体内不动的粒子碰撞，阻碍自由电荷定向移动，使 自由电荷速率 减小 ，最终表现为自由电荷 平均速率 不变。 3．电流的微观表达式：I＝ nqSv 。
正确答案：D
易错案例剖析
易错点：在电解液导电时，忽视正、负离子反向移动对电 流的贡献而导致错解 案例：如图所示的电解液接入电路后，在 t 时间内有 n1 个一价正离子通过溶液内截面 S， 有 n2 个二价负离子通过溶液 内截面 S，设 e 为元电荷，则以下关于通过该截面的电流的说 法中，正确的是( )
A．当 n1＝n2 时，电流大小为零 B．当 n1>n2 时，电源外部电流方向由 A 指向 B，电流 I n1－2n2e ＝ t C．当 n1<n2 时，电源内部电流方向由 B 指向 A，电流 I 2n2－n1e ＝ t n1＋2n2e D．电源外部电流方向由 A 指向 B，电流 I＝ t
本章的核心内容是欧姆定律，重点是电路的分析和计算， 难点是电路的设计。 ●学法指导 1．注重基本概念、基本规律的理解 本章有电阻、电流、电压、电动势、电功率、电热、电阻 率等七个概念，要结合实例深刻理解它们，确定明白这些概念 的物理意义、特点。对于部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定 律两个基本定律，一定要能够结合具体的电路灵活运用。
解析：
①根据电流的定义式可知，在 Δt 内通过导线横截面的电 荷量 q＝IΔt， q IΔ t 在这段时间内通过的自由电子数为 N＝e ＝ e
②自由电子定向移动的速率是 v，因此在时间 Δt 内，位于 以横截面为底、 长 l＝vΔt 的这段导线内的自由电子都能通过横 截面，如图所示，这段导线的体积 V＝Sl＝SvΔt，所以 Δt 内通 过横截面的自由电子数为 N＝nV＝nSvΔt。 综上可知，A、C 正确。
易错分析：对易错选项及原因分析如下： 易错选项 错误原因 错误认为通过截面 S 的正、 负离子个数 A 相等方向相反所以电量的代数和为零， 而误选 A BC 错误认为通过截面 S 的电量为正、 负离 子所带电量的代数和而误选 BC
正确解答：因为电解液中的电流是正、负离子同时向相反 方向移动形成的，二者由于定向移动形成的电流方向相同，故 n1＋2n2e 应相加，所以 I＝ ，电源外部电流方向由 A 指向 B， t 故选项 D 正确。