歡迎進入物理課堂 第二章恒定電流 同步導學方案 課后強化演練 本章為電學的基礎知識 它是在初中學過的電學知識的基礎上 進行加深和拓展 主要討論了電源的作用 電路的組成結構 電流 電壓和功率的分配 電路中的能量轉化以及電路的簡單設計等 對應學生用書P40 本章的重點是理解電動勢 路端電壓和內電壓的關系 理解閉合電路歐姆定律的內容和表達式 電路的分析和計算 理解測量電源電動勢和內阻的方法 難點是負載對電源輸出功率的影響 電路的設計以及電阻測量等電學實驗 包括靈活應用實驗的基本方法和技能解決實驗問題 電路的設計等 本章內容可分為三部分 第一部分以部分電路歐姆定律為中心 主要研究直流電路的基本參量 串并聯(lián)電路的規(guī)律 伏安法測電阻 電功和電熱等問題 第二部分以閉合電路的歐姆定律為中心 主要研究了電源的作用 閉合電路中功率的分配和能量轉化關系 電路的分析和計算等問題 第三部分以電流表 電壓表 滑動變阻器的使用為中心 結合學生實驗 研究了儀器的選擇和使用 數(shù)據(jù)的處理和誤差分析等問題 本章重點 理解電動勢 路端電壓和內電壓的關系 理解閉合電路歐姆定律的內容和表達式 電路的分析和計算 理解測量電源電動勢和內阻的方法 本章難點 負載對電源輸出功率的影響 電路的設計以及電阻測量等電學實驗 包括靈活應用實驗的基本方法和技能解決實驗問題 電路的設計等 1 在本章學習中要掌握分析解決問題的方法 比如動態(tài)分析法 等效法的應用 模型的轉化 非電學量和電學量的轉化 以及極限法 賦值法的應用技巧等 對應學生用書P40 2 還要注意用能量的觀點分析問題 要從能量轉化和守恒的角度去分析和解決問題 在純電阻電路中 電路消耗的電能只能轉化為內能 如果是非純電阻電路 電能大部分要轉化為機械能或化學能等 另外功率問題 閉合電路歐姆定律的推導等都用到了能量守恒定律 3 對于有關的電學實驗 要從基本原理 基本方法入手 循序漸進 逐步掌握 對于每個實驗 都要從實驗原理 實驗方法 實驗步驟 注意事項 數(shù)據(jù)處理和誤差分析等方面去分析 還要注意重要儀器的使用方法和讀數(shù)規(guī)則等 第1節(jié)電源和電流 電源1 電源的定義電源是不斷把負電荷從正極搬運到負極從而維持正負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作用就是移送電荷 維持電源正 負極間有一定的電勢差 從而保持電路中有持續(xù)電流 電源在內部能把電子從正極A搬運到負極B 如圖所示 2 從能量轉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化為電能的過程 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 恒定電場1 形成導線中的電場是由電源 導線等電路元件所積累的電荷共同形成的合電場 2 特點導線內的電場線和導線平行 電荷的分布是穩(wěn)定的 導線內的電場是沿導線切線方向的穩(wěn)定電場 3 恒定電場與靜電場的關系在恒定電場中 任何位置的電場強度都不隨時間變化 其基本性質與靜電場相同 在靜電場中所學的電勢 電勢差及其與電場強度的關系 在恒定電場中同樣適用 1 兩種電場的共性 它們都是物質的一種客觀存在形式 都儲存著電能 它們對處于其中的電荷都有靜電力的作用 在這兩種電場中移動電荷時相應的靜電力一般都要做功 2 兩種電場的區(qū)別 導體中要建立穩(wěn)恒電流就必須將導體與電源相連接 形成一閉合的回路 而靜電場的建立只需要有電荷存在 靜電平衡狀態(tài)下的導體內部場強為零 而在穩(wěn)恒電流條件下導體內部場強不為零 在一般情況下 靜電場的電場線并不是電荷運動的軌跡線 但是導體中恒定電場的電場線就是電荷運動的軌跡線 1 產生恒定電流的電路中的電場是合電場 E 它由兩部分組成 一是電源的電場 E0 二是導線兩側的堆積電荷的電場 E 2 恒定電流電路中的電場是穩(wěn)定電場 即電路中的電荷分布是穩(wěn)定的 但不是靜態(tài)的絕對穩(wěn)定 而是動態(tài)穩(wěn)定 