2020_2021学年高中物理第二章恒定电流1电源和电流学案新人教版选修3_1
高中物理 第二章 恒定电流 第1节 电源和电流教学案 新人教版选修3-1-新人教版高二选修3-1物理
第1节电源和电流1．电源的作用是能保持导体两端的电压，使电路中有持续电流。
2．电流的大小为I ＝q t，方向规定为正电荷定向移动的方向。
负电荷定向移动的方向与电流方向相反。
3．恒定电流是指大小和方向都不随时间变化的电流。
一、电源1．概念在电路中把在电场力作用下移动到导体A 的电子搬运到导体B 的装置。
图2112．作用(1)在导体A 、B 两端维持一定的电势差。
(2)使电路中保持持续的电流。
二、恒定电流 1．恒定电场(1)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。
(2)形成：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。
(3)特点：导线内的电场线与导线平行，电荷的分布是稳定的，导线内的电场是沿导线切线方向的恒定电场。
(4)恒定电场与静电场的关系：在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，因此其基本性质与静电场相同，在静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系，在恒定电场中同样适用。
2．电流(1)概念：电荷的定向移动形成电流。
(2)物理意义：表示电流强弱程度的物理量。
(3)符号及单位：电流用符号I 表示，单位是安培，符号为A 。
常用单位还有毫安(mA)和微安(μA)，1 A ＝103mA ＝106μA。
(4)表达式：I ＝q t(q 是在时间t 内通过导体某一横截面上的电荷量)。
(5)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
3．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速率增加，自由电荷与导体内不动的粒子的碰撞，使自由电荷速率减小，最终表现为平均速率不变。
1．自主思考——判一判(1)电路中有电流时，电场的分布就会随时间不断地变化。
(×) (2)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。
(√) (3)恒定电场的电场强度不变化，一定是匀强电场。
(×) (4)电流既有大小，又有方向，是矢量。
高中物理 第二章 恒定电流 第1节 电源和电流学案 新人教版选修3-1-新人教版高二选修3-1物理学
第1节 电源和电流1．理解电源的作用． 2．理解恒定电场的形成过程． 3．理解恒定电流的概念，会用公式q ＝It 分析相关问题． 4．知道电流形成的微观实质．一、电源1．定义：能把电子从正极搬运到负极的装置． 2．作用(1)维持电路两端有一定的电势差． (2)使闭合电路中保持持续的电流． 二、恒定电流 1．恒定电场(1)恒定电场：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．这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫恒定电场．(2)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化． 2．恒定电流(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流．(2)公式：I ＝q t或q ＝It ，其中：I 表示电流，q 表示在时间t 内通过导体横截面的电荷量．(3)单位：安培，简称安，符号A ；常用的电流单位还有毫安(mA)、微安(μA)． 1 A ＝103mA ；1 A ＝106μA．判一判 (1)有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的电流除电路中有电源外，电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接起来．( )(2)电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而使电源两极之间有稳定的电势差，电路中形成持续的电流．( )(3)金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子．( )(4)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，电场线与导线表面垂直．( )(5)公式I ＝qt中，q 是通过导体横截面的电荷量，当导体中有正、负电荷同时向相反方向定向移动形成电流时，公式中的q 应为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量的绝对值之和．( )提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√想一想 电流的方向一定是电荷的定向移动方向吗？方向不变的电流一定是恒定电流吗？提示：不一定．电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反．恒定电流是指大小和方向都不变的电流，方向不变、大小改变的电流不是恒定电流．做一做 如图所示，一根截面积为S 的均匀长直橡胶棒上均匀地带有负电荷，每米电荷量为q ，当此棒沿轴线方向做速度为v 的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为( )A ．vqB ．q vC ．vqSD ．qv S提示：选A ．经过时间t ，通过右端横截面的电荷量Q ＝qvt ，根据I ＝Q t得I ＝vq ，A 正确．对电流的理解1．电流的形成(1)形成原因：电荷的定向移动． (2)形成条件：导体两端有电压．(3)电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合．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．3．电流的大小(1)定义式：I ＝qt．用该式计算出的电流是时间t 内的平均值．对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等．(2)两点说明①电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I ＝q t求电流时，q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和．②q ＝It 是I ＝q t的变形，是求电荷量的重要公式．4．电流是标量：电流虽然有方向，但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量，而是标量．命题视角1 对电流定义的理解(多选)关于电流的概念，下列说法中正确的是( ) A ．导体中有电荷运动就形成电流B ．电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向运动的方向C ．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D ．对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零[解析] 导体中有大量的自由电子，总在不停地做无规则运动，没有定向运动，在一段时间t 内，通过导体某一截面的电荷是双向的，其数值又是相等的，电流为零，故A 错误；电流是一个标量，因为其运算不符合矢量运算规则，为了便于研究电流，人们规定正电荷定向运动的方向为电流的正方向，以区别于负电荷的定向运动，故B 错误；在国际单位制中，共有七个基本量，电流是其中之一，故C 正确；对于导体，其两端电势差为零时，导体内无电场，电子不能定向运动，故电流为零，D 正确．