新教材高中物理人教版必修第三册11.1 电源和电流（课件 ）21 张ppt

课件21张PPT。1.电源和电流必备知识自我检测一、电源
1.有A、B两个导体,分别带正、负电荷。如果在它们之间连接一条导线R,回答下列问题。(1)用导线连接后,电荷怎样移动?
答案:导线中移动的是自由电子,故导体B上负电荷流向导体A。电流的方向是正电荷移动的方向,与负电荷移动的方向相反,故电流由A流向B。
(2)用导线连接后会有电流,为什么电流只是瞬时的?
答案:由于电荷的定向移动,两导体很快达到静电平衡,成为一个等势体,所以导线中的电流只是瞬时的。必备知识自我检测2.形成持续电流的条件:一是要有自由移动的电荷,二是导体两端要有稳定的电势差。
3.电源的作用:电源能把负电荷由正极搬运到负极,保持正、负极之间有稳定的电势差。必备知识自我检测二、恒定电流
1.恒定电场:由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,叫作恒定电场。
2.恒定电流:大小、方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。
3.电流的强弱用电流这个物理量表示。单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,电流就越大。用I表示电流,q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量,有I= 。单位是安培,符号是A,常用的单位还有毫安(mA)和微安(μA)。
4.电流的微观解释:导体的横截面积为S,自由电子数密度(单位体积内的自由电子数)为n,自由电子定向移动的平均速率为v,则时间t内通过该横截面的自由电子数为nSvt,由于电子的电荷量为e,时间t内通过横截面的电荷量为q=neSvt。根据电流的公式I= ,电流和自由电子定向移动平均速率的关系为I=neSv。必备知识自我检测1.正误判断。
(1)电源能把自由电子从正极搬运到负极。 (　　)
解析:电源把电子从电源正极“搬运”到负极,以增加其电势能。
答案:√
(2)因为电流既有大小又有方向,所以电流是矢量。 (　　)
解析:电流虽然有方向,但不是矢量,其运算遵从代数法则。
答案:×
(3)通过导体某横截面的电荷量越多,电流越大。 (　　)答案:×
(4)电流的方向与电荷定向移动的方向相同。 (　　)
解析:电流的方向与正电荷定向移动的方向相同,与负电荷定向移动的方向相反。
答案:×必备知识自我检测2.(多选)关于电流,下列叙述正确的是(　　)
A.只要将导体置于电场中,导体内就有持续的电流
B.电源的作用是使闭合电路中有持续的电流
C.导体内没有电流,说明导体内部的电荷没有移动
D.恒定电流是由恒定电场产生的
解析:电流有瞬时电流和恒定电流之分,瞬时电流是电荷的瞬时定向移动形成的,而恒定电流是在导体两端加稳定的电压时形成的,电源的作用就是在导体两端加上稳定的电压,从而在导体内部形成电场而产生持续的电流,选项B、D正确。
答案:BD必备知识自我检测3.(1)在金属导体中,若10 s内通过某一横截面的电荷量为10 C,则导体中的电流为多少安?
(2)某电解槽横截面积为0.5 m2,若10 s内沿相反方向通过横截面的正、负离子的电荷量均为10 C,则电解液中的电流为多少安?因负电荷形成的电流方向与其定向移动方向相反,所以两种电荷形成的电流方向相同。故电解液中的电流I=I1+I2=2 A。答案:(1)1 A　(2)2 A 探究一探究二情景导引
1.电荷的定向移动形成电流,如何描述电流的强弱?
2.电流可能是正电荷或负电荷定向移动形成的,也可能是正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成的,人们是如何规定电流的方向的?
