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

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2­1­1

2．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 ＝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。(×)

(5)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。(√) (6)导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的。(×) 2．合作探究——议一议 (1)如何使电路中存在持续电流？

提示：首先保持电路闭合，其次是电路中接有电源，保持电路存在一定的电势差。 (2)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。

对电流的理解

1．电流的形成

电荷的定向移动形成电流。当把导体和电源连接后，导体中形成恒定电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动形成电流。

(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：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 ＝neSv 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)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)q ＝It 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。

1．下列关于电流方向的说法中正确的是( ) A ．电荷的定向移动方向即为电流的方向 B ．电流的方向总是从电源的正极流向负极 C ．电流既有大小，又有方向，是一个矢量 D ．在电源内部，电流从负极流向正极

解析：选D 正电荷的定向移动方向与电流方向相同，负电荷的定向移动方向与电流方向相反；电流虽有方向，但不符合矢量运算法则，不是矢量，而是标量；外电路中电流从正极流向负极，电源内部电流从负极流向正极，故A 、B 、C 错，D 正确。

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：选D 电荷的定向移动形成电流，但“＋”“－”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。在 2 s 内通过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 ＝6.4

2

A ＝3.2 A 。 3．安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核的运动可等效为环形电

流。设电荷量为e 的电子以速率v 绕原子核沿顺时针方向做半径为r 的匀速圆周运动，关于该环形电流的说法，正确的是( )

A ．电流大小为ve

2πr ，电流方向为顺时针

B ．电流大小为ve r

，电流方向为顺时针 C ．电流大小为ve

2πr ，电流方向为逆时针

D ．电流大小为ve r

，电流方向为逆时针 解析：选C 电流大小I ＝q t ＝

e 2πr v

＝ve

2πr

，方向与电子运动的方向相反，即沿逆时针方

向，选项C 正确。

电流的微观表达式

1．建立模型

如图2­1­2所示，AD 表示粗细均匀的一段长为l 的导体，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 。

图2­1­2

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 ＝l v

。 根据公式q ＝It 可得：导体AD 中的电流：I ＝Q t ＝

nlSq

l

v

＝nqSv 。

3．结论

由此可见，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