21电源 电流 电阻教案

1、适用学科高中物理适用年级高二适用区域人教版区域课时时长（分钟）2课时知识点带电粒子在电场中的运动教案教学目标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.4. 理解电动势的的概念及定义式。知道电动势是表征电源特性的物理量.5. 从能量转化的角度理解电动势的物理意义.教学重点电流定义式和微观表达式、电动势的理解教学难点电流微观表达式、理解电动势的物理意义教学过程一、导入基础知识回顾复习初中物理电源、电流电路的知识点（1）电源：能够提供电流的装置，或把

2、其他形式的能转化为电能的装置。（2）电源的作用：在电源的内部不断地聚集正电荷负极聚集负电荷，以持续对外供电。（3）电流：电荷的定向移动形成电流。（4）方向的规定:把正电荷移动的方向规定为电流的方向。（5）电阻：表示导体对电流阻碍作用的大小。（6）导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积，还与温度有关。注：在电源外部，电流的方向从电源的正极到负极。电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。本节是对初中物理电源和电流等的微观研究。主要研究电源和电流的微观表示等。今天主要研究电源、电流和电阻的关系。二、知识讲解（一）考点解读一、电源1概念在电路中把在电场力作用下移动到导

3、体A的电子搬运到导体B的装置。2作用(1)在导体A、B两端维持一定的电势差。(2)使电路中保持持续的电流。二、恒定电流1恒定电场(1)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。(2)形成：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。(3)特点：导线内的电场线与导线平行，电荷的分布是稳定的，导线内的电场是沿导线切线方向的恒定电场。(4)恒定电场与静电场的关系：在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，因此其基本性质与静电场相同，在静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系，在恒定电场中同样适用。2电流(1)概念：电荷的定向移动形成电流。(2)物理意义：表示电

4、流强弱程度的物理量。(3)符号及单位：电流用符号I表示，单位是安培，符号为A。常用单位还有毫安(mA)和微安(A)，1 A103mA106A。(4)表达式：I(q是在时间t内通过导体某一横截面上的电荷量)。(5)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。3恒定电流(1)概念：大小、方向都不随时间变化的电流。(2)形成：恒定电场使自由电荷速率增加，自由电荷与导体内不动的粒子的碰撞，使自由电荷速率减小，最终表现为平均速率不变。三、实验探究：影响导体电阻的因素1与导体电阻有关因素的测量方法(1)电阻丝横截面积的测量：把电阻丝紧密绕在一个圆柱形物体上(例如铅笔)，用刻度尺测出多匝的宽度，然后除以圈数，

5、得到电阻丝的直径，进而计算出电阻丝的横截面积；或用螺旋测微器测出电阻丝的直径，进而得到电阻丝的横截面积。(2)电阻丝长度的测量：把电阻丝拉直，用刻度尺量出它的长度。(3)电阻的测量：连接适当的电路，测量电阻丝两端的电压U和通过电阻丝的电流I，由R计算得到电阻。2探究导体电阻与其影响因素的关系(1)实验探究项目内容实验目的探究导体电阻与长度、横截面积、材料的关系实验电路实验方法控制变量法：在长度、横截面积、材料三个因素，b、c、d与a分别有一个因素不同实验原理串联的a、b、c、d电流相同，电压与导体的电阻成正比，测量出它们的电压就可知道电阻比，从而分析出影响导体电阻大小的有关因素(2)逻辑推理探

6、究导体电阻与长度的关系：一条导线可看成有相同长度的多段导线串联，由串联电路的性质可分析出导体的电阻Rl。导体电阻与横截面积的关系：多条长度、材料、横截面积都相同的导体紧紧束在一起，由并联电路的性质分析出导体的电阻R。导体电阻与材料的关系：由实验探究得到长度、横截面积相同而材料不同的导体电阻不同。四、电阻定律1内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻还与构成它的材料有关。2公式：R。3符号意义：l表示导体沿电流方向的长度，S表示垂直电流方向的横截面积，是电阻率，表征材料的导电性能。4材料特性应用(1)连接电路的导线一般用电阻率小的金属制作。(2)金属的电

7、阻率随温度的升高而增大，可用来制作电阻温度计，精密的电阻温度计用铂制作。(3)有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻。考点1 对电流的理解1电流的形成电荷的定向移动形成电流。当把导体和电源连接后，导体中形成恒定电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动形成电流。(1)产生电流的条件：导体两端有电压。(2)形成持续电流的条件：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，金属导体中自由移动的电荷是自由电子，故电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。3电流的大小(1)I是电流的定义式，IneSv是电流的决定

8、式，故电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关。(2)公式I求出的是电流在时间t内的平均值，对于恒定电流其瞬时值与平均值相等。(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，应用I时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。(4)qIt是求电荷量的重要公式。4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。考点2 电流的微观表达式1建立模型如图所示，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

