人教版高二物理选修3-1第二章 第1节电源和电流
人教版选修3-1第二章第1节电源和电流教案1
1．电源和电流三维目标知识与技能1．让学生明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立；2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量──电流；3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。
过程与方法1．通过类比和分析使学生对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解。
2．在理解恒定电流的根底上，会灵活运用公式计算电流的大小。
情感态度与价值观通过对电源、电流的学习培养学生将物理知识应用于生活生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
教学重点1．理解电源的形成过程及电流的产生。
2．会灵活运用公式计算电流的大小。
教学难点电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。
教学方法探究、讲授、讨论、练习。
教具准备多媒体课件及设备。
教学过程［新课导入］人类通过对静电场的研究不仅获得了许多关于电现象的知识，而且形成了假设干重要的电学概念和研究方法，成为电学理论的重要根底。
无论在自然界还是生产和生活领域，更广泛存在着的是电荷流动所引起的效应。
那么，电荷为什么会流动？电荷流动服从什么规律，产生哪些效应？这些效应对人类的生产、生活方式和社会进步又起着怎样的作用呢？这节课就来学习有关电源和电流的知识。
〔板书课题：电源和电流〕［新课教学］为什么雷鸣电闪时，强大的电流能使天空发出耀眼的强光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光？通过现象比照，激发学生的求知欲。
调动学生的学习积极性。
要答复这个问题，就要从电源的知识学起。
一、电源如下图，有A、B两个导体，分别带正、负电荷。
从上一章的内容可以知道，它们的周围存在着电场。
如果在它们之间连接一条导线R，分析A、B周围的电场、A、B之间的电势差会发生什么变化？最后，A、B两个导体球会到达什么状态？R中出现了怎样的电流？学生活动：在教师的引导下，分析A、B周围的电场、A、B之间的电势差的变化情况。
认识到，最终A、B两个导体球会到达静电平衡状态。
人教版选修3-1第二章第一节电流和电源
-
-
+ ++ + A+ + ++
___
_ _
B _
_ _
A
B
等势体
A 抽水机
导体中自由电子的定向
B 移动使两个带电体成为
水池
等势体,达到静电平衡，
导线R中会产生一个瞬时
电流
形成恒定电流的条件： 保持导体两端的电势差(电压)
电源
－
+ FP
-
P的作用:把电子从 A搬运到B，使A、 B之间始终保持一 定的电势差。
定电流
例与练
• 2、在稀CuSO4溶液中插入两碳棒极板， 在两极板上加一定的电压，在10s内有 5×1018个Cu离子通过某截面，则碳棒中 的电流强度为多大？
q 510181.61019 2 2C 3.2C
I q 0.32A t
例与练
• 3、原子中电子绕原子核的圆周运动可以等 效为环形电流。设氢原子的电子以速率v在 半径为r的圆周轨道上运动，电子的电量为 e，等效电流有多大？
穆棱市朝鲜族学校 董海雷
从这一章开始我们就要进一步来学习电荷在 有定向移动时产生的现象、规律及应用，以进一 步加深对电的认识，因此本章是电学部分的重点 章，它不但为后面的学习打下基础，而且还有较 大的实用价值，是学习电工学和电子技术的基础， 对日常生活和生产实际中正确使用电器也很有用。 和上一章一样，本章同样是在初中所学知识基础 上加以提高和扩展的，故仍须十分重视才能学好 它。
D．It/Se
I q NeI N It
－
－
－
tt
e
体积V LS Svt
－
－
－
N nV nSvt
人教版高中物理选修3-1+第二章+第1节+电源和电流+课件2(共27张PPT)
IM v= = 7.5 105 m s svN Ae
5.以下说法正确的是( ) A．自由电子定向移动速率就是电 子热运动速率 B．自由电子只不过在速率很大的 无规则热运动上附加了一个速率 很小的定向移动 C．电场的传导速率就是导体内自 由电子的定向移动速率 D．在金属导体内当自由电子定向 移动时，它们的热运动就消失了
A
抽水机
B
水池
措施：可将B中的水用抽水机抽到 A 中，保持水池 A 、 B 的水面有一 定的高度差。
怎样才能使水管中有源源不断 的水流呢？
问题探究3
如果在A、B之间接上一个装置P， 它能把经过导线 R 流到 A 的电子 取走，补充给B，使A、B始终保 持一定数量的正、负电荷，情况
-
+ + + + A + + + +
v v v
总电量 电荷总数
v
v
l
Nq nlSq = = nqSv I= = t l/v l/v
Q
课堂训练
AC
解析：
q 因为 I＝ ，所以 q＝I·Δt，自由电子数目为： Δt
q IΔt N＝e ＝ e ，则选项 C 正确．又因为电流的微观表达式为 I q IΔt nevSΔt ＝nevS，所以自由电子数目为 N＝ e ＝ e ＝ e ＝nvSΔt.
