第十四章恒定电流

第十四章恒定电流1教学目标一、知识目标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、理解电源的定义，知道电流的单位及方向的规定。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4、理解电流的概念和定义式I=q/t，并能进行有关的计算.知道公式I=nqvS，但不要求用此公式计算.二、能力目标1、培养学生运用数学图象处理物理问题的能力，培养学生运用数学进行逻辑推理的能力.2、通过阅读教材中的阅读材料“自由电子定向移动的速率”，培养学生处理信息、获取新知识的能力.3、培养学生抽象和概括、分析和综合等思维能力以及科学的语言文字表达能力.教学重点电流的概念及定义式教学难点公式I=nqsv的推导和理解是本节课的教学难度之一，另外伏安特性曲线的物理意义也是本节课的难点教学方法启发、设问、探究、讲练相结合教学用具课时安排教学过程本节学习目标知道导体中形成电流的条件，理解电流的概念和公式I=q/t，并能进行有关的计算，知道I=nqvs从今天开始，我们一起来学习电学部分的第二章《恒定电流》。这部分的知识，同学们在初中已经学过其中一部分，我们将在以前所学内容的基础上进一步的来挖深拓宽。本章的实验是高考实验部分考核的重点，大家在学习时一定要引起高度注意。本节课，我们先来学习第一节——电源和电雷电天气里，天上的闪电，一闪即逝，手电筒中的小灯泡却能持续发光。大家知道这是为什么那么，电源是个什么装置？它到底在手电筒中的小灯泡持续发光的过程中扮演着什么养的角色A、B两导体分别带正负电荷。从上一章内容我们可以知道，它们周B之间的电势差很快消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡。但此2倘若A、B间连一个装置，它能源源不断地把经过导线R流到A的电子取走，补充给B，使A、BB之间便维持着一定的电势差。由于这个电场，自由电子就能不断地由B经过导线R向A定向移动，使电路中保持持续的电流。定义：能把电子从A搬运到B的装置。外电路中自由电子在电场力作用下向正极移动，在电源内部，需要利用外力将正极上的电子搬运到负极，从而维持电势差不变。二、恒定电流1、恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场2、恒定电流：大小、方向均不随时间变化的电流3、形成条件（1）自由电荷（对金属导体：自由电子；对电解液：正负离子）为了能定量研究恒定电流，我们引入了一个物理量——电流4、电流（I单位是时间内通过导体横截面的电荷量。通过导体横截面积的电量q跟通过这些电量所用的时间t的比值。（1）物理意义：表示电流强弱的物理量qt3（3）方向：规定正电荷定向移动方向或负电荷定向移动方向相反的方向注：外电路中电流由高电势端流向低电势端（4）测量仪器：电流表5、电流的微观解释l：导线长度v：自由电荷定向移动的速率q：每个自由电荷的电荷量n：导体单位体积内自由电荷数量，即电荷体密度导体中自由电荷总数N=nls——所有自由电荷通过横截面耗时t=lvQQtl故导体内Il由此可见，从微观上看，电流强度决定于导体中单位体积内的自由电荷数、电量、定向移动速3度，还与导体的横截面积有关。注：这个公式只适用于金属导体，千万不要到处套用。初学习这个知识点时，我们有部分同学容易将v错误理解为电流传导速率，因此，我们来了解一下三种和电有关的速率。6、三种速率的比较152电子热运动速率v2，其大小与温度有关三、应用【例题1】某电解池中，若在2s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截A．0B．0.8AC．1.6AD.3.2A解析：由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2s内通过某截面的总电量应为：【例题2】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=8.9×103=-解：取一段导线（图2.1-5自由电子从它的左端定向移动到右端所用的时间记为t，则这段导线的的原子数为M导线左端的自由电子经过时间导线左端的自由电子经过时间t到达右端相等，也等于n。因此通过横截面的电荷量是M研究宏观量与微观量的联系时，这是极常用的一种方法。【例题3】氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动.解析：取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的时间T内，通过这个截面的电量q=e，v41、下列说法正确的是（BC）2、把一个小灯泡与金属导线、干电池、开关接成电路，闭合开关以后，电路中有电流，那么在电路中定向移动的是（B）3、对导体中的自由电荷来说，下列说法中正确的是（AC）A、不论导体两端有没有电压，它们都做无规则热运动；B、不论导体两端有没有电压，它们都做定向运动；C、金属直导线导电时，它们定向运动的方向都相同；D、在稳恒电流的电路中，它们定向运动的方向都跟电流方向相同；4、在稳恒电流的电路中，通过导体某一横截面的电流强度（D）通过本节课的学习，主要学习了以下几个问题a.导体中形成电流的条件是导体两端有电压.b.电流的方向规定为正电荷定向移动的方向.q-t备课材料导线与电源连通后，导线内很快形成了沿导线切线方向的恒定电场（2）风力发电是一种环保的电能获取方式。设计每台风力发电机的功率为40kW。实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密原教材也有涉及，但放在“思考与讨论”里了，而且没有深入分析。5备课材料［投影］思考题（3）金属导体中的自由电荷是什么？电解质溶液中的自由电荷是什么？这些自由电荷的定向移［学生回答］（1）自由电荷的定向移动形成电流.（2）形成电流的内部条件是导体内部存在能够自由移动的电荷，即自由电荷.（3）金属导体中的自由电荷是自由电子，电解质溶液中的自由电荷是正、负离子，这些自由电荷的定向移动都能形成电流.（4）导体中产生电流的外部条件是导体两端有电压.［教师］为什么导体两端有电压，导体中就会产生电流呢？下面我们用电场的观点加以分析.［教师］利用CAI课件模拟导体中自由电荷的无规则运动.