鲁科版高中物理选修3-1课件高二：3.1电流

随堂练习
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提示:大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。用“电流”这 一物理量描述电流的强弱程度。是用������的比值来定义电流的。
������
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(3)在应用 I=������������计算时各个物理量的单位都用国际单位。
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2.电流的微观表达式 (1)建立模型
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如图所示,AD 表示粗细均匀的一段导体,长为 l,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。
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探究二
解析:电荷量 q=It,单位体积内的电子数已知,只要求出 Δt 时间内有多 少体积内的电子通过截面,即可求出电子数。
(1)根据电流强度的定义式,可知在 Δt 内通过导线截面的电荷量 q=IΔt。
所以在这段时间内通过的自由电子数为
N=������������
=
������Δ������。
������
(2)自由电子定向移动的速率是 v,因此在时间 Δt 内,位于以截面 S 为底、 长 l=vΔt 的这段导线内的自由电子都能通过截面。这段导线的体积 V=Sl=SvΔt,所以 Δt 内通过截面 S 的自由电子数为 N=nV=nSvΔt,所以 A、C 正确。
答案:AC
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(2)理论推导 AD 导体中的自由电荷总数:N=nlS。总电荷量:Q=Nq=nlSq。所有这些
电荷都通过横截面
S
所需要的时间:t=
������ 。
������
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(6)①直流电:物理学中把方向不随时间改变的电流叫作直流电。 ②恒定电流:方向和大小都不随时间改变的电流叫作恒定电流。
思考由电流的定义式 I=������������可知,I 与 q 成正比,与 t 成反比,这种说法对
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电流的定义式与微观表达式
●问题导引●
如图所示,在导体中恒定电场作用下,导体中的自由电子将做定向移动, 形成电流。什么样的电流是恒定电流?我们用什么物理量来描述电流的强 弱程度?它是如何定义的?
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1.下列说法中不正确的是( ) A.导体中有电荷运动就形成电流 B.电流的方向一定与负电荷的定向移动方向相反 C.对于导体,只要其两端有电压就有电流 D.国际单位制中电流的单位是安培 解析:当导体两端无电压时,导体内自由电荷做无规则运动,导体中无电流。 答案:A
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2.关于电流的方向,下列说法正确的是( ) A.电荷定向移动的方向为电流方向 B.因为电流有方向,所以电流是矢量 C.在电源外部电路中,电流的方向是从电源的正极流向负极 D.在电路中电荷的定向移动方向总是沿着高电势到低电势的方向 解析:电流的方向是正电荷定向移动的方向,在电源外部从电源正极流向负 极,故 A 错误,C 正确;电流是标量,故 B 错误;在电源外部电路中,正电荷从高 电势处向低电势处移动,而负电荷从低电势处向高电势处移动,故 D 错误。 答案:C
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反思回路中存在自由电荷及导体两端的电压是形成电流的两个
必要条件,二者缺一不可。
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【例题 1】 (多选)以下说法正确的有( ) A.只要有可以移动的电荷,就存在着持续电流 B.只要导体两端没有电压,就不能形成电流 C.只要导体中无电流,其内部自由电荷就停止运动 D.金属导体内持续电流是自由电子在导体两端的持续电压下形成的 解析:形成电流的条件是:回路中存在自由电荷,导体两端有电压;形成 持续电流的条件是:回路中存在自由电荷,导体两端有持续的电压,故 B、D 对。无论导体两端有无电压,其中的自由电荷均做永不停息的无规则热运动, 当导体两端加上持续电压后,在电场力作用下,自由电荷在热运动的基础上 叠加一个定向移动,从而形成持续电流,故 A 错。导体中无电流时,自由电荷 不做定向移动但仍做热运动,故 C 错。 答案:BD
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反思计算电流问题时要注意两个公式的结合:即
(1)I=������������,(2)I=nqSv。应用时要明确公式中各量的意义。
触类旁通
在例题 2 中,如果导线上均匀带有负电荷,每米电荷量为 q,当此导线沿轴线
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特别提醒(1)电流有方向,但不是矢量,是标量,运算遵循代
数法则。 (2)电解液中正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的。
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提示:导体中电荷的定向运动;电源和自由电荷。