[答案] CD命题视角2 定义式I ＝q t的应用(2018·重庆校级期中)如图所示，电解池内有一价的电解液，t s 内通过溶液内截面S 的正离子数是n 1，负离子数是n 2，设元电荷为e ，以下解释中正确的是( )A ．当n 1＝n 2时电流强度为零B ．当n 1>n 2时，电流方向从A →B ，电流强度为I ＝（n 1－n 2）e tC ．当n 1<n 2时，电流方向从B →A ，电流强度为I ＝（n 2－n 1）etD ．溶液内电流方向A →B ，电流强度I ＝（n 1＋n 2）e t[解析] 正电荷定向移动方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，A 、B 错误；有正、负电荷反向经过同一截面时，I ＝qt公式中q 应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故I ＝n 1e ＋n 2et，电流方向由A 指向B ，与正、负电荷的数量无关，C 错误，D 正确． [答案] D不同导体中电流的计算方法(1)金属导体：自由电荷只有自由电子，运用I ＝q t计算时，q 是某一时间内通过金属导体横截面的电子的电荷量．(2)电解液：自由电荷是正、负离子，运用I ＝q t计算时，q 应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和．(3)电离状态的气体：自由电荷既有正、负离子，也有自由电子，利用公式I ＝q t求气体导电电流时，q 应是三种带电粒子通过横截面的电荷量的绝对值之和．(4)环形电流：有些电流，并不是导体内电荷的定向移动形成的，如电子绕核运动，经电场加速的粒子流、带电体的运动等，可以通过等效方法用I ＝q t求解等效电流．【题组突破】1．下列有关电源的电路中，导线内部的电场强度的说法正确的是( ) A ．导线内部的电场就是电源所形成的电场B ．在静电平衡时，导线内部的场强为零，而导线外部的场强不为零，所以导线内部的电场不是稳定的C ．因为导线处于电源的电场中，所以导线内部的场强处处为零D ．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，导线内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的解析：选D ．导线内部的电场是电源和导线积累电荷所形成的两部分电场的矢量和，稳定后不同于静电平衡(内部场强处处为零)，而是场强大小恒定，方向与导线切线一致，是一种动态的平衡，故A 、B 、C 错，D 对．2．某一探测器因射线照射，内部气体电离，在时间t 内有n 个二价正离子到达阴极，有2n 个电子到达探测器的阳极，则探测器电路中的电流为( )A ．0B ．2ne tC ．3ne tD ．4ne t解析：选D ．由题意可知，在时间t 内通过某横截面的电荷量为n ·2e ＋2n ·e ＝4ne ，故根据电流的定义可知探测器电路中的电流为I ＝q t ＝4net，故选项D 正确． 电流的微观解释1．建立“柱体微元”模型：如图所示，AD 表示粗细均匀的一段导体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．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D 所需要的时间：t ＝lv ．根据公式q ＝It 可得：导体AD 中的电流：I ＝Q t＝nlSql /v＝nqSv ． 3．影响因素：从微观上看，电流取决于导体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和导体的横截面积．4．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、自由电荷定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关．5．两个公式的比较I ＝q tI ＝nqSv公式性质 定义式 决定式 电流的意义 时间t 内的平均电流 某时刻的瞬时电流 描述的角度大量电荷定向移动的宏观表现形成电流的微观实质联系 由I ＝q t可导出I ＝nqSv 【题组过关】1．(多选)有一横截面积为S 的铜导线，流经其中的电流为I ；设单位体积的导线中有n 个自由电子，电子的电荷量为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 ．nvS ΔtB ．nv ΔtC ．I ΔteD ．I ΔtSe解析：选AC ．因为I ＝q Δt ，所以q ＝I ·Δt ，自由电子数目为N ＝q e ＝I Δte，C 正确，D错误；又因为电流的微观表达式为I ＝nevS ，所以自由电子数目为N ＝q e ＝I Δt e ＝nevS Δte＝nvS Δt ，A 正确，B 错误．2．(2018·广东佛山一中高二月考)在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝中不断放出的电子进入电压为U 的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S 、电流为I 的电子束．已知电子的电荷量为e 、质量为m ，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl 的电子束内的电子个数是( )A ．I ΔleS m 2eU B ．I Δle m 2eU C ．I eSm 2eUD ．IS Δlem 2eU解析：选B ．设电子刚射出电场时速度为v ，长为Δl 的电子束内的电子数为n ，则eU ＝12mv 2 ①I ＝ne Δt ②Δt ＝Δl v③由①②③式解得n ＝I Δle m2eU，故B 正确．[随堂检测]1．现代生活离不开电源，电子表、照相机、移动电话、计算器及许多电子产品，都需要配备各式各样的电源．以下关于电源的说法正确的是( )A ．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差B ．电源的作用就是将其他形式的能转化为电能C ．只要电路中有电源，电路中就一定有电流D ．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量解析：选B ．电源的作用是维持正、负极之间有一定的电势差，这需要电源不断地将其内部的负电荷向负极聚集，将正电荷向正极聚集．外电路中自由电子在电场力的作用下向正极移动；在电源内部，需要将正极上的电子搬运到负极，维持电势差不变，故A 错误．从能量转化的角度来看，电源在搬运电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其他形式的能转化为电能，故B 正确．若要电路中有电流，不仅需要有电源，还需要电路是闭合的，两者缺一不可，故C 错误．电源是对电路提供能量的装置，故D 错误．2．(多选)如图所示，将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来，已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍，在铜导线上取一个截面 A ，在铝导线上取一个截面B ，若在1秒内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的( )A ．电流相等B ．电流不相等C ．自由电子定向移动的速率相等D ．自由电子定向移动的速率不相等解析：选AD ．由电流定义知I ＝q t ＝net，A 正确，B 错误．由电流的微观表达式I ＝nSqv 知，I 、n 、q 均相等，因为S A <S B ，所以v A >v B ，C 错误，D 正确．3．(高考上海卷)重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射＋5价重离子束，其束流强度为1．2×10－5A ，则在1 s 内发射的重离子个数为(e ＝1．6×10－19C)( )A ．3．0×1012B ．1．5×1013C ．7．5×1013D ．3．75×1014答案：B4．已知铜导线中的电流为1 A ，铜导线的横截面积为1 mm 2，求：(1)在1 s 内，有多少个电子通过铜导线的横截面？