高中同步學(xué)案優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI1.電源和電流第十一章內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習(xí)課堂篇探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過實(shí)例對(duì)比,思考持續(xù)電流形成的原因,了解電源的作用,認(rèn)識(shí)常見的電源。(物理觀念)2.通過對(duì)比靜電平衡條件,思考電路中的電場(chǎng)特點(diǎn)和電荷運(yùn)動(dòng)情況,了解導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)和恒定電流。(科學(xué)思維)3.通過實(shí)例分析,理解電流的定義,知道電流的單位。(物理觀念)思維導(dǎo)圖課前篇自主預(yù)習(xí)【必備知識(shí)】一、電源想一想有A、B兩個(gè)導(dǎo)體,分別帶正、負(fù)電荷。如果在它們之間連接一條導(dǎo)線R,回答下列問題。(1)用導(dǎo)線連接后,電荷怎樣移動(dòng)?(2)用導(dǎo)線連接后會(huì)有電流,為什么電流只是瞬時(shí)的?提示(1)導(dǎo)線中移動(dòng)的是自由電子,故導(dǎo)體B上負(fù)電荷流向?qū)wA。電流的方向是正電荷移動(dòng)的方向,與負(fù)電荷移動(dòng)的方向相反,故電流由A流向B。(2)由于電荷的定向移動(dòng),兩導(dǎo)體很快達(dá)到靜電平衡,成為一個(gè)等勢(shì)體,所以導(dǎo)線中的電流只是瞬時(shí)的。1.形成持續(xù)電流的條件:一是要有自由移動(dòng)的電荷,二是導(dǎo)體兩端要有穩(wěn)定的電勢(shì)差。2.電源的作用:電源能把負(fù)電荷由正極搬運(yùn)到負(fù)極,保持正、負(fù)極之間有穩(wěn)定的電勢(shì)差。二、恒定電流1.恒定電場(chǎng):由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng),叫作恒定電場(chǎng)。2.恒定電流:大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流叫作恒定電流。3.電流的強(qiáng)弱程度用電流這個(gè)物理量表示。單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多,電流就越大。用I表示電流,q表示在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量,有

。單位是安培,符號(hào)是A,常用的單位還有毫安(mA)和微安(μA)。4.電流的微觀解釋:導(dǎo)體的橫截面積為S,自由電子數(shù)密度(單位體積內(nèi)的自由電子數(shù))為n,自由電子定向移動(dòng)的平均速率為v,則時(shí)間t內(nèi)通過該橫截面的自由電子數(shù)為

nSvt,由于電子的電荷量為e,時(shí)間t內(nèi)通過橫截面的電荷量為q=neSvt。根據(jù)電流的公式,電流和自由電子定向移動(dòng)平均速率的關(guān)系為I=neSv?！咀晕覚z測(cè)】1.正誤判斷,判斷結(jié)果為錯(cuò)誤的小題說明原因。(1)電源能把自由電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極。(

)答案√(2)因?yàn)殡娏骷扔写笮∮钟蟹较?所以電流是矢量。(

)答案×解析電流雖然有方向,但不是矢量,其運(yùn)算遵從代數(shù)法則。(3)通過導(dǎo)體某橫截面的電荷量越多,電流越大。(

)答案×解析由

知I還與t有關(guān),q大I不一定大。(4)電流的方向與電荷定向移動(dòng)的方向相同。(

)答案×解析電流的方向與正電荷定向移動(dòng)的方向相同,與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反。2.(多選)關(guān)于電流,下列敘述正確的是(

)A.只要將導(dǎo)體置于電場(chǎng)中,導(dǎo)體內(nèi)就有持續(xù)的電流B.電源的作用是使閉合電路中有持續(xù)的電流C.導(dǎo)體內(nèi)沒有電流,說明導(dǎo)體內(nèi)部的電荷沒有移動(dòng)D.恒定電流是由恒定電場(chǎng)產(chǎn)生的答案BD解析電流有瞬時(shí)電流和恒定電流之分,瞬時(shí)電流是電荷的瞬時(shí)定向移動(dòng)形成的,而恒定電流是在導(dǎo)體兩端加穩(wěn)定的電壓時(shí)形成的,電源的作用就是在導(dǎo)體兩端加上穩(wěn)定的電壓,從而在導(dǎo)體內(nèi)部形成電場(chǎng)而產(chǎn)生持續(xù)的電流,選項(xiàng)B、D正確。3.(1)在金屬導(dǎo)體中,若10s內(nèi)通過某一橫截面的電荷量為10C,則導(dǎo)體中的電流為多少安?(2)某電解槽橫截面積為0.5m2,若10s內(nèi)沿相反方向通過橫截面的正、負(fù)離子的電荷量均為10C,則電解液中的電流為多少安?答案(1)1A

