版选修3_1.ppt

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1、第二章 恒 定 电 流1 电源和电流,一、电源 1.定义：能把电子在电源内部从电源_搬运到电源 _的装置。 2.电源的作用： (1)从电荷移动角度看：移送电荷，维持电源正、负极 间有一定的_，保持电路中有持续电流。,正极,负极,电势差,(2)从能量转化的角度看：克服_做功，将其他 形式的能转化为电能。,非静电力,二、恒定电场 1.定义：由电路中稳定分布的电荷所产生的_ _。 2.形成：当电路达到稳定时，导线中的电场是由 _、_等电路元件所积累的电荷共同形成的。 3.特点：任何位置的_和_都不随时间 发生变化。,稳定的电,场,电源,导线,电荷分布,电场强度,三、恒定电流 1.电流： (1)概念：

2、电荷的_形成电流。 (2)物理意义：反映了电流的_程度。 (3)符号及单位：用符号_表示，单位是_，符号 为_。,定向移动,强弱,I,安培,A,(4)表达式： _ 。 (5)电流的方向：规定_定向移动的方向为电流的 方向，负电荷定向移动的方向为电流的_。 2.恒定电流：_和_都不随时间变化的电流。,正电荷,反方向,大小,方向,【思考辨析】 (1)电源能把其他形式的能转化为电能。 ( ) (2)必须有电源，自由电荷才能在电路中移动。( ) (3)恒定电场形成后电路中的电荷不再发生移动。( ),(4)电荷移动的方向就是电流的方向。 ( ) (5)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量越多。(

3、),提示：(1)。从能量转化的角度看，电源是将其他形式的能转化为电能的装置。 (2)。电源的作用是使电路中的自由电荷持续不断地发生定向移动。 (3)。恒定电场形成后电路中的电荷仍然在移动，只是在相同时间内流入和流出某一部分电路的电荷量相等，电路处于动态平衡状态。,(4)。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。 (5)。根据电流的定义，q=It，由此确定这种说法正确。,【生活链接】风筝实验是美国先贤本杰明富兰克 林的一次关于雷电的实验。在这个实验 中，证实了雷电是一种电，从天空中引下 的电流是一种瞬间电流，还是一种恒定电流？ 提示：雷电是一种瞬间电流。,知识点一 对电

4、流的理解 探究导入：如图所示，在装有导电液体的细管中，时间t内通过截面AB的正电荷为q1，通过截面AB的负电荷为q2，电荷运动方向如图所示。请问：,(1)怎样确定导电液体中电流的方向？ (2)怎样计算导电液体中电流的大小？,提示：(1)物理学中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。由图可知，正电荷定向移动所形成的电流方向向右，负电荷定向移动所形成的电流方向也向右。,(2)正电荷定向移动所形成的电流I1= ，负电荷定 向移动所形成的电流I2= ；由于正、负电荷所形成 的电流方向相同，故导电液体中的电流I=I1+I2= 。,【归纳总结】 1.电流的形成： (1

5、)形成原因：电荷的定向移动。 (2)形成条件：导体两端有电压。 (3)电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。,2.电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反。 3.电流的大小： (1)定义式：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。,(2)两点说明。 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。 q=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。,【特别提

6、醒】(1)电流是标量：电流虽然有方向，但是 它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量，而是标 量。 (2)用公式I= 计算电流大小时，只需代入电荷量的绝 对值，且q要与时间t相对应。 (3)当正、负电荷都参与定向移动时，正、负电荷对电 流的形成都有贡献。,【典题通关】 考查角度1 电流的形成和电流的方向 【典例1】关于电流，下列说法正确的是 ( ) A.通过截面的电荷量的多少就是电流的大小 B.电流的方向就是电荷定向移动的方向 C.在导体中，只要自由电荷在运动，就一定会形成电流 D.导体两端没有电压就不能形成电流,【正确解答】选D。根据电流的概念，电流是单位时间内通过截面的电荷量，故A项错；规定正

7、电荷移动的方向为电流方向，故B项错；自由电荷持续的定向移动才会形成电流，C错，D对。,考查角度2 电解液中电流的计算 【典例2】如图所示的电解槽接入电路后，在t秒内有n1个1价正离子通过溶液内截面S，有n2个1价负离子通过溶液内截面S，设e为基元电荷，以下说法正确的是 ( ),A.当n1=n2时电流强度为零 B.当n1n2时，电流方向从AB，电流强度为I= C.当n1n2时，电流方向从BA，电流强度为I= D.电流方向从AB，电流强度I=,【正确解答】选D。本题考查电流方向和电流强度的定 义式I= ，电荷的定向移动形成电流，金属导体中定 向移动的是带负电的自由电子，这时电流的方向与自 由电子定

