2.1电源和电流
教学目标
一、知识与技能
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、过程与方法
通过类比和分析使学生对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解。
三、情感态度与价值观
通过对电源、电流的学习培养学生将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
教学重点与难点：
重点：理解电源的形成过程及电流的产生。
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。
教学过程
教师活动：为什么雷鸣电闪时，强大的电流能使天空发出耀眼的强光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光？
通过现象对比，激发学生的求知欲。调动学生的学习积极性。
过渡：要回答这个问题，就要从电源的知识学起。
1．电源
教师：（投影）教材图2.1－1，（如图所示）
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分别带正、负电荷的A、B两个导体球，它们的周 ( http: / / www.21cnjy.com )围存在电场。如果用一条导线R将它们连接起来，分析A、B周围的电场、A、B之间的电势差会发生什么变化？最后，A、B两个导体球会达到什么状态？R中出现了怎样的电流？
学生活动：在教师的引导下，分析A、B ( http: / / www.21cnjy.com )周围的电场、A、B之间的电势差的变化情况。认识到，最终A、B两个导体球会达到静电平衡状态。理解导线R中的电流只能是瞬时的。
【问题】如何使电路中有持续电流？（让学生回答—电源）
类比：（把电源的作用与抽水机进行类比） ( http: / / www.21cnjy.com )如图2—1，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水池A运动到水池B。A、B之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬时水流。
教师提问：怎样才能使水管中有源源不断的水流呢
让学生回答：可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流。
归纳： 电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。（从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置）
2．导线中的电场：
教师：（投影）教材图2.1－3，（如图所示）
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介绍图中各部分的意义，取出图中方框中的一小段导线及电场线放大后进行研究，如图所示。
教师引导学生讨论导线中的电场将如何变化，最终又会达到怎样的状态。要把思维的过程展现给学生。
导线中的电场是两部分电荷分布共同作用产生 ( http: / / www.21cnjy.com )的结果，其一是电源正、负极产生的电场，可将该电场分解为两个方向：沿导线方向的分量使自由电子沿导线作定向移动，形成电流；垂直于导线方向的分量使自由电子向导线某一侧聚集，从而使导线的两侧出现正、负净电荷分布。其二是这些电荷分布产生附加电场，该电场将削弱电源两极产生的垂直导线方向的电场，直到使导线中该方向合场强为零，而达到动态平衡状态。此时导线内的电场线保持与导线平行，自由电子只存在定向移动。因为电荷的分布是稳定的，故称恒定电场。
通过“思考与讨论”让学生区分静电平衡和动态平衡。
恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。
3．电流（标量）
（1）概念：电荷的定向移动形成电流。
（2）电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向。
（3）定义：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用的时间的比值。定义式：
电流的微观表示：
取一段粗细均匀的导体，两端加一定的 ( http: / / www.21cnjy.com )电压，设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v。设想在导体中取两个横截面B和C，横截面积为S，导体中每单位体积中的自由电荷数为n，每个自由电荷带的电量为q，则t时间内通过横截面C的电量Q是多少？电流I为多少？---引导学生推导
老师归纳：Q=nV=nvtSq I=Q/t=nvqS 这就是电流的微观表示式。
（4）单位：安培（A），1 A =103mA = 106 A
（5）电流的种类
① 直流电：方向不随时间而改变的电流 ( http: / / www.21cnjy.com )。直流电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恒定电流；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。
分析课本例题
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通过例题分析让学生把电流与导线内自由电子的定向移动的速率联系起来，同时说明定向移动的速率和在导线中建立电场的速率是两个不同的概念。第一节、电源和电流学案导学
一、学习目标
（一）知识与技能
1．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）过程与方法
通过类比和分析对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解。
（三）情感态度与价值观
通过对电源、电流的学习培养将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
三、重点与难点：
重点：理解电源的形成过程及电流的产生。
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。
自主学习：
1.电源是能把电路中的 从正极搬到负极的装置。
2.导线中的电场是由 、 等电路元件所积累的电荷在导线内共同形成的电场，导线内的电场保持和 平行。
3.由 分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。
4.把 、 都不随时间变化的电流称为恒定电流。
5.电流的 程度用电流这 ( http: / / www.21cnjy.com )个物理量表示；规定 定向移动的方向为电流的方向；电流的单位是 ，符号是 ；公式为 。
同步导学：
1.电流的分析与计算
(1)电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
(2)金属导体中电流的方向与自由电子的定向移动方向相反。
(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，此时中，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
(4)电流虽然有大小和方向，但不是矢量。
2.电流的微观表达式的应用
在电解液导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，在用公式I=q／t计算电流时应引起注意.