(2)2A因負(fù)電荷形成的電流方向與其定向移動(dòng)方向相反,所以兩種電荷形成的電流方向相同。故電解液中的電流I=I1+I2=2A。課堂篇探究學(xué)習(xí)探究一電源和電流的性質(zhì)【情境導(dǎo)引】水為什么能從水池A流到水池B?抽水機(jī)的作用是什么?要點(diǎn)提示因?yàn)樗谹的水面比水池B的水位高,兩水池有“水勢(shì)差”;抽水機(jī)的作用是把水從低水位搬運(yùn)到高水位,維持“水勢(shì)差”形成持續(xù)水流?！局R(shí)歸納】

電源可類比抽水機(jī)1.電源的作用從電荷轉(zhuǎn)移的角度看使電路中的自由電荷持續(xù)地定向移動(dòng)從能量轉(zhuǎn)化的角度看搬運(yùn)電荷的過程是非靜電力做功的過程,從而將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能2.形成電流的三種電荷形成電流的三種電荷為自由電子、正離子和負(fù)離子,舉例說明:(1)金屬導(dǎo)體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷是自由電子;(2)液體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷有正離子和負(fù)離子;(3)氣體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷有自由電子、正離子和負(fù)離子。3.電流的形成(1)形成原因:電荷的定向移動(dòng)。(2)形成條件:導(dǎo)體兩端有電壓。(3)電路中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件:電路中有電源且電路閉合?！镜淅痉丁坷?下列關(guān)于電源的說法中正確的是(

)A.電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負(fù)極搬運(yùn)到正極,保持兩極之間有電壓B.電源把正、負(fù)電荷分開的過程是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程C.電荷的移動(dòng)形成電流D.只要電路中有電源,電路中就會(huì)形成持續(xù)的電流答案B解析在電源內(nèi)部,電源把電子由正極搬運(yùn)到負(fù)極,這一過程要克服靜電力做功,把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;電荷的定向移動(dòng)才形成電流,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電路中要形成持續(xù)的電流,既要有電源,電路又要閉合,兩者缺一不可,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。規(guī)律方法可用類比的方法,電源相當(dāng)于抽水機(jī),抽水機(jī)不斷把水從低水位搬運(yùn)到高水位,維持水勢(shì)差形成持續(xù)水流,電源不斷地在內(nèi)部搬運(yùn)電荷使正極有足夠的正電荷,負(fù)極有足夠的負(fù)電荷,維持正負(fù)極間有電壓形成持續(xù)電流。變式訓(xùn)練1如圖所示,兩個(gè)帶絕緣柄的金屬球A、B,A帶負(fù)電,B不帶電,用導(dǎo)體棒連接A、B的瞬間,下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.有瞬時(shí)電流形成,方向由A到BB.A、B兩端的電勢(shì)不相等C.導(dǎo)體棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度不等于零D.導(dǎo)體棒內(nèi)的自由電荷受電場(chǎng)力作用定向移動(dòng)答案A解析A、B兩個(gè)金屬球,由于A帶負(fù)電,在A金屬球周圍存在指向A的電場(chǎng),故B球所在處的電勢(shì)應(yīng)高于A球所在處的電勢(shì)。連接后的瞬間導(dǎo)體棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度不等于零,棒中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng),電流方向應(yīng)由B指向A。A選項(xiàng)的說法錯(cuò)誤,本題選錯(cuò)誤的,故選A。探究二電流表達(dá)式

及電流的方向【情境導(dǎo)引】1.電荷的定向移動(dòng)形成電流,如何描述電流的強(qiáng)弱?要點(diǎn)提示利用單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量描述電流的強(qiáng)弱。2.電流可能是正電荷或負(fù)電荷定向移動(dòng)形成的,也可能是正、負(fù)電荷同時(shí)向相反的方向定向移動(dòng)形成的,人們是如何規(guī)定電流的方向的?要點(diǎn)提示規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较??！局R(shí)歸納】1.電流的方向

電流為標(biāo)量(1)規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向與電流的方向相反。(2)金屬導(dǎo)體中自由移動(dòng)的電荷是自由電子,電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反。2.電流的大小(1)公式:。用該式計(jì)算出的電流是時(shí)間t內(nèi)的平均值。對(duì)于恒定電流,電流的瞬時(shí)值與平均值相等。(2)兩點(diǎn)說明①電解液中正、負(fù)離子定向移動(dòng)的方向雖然相反,但正、負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是相同的,應(yīng)用

求電流時(shí),q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的絕對(duì)值之和。②q=It是