通过的电量q是多少？
2、某电解槽横截面积为0.5m2，
若 10s 内沿相反方向通过横截面 的正负离子的电量均为 10C ，则 正离子电荷量是多少？负 离子电荷量是多少？ 总电荷量是多少？
电解液中的电流为_______A ． 2
三、电流的微观表达式 推导：一段粗细均匀的导体长为 l，两端加一定的电压，自由电荷定 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，每个自由电荷量为q。
【精准解析】高中物理人教版选修3-1教师用书：第2章+1 电源和电流+Word版含解析
[学习目标] 1.[物理观念]了解电流的形成，知道电源的作用和导体中的恒定电场。
2.[物理观念]知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流。
(重点)3.[科学思维]理解电流形成的微观实质。
(难点)一、电源1．定义：电源是能不断把电子从正极搬运到负极的装置。
2．作用(1)移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差。
(2)保持电路中有持续的电流。
二、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。
三、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＝qt(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．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)恒定电场与静电场基本性质相同，两者没有区别。
(×)(2)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。
(√)(3)电流既有大小，又有方向，是矢量。
(×)(4)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。
(√)(5)导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的。
(×)2．下列说法中正确的是()A．导体中电荷运动就形成了电流B．在国际单位制中，电流的单位是AC．电流有方向，它是一个矢量D．任何物体，只要其两端的电势差不为零，就有电流存在B[自由电荷定向移动才形成电流，仅有电荷移动但不是定向移动则不能形成电流，故选项A错误；形成电流的条件是导体两端有电势差，且必须是导体而非任何物体，故选项D错误；电流有方向，但它是标量，故选项C错误。
第二章 1 电源和电流—人教版高中物理选修3-1讲义
1电源和电流一、电源1.产生电流的条件：导体两端存在电压.形成持续电流条件：导体两端存在持续电压.2.电源(1)定义：能把电子从正极搬运到负极的装置.(2)作用：维持电路两端有一定的电势差；使闭合电路中保持持续的电流.3.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.二、电流表达式I＝qt及电流的方向1.恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流.2.电流定义式：I＝qt或q＝It，其中：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，常用的单位还有毫安(mA)、微安(μA)，1 A＝103 mA,1 A＝106μA.4.物理意义：反映了电流的强弱程度.5.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方向相反.6.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＝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.7.电流是标量：电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则.三、电流的微观表达式1.电流的微观表达式：I＝nqvS.式中n为导体中单位体积内的自由电荷数、q为每个自由电荷的电荷量、v为自由电荷定向移动速率，S为导体的横截面积.2.三种速率的比较(1)电子定向移动速率：电子在金属导体中的平均运动速率，也是公式I＝neSv中的v，大小约为10－5 m/s.(2)电流的传导速率：电流在导体中的传导速率等于光速，为3×108 m/s.闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流.(3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105 m/s.由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流.1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n2，设元电荷为e，以下说法中正确的是()A.