高中物理选修1-1《电流和电源》教案

  高中物理选修1-1《电流和电源》教案

  教学准备

  教学目标

  教学目标】

  1. 知道电源在直流电路中的作用

  2.知道恒定电流的定义、单位

  3.从微观角度理解导体中电荷定向移动与电流之间的关系。

  教学重难点

  重点:电流的概念

  难点:从微观角度理解导体中电荷定向移动与电流之间的关系。

  教学过程

  【自主预习】

  1.电源

  观察教材图2.1-1,A、B分别带正负电荷,如果在它们之间连接一条导线R,导线R自由电子会在静电力的作用下定向移动(电流),电子移动方向为 (填A→B或B→A),若要保持持续的定向移动(电流),A、B需有一个装置,使A、B周围的空间始终存在一定的电场,能使A、B间维持一定的电势差的装置称为 。

  2.恒定电场

  导线内的电场是由 、 等电路元件所积累的电荷共同形成的,电荷的分布是稳定的,电场的分布也不会 。

  由 的电荷所产生的 的电场,称为恒定电场,

  3.恒定电流

  由于 的作用,导体中自由电荷定向运动的速率 ,而运动过程中会与导体内不动的粒子 从而减速,总体来说自由电荷定向运动的 不随时间变化。把 、 都不随时间 的电流称为恒定电流。

  I表示电流,q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量,它们间的关系式为:_______。电流的单位为 ,简称 ,符号是 ,常用的电流单位还有 和 。

  【典型例题】

  一、形成电流的条件

  【例1】如图验电器A带负电,验电器B不带电,用导体棒连接A、B的瞬间,下列叙述中错误的是( )

  A、有瞬时电流形成,方向由A到B

  B、A、B两端的电势不相等

  C、导体棒内的电场强度不等于零

  D、导体棒内的自由电荷受电场力作用做定向移动

  一、电流的定义

  【例2】 已知电子的电荷量为e,质量为m,氢原子的核外电子在原子核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动,则电子运动形成的等效电流大小为多少?

  二、电流的微观表达式

  【例3】 有一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流强度为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.nvSΔt         B.nvΔt

  C.IΔt/q D.IΔt/Sq

  【例4】如图所示的电解槽中,如果在4s内各有8c的正、负电荷通过面积为0.8㎡的横截面AB,那么⑴在图中标出正、负离子定向移动的方向;

  ⑵电解槽中的电流方向如何?

  ⑶4s内通过横截面AB的电量为多少?

  ⑷电解槽中的电流为多大?

  【课后练习】

  1.形成持续电流的条件是( )

  A.只要有电压加在物体的两端

  B.必须保持导体两端有电压

  C.只在导体两端瞬时加电压

  D.只要有大量的自由电荷

  2.在由电源、导线等电路元件所形成的电路中,以下说法正确的是 ( )

  A.导线中的电场强度处处为零

  B.导线中的电场强度方向跟导线方向平行

  C.导线内各点的电势相等

  D.导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低

  3.以下说法正确的是( )

  A.导体中的电流是正电荷的定向移动形成的

  B.电荷定向移动的速率等于电流的传导速率

  C.单位时间内通过导体横截面的电荷数越多电流越大

  D.导体中越粗的地方单位时间内通过导体横截面的电荷数越多电流越大

  4.某电解池,如果在1s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1m2的某截面,那么通过这个截面的电流是( )

  A.0 B.0.8A C.1.6A D.3.2A

  5.导体中电流I的表达式为I=nqSv,其中S为导体的横截面积,n为导体每单位体积内的自由电荷数,q为每个自由电荷所带的电荷量,v是(   )

  A.导体运动的速率

  B.电流传导速率

  C.自由电荷定向移动的速率

  D.电子热运动速率

  6.下列说法中不正确的是(  )

  A.导体中有电荷运动就形成电流

  B.电流的方向一定与负电荷的定向移动方向相反

  C.对于导体,只要其两端有电压就有电流

  D.国际单位制中电流的单位是安

  7.将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来,已知截面积S铝=2S铜.在铜导线上取一截面A,在铝导线上取一截面B,若在1 s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的大小关系是(  )

  A.IA=IB         B.IA=2IB

  C.IB=2IA D.不能确定

  8.在示波管中,电子枪2 s内发射了6×1013个电子,则示波管中电流的大小为(  )

  A.4.8×10-6 A B.3.0×10-13 A

  C.9.6×10-16 A D.3.0×10-6 A

  9.一个半径为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(  )

  A.Q B.Q2π C.Qω2π D.2Qωπ

  10.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 .导线内的电场E是电源电场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

  11.半径为R的橡胶圆环均匀带正电,总电荷量为Q,现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动,则由环产生的等效电流判断正确的是(  )

  A.若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍,则等效电流也将变为原来的2倍

  B.若电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍,则等效电流也将变为原来的2倍

  C.若使ω、Q不变,将橡胶环拉伸,使环半径增大,等效电流将变大

  D.若使ω、Q不变,将橡胶环拉伸,使环半径增大,等效电流将变小

  12.在显像管的电子枪中,从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为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.求在刚射出加速电场时,一小段长为ΔL的电子束内电子个数是多少?

  答案:

  例1.答案 e22πr2mkmr

  解析 所谓等效电流,就是把电子绕核运动单位时间内的电荷量通过圆周上各处看成是持续运动时所形成的电流,根据电流强度的定义即可算出等效电流的大小.

  截取电子运动轨道的任一截面,在电子运动一周的时间T内,通过这个截面的电荷量q=e.则有:I=qt=eT

  再由库仑力提供向心力,有:ke2r2=m4π2T2r得

  T=2πre mrk

  解得I=e22πr2mkmr

  例2答案 AC

  解析 此题考查对电流强度公式I=q/t的理解及电流强度的微观表达式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vΔtS.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,故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IΔt/q,故C也正确.

  例3解析:⑴电源与电解槽中的两极相连后,左侧电极电势高于右侧电极,由于在电极之间建立电场,电场方向由左指向右,故正离子向右移动,负离子向左移动

  ⑵电解槽中的电流方向向右

  ⑶8C的正电荷向右通过横截面AB,而8C的负电荷向左通过该横截面,相当于又有8C正电荷向右通过横截面,故本题的答案为16C

  ⑷由电流强度的定义I= =4A

  课后检测

  1。D 2.BD 3.C 4.D

  5. 答案 C

  解析 从微观上看,电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、电荷量、定向移动速度,还与导体的横截面积有关,故选C.电荷的定向移动形成电流,这个定向移动的速率都是电流微观表达式I=nqSv中的v.

  6. 答案 A

  7. 答案 A

  解析 这个题目中有很多干扰项,例如两个截面的面积不相等,导 线的组成材料不同等等.但关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等,根据I=qt可知电流强度相等.

  8.答案 A

  解析 电子枪2 s内发射了6×1013 个电子,则2 s通过示波管横截面的电子数为6×1013个,因此电流I=6×1013×1.6×10-192 A=4.8×-6 A.

  9.答案 C

  解析 负电荷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,因此应用电流的定义式I=qt,再结合圆周运动相关的知识即可求解.T=2πω,I=qt=QT=Qω2π.

  10. 答案 B

  11. 答案 AB

  解析 截取圆环的任一截面S,如右图所示,在橡胶圆环运动一周的时间T内,通过这个截面的电荷量为Q,则有:I= =

  又T= ,所以I=

  由上式可知,选项A、B正确.

  12.答案 IΔLem2eU

  解析 根据动能定理eU=12mv2①

  根据电流定义公式q=It=ne②

  根据题意t=ΔLv③

  解①②③得n=IΔLem2eU

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