就電路中任一微元來講 流走多少電荷 就補充等量的電荷 所以不能認為恒定電場是勻強電場 恒定電流1 電流 1 電流的形成 電荷的定向移動形成電流 2 產生電流的條件 內因 存在自由電荷 外因 導體兩端存在電勢差 導體兩端存在電壓時 導體內建立了電場 導體中的自由電荷在電場力作用下發(fā)生定向移動 形成電流 3 電流的方向 人們規(guī)定正電荷移動的方向為電流的方向 在金屬導體中 電流的方向與自由電子的定向移動方向相反 在電解液中 電流的方向與正離子定向移動方向相同 與負離子定向移動方向相反 電流是標量 4 電流的定義 定義 通過導體橫截面的電荷量q與通過這些電荷量所用時間t的比值 定義式 I q t 單位 在國際單位制中 電流的單位是安培 符號是A 通常用的單位還有毫安 微安 1A 103mA 106 A 5 恒定電流 大小方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流 2 電流的微觀表達式 1 建立模型 如圖所示 AD表示粗細均勻的一段長為l的導體 兩端加一定的電壓 導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率為v 設導體的橫截面積為S 導體每單位體積內的自由電荷數(shù)為n 每個自由電荷的電荷量為q 3 結論 由此可見 從微觀上看 電流決定于導體中單位體積內的自由電荷數(shù) 每個自由電荷的電荷量 定向移動速率的大小 還與導體的橫截面積有關 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 正確理解各符號的意義 特別是n表示導體中單位體積內的自由電荷數(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 則電流的微觀表達式為I nqv 3 導體內三種速率的比較電流微觀表達式為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行區(qū)別 由I nqSv可以看出 同一段導體 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 對電流的理解與辨析關于電流的概念 下列說法中正確的有 A 導體中有電荷運動就形成電流B 電流是一個矢量 其方向就是正電荷定向移動的方向C 在國際單位制中 電流是一個基本物理量 其單位安培是基本單位D 對于導體 只要其兩端電勢差為零 電流也必為零 解析 導體中有大量的自由電子 總在不停地做無規(guī)則運動 沒有定向運動 在一段時間t內 通過導體某一截面的電荷是雙向的 其數(shù)值又是相等的 電流是0 故A錯 電流是一個標量 因為其運算不符合矢量運算法則 為了便于研究電流 人們規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的正方向 以區(qū)別于負電荷的定向移動 故B錯 在國際單位制中 共有七個基本量 電流是其中之一 故C正確 對于導體 其兩端電勢差是0時 導體內無電場 電子不能定向移動 故電流是0 D正確 答案 CD 方法總結 1 導體內電荷的無規(guī)則運動與電荷的定向移動不是一回事 導體兩端存在電勢差時 導體內的電荷才會定向移動 但電荷的無規(guī)則運動是不需要條件的 2 電流是描述電流強弱的物理量 它有方向但為標量 習慣上規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向 以下說法正確的是 A 只要有可以自由移動的電荷 就能存在持續(xù)電流B 金屬導體內的持續(xù)電流是自由電子在導體內的電場作用下形成的C 電流的傳導速率就是導體內自由電子的定向移動速率D 在金屬導體內當自由電子定向移動時 它們的熱運動就消失了 解析 要有持續(xù)電流必須有持續(xù)的電壓 A不對 導體中形成電流的原因是導體兩端加上電壓 于是在導體內形成了電場 導體內的自由電子將在電場力作用下定向移動 形成電流 B正確 電流的傳導速度等于光速 電子定向移動的速率很小 