9、由电荷的电荷量为q。2理论推导AD导体中的自由电荷总数：NnlS。总电荷量QNqnlSq。所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t。根据公式qIt可得：导体AD中的电流：InqSv。3结论由此可见，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、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关。考点3 三种不同速率的比较自由电荷定向移动速率自由电荷定向移动形成电流，其中电荷定向移动的速率一般为105 m/s的数量级无规则热运动速率导体中的自由电子在不停地做无规则运动，由于沿各个方向无规则运动的机会相等，故不能形成电流。常温下自由电子热运动的速率的数量级为105 m/s电场

10、传播速率(或电流传导速率)等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中的光速c形成恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流考点4 对电阻定律的理解1公式R是导体电阻的决定式，图中所示为一块长方体铁块，若通过电流I1，则R1；若通过电流I2，则R2。导体的电阻反映了导体阻碍电流的性质，是由导体本身性质决定的。2适用条件：温度一定，粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液。3电阻定律是通过大量实验得出的规律。4R与R的比较RR意义电阻定律的表达式，也是电阻的决定式电阻的定义式，R与U、I无关作用提供了测定电阻率的一种方法：R提供了测定电阻

11、的一种方法：伏安法适用范围适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液、等离子体纯电阻元件联系导体的电阻取决于导体本身的材料、长度和横截面积，而不是U和I三 、例题精析例题1【题干】安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核的运动可等效为环形电流。设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，关于该环形电流的说法，正确的是()A电流大小为，电流方向为顺时针 B电流大小为，电流方向为顺时针C电流大小为，电流方向为逆时针 D电流大小为，电流方向为逆时针【答案】C【解析】电流大小I，方向与电子运动的方向相反，即沿逆时针方向，选项C正确。【点睛】首先确定正电荷移动方向

12、为电流方向，再通过计算即可。例题2【题干】(多选)一横截面积为S的铜导线，流过的电流为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q，此时电子的定向移动速率为v，在t时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为()AnvSt BnvtC. D.【答案】AC【解析】由I可得，在t时间内通过导线横截面的电荷量QIt，所以在这段时间内通过的自由电子数为N，所以C对、D错；由于自由电子定向移动的速率是v，所以在时间t内，位于横截面积为S、长为lvt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 VSlSvt，所以t内通过横截面的自由电子数为NnVnvSt，A对、B错。【点睛】电荷的微观

13、表达：电荷量Q=It，电子数N，长度lvt，体积VSlSvt，从而得出自由电子数NnVnvSt。例题3【题干】一根导线，分别通以不同电流，并保持温度不变，当电流较大时，以下说法正确的是()A单位体积内自由电子数较多B自由电子定向移动的速率较大C自由电子的热运动速率较大D电流的传导速度较大【答案】B【解析】对同一根导线单位体积内的自由电子数是一样的，A错误；电流和自由电子的定向移动的速率有关，与自由电子的热运动速率无关，故B正确，C错误；电流的传导速度是电场的形成速度等于光速c，和电流的大小无关，选项D错误。【点睛】电流和自由电子的定向移动的速率有关，与自由电子的热运动速率无关；电流的传导速度是

14、电场的形成速度等于光速c，和电流的大小无关。例题4【题干】如图所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab2bc。当将A与B接入电压为U的电路中时，电流为I；若将C与D接入电压为U的电路中，则电流为()A4IB2IC.I D.I【答案】A【解析】设沿AB方向的横截面积为S1，沿CD方向的横截面积为S2，则有，AB接入电路时电阻为R1，CD接入电路时电阻为R2，则有，由欧姆定律得电流之比，解得I24I14I，故A正确。【点睛】本题重点在于解决哪一段电阻有效的问题，如接AB时，ab和dc为长，ad和bc为宽。四 、课堂运用基础1、【题干】下列关于电流方向的说法中正确的是()A电荷的定向移动方向即为电流的方

15、向B电流的方向总是从电源的正极流向负极C电流既有大小，又有方向，是一个矢量D在电源内部，电流从负极流向正极【答案】D【解析】正电荷的定向移动方向与电流方向相同，负电荷的定向移动方向与电流方向相反；电流虽有方向，但不符合矢量运算法则，不是矢量，而是标量；外电路中电流从正极流向负极，电源内部电流从负极流向正极，故A、B、C错，D正确。2.【题干】一根横截面积为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()Aqv B.CqvS D.【答案】A【解析】时间t内通过垂直于棒运动方向某一横截面的电荷量Qqvt，依电流的定

