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物理3-1学案（2.1电源和电流）
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上传时间: 2014-08-23
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2.1 《电源和电流》导学案
【学习目标】
1．了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场。初步体会动态平衡的思想。
2．理解电流的定义，知道电流的单位、方向的规定；理解恒定电流。
3．经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程，从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系。
【重点难点】
理解电源的作用，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。
【学法指导】
认真阅读教材，观察插图，体会电源的作用和电流的形成过程
【知识链接】
1．结合课本图2.1-1，请说明电源在电路中的作用。
2．什么是恒定电场？
3．恒定电流如何定义？
【学习过程】
探究1、如何形成持续电流
①有AB两个导体，分别带等量异种电荷，它们的周围存在着电场。如果在它们之间连接一条导线R，导线中的自由电荷将如何移动？
②AB周围的电场如何变化？
③AB间的电势差如何变化？
④导线中的电流吗？如果有是瞬时的还是持续的？电流方向如何？
⑤你有办法让导线中有持续的电流吗？如果想要有持续的电流，我们需要有一个怎样的装置？
⑥什么叫电源？电源的作用是什么？
⑦请类比下面水流装置体会电源作用。
例1．下例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[来源:Z,xx,k.Com]
探究2．恒定电场
①你知道导线R中电场的方向吗？导线中的电场仅由电源产生吗？
1．如何定义恒定电场？恒定电场是不是匀强电场？
2．如何形成恒定电场？
导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。
3．恒定电场的特点：
例2．下例说法正确的是（ ）
A．导体中电荷运动就是形成了电流
B．在国际单位制中，电流的单位是A
C．电流有方向，它是一个矢量
D．任何物体，只要其两端电势差不为零，就有电流存在
小结：
探究3．恒定电流
由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率增加;而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化.如果我们在这个电路中串联一个电流表,电流表的读数保持恒定.
大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流
1．什么是电流？
2．形成电流的条件是什么？
3．电流的定义？
4．定义式？物理意义？单位？
5．方向的规定？实际方向？标矢量性？
注意
（1）适用于任何电荷的定向移动形成的电流。[来源:Z#xx#k.Com]
（2）在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）的定向移动方向相反；
（3）在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子走向移动方向相反．导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量q表示通过截面的正、负离子电量绝对值之和。
例1．在金属导体中，若10s内通过横截面的电量为10C，则导体中的电流为______；
例2．某电解槽横截面积为0.5m2，若10s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为10C，则电解液中的电流为_____．
探究4．电流的微观表达式
在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B和C，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，每个电荷的电荷量为q，电荷的定向移动速率为v
则在时间t内处于相距为 vt 的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C ．
已知：n为单位体积内的自由电荷的个数，S为导线的横截面积，v为自由电荷的定向移动速率[来源:学科网]
在时间t内通过导体某截面的电量为:
Q=(vtS)nq
所形成的电流为:
I=Q/t=nqSv
例题：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M=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.
思考题
如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？
电子定向移动的速率约10-5m/s，
电子热运动的平均速率105m/s
电场的传播速率3×108m/s.
【训练测试】
1．下列说法中正确的是 ( )
A．导体中电荷运动就形成了电流
B．在国际单位制中，电流的单位是A
C．电流有方向，它是一个矢量
D．任何物体，只要其两端电势差不为零，就有电流存在
2．以下说法正确的是 ( )
A．只要有可以自由移动的电荷，就能存在持续电流
B．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下定向移动形成的
C．电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率
D．在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了
3．电流通过生命机体或多或少都能传导，其电流的传导主要是靠 ( )
A．自由电子导电[来源:学科网ZXXK]
B．离子导电
C．电解质的水溶液导电
D．质子导电
4．一台半导体收音机，电池供电的电流是8mA，也就是说 ( )
A．1h电池供给8C的电量
B．1 000s电池供给8C的电量
C．1s电池供给8C的电量
D．1min电池供给8C的电量
5某金属导体的某横截面上，在5s内通过了1.25×1019个电子，则通过该金属导体的电流为________A.
6．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2s内有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？
7．光电管的阳极A和阴极K之间加U＝2.5V的电压时，光电流的最大值为0.64μA，求每秒内由光电管阴极K发射的电子数．
x。k.Com]
【参考答案】
1．答案：B
解析：自由电荷定向移动才形成电流，仅有电荷移动但不是定向移动则不行，故选项A错误．形成电流的条件是导体两端保持有电压，且必须是导体而非任何物体，故选项D错误．电流有方向，但它是标量，故选项C错误．
2．答案：B
解析：要有持续电流必须有电压，A不对．导体中形成电流其原因是在导体两端加上电压，于是在导体内形成了电场，导体内的自由电子将在电场力作用下定向移动形成电流，B正确．电流的传导速度等于光速，电子定向移动的速率很小，C不对．在形成电流时电子定向移动，并不是热运动就消失了，其实电子仍然做无规则的热运动，D不对．
3．答案：BC
解析：根据生命机体的生物构成成分可判断B、C正确．[来源:学科网]
点评：本题联系生物、化学知识考查对生命体中电流传导物质的理解．
4．答案：B
5．答案：0.4
解析：在5s内通过的电荷量为
q＝ne＝1.25×1019×1.6×10－19C＝2C[来源:Zxxk.Com]
I＝＝A＝0.4A
6．答案：溶液中的电流大小为0.16A，方向由A指向B.
解析：NaCl溶液导电是靠自由移动的Na＋和Cl－离子，它们在电场力作用下向相反方向运动．因为电流方向规定为正电荷定向移动的方向，故溶液中电流方向与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＝1.6×10－19C，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做正离子沿相反方向的运动，可见，每秒钟通过M横截面的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和，
则有I＝＝
＝A＝0.16A
7．答案：4.0×1012个
解析：最大电流即为光电管阴极K发射的电子全部到达阳极形成的．设光电管阴极K每秒内发射的电子数为n，则由电流的定义式I＝知，光电流I＝ne，故n＝I/e＝0.64×10－6/1.60×10－19＝4.0×1012(个)．
【学习反思】
电流的定义是什么？如何规定电流的方向？一条导线中的电流为1.6A，在1s内通过这条导线某一横截面的电子有多少个？
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