当n1＝n2时电流强度为零B.当n1＞n2时，电流方向从A→B，电流强度为I＝n1－n2etC.当n1＜n2时，电流方向从B→A，电流强度为I＝n2－n1etD.溶液内电流方向从A→B，电流强度为I＝n1＋n2et2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，每个自由电子的电荷量为e，今有一根横截面积为S的铜导线，通过电流为I时，电子定向移动的平均速率为()A.光速cB.IneS C.ρIneSm D.mIneSρ3一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为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.qvB.qv C.qvS D.qvS4一横截面积为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q.此时电子的定向移动速率为v，在t时间内，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为()A.nvStB.nvtC.Itq D.ItSq5导线中的电流是1 A，导线的横截面积为1 mm2.(1)在1 s内，有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e＝1.6×10－19 C)?(2)自由电子的平均移动速率是多大(设导体每立方米内有8.5×1028个自由电子)?(3)自由电子沿导线移动1 m，平均要多少时间？1 电源和电流 1 答案 D解析 正离子定向移动方向就是电流方向，负离子定向移动的反方向也是电流方向；有正、负离子反向经过同一截面时，公式I ＝q t 中的q 应是正、负离子电荷量绝对值之和，故I ＝n 1＋n 2e t，电流方向由A 指向B ，与正、负离子的数量无关，A 、B 、C 错误，D 正确.2 答案 D解析 设电子定向移动的速率为v ，那么在t 秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vt ·S 中的自由电子数，而体积为vtS 的铜的质量为vtSρ，摩尔数为vtS ρm ，自由电子数为vtSρn m ，所以电荷量q ＝vtSρne m ，由I ＝q t ＝vSρne m 得v ＝Im neSρ，故A 、B 、C 错，D 对.3 答案 A解析 t s 内棒通过的长度l ＝vt ，总电荷量Q ＝ql ＝qvt . 由I ＝Q t ＝qvt t ＝qv ，故选项A 正确.4 答案 AC解析 在t 时间内，通过铜导线横截面的电荷量为It ，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为N ＝It q ，故C 正确，D 错误；把I ＝nqSv 代入N ＝It q 可得N ＝nvSt ，故A正确，B 错误.5 答案 (1)6.25×1018个 (2)7.35×10－5 m/s (3)3.78 h解析 (1)N ＝q e ＝It e ＝6.25×1018个.(2)由公式I ＝neSv ，得v ＝I neS ＝18.5×1028×1.6×10－19×10－6 m/s≈7.35×10－5 m/s. (3)沿导线移动1 m 需用时t ＝17.35×10－5s≈3.78 h.。
高中物理(人教)选修3-1《精品课件》第2章 第1节-电源和电流
• 特别提醒： • 稳恒电流的电路中的电场是稳定电场，即 电路中的电荷分布是稳定的，但不是静态 的绝对稳定，而是动态稳定．就电路中任 一微元来讲，流走多少电荷，就补充多少 电荷．和静电场一样，其电场分布不随时 间改变，静电场的基本规律这里都适用． 和静电场不同的是：产生稳定电场的电荷 是运动的，但电荷分布不随时间变化，所 以其本质为动态稳定.
• I＝nqvS. • 式中n为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是自由电荷沿 导体定向移动的速率，S为导体的横截面积 ．
• 铜的原子量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子 有n个自由电子，今有一根横截面为S的铜 导线，当通过的电流为I时，电子平均定向 移动的速率为 ( ) •
• 解析：假设电子定向移动的速率为v，那么 在t秒内通过导体横截面的自由电子数相当 于在体积vt· S中的自由电子数，而体积为 vt· S的铜的质量为vtSρ，摩尔数为 以电荷量q＝ 于是得： 因电流 ，所
• 二个电路：串并联电路和逻辑电路 • 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．
I＝
安培
体横截面积的电荷量，则有： 正、负离子
的单位：
，电流 和
，简称安，用符号A表示．
• 维持导体两端有一定电压的装置是电源． 电路中的电源能把其它形式的能转化为电 能，从而保持电源正负极之间有持续的电 压.
