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_

第1节电源和电流

一、电源┄┄┄┄┄┄┄┄①

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。

[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，即必须用导体将电源连接起来。

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┄┄┄┄┄┄┄┄②

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 ＝103 mA ＝106 μA 。

(4)表达式：I ＝q /t (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。

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。

[说明] 理解电流概念注意的几个要点

(1)公式I ＝q t 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，电流的方向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[判一判]

1．通电后，外电路中的电场为恒定电场，在电场力作用下，电荷将做匀加速运动(×)

2．由I ＝q t

知，流过导体某一截面的电荷量越大，电流越大(×)

3．粗细不均匀的通电导线，电流处处相等，越粗的位置，单位体积内的自由电荷数越少(√)

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，搬运电荷的过程是将电源内部储存的其他形式的能转化为电能的过程。

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。

[典型例题]

例1.下列关于电源的说法中正确的是( )

A ．电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极，保持两极之间有电压

B ．电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电势能的过程

C ．电荷的移动形成电流

D ．只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流

[解析] 在电源内部，电源把电子由正极搬运到负极，这一过程要克服静电力做功，其他形式的能转化为电势能，故选项A 错误，选项B 正确；电荷的定向移动才形成电流，选项C 错误；电路中要形成持续的电流，既要有电源，电路又要闭合，两者缺一不可，故选项D 错误。

[答案] B

[即时巩固]

1．[多选]关于电源，下列说法正确的是( )

A ．电源是将电能转化为其他形式能的装置

B ．电源是把电子从正极经电源内部搬运到负极的装置

C ．电源的作用是使导线中形成静电场

D ．电源的作用是维持导线两端有恒定的电压

解析：选BD 电源是将其他形式的能转化为电能的装置，A 错误；电源的作用是把电子由正极搬到负极，维持导体两端有恒定电压，B 、D 正确，C 错误。

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 ＝q t 计算时，q 是某一时间内通过金属导体横截面的自由电子的电荷量。

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 ＝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．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 ＝q t ＝q T 求等效电流。

[典型例题]

例2.某电解池中，若在2 s 内各有1.0×1019 个二价正离子和2.0×1019 个一价负离子

通过某横截面，那么通过这个截面的电流是( )

A ．0

B ．0.8 A

C ．1.6 A

D ．3.2 A

[解析] 电荷的定向移动形成电流，但正、负电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和。故由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，则在

2 s 内通过某横截面的总电荷量应为q ＝1.6×10－19×2×1.0×1019 C ＋1.6×10

－19×1×2.0×1019 C ＝6.4 C ，由电流的定义式知：I ＝q t ＝6.42

A ＝3.2 A 。 [答案] D

[点评]

电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，正电荷定向移动形成的电流与负电荷定向移动形成的电流是等效的，只不过负电荷定向移动形成的电流的方向与负电荷定向移动的方向相反而已。

[即时巩固]