(电子电荷量e ＝1．6×10－19C)(2)自由电子的平均移动速率多大？(设铜导线中每立方米含有8．5×1028个自由电子) 解析：(1)1 s 内通过铜导线横截面的电荷量为q ＝It ＝1 C ．所以1 s 内通过铜导线横截面的电子个数N ＝q e ＝11．6×10－19(个)＝6．25×1018(个)．(2)由电流的微观表达式I ＝nqSv 得自由电子的平均移动速率v ＝I nqS＝18．5×1028×1．6×10－19×1×10－6 m/s ≈7．35×10－5m/s ． 答案：(1)6．25×1018个 (2)7．35×10－5m/s[课时作业] [学生用书P129(单独成册)]一、单项选择题1．关于电流的说法中正确的是( ) A ．根据I ＝q t，可知I 与q 成正比B ．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C ．电流有方向，电流是矢量D ．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位解析：选D ．依据电流的定义式可知，电流与q 、t 皆无关，选项A 错误；虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以选项B 、C 错误；选项D 正确．2．金属导体内电流增强，是因为( ) A ．导体内单位体积的自由电子数增多 B ．导体内自由电子定向移动的速率增大 C ．导体内电场的传播速率增大 D ．导体内自由电子的热运动速率增大解析：选B ．对于确定的金属导体，单位体积内的自由电子数是一定的，而且导体内电场的传播速率也是一定的，所以A 、C 错误；导体内电流增强是由于自由电子定向移动的速率增大，使得单位时间内穿过导体横截面的电荷量增大，B 正确；导体内自由电子的热运动与电流的大小无直接关系，D 错误．3．一段粗细均匀的铜导线的横截面积是S ，导线单位长度内的自由电子数为n ，铜导线内的自由电子所带的电荷量为e ，自由电子做无规则热运动的速率为v 0，导线中通过的电流为I ．则下列说法中正确的是( )A ．自由电子定向移动的速率为v 0B ．自由电子定向移动的速率为v ＝I neSC ．自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD ．自由电子定向移动的速率为v ＝I ne解析：选D ．v 0为电子做无规则热运动的速率，非定向移动速率，故A 错误．对于电流微观表达式I ＝nqSv ，式中n 为单位体积内的自由电子数，而本题中n 为单位长度内的自由电子数，t 时间内通过导线某一横截面的自由电子数为nvt ，电荷量Q ＝nvte ，所以电流I ＝Q t ＝nev ，所以v ＝I ne，故B 、C 错误，D 正确．4．电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A ，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为( )A ．1 500个B ．9．375×1019个 C ．9．375×1021个 D ．9．375×1020个解析：选C ．q ＝It ，n ＝q e ＝It e＝9．375×1021个． 5．如图所示的电解池，在1 s 的时间内，共有3 C 的正离子和3 C 的负离子通过截面xy ，则这个电路中的电流是( )A ．0 AB ．1．5 AC ．3 AD ．6 A解析：选D ．电解液中的正、负离子定向移动的方向相反，故它们产生同向的电流，由公式I ＝q t 得，电路中的电流I ＝3＋31A ＝6 A ，故D 正确．6．(2018·重庆市万州二中高二期中)北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m 的近似圆形轨道．当环中电子以光速的110流动而形成10 mA 的电流时，环中运行的电子数目为(已知光速c ＝3×108m s ，电子电荷量e ＝1．6×10－19C)( )A ．5×1010B ．5×1011C ．1×102D ．1×104解析：选B ．电子运动一周所需要的时间：t ＝240110×3×108 s ＝8×10－6s在圆形轨道上任取一横截面，则在t 时间内整个环中的电子刚好都通过该截面，故环中具有电子的电量为：q ＝It ＝10×10－3×8×10－6 C ＝8×10－8 C环中具有电子数N ＝q e ＝8×10－81．6×10－19个＝5×1011个．7．铜的摩尔质量为m ，密度为ρ，每摩尔铜原子有n 个自由电子，今有一根横截面积为S 的铜导线，当通过的电流为I 时，电子平均定向移动速率为( )A ．光速cB ．I neS C ．IρneSmD ．mIneSρ解析：选D ．假设电子定向移动的速率为v ，那么在t 时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vtS 中的自由电子数，而体积为vtS 的铜的质量为vtSρ，摩尔数为vtSρm，所以电量q ＝vtSρne m ，I ＝q t ＝vSρne m ，于是得：v ＝ImneSρ． 二、多项选择题8．关于电流的方向，下列说法中正确的是 ( )A ．电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端B ．电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端C ．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同D ．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反解析：选AD ．在电源的外部电路中，电流从正极流向负极，在电源内部，电流从负极流向正极，电源正极电势高于负极电势，所以A 正确，B 错误；电子带负电，电子运动形成的电流方向与电子运动的方向相反，C 错误，D 正确．9．给一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电，下列说法正确的是( )A ．粗的地方电流大，细的地方电流小B ．粗的地方电荷定向移动速率大，细的地方小C ．各处的电流大小相同D ．粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大解析：选CD ．同一根导线上的电流相等，故C 对；由I ＝nqSv 可得v ＝I nqS ，故D 对． 10．(2018·福建宁德一中高二检测)半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q ，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流应满足( )A ．若ω不变而使电荷量Q 变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍B ．若电荷量Q 不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍C ．若使ω、Q 不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大D ．若使ω、Q 不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小解析：选AB ．截取圆环的任一截面S ，如图所示，在橡胶圆环运动一周的时间 T 内，通过这个截面的电荷量为Q ，则有：I ＝q t ＝Q T ，又 T ＝2πω，所以I ＝Qω2π．分析各选项可知本题选A 、B ． 三、非选择题11．如图所示，在NaCl 溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图中所示，若测得2 s 内分别有1．0×1018个Na ＋和Cl －通过溶液内部的横截面M ，溶液中的电流方向如何？电流为多大？解析：NaCl 溶液导电是靠自由移动的Na ＋和Cl －，它们在电场力作用下向相反方向运动．因为电流方向为正电荷定向移动的方向，故溶液中电流方向与Na ＋定向移动的方向相同，即由A 流向B ．Na ＋和Cl －都是一价离子，每个离子的电荷量为e ＝1．6×10－19 C ，NaCl 溶液导电时，Na ＋由A 向B 定向移动，Cl －由B 向A 定向移动，负离子的运动可以等效地看做正离子沿相反方向的运动，可见，每秒钟通过横截面M 的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和，则有I ＝q t ＝|q 1|＋|q 2|t＝ 1．0×1018×1．6×10－19＋1．0×1018×1．6×10－192 A ＝0．16 A ．答案：由A 流向B 0．16 A12．某品牌手机在待机工作状态时，通过的电流是4微安，则该手机一天时间内通过的电荷量是多少？通过的自由电子个数是多少？解析：通过的电荷量为：q ＝It ＝4×10－6×24×3 600 C ≈0．35 C通过的电子个数为：N ＝q e ＝0．351．6×10－19个≈2．19×1018个． 答案：0．35 C 2．19×1018个。