人教版高中物理选修3-1 2.1 电源和电流 课件 (共29张PPT)
下列关于电源的说法正确的是( ) A．电源是将其他形式的能转化为电能的装置 B．电源的作用是使电源的正负极保持一定量的正、负电 荷，维持一定的电势差 C．与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电 荷形成的 D．在电源内部正电荷由负极流向正极，负电荷由正极流向负极 解析：在电源内部由非静电力做功(如洛伦兹力等后面将学到) 将正电荷由负极搬到正极，将负电荷由正极搬到负极，使正、 负极维持一定的电势差；同时将其他形式的能转化为电能， 故A、B、D正确．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，故C错． 答案：ABD
1．瞬时 电势差 电源 2．电源 导线 稳定 稳定 3．电荷 电场 同样4．大小、方向 5．q＝It
平行
知识解惑
一、电源 1．导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动形成电流 有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，如下图(a)所示，导线R中的自由电子便会在静电力的 作用下定向运动，B失去电子，A得到电子，周围电场迅速减 弱，A、B之间的电势差很快就消失，两导体成为一个等势体， 达到静电平衡．如下图(b)所示
2．电源可使电路中保持持续电流 在上述情况中，导线R中的电流只是一个瞬时电流．倘若在 A、B之间连接一个装置P，它能源源不断地把经过导线R流 到A的电子取走，补充给B，使A、B始终保持一定数量的正、 负电荷，这样，A、B周围空间(包括导线之中)始终存在一定 的电场，A、B之间便维持着一定的电势差．由于这个电势差， 导线中的自由电子就能不断地在静电力作用下由B经过R向A定 向移动，使电路中保持持续的电流．如下图所示，能把电子从 A搬运到B的装置P就是电源．
2．恒定电场 导线与电源连通后，导线内部很快形成沿导线切线方向的电场， 这个电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的． 尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以 电荷的分布是稳定的，电场的分布也不会随时间变化．这种由稳 定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场． 由于在恒定电场中，任何位置的电场强度都不随时间变化，所以 它的基本性质与静电场相同．在静电场中所讲的电势、电势差及 其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用．
人教版高二物理选修3-1 第二章 第一节 电源和电流(共30张PPT)
对于不同的电源，非静电力的本质 不同.
• 化学电源：非静电力为化学作用. 化学能转化为电势能
• 发电机：非静电力为电磁作用(洛 伦兹力)，机械能转化为电势能.
电源是通过非静电力做功把其他
形式的能转化为电势能的装置.(能量
守恒定律，电能不能凭空产生，无不能
生有)
8
非静电力将电子从正极移到负极， 类似于抽水机将水从低处抽到高处.不同 抽水机工作本领大小不同，与此类似， 不同电源中非静电力做功的能力也不同.
叉和莱顿瓶的作用相同，是外部
电流作用的效果.
伏打用金属叉使青蛙痉挛
14
经过大量研究，1800年，伏打正式发表 他的研究成果，第一次公布伏打电堆的发明.
“我把一块金属板，如湿盘银板，水平放在一张 桌子上，在这块板上面银锌板板，再放第二块板—— 锌板，再在第二块板上湿盘放一层湿盘.接着又放 一块银板，又置一块锌银锌板板板，在其上再放一块 湿盘.”
A
++-
B
但数量不同.若从A到B的电子数
+-
目多，那么A带正电，B带负电.
+-
两侧的正负电荷激发电场，阻碍 不同金属的界面
电子继续向B运动，直至平衡.