C不對 在形成電流時電子定向移動 但是熱運動并沒有消失 其實電子仍然做無規(guī)則的熱運動 D不對 答案 B 電流大小的計算方法如果導線中的電流為1mA 那么1s內通過導體橫截面的自由電子數(shù)是多少 若 220V60W 的白熾燈正常發(fā)光時的電流為273mA 則20s內通過燈絲的橫截面的電子數(shù)目是多少個 分析 根據(jù)公式q It計算 注意單位的統(tǒng)一 記住每個電子所帶電荷量e 1 6 10 19C 答案 6 25 10153 4 1019 方法總結 1 認真審題 明確導電的是什么粒子 2 由題設條件求出時間t內通過某一橫截面的電荷量q 注意若有正 負電荷同時通過某一橫截面時 那么在一段時間內通過這一橫截面的電荷量等于正 負電荷電荷量的絕對值之和 3 由定義式I q t求出電流大小 如圖所示 在NaCl溶液中 正 負電荷定向移動 方向如圖所示 若測得2s內有1 0 1018個Na 和1 0 1018個Cl 通過溶液內部的橫截面M 試問 溶液中的電流方向如何 電流多大 解析 NaCl溶液導電是靠自由移動的Na 和Cl 它們在電場力作用下向相反方向運動 因為電流方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向 故溶液中電流方向與Na 定向移動方向相同 即由A指向B Na 和Cl 都是一價離子 每個離子的電荷量為e 1 6 10 19C NaCl溶液導電時 Na 由A向B定向移動 Cl 由B向A運動 答案 溶液中的電流大小為0 16A 方向由A指向B 電流的微觀計算方法一段粗細均勻的金屬導體的橫截面積是S 導體單位長度內的自由電子數(shù)為n 金屬內的1個自由電子所帶的電荷量為e 自由電子做無規(guī)則熱運動的速率為v0 導體中通過的電流為I 則下列說法中正確的是 答案 D 方法總結 理解I nqSv各物理量的含義是解決此類問題的關鍵 n為單位體積內自由電荷的個數(shù) v為導體中的自由電荷定向移動的速率 S為導體的橫截面積 q為每個自由電荷的電荷量 2013 昆明高二檢測 一根橫截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻帶有負電荷 每米電荷量為q 當此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運動時 由于棒運動而形成的等效電流大小為 A qvB q vC qvSD qv S 答案 A 1 關于電源的作用 下列說法正確的是 A 電源的作用是為電路持續(xù)地提供自由電荷B 電源的作用是能直接釋放電能C 電源的作用就是保持導體兩端的電壓 使電路中有持續(xù)的電流D 電源的作用就是使自由電荷運動起來 解析 電源是提供能量的裝置 電源供電的過程就是將其他形式的能轉化為電能的過程 故A B錯誤 電源能使導體兩端保持穩(wěn)定的電壓 從而使導體中保持持續(xù)的電流 故C正確 D錯誤 答案 C 2 關于導體中形成恒定電流的恒定電場 下列說法中正確的是 A 導體中的電場是由電源兩極電荷在空間直接形成的B 導體中的電場是導體內自由電荷形成的C 由于處于靜電平衡狀態(tài) 導體內場強為零D 導體中的電場分布不隨時間變化 解析 有恒定電流時 導體中的電場是由電源電場和導體側面堆積電荷形成的電場疊加而成的 故A B錯 導體內電場不為零 不是靜電平衡狀態(tài) 故C錯 導體中的電場是恒定電場 電荷分布不隨時間變化 故D正確 答案 D 3 2013 運城高二檢測 某一探測器因射線照射 內部氣體電離 在時間t內有n個二價正離子經過某一截面 同時有2n個電子也經過該截面 則探測器電路中的電流為 A 0B 2ne tC 3ne tD 4ne t 答案 D 4 某次閃電持續(xù)的時間為0 005s 所形成的平均電流約為6 104A 若閃電過程中定向移動的電荷量以0 5A的電流通過電燈 求可供燈照明的時間 答案 600s 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全