201x-201x学年高中物理 第二章 恒定电流 1 电源和电流 新人教版选修3-1
2．电源
二、恒定电流 1．恒定电场 (1)定义：由电路中稳定分布的 电荷所产生的稳定的电场． (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：任何位置的电荷分布和 电场强度都不随时间发生变化．
2．恒定电流 (1)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 . ④表达式：I＝qt . 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．如果导线中的电流为 1 mA，那么 1 s 内通过导体横截面的自由电子数 是多少？若“220 V 60 W”的白炽灯泡正常发光时的电流为 273 mA，则 20 s 内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个？
解析：q＝It＝1×10－3×1 C＝1×10－3 C， 设电子的数目为 n，则 n＝qe＝1.16××1100－－319CC＝6.25×1015(个)． 当“220 V 60 W”的白炽灯泡正常发光时， 电压 U＝220 V，I＝273 mA. q＝It＝273×10－3×20 C＝5.46 C. 设电子的数目为 N，则 N＝qe＝1.6×5.4160－C19 C≈3.4×1019(个)． 答案：6.25×1015 个 3.4×1019 个
1 电源和电流
[课标解读] 1.了解电源的作用及恒定电场的形成.2.了解形成电流的 条件，初步体会动态平衡的思想.3.理解电流的定义，知道电流的单位、方 向的规定；理解恒定电流.4.理解电流形成的微观实质．
01 课前 自主梳理 02 课堂 合作探究 03 课后 巩固提升
课时作业Biblioteka 一、电源 1．电荷的移动与电流的形成 如图所示，A、B 两个导体分别带正、负电荷，如果在它们之间连接一条导 线 R，导线 R 中的自由电子会在静电力的作用下定向移动，电子移动方向 为 B→A (选填“A→B”或“B→A”)，导线中瞬间电流方向为 A→B (选 填“A→B”或“B→A”)．
2020_2021学年高中物理第二章恒定电流实验：测定金属的电阻率课件新人教版选修3_1
【数据收集与分析】 1.金属丝直径的读数: (1)利用螺旋测微器测金属丝直径,读数时应特别小心半刻度是否露出。 (2)因螺旋测微器的精确度为0.01 mm,可动刻度上对齐的格数需要估读。所以, 若以毫米为单位的话,最后一位应出现在小数点后的第三位上。 (3)把三个不同位置的测量值求平均值作为直径d。 2.金属丝长度的测量: (1)应测量接入电路中的有效长度。 (2)因为用的是毫米刻度尺,读数时要读到毫米的下一位(别忘记估读)。 (3)把三次测量值求平均值作为长度l。
刻度格数(分度) 刻度总长度
10
9 mm
20
19 mm
50
49 mm
每小格与1 mm的差值 0.1 mm 0.05 mm 0.02 mm
精确度(可准确到) 0.1 mm 0.05 mm 0.02 mm
(4)读数:若用x表示从主尺上读出的_整__毫__米_数,K表示从游标尺上读出与主尺上
某一刻线对齐的游标的_格__数__,则记录结果表示为(x+K×精确度)mm。
l 4l
【思考·讨论】 有效长度是指的什么?怎样测量更准确? 提示:是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表两端点间的 待测导线长度,测量时应将导线拉直,反复测量三次,求其平均值。
【误差分析】 1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得,直径的测量是产生误差的主要来源 之一。 2.采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值小于真 实值,使电阻率的测量值偏小。 3.金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。 4.由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。
(3)金属丝中电流为I′=I+ =Ir1I
R1
电压U′=U-Ir1,
人教版高中物理选修3-1第二章第1节电源和电流同步教学设计
2.1《电源和电流》教学设计一、教学概述所教学科：高中物理课题来源：人教版选修3-1第二章《恒定电流》第一节所需课时：1课时二、教学内容分析本节教材内容处于学完电场之后，开始学习电路知识之前，是电场与电路两部分知识的衔接章节，起承上启下作用。
这节课主要围绕“电流”这个概念的理解铺展开来，从“电流的形成”和“电流的大小”作为整节课的两大主线条。
与初中相比，本节课对电流的理解更要从微观角度来理解，属于理论层次，研究的内容学生看不见，也不容易理解，很抽象，对学生的综合应用能力要求比较高。
三、学生分析学生在学完静电场后，对电场力、电场力做功、电势（电势差）、电势能的概念已经有较深刻认识，除外也学过等势体上电荷的分布和转移情况，，此时引导学生理解电流式怎么形成的、电源的作用、引出恒定电流的定义及大小的描述符合学生心理特点。
基于思考怎样使抽象的知识变得更形象、可见、学生容易接受、且符合学生的特点，本节课我设计了“讲授与探究”的教学方式、类比的方法、形象直观的实验来激发学生的求知欲和学习物理的兴趣，同时也设计了两个矛盾冲突点让学生更深入理解微观电流的表达式，以及培养学生敢于质疑和敢于创新的精神。
四、教学目标（一）基本知识与技能1．知道电流产生的三种效应；2．知道电流形成的条件和机制；3．知道什么是恒定电流，记住电流的单位、方向的规定。
4．能够推导出电流的微观表达式。
（二）过程与方法1．通过自制的“电动驱车”和电容器的放电，引出本节课的课题以及电流产生的效应。
2．通过电容器放电使小灯泡发光及传感器对电流和电压的采集进行探究、讨论，得到电流的产生机制，并在实际问题求解中反思。
3．通过类比和探讨，得出计算电流的表达式，再通过给定情景和立体模型的建立，计算出电流的微观表达式。
4．通过两个矛盾冲突点的设置和实验的演示，使学生更深入地理解电流和导体中的电荷运动以及电场建立的关系。
（三）情感态度与价值观1．运用已有静电学知识对实际问题进行反思，从中体会得到结论和解释问题的快乐。
精选高中物理第二章恒定电流第二章恒定电流2-1电源和电流教案新人教版选修3-1
《电源和电流》教学设计一、教材内容分析本节课是人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3-1第二章《恒定电流》的第一节内容，是电场知识和电路知识两部分的紧密衔接，具有承上启下的作用。
本节课需要一个课时。
本节课从电场知识入手，通过分析讨论有效地将“场”和“路”的知识相联系，这样的安排符合学生的认知规律，有利于培养学生不断运用所学的知识来解决实际问题，从而培养学生的分析和解决问题的意识和能力，激发学生的求知欲和学习兴趣。