16
四.导线中的电场
Ft
N
假设在电源正、负
F
极之间连一根导线
Fn M
E0
+ ++ + A+
+ +- +
_ __
_ _
B _
_ _
P
-
N
E0
E′M
E E0
导线内很 N 快形成沿
导线方向 的电场
高二物理人教版选修31讲义第二章第1节电源和电流
一、电源┄┄┄┄┄┄┄┄①1．定义：能不断把电子从正极搬运到负极的装置。
2．作用(1)移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差。
(2)保持电路中有持续的电流。
[注意]有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的电流需要同时满足两个条件：(1)电路中有电源。
(2)电路必须是闭合的，即必须用导线将电源接通。
①[判一判]1．电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极之间有稳定的电势差(√)2．只要电路中有电源，电路中就一定有电流(×)3．电源实质上也是一个用电器(×)二、恒定电流┄┄┄┄┄┄┄┄②1．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．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运动的速率增加，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。
3．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＝103 mA＝106μA。
(4)表达式：I＝qt(q是在时间t内通过导体某一横截面的电荷量)。
(5)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
[说明]理解电流概念的几个要点(1)公式I＝qt中，q是通过导体横截面的电荷量，而不是通过导体单位横截面积的电荷量。
(2)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。
人教版高中物理选修3-1课件2-1-1电源和电流
v
IM
SN Ae
7.5105 m
/
s
vt
问题:
如果认为电子的定向运动速率就是 电流的传导速率，和我们的生活经 验是否相符？怎样解释？
电子定向移动的速度非常小，电子通过1m长的 导线需要3小时，实际上，合上开关，电器几乎 同时工作，因为合上开关的瞬间，电路的各个位 置迅速建立了恒定电场，在恒定电场的作用下电 路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，
_ _
B _
_ _
P
-
二、恒定电场
由稳定分布的电荷产生稳定的 电场称为恒定电场.
恒定电场 电场强度分布不变 自由电子定向运动的平均速率不变 串一个电流表,读数不会变
恒定电流
三.恒定电流
1.大小方向都不随时间变化的电流. 2.电流(I):表示电流的强弱程度.
如果I表示电流,q表示在t时间内通过 导体横截面的电荷量,则
等势体
导体中自由电子的定向移动, 会产生一个瞬时电流
类比：
一.电源
1.能把自由电子从正极搬到负极的 装置.
2.作用:保持导体两端的电势差(电 压),使电路有持续的电流.
+ ++ + A+ + ++
-
-
-
_ __
_ _
B _
_ _
P
-
3.常见电源的种类： 1）干电池/蓄电池 2）硅光电池 3）发电机
+
——-
A
B
+
—-
A
B
验电器张角减小，说明导线中有电 子从B向A定向移动，导线中有电 流，存在时间很短，为瞬时电流
物理选修3-1第二章第一节电源和电流
若P42例题改为： 导体中单位体积內的自由电荷数是n， 每个自由电荷的电荷量为q ， 自由电荷的定向运动速率为v ， 导体的橫截面积为s，请推导出该导体中的电流I的大小
I=nqsv
对比：I=ρvSNAq/M与I=nqsv相同吗？ 相同。∵ n =ρ NA/ M
三、按电流随時间变化规律的不同分类：
1、恒定电流：I=f（t）=不变（含大小和“方向”）
2、交变电流：电流的大小和方向都随時间作周期性变化
（如日常生活与生产中用的正弦交变电）
3、脉动直流电：电流的大小随時间作周期性变化， 但“方向”不随時间作周期性变化 [
但日常中，直流电通常指恒定电流]
四、P42[例题1] ——本节注重点： 1、从I=q/t推导导体中电流I的微观表达式 2、电流I的微观表达式：I=ρvSNAq/M 其中：
3、注意： ①导体中无电场时， 自由电荷仅有无规则运动，不会形成电流 ②电源是维持两个导体间有一定电势差的装置 （有别于电容的放电） ③真空中的电流又是如何形成？ （如示波管中电子枪射出的电子流）
二、物理量——电流强度(简称电流): 1、意义：表示电流的強弱程度
2、大小定义式：
I=q/t（国际单位：安
q为每个自由电荷的电荷量(若自由电荷为自由电子,q=e)
s为导体的橫截面积， v为自由电荷的定向运动速率； ρ是密度 ，NA是阿伏加德罗常数， M是摩尔质量） 3、区分两种速率：
※导体中有电流时，自由电荷的定向运动速率：
数量级为10
- 5m/s
※电场的传导速率：3× 108m/s（真空中光速）
题
如图，电解硝酸银(AgNO3)时，在t=5s内从阴极上析出
第二章
恒 定 电
1、电源
【高中物理】高中物理(人教版)选修3-1同步教师用书： 第2章 1 电源和电流
