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1、2022年人教版高中物理選修3-1 第2章 第1節(jié) 電源和電流(教案)
【知識與技能】
1、了解電源的形成過程。
2、掌 握恒定電場 和恒定電流的形成過程
【過程與方法】
1、在理解恒定電流的基礎(chǔ)上,會靈活 運用公式計算電流的大小。
【情感態(tài)度與價值觀】
1、通過本節(jié)對電源、電流的學(xué)習(xí),培養(yǎng)將物理知識應(yīng)用于生 活和生產(chǎn)實踐的意識,勇于探究與日常生活有關(guān)的物理問題。
【教學(xué)過程】
★重難點一、對電流的理解★
一、電源
1.電源的定義
電源是不斷把負(fù)電荷從正極搬運到負(fù)極從而維持正負(fù)極之間存在一定電勢差的裝置。
2.電源的作用
(1)從電荷移動角度看
電源的
2、作用就是移送電荷,維持電源正、負(fù)極間有一定的電勢差,從而保持電路中有持續(xù)電流.
電源在內(nèi)部能把電子從正極A搬運到負(fù)極B,如圖所示
(2)從能量轉(zhuǎn)化的角度看
搬運電荷的過程就是克服靜電力做功的過程,是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程.
【特別提醒】
有電源不一定得到持續(xù)的電流,要得到持續(xù)的電流需要同時滿足兩個條件:
(1)電路中有電源.
(2)電路還必須是閉合的,即必須用導(dǎo)體將電源連接起來.
所以只有電源,電路不閉合也不會有持續(xù)電流.
二、恒定電場
1.形成
導(dǎo)線中的電場是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的合電場.
2.特點
導(dǎo)線內(nèi)的電場線和導(dǎo)線平行;電荷的
3、分布是穩(wěn)定的;導(dǎo)線內(nèi)的電場是沿導(dǎo)線切線方向的穩(wěn)定電場.
三、對電流的理解
1.電流的形成條件
(1)產(chǎn)生電流的條件:導(dǎo)體兩端有電壓。
(2)形成持續(xù)電流的條件:導(dǎo)體兩端有持續(xù)電壓。
2.電流的方向
規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向,則負(fù)電荷定向移動的方向與電流的方向相反,金屬導(dǎo)體中自由移動的電荷是自由電子,故電流的方向與自由電子定向移動的方向相反。
3.電流的大小
(1)I=是電流的定義式,I=nqSv是電流的決定式,故電流的大小與通過導(dǎo)體橫截面的電荷量以及通電時間無關(guān)。
(2)q=It是求電荷量的重要公式,而公式I=求出的是電流在時間t內(nèi)的平均值,對于恒定電流其瞬時值與
4、平均值相等。
(3)電解液中正、負(fù)離子定向移動的方向雖然相反,但正、負(fù)離子定向移動形成的電流方向是相同的,應(yīng)用I=時,q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的絕對值之和。
4.電流是標(biāo)量
電流雖然有方向但是它遵循代數(shù)運算法則,電流不是矢量而是標(biāo)量。
【特別提醒】
不同導(dǎo)體中電流的計算方法
(1)金屬導(dǎo)體中的自由電荷只有自由電子,運用I=計算時,q是某一時間內(nèi)通過金屬導(dǎo)體橫截面的電子的電荷量.
(2)電解液中的自由電荷是正、負(fù)離子,運用I=計算時,q應(yīng)是同一時間內(nèi)正、負(fù)兩種離子通過橫截面的電荷量的絕對值之和.
(3)處于電離狀態(tài)的氣體中的自由電荷既有正、負(fù)離子,也有自由電子,利用公式
5、I=求氣體導(dǎo)電電流時,q應(yīng)是三種帶電粒子通過橫截面的電荷量的絕對值之和.
【典型例題】關(guān)于電流,下列說法中正確的是 ( )
A.導(dǎo)體中無電流的原因是其內(nèi)部自由電荷停止了運動
B.同一個金屬導(dǎo)體接在不同的電路中,通過的電流強度往往不同,電流大說明那時導(dǎo)體內(nèi)自由電荷定向運動速率大
C.由于電荷做無規(guī)則熱運動的速率比電荷定向移動速率大得多,故電荷做無規(guī)則熱運動形成的電流也就大得多
D.電流的傳導(dǎo)速率就是導(dǎo)體內(nèi)自由電子的定向移動速率
【答案】B
★重難點二、電流的微觀表達(dá)式★
一、電流的微觀表達(dá)式
1、建立模型:如圖所示,AD表示粗細(xì)均勻的一段長為l的導(dǎo)體,兩端加一定的電壓,
6、導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速率為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,每個自由電荷的電荷量為q.
2、理論推導(dǎo)
AD導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù):N=nlS.
總電荷量Q=Nq=nlSq.
所有這些電荷都通過橫截面D所需要的時間:t=.
根據(jù)公式q=It可得:導(dǎo)體AD中的電流:I===nqSv.
(3)結(jié)論:由此可見,從微觀上看,電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個自由電荷的電荷量、定向移動速率的大小,還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān).
【特別提醒】
使用公式I=nqSv計算時,一定要注意以下幾點:
(1)各個物理量都要用國際單位.
(2)正確理解各符
7、號的意義,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速度的大小.
(3)若已知單位長度的自由電荷數(shù)為n,則電流的微觀表達(dá)式為I=nqv.
3、導(dǎo)體內(nèi)三種速率的比較
電流微觀表達(dá)式為I=nqSv,其中v表示電荷定向移動的速率.實際上電荷的運動存在三種速率,下面對電荷的三種速率進(jìn)行區(qū)別.
【特別提醒】
由I=nqSv可以看出,同一段導(dǎo)體,橫截面積越大的位置,自由電荷定向移動的速率越小,如圖所示.
【典型例題】(多選)截面積為S的導(dǎo)線中通有電流I,導(dǎo)線每單位體積中有n個自由電子,每個自由電子的電荷量是e,自由電子定向移動的速率是v,則在時間Δt內(nèi)通過導(dǎo)線某一橫截面的自由電子的個數(shù)是 ( )
A. B. C. D.
【答案】AD