2023学年完整公开课版电流的形成

3.2探究电流、电压和电阻（一）授课：任帼鸿一、电流是怎样形成的定义：物理学中把流过导体某一横截面积的电荷量Q跟所用时间t的比值I叫做电流。定义式：电流的单位：安培(A)

物理意义：描述电流强弱的物理量思考讨论1自由电子的热运动为什么不形成电流？答：因为自由电子的无规则运动导致电荷的运动方向杂乱无章，无法形成定向运动，所以不会形成电流。电流产生的条件电流的形成条件：自由电荷和导体两端存在电压。电流有方向，通常规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，但电流是标量。电流形成的微观解释

如图所示，AD表示粗细均匀的一段导体L，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，每个自由电荷的电荷量为q.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所需要的时间为t＝L/v根据公式I=Q/t可得：导体AD中的电流I＝Q/t＝＝nqSv.案例分析：课本61页这个公式只适用于金属导体，千万不能到处套用

讨论：

细心同学会发现，我们从课文例1的计算结果知道，自由电子定向移动的速率约为1.8×10－4m/s，而生活中的常识是，无论输电线路长短，只要合闸送电，电流瞬间就产生了．这是为什么呢？

虽然是电荷的定向移动才形成电流，但“形成电流的速率”却不是自由电子定向移动的速率，而是电场的传播速率，它等于光速(3×108m/s)．自由电子总在不停地做无规则热运动，当导体两端加有电压时，导体中将以3×108m/s的速率在各处建立起电场，在该电场的作用下，导体中各处的自由电子几乎同时开始做定向移动，使得整个电路中几乎同时形成电流．所以，形成电流的速率既不是自由电子定向移动的速率(约为1×10－5m/s)，也不是自由电子热运动的平均速率(约为1×105m/s)．

方法探究

一、关于电流的计算

例1

在金属导体中，若10s内通过某横截面的电荷量为10C，则导体中的电流为___A.

解析

根据电流的定义式得：

I＝＝A＝1A.

答案

1

点评

求解电流时，可直接根据定义求解，另外要注意统一单位．

变式训练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面，那么通过这个截面的电流是(

)

A．0 B．0.8A

C．1.6A D．3.2AD

解析电荷的定向移动形成电流，但正负电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者的绝对值之和．由题意可知，电流由正负离子定向运动形成，则在2s内通过截面的总电荷量应为：q＝1.6×10－19×2×1.0×1019C＋1.6×10－19×1×2.0×1019C＝6.4C.根据电流的定义式得：I＝＝A＝3.2A.

答案

D

点评

电解液导电与金属导体导电不同，金属导体中的自由电荷只有自由电子，而电解液中的自由电荷是正负离子，运用I＝计算时，q应是同一时间内正负两种离子通过某横截面的电荷量的绝对值之和．

二、关于电流“微观表达式”的计算

例2

有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积导线有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子定向移动的速度为v，在Δt时间里，通过导线横截面的自由电子数目可表示为(

)

A．nvSΔtB．nvΔtC． D．

AC解析

此题考查对电流公式I＝及电流的微观表达式I＝nqvS的理解．在Δt时间内，以速度v移动的电子在铜导线中经过的长度为vΔt，由于铜导线的横截面积为S，则在Δt时间内，电子经过的导线体积为vΔt·S.又由于单位体积的导线有n个自由电子，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为nvSΔt，选项A正确．由于流经导线的电流为I，则在Δt时间内，流经导线的电荷量为IΔt；而电子的电荷量为q，则Δt时间内通过导线横截面的自由电子数目可表示为，选项C也正确．

答案

AC二、电路中的电压与电势降落1、电路中的电压是怎样变化的？

正电荷在电场力的作用下总是从电势高处向电势低处运动，故沿电流方向上任意两点间都有电势差，电势差就是电压。又叫做电势降落。2.探究：电路中电势变化的规律结论：沿电路e、a、b、c、d电流方向的电势是降低的。导线中电势降落近似等于零。三、电阻是怎样形成的导体对自由电荷定向移动的阻碍作用叫电阻。讨论：电阻产生的本质原因？温度升高时灯丝的电阻变化的情况及其原因？

自由电子与晶体点阵上的原子实碰撞，形成对电子定向运动的阻碍作用是电阻产生的本质原因。

根据课本上的实验分析原子实振动越剧烈，金属电阻的的阻值越大，温度越高，电阻越大。纯金属电阻的阻值与温度的关系：R=R0(1+αt),α叫做电阻的温度系数。

思考与讨论1（2）根据电阻对电流的作用，推测电流大小可能与电阻大小有什么关系？（1）根据电压在电路中的作用，推测电流大小可能与电压大小有什么关系？电压越大，电流会越大。电阻越大，电流越小。（3）欧姆定律：内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟它的电阻R成反比表达式：I=U/R使用范围：金属导体、电解液等纯电阻思考与讨论2：Ⅰ=U/R与Ⅰ=Q/t的区别？Ⅰ=U/R与Ⅰ=Q/t两者是不同的，Ⅰ=Q/t是电流的定义式，只要导体中有电流，不管是什么导体导