《电源和电流》导学案3.doc

《电源和电流》导学案
一、学习目标:
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。
二、学习重点
理解电源的形成过程及电流的产生
三、学习难点
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
四、教学过程
(一)知识准备
1、静电场的相关知识
2、电流的相关知识
☆导学一：电源
分别带正、负电荷的A、B两个导体，若用导线R连接，导线R中可能存在一个________电流．若要保持持续的电流，A、B间需维持着一定的________．能使A、B间维持一定的电势差的装置称为________．
☆导学二：恒定电流
1．达到稳定状态时，导线内的电场是由________、________等电路元件所积累的电荷共同形成的．电荷的分布是________的，电场的分布也是________的且导线内的电场线保持和导线________．
2．由稳定分布的________所产生的稳定的________，称为恒定电场．
静电场中的电势、电势差及其与电场强度的关系等在恒定电场中________适用．
3．我们把________都不随时间变化的电流称为恒定电流．
4．I表示电流、q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量，它们间的关系式为：________.
答案：瞬时　电势差　电源
1．电源　导线　稳定　稳定　平行
2．电荷　电场　同样
3．大小、方向
4．q＝It
(二)新课教学
一、电源
1、导体中的自由电荷在电场力作用下发生___________形成电流
注意：金属导体中的自由电荷是 ，带 电。
2、电源的作用：
类比：电源——抽水机
电源的正极——水池A
电源的负极——水池B

答案：定向移动 电子 负 使电路中保持持续电流
练习1：把一个金属导体的两端与具有不同电势的带电物体接触，导体中的电荷将怎样运动？
答案：金属导体中能够自由移动的电荷是带负电荷的电子，而负电荷在电场力作用下，将由低电势处向高电势处移动，因此金属导体中的电荷(电子)将从低电势的物体向高电势的物体运动．
二、恒定电场
1、导线中电场的形成
金属导线本身由许多带电粒子(电子和质子)组成，当它和电源连通后，在电源两极上的正、负电荷产生的电场作用下，导线中的电子在电场力作用下发生定向移动，但是导线的形状是多种多样的，电源提供的电场并不一定沿着导线方向，因此导线的表面处就会有电荷积累，这些电荷会产生另一个电场，所以导线中的电场是电源两极电荷与导线表面堆积电荷分别产生电场的合电场。
注意：形成过程是在接通电源后的极短时间内(以光速)完成。
2、定义：
3、基本性质：
4、导线中合电场沿 方向，电场线和导线 。
答案：导线的切线 平行
练习1：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
答案：ABD
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．
练习2：关于导线中的电场，下列说法正确的是(　　)
A．导线内的电场线可以与导线相交
B．导线内的电场E是由电源电场E0和导线侧面堆积电荷形成的电场E′叠加的结果
C．导线侧面堆积电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态
D．导线中的电场是静电场的一种
答案：B
解析：导线内的电场线与导线是平行的，故选项A错．导线中的电场是电源电场和导线侧面堆积电荷形成的电场叠加而成的，故选项B对．导线内电场不为零，不是静电平衡状态，导线中的电场是恒定电场，并不是静电场的一种，故选项C、D错．
三、电流
1．形成电流的条件：(1) ；(2)
答案：要有自由移动的电荷 导体两端存在电压
2．物理意义：
3、定义：通过导体某一横截面的电荷量q跟所用时间t的比值I叫做电流。
定义式：
4．单位：国际单位： ，符号 ；常用单位：毫安( )、微安( )
1 A＝ mA＝ μA.
答案：I=q/t 安培 A mA μA 103 106
5．电流方向：规定 电荷定向移动的方向为电流方向．
注意：①金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向 ；电解液中正、负离子定向移动的方向 ，但正负离子定向移动形成的电流方向是 的，此时I=q/t中，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量 。
②电流虽有大小和方向，但电流是 。
答案：正 相反 相同 绝对值之和 标量
6．电流的种类
(1)直流电： 不随时间而改变的电流。直流电又分为恒定电流和脉动直流电两类，其中大小和方向都不随时间而改变的电流叫 ；方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。
(2)交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流。
答案：方向 恒定电流
练习1.电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积为0.64×10－6 m2的导线，那么电路中的电流是(　　)
A．0.016 μA　　　　 B．1.6 mA C．16 μA D．0.16 μA
答案：D
练习2．关于电流的说法中正确的是(　　)
A．根据I＝q/t，可知I与q成正比
B．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流
C．电流有方向，电流是矢量
D．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位
答案：D
解析：依据电流的定义式可知，电流与q、t皆无关，显然选项A是错误的；虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，方向变化，电流也不是恒定电流，所以，选项B也是错误的．电流是标量，故选项C也不对．
练习3. 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个一价负离子相向通过某截面，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
答案：D
解析：由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，负离子的反向运动与正离子的正向运动等价．则在2 s内通过某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I＝q/t得答案D
练习4.一个半径为r的细橡胶圆环，均匀的带上电荷量为Q(C)的负电荷，当它以角速度ω绕中心轴线顺时针匀速转动时，环中的等效电流大小为( )
A.Q B.Q/2π C.Qω/2π D.2 Qω/π
答案：C
四、电流的微观表达式
1．电流的微观表达式为I＝
推导：
如图所示，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，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.
设A端自由电荷经过时间t到达D端，t= ， 该t也是AD段导体中所有电荷通过D端的所用时间
AD导体中自由电荷的总个数：
AD导体中自由电荷的总电荷量：Q=
导体中的电流I= / =
答案：nqSv l/v nlS qnlS Q t nqSv
例：教材P42例题1
2．三种速率的区别
(1)电流传导速率：
等于光速(3×108m/s)。电路一接通，电路中各处以真空中的光速建立恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电荷几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成电流．
(2)电子定向移动速率：
电荷定向移动形成电流，该移动速率一般数量级为10－5 m/s.
(3)电子热运动速率：
构成导体的电子在不停做无规则的热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下，电子热运动的速率数量级为105 m/s.
练习1．关于电流，下列说法中正确的是(　　)
A．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大
B．电子运动速率越大，电流越大
C．单位时间内通过导线横截面的电荷量越多，导体中的电流就越大
D．因为电流有方向，所以电流是矢量
答案：C
练习2．如果导线中的电流为1 mA，那么1 s内通过导体横截面的自由电子数是多少？
答案：6.25×1015
练习3.