要点提示:1.利用单位时间内通过导体横截面的电荷量描述电流的强弱。
2.规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。探究一探究二知识归纳
1.电流的方向
(1)规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,负电荷定向移动的方向与电流的方向相反。
(2)金属导体中自由移动的电荷是自由电子,电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。
2.电流的大小(1)公式:I= 。用该式计算出的电流是时间t内的平均值。对于恒定电流,电流的瞬时值与平均值相等。探究一探究二(2)两点说明
①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= 求电流时,q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
②q=It是I= 的变形,是求电荷量的重要公式。其中I是电流在时间t内的平均值。探究一探究二实例引导
例1如图所示,在NaCl溶液中,正、负电荷定向移动,方向如图所示,若测得2 s内分别有1.0×1018个Na+和Cl-通过溶液内部的横截面M,试问:溶液中的电流方向如何?电流多大?探究一探究二解析:NaCl溶液导电是靠自由移动的Na+和Cl-,它们在静电力作用下向相反方向运动。溶液中电流方向与Na+定向移动方向相同,即由A指向B。
Na+和Cl-都是一价离子,每个离子的电荷量为e=1.60×10-19 C,NaCl溶液导电时,Na+由A向B定向移动,Cl-由B向A运动,负离子的运动可以等效地看作正离子沿相反方向的运动,所以每秒通过M横截面的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和,答案:溶液中的电流方向由A指向B,大小为0.16 A。 探究一探究二探究一探究二变式训练1在一次闪电的过程中,流动的电量大约为300 C,持续的时间大约是0.005 s,所形成的平均电流为多大?这些电荷量如果以0.5 A的电流流过灯泡,可使灯泡照明多长时间?答案:6×104 A　600 s 探究一探究二电流的微观表达式
情景导引
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平均速率为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。
(1)AD导体中有多少个自由电荷?总电荷量是多少?
(2)这些电荷都通过横截面D所需的时间是多少?
(3)导体AD中的电流是多大?探究一探究二要点提示:(1)AD导体中的自由电荷总数:N=nlS。总电荷量Q=Nq=nlSq。探究一探究二对电流微观表达式和三种速率的理解
(1)从微观上看,电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动平均速率、导体的横截面积。
(2)电流的微观表达式:I=nevS。式中n为导体中单位体积内的自由电荷数、e为每个自由电荷的电荷量、v为自由电荷定向移动的平均速率,S为导体的横截面积。
(3)三种速率的比较
①电子定向移动平均速率:电子在金属导体中的平均运动速率,也是公式I=neSv中的v,大小约为10-4 m/s。
②电流的传导速率:电流在导体中的传导速率等于光速,为3×108 m/s。闭合开关的瞬间,电路中各处以光速建立恒定电场,电路中各处的自由电子几乎同时定向移动,整个电路也几乎同时形成了电流。
③电子热运动速率:电子做无规则热运动的速率,大小约为105 m/s。由于热运动向各个方向运动的机会相等,故此运动不能形成电流。探究一探究二实例引导
例2(多选)有一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流为I,设每单位体积的导线中有n个自由电子,电子的电荷量为e,此时电子定向移动的平均速率为v,在t时间内,通过导线横截面的自由电子数可表示为(　　)答案:AC 探究一探究二规律方法 使用公式I=neSv进行计算时的注意事项
(1)各个物理量都要用国际单位制单位。
(2)正确理解各符号的意义,特别是n表示导体中单位体积内的自由电荷数,v表示自由电荷定向移动的平均速率。
(3)若已知单位长度的自由电荷数为n,则电流的微观表达式为I=nev。探究一探究二变式训练2有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的2倍,而单位时间内通过横截面的电荷量乙是甲的2倍,以下说法正确的是(　　)
A.甲、乙两导体的电流相同
B.乙导体的电流是甲导体的2倍
C.乙导体中自由电荷定向移动的平均速度是甲导体的2倍
D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的平均速度大小相等
解析:由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍,因此通过乙导体的电流是甲的2倍,故选项A错误,而选项B正确。由于I=neSv,得v= ,由于不知道甲、乙两导体的性质(n不知道),所以无法判断v,故正确选项为B。
答案:B