1 电源和电流学习目标知识脉络1.了解电流的形成，知道电源的作用和导体中的恒定电场．2．知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流．(重点)3．理解电流形成的微观实质．(难点)电源和恒定电场[先填空]1．电源2．恒定的电场(1)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场．(2)形成：连接A、B导体的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：任何位置的电荷分布和电场强度都不会随时间变化，基本性质与静电场相同．(4)适用规律：在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系同样适用于恒定电场．[再判断]1．恒定电场与静电场基本性质相同，两者没有区别．(×)2．电路中有电流时，电场的分布就会随时间不断地变化．(×)3．电源的作用就是将其他形式的能转化为电能．(√)4．恒定电场的电场强度不变化，一定是匀强电场．(×)[后思考]恒定电场就是静电场，对吗？【提示】静电场是静电荷产生的电场，而恒定电场是由电源、导线等电路元件累积电荷形成的电场，但二者基本性质相同．[合作探讨]如图2-1-1所示，电闪雷鸣时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光．图2-1-1探讨1：电闪雷鸣时，耀眼的闪光为什么只持续一瞬间？【提示】因为云层与大地或云层之间的电压在电闪瞬间减小，不能再维持强大电流的存在．探讨2：电闪雷鸣过程中发生怎样的能量转化？【提示】电能转化为光能、热能等．[核心点击]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．(2)从能量转化的角度看，搬运电荷的过程是非静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为电能．2．形成电流的三种电荷形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子，其中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．1．关于电流，下列叙述正确的是()A．只要将导体置于电场中，导体内就有持续电流B．电源的作用可以使电路中有持续电流C．导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有移动D．持续电流是由静电场产生的【解析】电流在形成时有瞬时电流和恒定电流，瞬时电流是电荷的瞬时移动形成的，而持续电流是导体两端有稳定的电场形成的，电源的作用就是在导体两端加上稳定的电压，从而在导体内部出现稳定的电场，可见本题答案应选B.【答案】 B2．(多选)在由电源、导线等电路元件所组成的电路中，以下说法正确的是()【导学号：34522019】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．导线处于静电平衡状态D．导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低【解析】在电源和导线中感应电荷的共同作用下，垂直导线方向的电场相互抵消，在导体中形成了沿导线方向的电场，即导线中的电场强度方向跟导线方向平行，B正确，A错误；导体内有电场，说明导体不是静电平衡状态，C错误；沿电场方向电势逐渐降低，电场方向就是正电荷的受力方向，也就是电流的方向，即导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低，D正确．【答案】BD电路中有持续电流的两个条件(1)电路中有电源．(2)电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接起来．恒定电流[先填空]1．电流概念(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＝q t.(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．恒定电流大小和方向都不随时间变化的电流．[再判断]1．电流既有大小，又有方向，是矢量．(×)2．电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多．(√)3．导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的．(×)[后思考]有同学认为“只有导体中才可有电流”，谈一谈你的认识．【提示】电荷定向移动形成电流，不论是导体内还是其他空间，只要有电荷定向移动就可形成电流，如氢原子中核外电子做匀速圆周运动时，形成了一环形电流等．[合作探讨]如图2-1-2所示，把电源用导线连接在插入食盐水中的两个金属电极上，电路中形成电流．图2-1-2探讨1：盐水中的电流和金属导线中的电流形成机制有什么不同？【提示】盐水中的电流是Cl－离子和Na＋离子同时反向定向移动形成的，金属导线中的电流是自由电子定向移动形成的．探讨2：盐水中的电流沿什么方向？【提示】左．探讨3：假设t s内有N个Cl－和N个Na＋通过图中虚面，则电路中的电流多大？【提示】I＝2 Ne t.[核心点击]1．理解电流概念注意的四个要点(1)公式I＝qt中，q是通过导体横截面的电荷量，而不是通过导体单位横截面积的电荷量．