的變形,是求電荷量的重要公式。其中I是電流在時(shí)間t內(nèi)的平均值。【典例示范】例2如圖所示,在NaCl溶液中,正、負(fù)電荷定向移動(dòng),方向如圖所示,若測(cè)得2s內(nèi)分別有1.0×1018個(gè)Na+和Cl-通過溶液內(nèi)部的橫截面M,試問:溶液中的電流方向如何?電流多大?答案溶液中的電流方向由A指向B,大小為0.16A。解析NaCl溶液導(dǎo)電是靠自由移動(dòng)的Na+和Cl-,它們?cè)陟o電力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。溶液中電流方向與Na+定向移動(dòng)方向相同,即由A指向B。Na+和Cl-都是一價(jià)離子,每個(gè)離子的電荷量為e=1.60×10-19C,NaCl溶液導(dǎo)電時(shí),Na+由A向B定向移動(dòng),Cl-由B向A運(yùn)動(dòng),負(fù)離子的運(yùn)動(dòng)可以等效地看作正離子沿相反方向的運(yùn)動(dòng),所以每秒通過M橫截面的電荷量為兩種離子電荷量的絕對(duì)值之和,則有變式訓(xùn)練2在一次閃電的過程中,流動(dòng)的電荷量大約為300C,持續(xù)的時(shí)間大約是0.005s,所形成的平均電流為多大?這些電荷量如果以0.5A的電流流過燈泡,可使燈泡照明多長(zhǎng)時(shí)間?答案6×104A

600s探究三電流的微觀表達(dá)式【情境導(dǎo)引】如圖所示,AD表示粗細(xì)均勻的一段長(zhǎng)為l的導(dǎo)體,兩端加一定的電壓,導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的平均速率為v,設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S,導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n,每個(gè)自由電荷的電荷量為q。(1)AD導(dǎo)體中有多少個(gè)自由電荷?總電荷量是多少?(2)這些電荷都通過橫截面D所需的時(shí)間是多少?(3)導(dǎo)體AD中的電流是多大?【知識(shí)歸納】對(duì)電流微觀表達(dá)式和三種速率的理解(1)從微觀上看,電流取決于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個(gè)自由電荷的電荷量、定向移動(dòng)平均速率、導(dǎo)體的橫截面積。(2)電流的微觀表達(dá)式:I=nevS。式中n為導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、e為每個(gè)自由電荷的電荷量、v為自由電荷定向移動(dòng)的平均速率,S為導(dǎo)體的橫截面積。(3)三種速率的比較

自由電荷定向移動(dòng)速率自由電荷定向移動(dòng)形成電流,其中電荷定向移動(dòng)的平均速率約為10-4m/s無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)速率導(dǎo)體中的自由電子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),由于沿各個(gè)方向無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相等,故不能形成電流。常溫下自由電子熱運(yùn)動(dòng)的速率約為105m/s電場(chǎng)傳播速率(或電流傳導(dǎo)速率)就是導(dǎo)體中建立電場(chǎng)的速率,等于光速,為3×108m/s。閉合開關(guān)的瞬間,電路中各處以光速建立恒定電場(chǎng),電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)定向移動(dòng),整個(gè)電路也幾乎同時(shí)形成了電流【典例示范】例3(多選)有一橫截面積為S的銅導(dǎo)線,流經(jīng)其中的電流為I,設(shè)每單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子,電子的電荷量為e,此時(shí)電子定向移動(dòng)的平均速率為v,在t時(shí)間內(nèi),通過導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)可表示為(

)答案AC解析t時(shí)間內(nèi),通過導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù),故選項(xiàng)C正確。又I=neSv代入上式得N=nvSt。故選項(xiàng)A正確。規(guī)律方法使用公式I=neSv進(jìn)行計(jì)算時(shí)的注意事項(xiàng)(1)各個(gè)物理量都要用國(guó)際單位制單位。(2)正確理解各符號(hào)的意義,特別是n表示導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù),v表示自由電荷定向移動(dòng)的平均速率。(3)若已知單位長(zhǎng)度的自由電荷數(shù)為n,則電流的微觀表達(dá)式為I=nev。變式訓(xùn)練3有甲、乙兩導(dǎo)體,甲的橫截面積是乙的2倍,而單位時(shí)間內(nèi)通過橫截面的電荷量乙是甲的2倍,以下說法正確的是(

)A.甲、乙兩導(dǎo)體的電流相同B.乙導(dǎo)體的電流是甲導(dǎo)體的2倍C.乙導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的平均速度是甲導(dǎo)體的2倍D.甲、乙兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的平均速度大小相等答案B解析由于單位時(shí)間內(nèi)通過乙導(dǎo)體橫截面的電荷量是甲的2倍,因此通過乙導(dǎo)體的電流是甲的2倍,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,而選項(xiàng)B正確。由于I=neSv,得由于不知道甲、乙兩導(dǎo)體的性質(zhì)(n不知道),所以無法判斷v,故正確選項(xiàng)為B。

隨堂訓(xùn)練1.如圖所示,通有恒定電流的某段導(dǎo)體,在2s內(nèi)有10C的負(fù)電荷向右通過橫截面A,則導(dǎo)體內(nèi)電流的大小和方向分別是(

)A.8×10-19A,向右 B.8×10-19A,向左C.5A,向左

D.5A,向右答案C解析根據(jù)電流的定義式

得電流的大小為I==5A,電流方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向,與