［师生活动］总结：在通常情况下，导体中大量的自由电荷就像气体中的分子一样，不停地做无规则的热运动.自由电荷向各个方向运动的机会相等，因而对导体的任一横截面，在一段时间内从两侧穿过截面的自由电荷大致相等.从宏观上看，导体中的自由电荷没有定向移动，所以导体中没有电流.［教师］利用CAI课件模拟金属导体中产生的电流.［师生活动］总结：当金属导体两端有电压时，导体中就有电场存在.导体中的自由电子在电场力的作用下，逆着电场线的方向发生定向移动，形成电流.［教师］利用CAI课件模拟电解质溶液中产生的电流.［师生活动］总结:当电解质溶液两端有电压时，溶液中就有电场存在，溶液中的正离子在电场力的作用下，由高电势处向低电势处定向移动；溶液中的负离子在电场力的作用下，由低电势处向高电势处定向移动，形成电流.综上所述，导体中产生电流的外部条件是导体两端有电压.（或者是导体中有［板书］导体中产生电流的条件（1）内因：自由电荷（2）外因：电压（电场）［学生］物理上规定，正电荷定向移动的方向为电流的方向.［师生活动］总结：在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反.在电解质溶液中，电流的方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反.［板书］方向：正电荷定向移动的方向.［教师］电流不仅有方向，而且有强弱，电流的强弱用电流这个物理量来表示.物理上把通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值称为电流.用I表示电流.电流的定义式是qtqt6［学生］在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A.电流的常用单位还有毫安（mA）和微安(μA）.-3A［板书］单位：安（A）［学生］电流表［板书］测量仪器：电流表［总结］方向不随时间而改变的电流叫做直流.方向和强弱都不随时间而改变的电流叫做恒定电流.例1关于电流的方向，下列叙述中正确的是A.金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B.在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定C.不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D.电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同.解析：正确选项为C.电流是有方向的，电流的方向是人为规定的.物理上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一定与电流的方向相反.解析：设在t=1s内，通过某横截面的二价正离子数为n1，一价离子数为n2，元电荷的电荷量19例3氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动.已解析：取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的时间T内，通过这个截面的电量q=e，v例4：电子绕原子核运动可等效为一环形电流。设氢原子绕原子核转动的加速度为，则电子绕原负1.下面有关导体电流的说法中，正确的是D7C.方向不随时间而变化的电流就是恒定电流D.导体两端有电压，导体中必有电流2.关于公式I=q/t，下列说法中正确的是CA.式中的q表示单位时间内通过导体横截面的电量B.q表示通过导体单位横截面积的电量D.比式表明电流强度跟通过导体横截面积的电量成正比,跟通电时间成反比3.如图所示,将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来,已知横截面积S=2S个截面A，在铝导线上取一个截面B，若在1s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截面的电流关系是AA.IA=IBB.IA=2IBC.IB=2IAD.不能确定子的电量为e，此时电子定向移动的速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为（AC）分析：根据电流强度的定义分析解答。解答：从导体导电的微观角度来说，在△t时间内能通过某一横截面AA/的自由电子必须处于以AA/为横截面，长度为υ△t的圆柱体内，如图—9所示，由于自由电子可以认为是均匀分布，故此圆柱体内的电子数目为nυS△t。而从电流的定义来说，I=q/t，故在△t时间内通过某一横截面的电量为I△t，通过横截面的自由电子数目为I△t/e，故正确答案为A、C。1．定义：电荷的定向移动形成电流．此处的“电荷”指自由电子、正离子和负离子．电荷有三种速率：电子热运动速率、电荷定向运动速率和电流的传导速率．电路中由电源、导线等电路元件共同形成导线内的电场，电流的形成依靠电荷定向的运动.2．电流的方向规定和正电荷定向移动的方向一致，和负电荷定向移动的方向相反.的电量．对于电解液导电和气体导电，通过某一横截面的电量应为正、负离子电量的绝对值之和.在国际单位中电流的单位是安培(A是国际单位制中七个基本单位之一，1A=103mA=106μΑ由电荷数，则I=nqv.备课材料教学目的：使学生了解电流形成的条件，掌握电流强度的概念。一．形成电流的条件先由学生阅读教材回答形成电流的条件：再由老师讲解形成电流的条件。8（1）导体内有大量自由电荷（金属导体——自由电子；电解质溶液——正负离子；导电气体——正负离子和电子）（2）导体两端存在电势差（电压）问题讨论：如果把金属导体的一端接在带正电的金属球A上，另一端接在带负电的金属球B上。(2)体上的电流是否能持续存在？要想得到持总结：导体中存在持续电流的条件：是保持导体两端的电势差。电源的作用就是保持电路两端的电势差，使电路中有持续的电流。二．电流强度（I）为了表征电流的强弱，引入一个物理量——电流强度（I）定义：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用时间的比值叫做电流强度。简称电流。说明：电流强度的单位：在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。如果在1秒内通过导体横截面的电量为1库，导体中的电流强度就是1安培。在常驻用单