(2)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．(3)横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关．(4)电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，它与负电荷定向移动的方向相反．在电源外部的电路中，电流的方向是从电源的正极流向负极；在电源的内部，电流是从电源的负极流向正极．电流虽然有大小和方向，但电流是标量，而不是矢量．因此电流的合成不遵循平行四边形定则．2．电流的微观表达式I＝nqS v(1)建立模型如图2-1-3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 .图2-1-3(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导体横截面所需要的时间t＝L v根据公式I＝qt可得，导体AB中的电流I＝Qt＝nLSqLv＝nqS v.(3)结论由此可见，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动的速率以及导体的横截面积．3．三种速率的区别电子定向移动的速率电子热运动的速率电流传导的速率物理意义电流是由电荷的定向移动形成的，电流I＝nqS v，其中v就是电子定向移动的速率.构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流.闭合开关的瞬间，电路中各处以光速c建立恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流大小10－5 m/s105 m/s3×108 m/s3．铜的相对原子质量为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，电子平均定向移动的速率为()【导学号：34522020】A．光速c B.I neSC.ρIneSm D.mIneSρ【解析】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，所以电荷量q＝v tSρnem，因电流I＝qt＝vSρnem，于是得到v＝mIneSρ.【答案】 D4．一根横截面积为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．q v B．q/vC．q v S D．q v/S【解析】时间t内通过垂直于棒运动方向某一横截面的电荷量Q＝q v t，依电流的定义式可得I＝Qt＝q v，故A正确．【答案】 A计算电流大小的三种方法1．金属导体中电流的计算金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用I＝qt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．电解液中电流的计算电解液中的自由电荷是正、负离子，运用I＝qt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．环形电流的计算环形电流的计算采用等效的观点分析．所谓等效电流，就是把电子周期性地通过圆周上各处形成的电流看成持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流．对周期性运动的电荷，常取一个周期来计算等效电流．利用I＝qt＝qT求等效电流．高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上，时间就是我们致胜的法宝，与其犹犹豫豫不知如何落笔，倒不如多学习答题技巧。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
均速度为v，则金属棒内的电场强度大小为（ B ）
A．neSvR/L
B．nevR/L
C．neSvRL
D．nevRL
7．一个半径为r的细橡胶圆环，均匀地带上Q的负电荷，当 它以角速度ω绕中心轴线顺时针匀速转动时，环中等效电流 的大小为（ C ）
A．2πQ/ω
B．Q/2π
【课堂训练】 1．关于电流以下说法正确的是（ C ） 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量越大电流越大 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
2.关于公式I＝q/t，下列说法正确的是（ D ） A.q表示通过导体单位横截面积内的电荷量 B.q表示单位时间内通过导体横截面的电荷量 C.公式I＝q/t表明，电流与通过导体横截面的电荷量成正比， 与通电时间成反比 D.电荷量q与通过导体所用时间t的比值表示电流的强弱程度
例题1 有一条横截面积S＝1mm2的铜导线，通过的电流I ＝1A。已知铜的密度ρ＝8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量 M＝ 6.4×10-2kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝ 6.02×1023mol-1，电子的电量e＝-1.6×10-19C。在这个 问题中可以认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子。 求铜导线中自由电子定向移动的速率。