16、义式可得Iqv，故A正确。3.【题干】一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S，导体单位长度内的自由电子数为n，金属内的自由电子的电荷量为e，自由电子做无规则热运动的速率为v0，导体中通过的电流为I，则下列说法中正确的有()A自由电子定向移动的速率为v0B自由电子定向移动的速率为vC电场传播的速率为真空中的光速cD自由电子定向移动的速率为v【答案】CD【解析】对电流微观表达式InqSv式中n为单位体积内自由电荷数，而本题中n为单位长度内的自由电子数，t时间内通过导体某一横截面的自由电子数为长度是vt内的自由电子，其数量为nvt，电荷量qnvte，所以电流Inev，所以v，电场是以光速传播的，故C、

17、D正确。4.【题干】目前集成电路的集成度很高，要求里面的各种电子元件都微型化，集成度越高，电子元件越微型化、越小。图中R1和R2是两个材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体，但R2的尺寸远远小于R1的尺寸。通过两导体的电流方向如图所示，则关于这两个导体的电阻R1、R2关系的说法正确的是()AR1R2 BR1R2CR1R2 D无法确定【答案】C【解析】设正方形导体表面的边长为a，厚度为d，材料的电阻率为，根据电阻定律得R，可见正方形电阻的阻值只和材料的电阻率及厚度有关，与导体的其他尺寸无关，选项C正确。巩固1、【题干】关于导线中的电场，下列说法正确的是()A导线内的电场线可以与导线相交B导线内的

18、电场E是由电源电场E0和导线侧面堆积电荷形成的电场E叠加的结果C导线侧面堆积电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态D导线中的电场是静电场的一种【答案】B【解析】导线内的电场线与导线是平行的，故A错；导线中的电场是电源电场和导线侧面堆积电荷形成的电场叠加而成的，故B对；导线内电场不为零，不是静电平衡状态，导线中的电场是恒定电场，并非静电场的一种，故C、D错。2.【题干】关于公式I，下列说法中正确的是()A式中的q表示单位时间内通过导体横截面的电荷量B式中的q表示通过导体单位横截面积的电荷量C比值能表示电流的强弱D该公式表明电流跟通过导体横截面的电荷量成正比，跟通电时间成反比【答案】C【解析】公

19、式I中q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量，选项A、B错误；比值表示电流的强弱，选项C正确；由电流的微观表达式可知，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动的速率以及导体的横截面积，故选项D错误。3.【题干】通过甲、乙两导线横截面的电荷量之比为35，甲、乙两导线通电时间之比为32，则通过甲、乙两导线的电流强度之比为()A15B25C52 D51【答案】B【解析】由电流的计算式I得：×××，B正确。4.【题干】通常一次闪电过程历时约0.20.3 s，它由若干个相继发生的闪击构成，每个闪击持续时间仅4080 s，电荷转移主要发生在第

20、一个闪击过程中。在某一次闪电前云、地之间的电势差约为1.0×109 V，云、地间距离约为1 km；第一个闪击过程中云、地间转移的电荷量约为6 C，闪击持续时间约为60 s。假定闪电前云、地间的电场是均匀的。根据以上数据，下列判断正确的是()A闪电电流的瞬时值可达到1×105 AB整个闪电过程的平均功率约为1×1014 WC闪电前云、地间的电场强度约为1×106 V/mD整个闪电过程向外释放的能量约为6×106 J【答案】AC【解析】由I A1×105 A知，A对；由E V/m1×106 V/m知，C对；由WqU6×

21、1.0×109 J6×109 J知，D错； W3×1010 W，B错。拔高1、【题干】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，设元电荷为e，以下说法正确的是()A当n1n2时电流强度为零B当n1n2时，电流方向从AB，电流强度为IC当n1n2时，电流方向从BA，电流强度ID电流方向从AB，电流强度I【答案】D【解析】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。2、【题干】在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子

22、进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为l的电子束内的电子个数是()A. B. C. D. 【答案】B【解析】设单位体积内电子数为n，对电子加速过程应用动能原理：eUmv2所以电子刚出电场时定向移动速度v 由电流的微观表达式InSqv得：n ，l内的电子数为：Nn·lS ，故B正确。3、【题干】盛夏的入夜，正当大地由喧闹归于沉睡之际，天空却不甘寂寞地施放着大自然的烟火，上演着一场精彩的闪电交响曲。某摄影爱好者拍摄到的闪电如图所示，闪电产生的电压、电流是不稳定的，假设这次闪电产生

23、的电压可等效为2.5×107 V，电流可等效为2×105 A，历时1×103 s，则：(1)若闪电定向移动的是电子，这次闪电产生的电荷量以0.5 A的电流给小灯泡供电，能维持多长时间？(2)这次闪电释放的电能是多少？【答案】(1)400 s(2)5×109 J【解析】(1)根据电流的定义式I，可得qIt2×105×1×103 C200 C，供电时间t s400 s。(2)这次闪电释放的电能为EqU200×2.5×107 J5×109 J。4、 【题干】一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电