二、教学目标知识与技能目标:1、明确电源在直流电路中的作用和导体中的恒定电场2、知道恒定电流的概念描述电流的强弱程度的物理量——电流3、从微观的角度理解导体中的电荷定向移动和电流之间的关系过程与方法：在理解电流形成的基础上通过类比和分析使学生对电源的概念、导线中的电流等方面有更好的理解，培养学生独立思考解决问题的能力。
情感态度价值观：1、通过本节对电源电流的学习，培养学生将物理知识应用于实践中的意识，使学生认识到知识来源与实践。
2、过本节的学习使学生学会多种解题方法，培养学生的科学思维习惯。
三、学习者特征分析由于学生知识单一、比较粗浅、又充满好奇心，初中学过的电学知识时间比较久，所以在课堂上采用教师引导学生分析、学生主动思考、师生共同总结相结合的特点，这样既能发散学生的思维又能调动学生的积极性，从而活跃了课堂气氛、减少了学生学习的恐惧感，增强了信心。
四、重难点及突破措施重点：1）电源的作用2）恒定电场的概念3）电流大小的计算难点：电源与抽水机进行类比重难点突破措施：1）讲解概念时采用教师引导，学生分析，充分发挥学生的主观能动性，这样既掌握了知识又活跃了课堂气氛。
2）通过电源与抽水机进行类比，尽量注重本节知识与生活、社会相联系，这样让学生体会到物理就在我们身边，把抽象的知识具体化。
五、教学策略选择与设计1、通过对电源的介绍，促使学生了解生活中的电、激发学生学物理的兴趣。
2020—2021(四川)人教物理选修3—1第2章 恒定电流习题附答案
2020—2021（四川）人教物理选修3—1第2章恒定电流习题附答案人教选修3—1第二章恒定电流一、选择题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．0 B．0.8 AC．1.6 A D．3.2 A2、在10 s内通过电解槽某一横截面向右迁移的正离子所带的电荷量为2C，向左迁移的负离子所带电荷量为3 C，那么电解槽中电流强度大小为( ) A．0.1 A B．0.2 AC．0.3 A D．0.5 A3、电源电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的能力，因此( ) A．电动势是一种非静电力B．电动势越大，表明电源储存的电能越多C．电动势的大小是非静电力做功能力的反映D．电动势就是闭合电路中电源两端的电压4、(多选)小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则下列说法中正确的是( )A．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大B．对应P点，小灯泡的电阻为R＝U1 I2C．对应P点，小灯泡的电阻为R＝U1 I2－I1D．对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围的面积5、一电流表由电流计G和电阻R并联而成，如图所示，在校准时发现此电流表的读数总比准确值稍小些，采用下列措施可使读数变准确的是( )A ．在R 上串联一比R 小得多的电阻B ．在R 上串联一比R 大得多的电阻C ．在R 上并联一比R 小得多的电阻D ．在R 上并联一比R 大得多的电阻 6、两盏额定功率相同的灯泡A 和B ，其额定电压U A >U B ，则下列说法正确的是( )A ．两灯正常发光时，灯泡的电流强度I A >IB B ．两灯电阻R A <R BC ．将两灯串联后接入电路中发光时，则灯泡的功率P A <P BD ．将两灯并联后接入电路中发光时，则灯泡的功率P A ′<P B ′ 7、一段长为L 、电阻为R 的均匀电阻丝，把它拉成3L 长的均匀细丝后，再切成等长的三段，则其中每一段电阻丝的阻值为( ) A ．3R B ．R C ．R 3 D ．R 9*8、铜的摩尔质量为m ，密度为ρ，每摩尔铜原子有n 个自由电子，每个电子的电荷量为e ，今有一根横截面积为S 的铜导线，当通过的电流为I 时，电子平均定向移动速率为( ) A ．光速c B ．I neS C ．IρneSmD ．mI neSρ*9、以下说法中正确的是( )A ．在外电路中和电源内部，正电荷都受静电力作用，所以能不断地定向移动形成电流B ．静电力与非静电力都可以使电荷移动，所以本质上都是使电荷的电势能减少C ．在电源内部正电荷能从负极到达正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力D ．静电力移动电荷做功电势能减少，非静电力移动电荷做功电势能增加 *10、关于电流和电阻，下列说法中正确的是( ) A ．电流的方向与导体中电荷的定向移动方向相同B ．金属导体温度升高时，由于自由电子的热运动加速，所以电流增大C ．由R ＝UI可知，I 一定时，导体的电阻R 与U 成正比，U 一定时，导体的电阻R 与I 成反比 D ．对给定的导体，比值UI 是个定值，反映了导体本身的性质 11、有两个相同的电阻R ，串联起来接在电动势为E 的电源上，电路中的电流为I ；将它们并联起来接在同一电源上，此时流过电源的电流为4I3，则电源的内阻为( )A ．RB ．R 2C ．4RD ．R 812、欧姆表电路及刻度盘如图所示，现因表头损坏，换用一个新表头。
2020--2021学年人教高二物理选修3—1第2章 恒定电流附答案
2020--2021人教物理选修3—1第2章恒定电流附答案人教选修3—1第二章恒定电流1、(双选)有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I；设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为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．n v SΔt B．n vΔtC．IΔte D．IΔtSe2、下列有关电源的电路中，导线内部的电场强度的说法中正确的是() A．导线内部的电场就是电源所形成的电场B．在静电平衡时，导体内部的场强为零，而导体外部的场强不为零，所以导体内部的电场不是稳定的C．因为导体处于电源的电场中，所以导体内部的场强处处为零D．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，导体内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的3、关于电源的说法不正确的是()A．电源外部存在着由正极指向负极的电场，内部存在着由负极指向正极的电场B．在电源外部电路中，负电荷靠电场力由电源的负极流向正极C．在电源内部电路中，正电荷靠非静电力由电源的负极流向正极D．在电池中，靠化学作用使化学能转化为电势能4、某同学对四个电阻各进行了一次测量，把每个电阻两端的电压和通过它的电流在U-I坐标系中的描点如图，分别用R a、R b、R c、R d代表电阻的阻值，则()A．R a>R d B．R d>R aC．R c>R b D．R b>R c5、(双选)两只完全相同的灵敏电流计改装成量程不同的电压表V1、V2，若将两表串联后去测某一线路的电压，则两只表()A．读数相同B．指针偏转的角度相同C．量程大的电压表读数大D．量程大的电压表读数小6、下面是某电热水壶的铭牌，由此可知该电热水壶正常加热1 min产生的热量为()电热水壶型号SP—356 A 额定电压220 V额定功率 1 800 W 额定频率50 Hz额定容量 1.5 L34C．1.32×104 J D．1.08×105 J7、某兴趣小组探究发现导电液体电阻变化规律与金属电阻相同。
高中物理选修新课标人教版选修3-1第二章2 1 电源和电流 教案
第二章恒定电流2.1电源和电流【教学目标】1．知道电源在直流电路中的作用2．知道恒定电流的定义、单位3．从微观角度理解导体中电荷定向移动与电流之间的关系。
重点：电流的概念难点：从微观角度理解导体中电荷定向移动与电流之间的关系。
【自主预习】1.电源观察教材P41的图2.1-1，A、B分别带正负电荷，如果在它们之间连接一条导线R，导线R自由电子会在静电力的作用下定向移动(电流)，电子移动方向为（填A→B 或B→A），若要保持持续的定向移动(电流)，A、B需有一个装置，使A、B周围的空间始终存在一定的电场，能使A、B间维持一定的电势差的装置称为。