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●名师精讲●
1.电流形成的条件 (1)回路中存在自由电荷,是形成电流的条件。 ①金属导体中的自由电荷是电子,金属的原子核对电子的束缚能力较 弱,电子很容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子,故金属导体中存在大量 的自由电荷。 ②电解液中的自由电荷是正、负离子。 (2)电压是导体中形成电流的条件。电场对 电荷有力的作用。例如,有 A、B 两个导体分别 带正、负电荷,φA>φB,A、B 导体间存在电势差 UAB=φA-φB。当 A、B 间用导线连接时,导体中自 由电子会在电场力的作用下运动,形成电流,如图所示。 (3)导体两端有持续的电压是导体中形成持续电流的条件。
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第3章 恒定电流
2
第1节 电流
3
情境导入
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S 随堂练习 UITANG LIANXI
课程目标
1.知道电流产生的条件和电流的方
向。 2.理解电流的概念,掌握定义式 I=������������。 3.知道直流电和恒定电流的概念。
吗? 提示:不对。当 t 一定时,I 与 q 成正比;当 q 一定时,I 与 t 成反比。
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对电流的理解
●问题导引●
如图所示,雷鸣电闪时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光,但它只能存 在一瞬间;手电筒中小灯泡能持续发光。导体中的电流是怎样形成的?怎样 才能使电路中保持持续的电流呢?
路中保持持续的电流,为什么? 提示:电容器放电过程中正负电荷中和,放电电流瞬间消失,不能在电路
中形成持续的电流。而电池内部能够通过非静电力的作用维持电池两极电 势差不变。使电路中保持持续的电流,这正是电源内部非静电力作用的结果。
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1.对电流的定义式
I=
������的理解
������
(1)电流指单位时间内通过导体任一横截面的电荷量,即
I=������������,其中
q
是
时间 t 内通过某横截面的电荷量,不是单位横截面的电荷量。
(2)电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反,但正、负离子定向移 动形成的电流方向是相同的,应用 I=������������时,q 为正电荷的总电荷量和负电荷总 电荷量的绝对值之和。
B.nvΔt
C.������������ ������
D.������������������������
思路:电子数等于总电荷量除以电子的电荷量→求通过横截面的电荷 量→求出电子数
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方向做速度为 v 的匀速直线运动时,由于导线运动而形成的等效电流大小
为( )
A.vq
B.������������
C.qvS
D.������������������
提示:选 A。等效电流 I=������������������=qv。
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根据公式 I=������������可得:
导体
AD
中的电流:I=������������
=
������������������������
������
=nqSv。
������
即电流的微观表达式为:I=nqSv。
(3)结论
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。
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1.电流的形成 (1)形成电流的条件:①回路中存在自由电荷;②导体两端有电压。 (2)导体中形成持续电流的条件:导体两端有持续电压。
思考电容器放电过程瞬间完成,不会形成持续电流,而电源可使电
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特别提醒(1)I=������������是电流的定义式,I=nqSv 是电流的决定式。
(2)电流的大小与横截面积和通电时间无关。
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3.电流的方向 电流的方向规定为正电荷定向移动的方向。
4.电流的大小和单位 (1)定义:电荷定向移动时,在单位时间内通过导体任一横截面的电荷量 称为电流。 (2)定义式:I=������������。 (3)单位:安培(A)。 常用单位还有毫安(mA)和微安(μA);换算关系:1 A=1 000 mA=106 μA。 (4)物理意义:表示电流强弱的物理量。 (5)标量:虽然规定了电流的方向,但该方向不同于矢量的方向,矢量的 方向是指向某一空间方位的。
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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 向与电子定向移动的方向相反。
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2.电流的速度
电流的速度是电场的传播速度,而不是电子的运动速度。
电场的 三种速率
传播速率
电子无规则 电子定m/s 为 105m/s
数量级约为 10-5m/s
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【例题 2】 (多选)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