24、阻率为，棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m、电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为()A. B.Cnev D.【答案】C【解析】由电流定义可知：IneSv，由欧姆定律可得：UIRneSv·neLv，又E，故Enev，选项C正确。课堂小结今天这节课我们学了电源、电流和电阻的知识，要重点理解电流的微观模型，掌握电源和电流的微观描述，会用微观模型的方法进行相关计算。同时通过这节课的学习也为我们下一节课学习做了铺垫。总结升华一利用InqSv分析问题应注意的三个方面1各个物理量都要用国际单位。2正确理解各符号的意义

25、，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速度的大小。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Inqv。二公式R的应用策略(1)公式R中的l是沿电流方向的导体长度，S是垂直于电流方向的横截面积。(2)一定几何形状的导体，电阻的大小与接入电路的具体方式有关，在应用关系R求电阻时要注意导体长度和横截面积的确定。(3)一定形状的几何导体当长度和横截面积发生变化时，导体的电阻率不变，体积不变，由VSl可知l和S成反比，这是解决此类电阻变化问题的关键。课后作业基础1、【题干】铜的原子量为m，密度为，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电

26、流为I时，电子平均定向移动的速率为()A光速c B.C. D.【答案】D【解析】假设电子定向移动的速率为v，那么在t时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vtS中的自由电子数，而体积为vtS的铜的质量为vtS，摩尔数为，所以电荷量q，因电流I，于是得到v。2.【题干】电路中，每分钟有6×1013个自由电子通过横截面积为0.64×106 m2的导线，那么电路中的电流是()A0.016 mAB1.6 mAC0.16 A D16 A【答案】C【解析】电流的大小是通过导体横截面积的电荷量与所用的时间的比值，即：I A0.16 A，故选C。3、【题干】白炽灯的灯丝是由钨制成的，

27、下列说法中正确的是()A由于白炽灯正常工作时的灯丝和未接入电路时的灯丝是同一个导体，故两种情况下电阻相同B白炽灯正常工作时灯丝电阻大于未接入电路时灯丝电阻C白炽灯正常工作时灯丝电阻小于未接入电路时灯丝电阻D条件不足，不能确定【答案】B【解析】白炽灯的灯丝为金属，所以电阻率随温度的升高而增大，正常工作时温度高于不工作时的温度，所以工作时的电阻大于不工作时的电阻，B对。巩固1、【题干】通常一次闪电过程历时约0.20.3 s，它由若干个相继发生的闪击构成，每个闪击持续时间仅4080 s，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。在某一次闪电前云、地之间的电势差约为1.0×109 V，云、地间距离

28、约为1 km；第一个闪击过程中云、地间转移的电荷量约为6 C，闪击持续时间约为60 s。假定闪电前云、地间的电场是均匀的。根据以上数据，下列判断正确的是()A闪电电流的瞬时值可达到1×105 AB整个闪电过程的平均功率约为1×1014 WC闪电前云、地间的电场强度约为1×106 V/mD整个闪电过程向外释放的能量约为6×106 J【答案】AC【解析】由I A1×105 A知，A对；由E V/m1×106 V/m知，C对；由WqU6×1.0×109 J6×109 J知，D错； W3×1010 W，

29、B错。2、【题干】某电解池中，若在2 s内分别有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子到达负极和正极，那么这个电路中的电流为()A0 B0.8 AC1.6 A D3.2 A【答案】C【解析】电路中的电流大小I，q应为通过某一横截面的电荷量，本题中正、负极不是同一个截面，计算时电荷量不能相加。电解池中正极只有负离子参与反应，负极只有正离子参与反应，因此计算时只需用一个电极的电荷量计算即可。I A1.6 A，故正确选项为C。3、【题干】一段粗细均匀的导线的横截面积为S，导线内自由电子的电荷量为e，导线单位长度内自由电子数为n，自由电子做无规则运动的速率为v，

30、单位时间内通过某一横截面的自由电子数为N。则导线中的电流为()AneSv BnevCN DNe【答案】D【解析】若由电流的微观表达式InqSv来解，本题中Inev，其中v应为电子定向移动的速率，故A、B错；由电流定义式I可知INe，故D正确。4、【题干】两根材料相同的均匀导线A和B，其长度分别为L和2L，串联在电路中时沿长度方向电势的变化如图所示，则A和B导线的横截面积之比为()A23 B13C12 D31【答案】B【解析】由图像可知两导线电压降分别为UA6 V，UB4 V；由于它们串联，则3RB2RA；由电阻定律可知，得，选项B正确。拔高1、【题干】如果导线中的电流为1 mA，那么1 s内通过导体横截面的自由电子数是多少个？若“220 V6