8、向移动的方向相反，在电解液导电时，定向 移动的电荷有正离子和负离子，它们同时向相反方向 移动形成电流，所以，电流强度应该是I= ， 电流方向应是从AB。,【过关训练】 1.下列说法中正确的是 ( ) A.导体中只要电荷运动就形成电流 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.根据I= ，可知I与q成正比,【解析】选B。电流是由导体中电荷的定向运动形成 的，在没有电流的时候，导体中电荷也是在不停地运 动，只不过此时电荷的运动是杂乱无章的，所以A错 误；电流的单位是安培，所以B正确；电流是标量，所 以C错误；I= 是电流的定义式，I与q无关，所以D错 误。,2.某电解池

9、，如果在1 s内共有51018个二价正离子和11019个一价负离子通过面积为0.1 m2的某截面，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,【解析】选D。由题意，1 s内通过截面正离子的电量为q1=2n1e，负离子的电量绝对值为q2=n2e，则电流为I= 。将n1=51018个，n2=11019个，e=1.610-19C 代入解得I=3.2 A。故选D。,【补偿训练】1.关于电流，以下说法正确的是 ( ) A.通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流就越大 B.电路中的电流越大，通过的电荷量越多 C.电流是表示通过导体横截面的电荷量多少的物理量

10、D.在一定时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大,【解析】选D。由定义式I= 知，单位时间内通过导 体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大，D正确。,2.一台半导体收音机，电池供电的电流是8 mA，也就是说 ( ) A.1 h电池供给8 C的电荷量 B.1 000 s电池供给8 C的电荷量 C.1 s电池供给8 C的电荷量 D.1 min电池供给8 C的电荷量,【解析】选B。由公式I= 可得t= ，故供给8 C 电荷量时的通电时间t= s=1 000 s，故选项B 正确。,知识点二 电流的微观解释 探究导入：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

11、由电荷沿导体定向移动的速率为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)导体AD中自由电荷总数是多少？ (2)这些自由电荷全部通过横截面D所用时间t是多少？ (3)t时间内通过横截面D的电荷量是多少？,提示：(1)AD中自由电荷总数N=nlS。 (2)t= (3)通过横截面的电荷量Q=nlSq。,【归纳总结】 1.理论推导：AD导体中的自由电荷总数：N=nlS。 总电荷量Q=Nq=nlSq。 所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t= 。,根据公式q=It可得：导体AD中的电流I= =nqSv。 即电流的微观表达式为I=nqSv。,2.影响因

12、素： 从微观上看，电流取决于导体单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小和导体的横截面积。,3.两个公式的比较：,【典题通关】 考查角度1 电流微观表达式的应用 【典例1】(多选)横截面积为S的导线中通有电流I，已 知导线每单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的 电荷量是e，自由电子定向移动的速率是v，则在时间,t内通过导线横截面的电子数是 ( ) A.nSvt B.nvt C. D.,【正确解答】选A、C。根据电流的定义求解：由电流 的计算式I= 可知，在时间t内通过导线横截面的电 荷量q=It，所以在这段时间内通过的自由电子数为 N= ，C对，D错。根据电流形成的

13、微观原因 求解：已知自由电子定向移动的速率是v，因此在,时间t内，位于横截面积为S、长L=vt的这段导线内的自由电子都能通过横截面，这段导线的体积V=SL =Svt，所以在时间t内通过横截面S的自由电子数为N=nV=nSvt，A对，B错。,考查角度2 质子流问题 【典例2】来自质子源的质子(初速度为零)，经一直线加速器加速，形成电流为I的细柱形质子流。已知质子源与靶间的距离为d，质子电荷量为e，假定分布在质子源到靶之间的加速电场是匀强电场，质子到达靶时的速度为 v，则质子源与靶间的质子数为 ( ),【正确解答】选B。设质子源与靶间的质子数为n，则选项B正确。,【规律方法】微观电流问题的解答技巧

14、 (1)选择一段导体或柱形质子流为研究对象。 (2)确定被选定的导体内或柱内自由电荷的数量，计算出一定时间内通过导体横截面的电荷量。 (3)确定被选定的导体内自由电荷全部通过横截面的时间，根据I= 进行计算。,【过关训练】1.如图所示，一根截面积为S的均匀长直 橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量 为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速 直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为( ) A.vq B. C.qvS D.,【解析】选A。在运动方向上假设有一截面，则在t时 间内通过截面的电荷量为Q=vtq，等效电流I= =vq，故A正确。,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

15、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速率是甲导体的2倍 D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等,【解析】选B。由于单位时间内通过乙横截面的电荷量 是甲的2倍，因此通过乙导体的电流是甲的2倍，A错 误，B正确；由于I=nqSv，所以v= ，由于不知道 甲、乙两导体的性质(n、q关系未知)，所以无法判断 自由电荷定向移动的速率大小，C、D错误。,【拓展例题】考查内容：等效电流问题 【典例】(多选)半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕中心轴线以角速度匀速转动，则由环产生的等效电流应有 ( ) A.若不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍,B.若电荷量不变而使变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 C.若使、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大 D.若使、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小,【正确解答】选A、B。正电荷Q均匀分布在橡胶环上， 当环转动时，在环上任取一截面，则一个周期T内穿过 此截面的电荷量为Q，由电流的定义式I= 及T= 得，环中等效电流为I= ，故选A、B。,