例1如图验电器A带负电，验电器B不带电，用导体棒连接A、B的瞬间，下列叙述中错误的是（ ）
A、有瞬时电流形成，方向由A到B B、A、B两端的电势不相等
C、导体棒内的电场强度不等于零 D、导体棒内的自由电荷受电场力作用做定向移动
解析：A、B两个导体，由A带负电，在A导体周围存在指向A的电场，故B端所在处的电势应高于A端电势；另外导体棒中的自由电荷在电场力的作用下，发出定向移动，由于导体棒中的自由电荷为电子，故移动方向由A指向B，电流方向应有B到A。
答案A
例2在彩色电视机的显像管中，从电子枪射出的 ( http: / / www.21cnjy.com )电子在加速电压U的作业下被加速，且形成的电流强度为I的平均电流，若打在荧光屏上的高速电子全部被荧光屏吸收。设电子的质量为m，电荷量为e，进入加速电场之前的速度不计，则在t秒内打在荧光屏上的电子数为多少？
解析：本题已知的物理量很多，有同学可能从电子被电场加速出发，利用动能定理来求解，如这样做，将可求得电子打到荧光屏的速度，并不能确定打到荧光屏上的电子数目，事实上，在任何相等时间里，通过电子流动的任一横截面的电荷量是相等的，荧光屏是最后的一个横截面，故有t时间里通过该横截面的电量Q=It，这样就可得到t时间里打在荧光屏上的电子数目，n=
例3如图所示的电解槽中，如果在4s内各有8c的正、负电荷通过面积为0.8㎡的横截面AB，那么
⑴在图中标出正、负离子定向移动的方向；
⑵电解槽中的电流方向如何？
⑶4s内通过横截面AB的电量为多少？
⑷电解槽中的电流为多大？
解析：⑴电源与电解槽中的两极相连后，左侧电极电势高于右侧电极，由于在电极之间建立电场，电场方向由左指向右，故正离子向右移动，负离子向左移动
⑵电解槽中的电流方向向右
⑶8C的正电荷向右通过横截面AB，而8C的负电荷向左通过该横截面，相当于又有8C正电荷向右通过横截面，故本题的答案为16C
⑷由电流强度的定义I==4A
同步检测：
1.形成持续电流的条件是( )
A.只要有电压加在物体的两端
B.必须保持导体两端有电压
C.只在导体两端瞬时加电压
D.只要有大量的自由电荷
2.在由电源、导线等电路元件所形成的电路中，以下说法正确的是 （ ）
A.导线中的电场强度处处为零
B.导线中的电场强度方向跟导线方向平行
C.导线内各点的电势相等
D.导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低
3.以下说法正确的是（ ）
A.导体中的电流是正电荷的定向移动形成的
B.电荷定向移动的速率等于电流的传导速率
C.单位时间内通过导体横截面的电荷数越多电流越大
D.导体中越粗的地方单位时间内通过导体横截面的电荷数越多电流越大
4.某电解池，如果在1s内 ( http: / / www.21cnjy.com )共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1m2的某截面，那么通过这个截面的电流是( )
A.0 B.0.8A C.1.6A D.3.2A
5.有一横截面积为S的铜导线，流经其中 ( http: / / www.21cnjy.com )的电流为I，设每单位体积的导线有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子的定向移动速率为u，在t时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为（ ）
A．nuSt B．nut C. It/q D. It/Sq
6. 氢原子核外只有一个电子，它绕氢原子核运动一周的时间约为2.4×10-16s，则电子绕核运动的等效电流多大？
拓展提高
1.下列叙述正确的是( )
A.导体中电荷运动就形成电流
B.电流是矢量
C.导体中有电流通过时，导体内部场强不为零
D.只有自由电子的定向移动才能形成电流
2. 示波管中，2s内有6×1013个电子通过横截面大小不知的电子枪，则示波管中电流大小为( )
A.4.8×10-6A B.3×10-13A C.9.6×10-6A D.无法确定
3.我国北京正负电子对撞机的储存环 ( http: / / www.21cnjy.com )是周长为240 m的近似圆形轨道，电子电荷量e=1.6×10-19C，在整个环中运行的电子数目为5×1011，设电子的速度是3×107 m/s，则环中的电流是：（ ）
A．10mA B．1mA C．0.1mA D．0.01mA
4.如图所示，a、b两导体板组成一电容器，电容为C，带电荷量为q，然后用一根虚线所示的导线连接，以下说法中正确的是（ ）
A.导线中有恒定的电流
B.导线中有短时间的电流
C.通过导线的电荷量为q
D. 通过导线的电荷量为2q
( http: / / www.21cnjy.com )
(第4题)
5. 如图所示，在电解槽中，如果在 ( http: / / www.21cnjy.com )5s内共有2C正离子和2C负离子通过面积为S=0.1m2的某横截面，那么5s内通过该横截面积的电荷量为 ，通过该横截面积的电流为 ．
( http: / / www.21cnjy.com )
(第5题)
6.初速度为零的质子，经加速电压为800kV ( http: / / www.21cnjy.com )的直线加速器加速，形成电流为1mA的细柱形质子流，已知质子的电荷量q=1.6×10-19C，这束质子流每秒打到靶上的质子数为______.
7.金属导体的密度是ρ，横 ( http: / / www.21cnjy.com )截面积是S，原子量是M，每摩尔这种金属可提供N个自由电子，当该导体中的电流为I时，导体中自由电子的定向移动的速率是 。
8.电子绕核运动可等效为一环形电流，设氢原子中的电子以速率v在半径为r的轨道上运动，用e表示电子的电荷量，则其等效电流为多少
探究：
课本思考与讨论
学后反思：
你对学案的意见：
课后作业：
问题与练习1、2
第一节、电源和电流学案导学参考答案
自主学习：
1.电子 2.电源 导线 导线 3.稳定 4. 大小 方向 5.强弱 正电荷 安培 A
同步检测：
1、B 2、BD 3、C 4、D 5、AC 6、7×10-4A
拓展提高：
1、C 2、A 3、A 4、BC 5、4C ， 0.8A
6、6.25×1015个
7
8、
