2023学年完整公开课版电源和电流

第二章恒定电流本章主要内容有电阻的串并联、欧姆定律、电阻定律、焦耳定律、闭合电路的欧姆定律、电路中的能量守恒定律、多用电表、简单的逻辑电路等．课标领航通过本章学习要学会处理以下几类问题：(1)电路的简化：对复杂的电路，画出等效电路图，这是一项基本功，也是电路分析和计算的基础．(2)动态直流电路的分析：电路中某些元件(如滑动变阻器的阻值)的变化，会引起电流、电压、电阻、电功率等相关物理量的变化，解决这类问题涉及的知识点多，要掌握一定的思维方法．(3)非纯电阻电路的分析与计算．(4)稳态、动态电阻和电容电路的分析与计算．(5)故障电路的分析与判断．此类问题紧密联系实际，对灵活运用知识的能力要求较高．(6)非线性电路的分析与求解．本章的核心内容是欧姆定律；重点是电路的分析和计算；难点是电路的设计；高考热点是电路动态分析和实验．第一节电源和电流学习目标：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，会用公式q＝It分析相关问题．3．能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．课标定位重点难点：导体中电流的形成原因．易错问题：应用I＝q/t求电解液中的电流时，q应为正、负电荷的绝对值之和．一、电流及其产生条件1．电荷的

移动形成电流．2．形成电流的条件(1)物体内部必有

．(2)导体两端存在

．3．电流的方向：规定

定向运动方向为电流的方向．自由电荷电势差正电荷定向在电解液和金属导体中都可以形成电流,它们形成电流时有什么不同？思考【思考·提示】

金属导体中是自由电子定向移动形成电流，而电解液中是正、负离子定向移动形成电流．二、电源的作用1．维持电源的正、负极间有一定的

．2．在闭合电路中，使导线中的自由电子发生

，保持

的电流．电势差定向移动持续三、恒定电场1．定义：由稳定分布的

所产生的稳定的电场．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

都不随时间发生变化．在静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用．电荷电源导线场强四、恒定电流

、

都不随时间变化的电流称为恒定电流．1．电流的定义： 2．公式：

.3．国际单位：

；常用单位还有

大小方向单位时间内通过某导体横截面的电荷量．I＝q/t安培毫安、微安．一、对电流概念的理解1．电流虽有大小和方向，运算遵循代数法则，但不是矢量．2．q＝It是求电荷量的重要公式，其变形公式I＝求出的是电流在时间t内的平均值，对恒定电流来说，其瞬时值与平均值相等．3．电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，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．不能说I∝q，I∝，因为由I＝nq′Sv(决定式)，可知I与q及t无关．计算电流时，首先要分清形成电流的电荷种类，是只有正电荷或负电荷，还是正、负离子同时存在．其次要注意计算电流大小时，只需代入电量的绝对值．另外公式是I＝q/t而不是I＝q/(St)．

特别提醒二、电流的微观表达式如图2－1－1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，每个自由电荷所带的电荷量为q.图2－1－11．由I＝nqSv可以看出，导体面积越大的位置电荷定向移动的速率越小．2．公式I＝nqSv是由I＝推导出来的，适合于从微观出发研究电流的大小．其中n为导体单位体积内的自由电荷数．特别提醒三、三种速率的比较1．电子定向移动的速率(1)物理意义：电流就是由电荷的定向移动形成，电流I＝neSv，其中v就是电子定向移动的速率，一般为10－5m/s的数量级(2)大小：10－5m/s2．电子热运动的速率(1)物理意义：构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动的速率数量级为105m/s(2)大小：105m/s3．电流传导的速率(1)物理意义：等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速c建立恒定电场，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．(2)大小：3×108m/s由于电荷定向移动的速率很小，所以当电路闭合后，电荷并不是瞬间从电源运动到用电器，而是瞬间在系统中形成电场，使导体中所有自由电荷同时做定向移动形成电流．

特别提醒以下说法正确的是 (

)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形成的例1类型一对电流概念的理解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【思路点拨】本题从形成持续电流的原因及三种速率的区别分析解答．【解析】

要有持续电流必须有持续的电压，A不对；导体中形成电流的原因是导体两端加上电压，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；电流的传导速率等于光速，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．【答案】

B1．关于电流，以下说法正确的是 (

)A．通过截面的电荷量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变式拓展解析：选D.根据电流的概念，电流是单位时间内通过导体横截面的电荷量，故A错；规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，负电荷(如电子)定向移动的方向与电流的方向相反，故B错；形成电流的原因是导体内的自由电荷做定向运动，如果两端没有电压，导体内的自由电荷只能做无规则热运动，故C错，D对．

如图2－1－2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？图2－1－2例2类型二公式 的应用【思路点拨】电流是单位时间内通过某一导体横截面的电荷量，从题意中可知电流是正、负离子同时定向移动形成，故电荷量应为正、负电荷量的绝对值之和．【答案】方向由A指向B

0.16A【思维总结】由

求解I值的关键是找出某一截面积经过t时间所通过的电荷的电量，而在电解液导体中，形成电流的自由电荷是正、负离子，所以q表示的是通过的正负离子电量的绝对值之和．2．一个半径为r米的细橡胶圆环，均匀地带上Q库仑的负电荷，当它以角速度ω(弧度/秒)绕中心轴线顺时针匀速转动时，环中等效电流的大小为 (

)变式拓展

有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子定向移动的速率为v，则在Δt时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为 (

)例3类型三电流微观表达式I＝nqSv的应用【答案】

AC【思维总结】在电流的微观表达式I＝nqSv中，n为导体单位体积内的自由电荷数，是由导体本身的材料决定的，与导体的长度和横截面的大小无关．3．一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，以下说法中正确的是 (

)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

变式拓展C．自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD．自由电子定向移动的速率为

解析：选D.电流在导体内的传导速率等于光速，而自由电子定向移动的速率远小于光速，所以C错．自由电子在金属内无规则热运动的速率v0与金属导体的温度有关，它与电流无关，故A错．当n为单位体积内的自由电子数时，I＝neSv，当n为单位长度内的自由电子数时，I＝nev，故B错D正确．1．下列叙述中正确的是 (

)A．导体中电荷运动就形成电流B．国际单位制中电流的单位是安C．电流强度是一个标量，其方向是没有意义的D．对于导体，只要其两端电势差不为零，电流必定不为零解析：选BD.电流产生的条件包括两个方面：一是有自由电荷；二是有电势差．导体中有大量的自由电子，因此只需其两端具有电势差即可产生电流，在国际单位制中电流的单位为安．2．关于电流的方向，下列说法中正确的是 (

)A．电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端B．电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端C．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同D．电容器充电时，电流从负极板流出，流入正极板答案：AD3．金属导体中有电流时，自由电子定向移动的速率为v1，电子热运动速率为v2，电流的传导速率为v3，则 (

)A．v1最大 B．v2最大C．v3最大 D．无法确定解析：选C.电场传播的速率(或电流的传导速率)等于光速，而电子无规则热运动的速率，常温下数量级为105m/s，自由电子定向移动的速率数量级一般为10－5m/s，所以C选项正确．4．给一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电，下列说法正确的是 (

)A．粗的地方电流大，细的地方电流小B．粗的地方电荷定向移动速率大，细的地方小C．各处的电流大小相同D．粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大解析：选CD.同一根导线上的电流相等，故C对．由I＝nqSv知，D对．5．如图2－1－3所示，电解池内只含有一种CuCl2电解质的电解液，ts内通过溶液内截面S