2.恒定电场导线内的电场是由、等电路元件所积累的电荷共同形成的，电荷的分布是稳定的，电场的分布也不会。
由的电荷所产生的的电场，称为恒定电场，3.恒定电流由于的作用，导体中自由电荷定向运动的速率，而运动过程中会与导体内不动的粒子从而减速，总体来说自由电荷定向运动的不随时间变化。
把、都不随时间的电流称为恒定电流。
I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量，它们间的关系式为。
电流的单位为，简称，符号是，常用的电流单位还有和。
【典型例题】一、形成电流的条件【例1】如图验电器A带负电，验电器B不带电，用导体棒连接A、B的瞬间，下列叙述中错误的是（）A、有瞬时电流形成，方向由A到BB、A、B两端的电势不相等C、导体棒内的电场强度不等于零D、导体棒内的自由电荷受电场力作用做定向移动一、电流的定义【例2】已知电子的电荷量为e，质量为m，氢原子的核外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？二、电流的微观表达式【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，设每单位体积导线有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子定向移动的速度为v，在Δt时间里，通过导线横截面的自由电子数目可表示为( )A．Δt B．ΔtC．IΔ D．IΔ【例4】如图所示的电解槽中，如果在4s内各有8c的正、负电荷通过面积为0.8㎡的横截面，那么⑴在图中标出正、负离子定向移动的方向；⑵电解槽中的电流方向如何？⑶4s内通过横截面的电量为多少？⑷电解槽中的电流为多大？【课后练习】1.形成持续电流的条件是( )A.只要有电压加在物体的两端B.必须保持导体两端有电压C.只在导体两端瞬时加电压D.只要有大量的自由电荷2.在由电源、导线等电路元件所形成的电路中，以下说法正确的是（）A.导线中的电场强度处处为零B.导线中的电场强度方向跟导线方向平行C.导线内各点的电势相等D.导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低3.以下说法正确的是（）A.导体中的电流是正电荷的定向移动形成的B.电荷定向移动的速率等于电流的传导速率C.单位时间内通过导体横截面的电荷数越多电流越大D.导体中越粗的地方单位时间内通过导体横截面的电荷数越多电流越大4.某电解池，如果在1s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1m2的某截面，那么通过这个截面的电流是( )A.0B.0.8AC.1.6AD.3.2A5.导体中电流I的表达式为I＝，其中S为导体的横截面积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷所带的电荷量，v是( )A．导体运动的速率B．电流传导速率C．自由电荷定向移动的速率D．电子热运动速率6．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7.将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来，已知截面积S铝＝2S铜．在铜导线上取一截面A，在铝导线上取一截面B，若在1 s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截面的电流的大小关系是( )A．＝B．＝2C．＝2 D．不能确定8．在示波管中，电子枪2 s内发射了6×1013个电子，则示波管中电流的大小为( ) A．4.8×10－6 A B．3.0×10－13 AC．9.6×10－16 A D．3.0×10－6 A9．一个半径为r(米)的细橡胶圆环，均匀地带上Q(库仑)的负电荷，当它以角速度ω(弧度/秒)绕中心轴线顺时针匀速转动时，环中等效电流的大小为( )A．Q10．关于导线中的电场，下列说法正确的是( )A．导线内的电场线可以与导线相交B．导线内的电场E是电源电场E0和导线侧面堆积电荷形成的电场E′叠加的结果C．导线侧面堆积电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态D．导线中的电场是静电场的一种11．半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流判断正确的是( ) A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则等效电流也将变为原来的2倍B．若电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍，则等效电流也将变为原来的2倍C．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变大D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变小12．在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束．已知电子的电荷量为e、质量为m.求在刚射出加速电场时，一小段长为ΔL的电子束内电子个数是多少？答案：例1.答案解析所谓等效电流，就是把电子绕核运动单位时间内的电荷量通过圆周上各处看成是持续运动时所形成的电流，根据电流强度的定义即可算出等效电流的大小．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：I＝＝再由库仑力提供向心力，有：＝r得T＝解得I ＝例2答案解析 此题考查对电流强度公式I ＝的理解及电流强度的微观表达式I ＝的理解．在Δt 时间内，以速度v 移动的电子在铜导线中经过的长度为v Δt ，由于铜导线的横截面积为S ，则在Δt 时间内，电子经过的导线体积为v Δ.又由于单位体积的导线有n 个自由电子，在Δt 时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为Δt ，故A 正确．由于流经导线的电流为I ，则在Δt 时间内，流经导线的电荷量为I Δt ，而电子的电荷量为q ，则Δt 时间内通过导线横截面的自由电子数目可表示为I Δ，故C 也正确.例3解析：⑴电源与电解槽中的两极相连后，左侧电极电势高于右侧电极，由于在电极之间建立电场，电场方向由左指向右，故正离子向右移动，负离子向左移动⑵电解槽中的电流方向向右⑶8C 的正电荷向右通过横截面，而8C 的负电荷向左通过该横截面，相当于又有8C 正电荷向右通过横截面，故本题的答案为16C ⑷由电流强度的定义416 t Q 4A 课后检测1。
2020-2021学年高中物理第二单元恒定电流训练卷（二）新人教版选修3-1
第二单元 恒定电流注意事项：1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B 铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3．非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。
写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4．考试结束后，请将本试题卷和答题卡一并上交。
一、单项选择题(本大题共8小题，每小题4分，共32分，每小题给出的四个选项中只有一个选项正确)1．用2U P R=求出“220 V 40 W”电灯泡的电阻为1210 Ω，用多用电表测得电阻只有90 Ω，下列说法中正确的是( )A ．两个阻值相差差异是不正常的，必然是测量时读错了数据B ．两个阻值相差差异是正常的，因为欧姆表测电阻的误差大C ．两个阻值相差差异是不正常的，可能出厂时把灯泡的功率标错了D ．两个阻值相差差异是正常的，1210 Ω是正常工作状态(温度很高)的阻值，90 Ω是常温下的阻值2．在示波管中，电子枪每3秒内发射3610C -⨯的电荷，则示波管中电流为( ) A ．64.810A -⨯B ．3210A -⨯C ．69.610A -⨯D ．6310A -⨯3．在如图所示的电路中，合上开关S 后( )A ．电流表示数变大，电压表示数变大B ．电流表示数变小，电压表示数变小C ．电流表示数变小，电压表示数变大D ．电流表示数变大，电压表示数变小4．如图所示是小文同窗研究串联电路中电流、电压特点的实物连接图。