【随堂检测】
1．下列关于电流的说法中，正确的是：( )
A.只要导体中有电荷运动，就有电流；
B.导体中没有电流时，导体内的电荷是静止的；
C.导体中的电流一定是自由电子定向移动形成的；
D.电流可能是由正电荷或负电荷的定向移动形成的。
2．下列说法中错误的是：( )
A.金属导体导电，只是自由电子作定向移动；
B.电解液导电，正负离子都作定向移动；
C. 气体导电，一定只有正离子作定向移动；
D. 气体导电，正、负离子和自由电子都作定向移动。
3．关于电源的作用，下列说法中正确的是：( C )
A.它能为电路持续地提供自由电荷；
B. 它能直接释放出电能；
C.它能保持导体两端的电压，使电路中有持续的电流；
D.它能使自由电荷运动起来。
4．关于导体中的电场，下列说法中正确的是：( )
A.它是由电源两极在空间直接形成的；
B.它是导线上的堆积电荷所形成的；
C.导线内的电场线最终和导线平行；
D.它的分布随着电荷的移动而随时间变化
5．有一电解池，如果在1s内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某一横截面，则通过这个截面的电流是：( )
A. 0 B. 0.8A C. 1.6A D. 3.2A
6.下列关于电流的说法中，正确的是( )
A. 电流的方向就是自由电荷定向移动的方向
B. 电流的方向规定为正电荷定向移动的方向
C. 在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反
D. 在电解液中，电流的方向与离子定向移动的方向相同
7.满足下列哪一个条件就产生电流( )
A. 有自由电子
B. 导体两端有电压
C. 任何物体两端有电压
D. 导体两端有恒定电压
8.下列说法正确的是( )
A. 导线内自由电子定向移动速率等于电流的传导速率
B. 电子运动的速率越大，电流强度越大
C. 电流强度是一个矢量，其方向就是正电荷定向运动方向
D. 在国际单位制中，电流强度是一个基本物理量，其单位安培是基本单位
9.在示波管中，电子枪在2s内发射了6.01013个电子，则示波管中电流的大小为( )
A.4.810-6 B.3.010-13 C.9.610-6 D.3.010-6
10.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，求铜导线中自由电子定向移动的速率.可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子.

11.在电解液中， 正负离子沿相反方向运动，5s内通过液体横截面的电量均为5.0C，则电解液中的电流强度为多少？

12．一个电子绕氢原子核以半径为r做匀速圆周运动，其等效电流为多少？(已知电子质量为m，带电量为e)

答案：1D 2C 3C 4C 5D 6BC 7BD 8BD 9A 12、 I = = =