（5）电流也表示为单位时间内通过导体横截面的电荷量。 （6）规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 （7）金属导体中电流方向与自由电子的定向移动方向相反。 （8）电流是标量。 （9）电流的微观表达式：如果导体单位体积内的自由电荷 数为n，每个电荷的电荷量为q，电荷的定向移动速率为v， 导体的横截面积为S，则电流的微观表达式为：I=nqvS
A．neSv
B．nev
C．ne
D．Ne
5.一根长为L，横截面积为S的金属棒，棒内单位体积自由 电子数为n，电子的质量为m，电荷量为e。在棒两端加上 恒定的电压时，棒内产生电流I，则自由电子定向运动的平 均速率为（ C ）
A．neSLm
B．IL/neS
C．I/neS
D．I/neL
6.一根长为L、横截面积为S的金属棒，其电阻为R，棒内 单位长度自由电子数为n，电子的电荷量为e。在棒两端加 上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平
2．恒定电场的基本性质与静电场相同。静电场的电势、电 势差、及其电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。
3．由于恒定电场的作用，导体中自由电荷定向运动的速率 增加；而运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速， 因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。如果我 们在这个电路中串联一个电流表，电流表的读数将保持恒 定。
3.原子中的电子绕原子核的运动可以等效为环形电流。 设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上绕核运 动，电子的电荷量为e，等效电流是（ C ）
A．ev/r
B．ev/πr
C．ev/2πr
D．ev/4πr
4.一段粗细均匀的导线的横截面积是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目为n，自由 电荷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，则导线中的电流为（ BD ）
3．电源是能把其他形式的能转化为电能的装置。 4.常见的电源
恒定电流
1．A、B周围空间的电场是由电源、导线等电路元件所积累 的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了， 有的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，不随时间变化， 电场的分布也不会随时间变化。这种由稳定分布的电荷所产 生的稳定的电场，称为恒定电场。
高二物理选修3-1 第二章恒定电流 第1节电源和电流
一雷 瞬鸣 间电 的闪 强时 大， 电存 流在
于
手
能 持 续 发 光
电 筒 中 的 小 灯
泡
电源
1．有A、B两个导体，分别带正、负电荷。它们周围存在电场。 如果在它们之间连接一条导线R，如图所示，自由电子便会在 静电力的作用下沿导线做定向运动，B失去电子，A得到电子， 周围电场迅速减弱，
【解析】设自由电子在导线内定向移动的速率是v。 取一段导线，如图所示，自由电子从它的左端定向移动S。这段导线中的原子数为n=ρvtSNA/M 由于导线中每个铜原子贡献一个自由电子，所以这段导线中的 自由电子数目与铜原子的数目相等，也等于n。 因为时间t内这些电子全部通过右端横截面， 因此通过横截面的电荷量是q=ne。 由电流公式：I=q/t=ρvSNAe/M，代入数值得v=7.5×10-5m/s
【特别说明】
按照这个例题得出的速率，自由电子通过一条1m长的导线 需要3个多小时！这与我们平时开关电灯时的事实似乎不符。 实际上，闭合开关的瞬间，电路中的各个位置迅速建立了 恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子 几乎同时开始定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电 流。自由电荷定向移动形成电流，不是自由电荷从导体一 端移动到另一端。
4．我们把大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。
5．电流 （1）电流的强弱程度用电流这个物理量表示。 （2）通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时 间t的比值定义为电流。 （3）定义式：I=q/t （4）在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号 是A。常用的电流单位还有毫安（mA）、微安（μA）。 1mA=10-3A，1μA=10-6A
A、B之间的电势差
很快消失，两导体
成为一个等势体，达到静电平衡。在这种情况下，导线R中的 电流只是瞬时的。
2．倘若在A、B连接一个装置P，如图所示，它能源源不断 地把经过导线R流到A的电子取走，补充给B，使A、B始终保 持一定数量的正负电荷，这样，A、B周围的空间（包括导线 之中）始终存在一定的电场， A、B之间便维持着一定的电势差。 由于这个电场，自由电子就能不断 地由B经过R向A定向移动，使电路 中保持持续的电流。能把电子从A搬 运到B的装置P就是电源，A和B是电源的两个电极。