当开关闭合时，灯L 1亮，灯L 2不亮，电流表和电压表均有示数。
则故障原因可能是( )A ．L 1断路B ．L 1短路C ．L 2断路D ．L 2短路5．如图所示，C 为两极板水平放置的平行板电容器。
闭合开关S ，当滑动变阻器R 一、R 2的滑片处于各自的中点位置时，悬在电容器C 两极板间的带电尘埃P 恰益处于静止状态。
2020_2021学年高中物理第二章恒定电流5焦耳定律学案新人教版选修3_1
5 焦耳定律素养目标定位※※理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算※※理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算※知道电功率和热功率的区别和联系，能区分电功和电热素养思维脉络知识点1 电功1．定义电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、__电路中的电流I__、通电时间t三者的乘积。
2．表达式W＝qU＝__UIt__。
3．单位国际单位为__焦耳__，符号为J。
常用单位为千瓦时(kW·h)，亦称为“度”，1度＝__3.6×106__焦耳。
4．物理意义反映电能转化为其他形式能的多少。
5．对电功的理解①从力的角度，电流做功的实质是__电场力__对电荷做功。
②从能的角度，电流做功是__电能__转化为其他形式能的过程，电功的大小量度着电能的转化，它标志着电能转化为其他形式的能。
知识点2 电功率1．概念电流所做的__功__跟完成这些功所用__时间__的比值叫做电功率。
2．表达式P ＝Wt＝__UI __。
3．单位__瓦特__，符号W 。
4．物理意义表示电流做功的__快慢__。
5．用电器的额定功率和实际功率(1)额定功率：用电器长期正常工作时的__最大功率__，也就是用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率。
(2)实际功率：用电器__实际工作__时消耗的电功率。
为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率。
知识点3 焦耳定律1．焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟__电流__的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成__正比__。
(2)表达式：Q ＝__I 2Rt __。
2．热功率(1)定义：单位时间内放出的热量。
(2)表达式：P ＝Q t＝__I 2R __。
思考辨析『判一判』(1)电功与能量的单位都是焦耳，电功就是电能。
( × )(2)电功与电能不同，电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。
2021-2022版高中物理人教版选修3-1学案：第二章 1 电源和电流
第二章恒定电流1 电源和电流目标导航思维脉图1.了解形成电流的条件,知道电源的作用和导体中的恒定电场,初步体会动态平衡的思想。
(物理观念)2.理解电流的定义,知道电流的单位、方向的规定;理解恒定电流。
(物理观念)3.经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程,从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系。
(科学思维)必备知识·自主学习一、电源1.定义:能把电子在电源内部从电源正极搬运到电源负极的装置。
2.电源的作用:(1)从电荷移动角度看:移动电荷,维持电源正、负极间有一定的电势差,保持电路中有持续电流。
(2)从能量转化的角度看:克服非静电力做功,将其他形式的能转化为电能。
二、恒定电流1.恒定电场:(1)定义:由电路中稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。
(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:任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化。
2.恒定电流:(1)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:符号是I,单位有安培、毫安、微安(单位符号分别为A、mA、μA)。
④表达式:I=。
⑤电流的方向:规定正电荷定向移动方向或负电荷定向移动的反方向为电流方向。
(2)恒定电流①定义: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运动的速率增加,自由电荷与导体内不动的粒子碰撞,使自由电荷速率减小,最终表现为平均速率不变。
(1)电路中有电流时,电场的分布就会随时间不断地变化。
(×)(2)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。
(√)(3)恒定电场的电场强度不变化,一定是匀强电场。
(×)(4)电流既有大小,又有方向,是矢量。
(×)关键能力·合作学习知识点一电源和电流的含义1.电源的作用(1)从电荷转移的角度看,电源的作用是使电路中的自由电荷持续地定向移动。
2020-2021学年人教版物理选修3-1学案：2.1 电源和电流 含解析
〔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。
〔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。
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，主要研究了电源的作用、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.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，确切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。
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。
1 电源和电流素养目标定位※理解电源的形成过程，知道电源在电路中的作用※理解恒定电场和恒定电流的形成过程。
知道恒定电场与静电场相同※※掌握电荷量、电流、通电时间等物理量之间的关系素养思维脉络知识点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。
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电源和电流〔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。
〔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。
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，主要研究了电源的作用、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。
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，确切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。
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。
1 电源和电流素养目标定位※理解电源的形成过程，知道电源在电路中的作用※理解恒定电场和恒定电流的形成过程。
知道恒定电场与静电场相同※※掌握电荷量、电流、通电时间等物理量之间的关系素养思维脉络知识点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．电源的作用(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。
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 恒定电流1．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__(μA)，换算关系为：1 A ＝103mA ＝106μA。
(4)表达式：__I ＝q 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 __。
思考辨析『判一判』(1)电源能把其他形式的能转化为电能。
( √ ) (2)必须有电源，自由电荷才能在电路中移动。
( × ) (3)恒定电场就是匀强电场。
( × )(4)恒定电场形成后电路中的电荷不再发生移动。
( × ) (5)因为电流有大小又有方向，所以电流是矢量。
( × ) (6)通过导体截面的电荷量越多，电流越大。
( × ) (7)电流的方向与电荷定向移动的方向相同。
( × ) 『选一选』(2019·陕西省南郑中学高二上学期期中)如图所示，一根横截面积为S 的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为q ，当此棒沿轴线方向做速度为v 的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为( A )A ．vqB ．q vC ．qvSD ．qv /S解析：在运动方向上假设有一截面，则在t 时间内通过截面的电荷量为Q ＝vt ·q 等效电流I ＝Q t＝vq 故A 正确。
『想一想』雷鸣电闪时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但持续极短的时间，而手电筒的小灯泡却能持续发光。
这是为什么？提示：雷电是云层间或云层与地之间的电压达到一定值时将空气击穿所产生的放电现象，所形成的电流是瞬时电流。
手电筒中因为电源的作用，小灯泡中有持续电流而持续发光。
探究一 对电流的理解S 思考讨论i kao tao lun1如图所示，电路接通时灯泡发光，在电路中形成电流，请思考：在电路中产生持续电流应具备什么条件？其电流大小如何计算？提示：电路中有电源且电路闭合；I ＝q tG 归纳总结ui na zong jie1．电流的形成：(1)形成原因：电荷的定向移动。
(2)形成条件：导体两端有电压。
(3)电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。
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。
3．电流的大小(1)I ＝q t是电流的定义式，I ＝nqSv 是电流的决定式，故电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关。
(2)q ＝It 是求电荷量的重要公式，而公式I ＝q t求出的是电流在时间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、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I ＝q t时，q 为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。
D 典例剖析ian li pou xi典例1 (2019·上海市金山中学高二上学期期中)某电解池中，如果在1 s 内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1 m 2的某截面，那么通过这个截面的电流是( D )A ．0B ．0.8 AC ．1.6 AD ．3.2 A解题指导：电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I ＝qt时，q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
解析：由题，1 s 内通过截面正离子的电量为q 1＝2n 1e ，负离子的电量绝对值为q 2＝n 2e ，则电流为I ＝q 1＋q 2t ＝2n 1＋n 2e t，将n 1＝5×1018个，n 2＝1×1019个，e ＝1.6×10－19C ，t ＝1 s 代入解得，I ＝3.2 A 。
故选D 。
〔对点训练1〕 (2019·新疆建设兵团一师高二上学期期中)下列说法正确的是( C ) A ．导体中电荷的运动就会形成电流 B ．电子运动的速率越大，电流越大C ．单位时间内通过导体截面的电量越多，导体中的电流越大D ．根据电流的公式I ＝qt，电流和电荷量成正比，电流与时间成反比解析：导体中电荷的定向移动就会形成电流，选项A 错误；根据I ＝nesv 可知，电子运动的速率越大，电流不一定越大，选项B 错误；根据I ＝q /t 可知，单位时间内通过导体截面的电量越多，导体中的电流越大，选项C 正确；电流的公式I ＝q t，采用的是比值定义法，电流的大小与通过横截面的电量、通电时间无关。
故D 错误。
故选C 。
探究二 电流的微观解释S 思考讨论i kao tao lun2小明同学说：“家中的电路开关闭合的瞬间用电器立即工作，说明导线中电荷从开关跑到用电器的时间极短，电荷的定向移动速度极大。
”你同意小明的观点吗？说说你的看法。
提示：不同意。
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。
G 归纳总结ui na zong jie1．建立模型如图所示，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．理论推导导体AB 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所需要的时间：t ＝L v导体AB 中电流为I ＝Q t ＝nLSqLv＝nqSv 。
3．结论由此可见，从微观上看，电流的大小不仅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。
4．两个公式的比较：I ＝q tI ＝nqSv公式性质 定义式 决定式 电流的意义 时间t 内的平均电流 某时刻的瞬时电流 描述的角度大量电荷定向移动的宏观表现形成电流的微观实质联系 由I ＝q t可导出I ＝nqSvD 典例剖析ian li pou xi典例2 (多选)(2019·广东省台山市华八侨中学高二上学期期中)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( AC )A ．nSv ΔtB ．nv ΔtC ．I Δte D ．I ΔtSe解题指导：在Δt 时间内通过导体横截面的电子数为体积Sv Δt 中的自由电子数，或由电流的定义式I ＝q t，求出Δt 时间内通过的电荷量也可以求出电子数。
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 ＝I Δt ， 在这段时间内通过的自由电子数为N ＝q e ＝I Δte②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 ＝v Δt 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 ＝Sv Δt ，所以Δt 内通过横截面的自由电子数为N ＝nV ＝nSv Δt 。
综上可知，A 、C 正确。
〔对点训练2〕 (2019·湖北省襄阳市高二上学期检测)一段粗细均匀的导线的横截面积为S ，导线内自由电子的电荷量为e ，导线单位长度内自由电子数为n ，自由电子做无规则运动的速率为v ，单位时间内通过某一横截面的自由电子数为N 。