人教版高中物理选修3-1第二章-恒定电流精品教案(整套)(22页).doc
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1、-第 1 页人教版高中物理人教版高中物理选修选修3-1第二章第二章-恒定电流精品教恒定电流精品教案案(整套整套)-第 2 页人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-13-1第二章第二章 恒定电流恒定电流精品教案精品教案(整套整套)一电源和电流一电源和电流要点导学要点导学1.能把电子从正级搬运到负级的装置是_。2.恒定电场: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。尽管导线中的电荷在运动,但有的流走,另外的又来补充,所以电荷的分布是稳定的,电场的分布也不会随时间变化。这种由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称为恒定电场。3形成电流的必要条件:(1)要有能自由移动的_。在导体中存在着
2、大量的能自由移动的电荷,如金属导体中的_,电解液中的_等。(2)导体两端有_,即能产生驱使电荷作定向移动的作用力电场力。电源的作用就是保持导体两端的电压,从而使电路中有持续的电流。4电流的定义:通过导体横截面的电量跟所用时间的比值叫电流,表达式I=q/t。电流的单位:安(A),1A1C/s,常用单位还有毫安(mA)、微安(A),1A=103mA=106A。在国际单位制中,电流是一个基本物理量,其单位安培是基本单位之一。5电流的方向:规定正电荷定向移动的方向为电流方向。在金属导体中,电流方向与电子定向移动的方向_。但电流是标量,电流的方向表示的是电流的流向,电流的叠加是求代数和,而不是矢量和。6
3、恒定电流:大小和方向都不随时间变化的电流。7电流的微观表达式:I=nqvS。其中,n 是导体每单位体积内的自由电荷数,q 是每个自由电荷的电量,v 是导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率,S 是导体的横截面积。推导过程如下:如图1211所示,在加有电压的一段粗细均匀的导体 AD 上选取截面 B 和 C,设导体的截面积为 S,导体每单位体积内的自由电荷数为 n,每个电荷的电量为 q,电荷的定向移动速率为 v,则在时间 t 内处于相距为 vt 的两截面 B、C 间的所有自由电荷将通过截面 C。由于 I=q/t 可得:I=qnSvt/t=nqvS范例精析范例精析例例1 1 某电解池中,若在2 s 内
4、各有1.01019个二价正离子和2.01019个一价负离子通过某截面,那么通过这个截面的电流是()AOB0.8 AC1.6 AD3.2 A解析:解析:电荷的定向移动形成电流,但“+”“一”电荷同时向相反方向定向移动时,通过某截面的电量应是两者绝对值的和。故由题意可知,电流由正、负离子定向运动形成,则在2 s 内通过截面的总电量应为:q=1.610-1921.01019C+1.610-1912.01019C=6.4C。根据电流的定义式得:I=q/t=6.4/2=3.2A-第 3 页拓展:拓展:电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电量,而正电荷的定向移动形成电流与负电荷定向移动形成电流是等效的
5、。只不过负电荷定向移动形成电流的方向与负电荷定向移动的方向相反而已。例例2 2 电子的绕核运动可等效为环形电流。若氢原子中的电子以速率 v 在半径为 r的轨道上运动,用 e 表示电子的电荷量,则其等效电流等于多少?解析:解析:假想电子绕核运动的轨迹就是一个环形导体,在运动的轨迹上任取一截面,则在一个周期内只有一个电子通过这个截面,由于电子电荷量题目已经给出,只要求出电子运动的周期,就可以根据电流的定义求解。根据圆周运动的知识可知,电子运动的周期为T=2r/v,因此所求电流为I=e/T=ev/2r.拓展:拓展:本题用到前面所学有关圆周运动的基本知识,还用到一种等效的思维方法。由于没有直观经验,对
6、于不少学生来说,采用这个思维方法是有一定难度的,因此本题作为一种类型,希望学生通过练习积累这种解题思路,在今后解决类似问题时可以采用相近的思维方法。例如:一电子沿一圆周顺时针方向高速运动,周期为1010s,则等效电流大小为A,电流方向是(填“顺时针”或“逆时针”)。答案:1.610-9,逆时针例例3 有一横截面积为 s 的铜导线,流经其中的电流强度为 I;设每单位体积的导线中有 n 个自由电子,电子的电量为 e,此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可表示为()Anvs tBnvtCIt/eD It/se解析:解析:因为 I=q/t,所以 q=It自由电子数目为:
7、N=q/e=It/e,则选项 C 正确。又因为电流强度的微观表达式为 I=nevs,所以自由电子数目为N=q/e=It/e=nevst/e=nvs t则选项 A 正确。拓展:拓展:本题主要考查电流强度的定义式和微观表达式的应用计算。求解此题的关键是对电流的本质要有深刻的认识,依据电流强度的宏观和微观表达式,灵活运用解题。能力训练能力训练11毫安=_安,1微安=_安。110-3110-62把规定为电流的方向,在金属导体中,电流方向与自由电子定向移动的方向。在电解质溶液中,电流的方向与正离子定向移动的方向,与负离子定向移动的方向。正电荷定向移动的方向;相反;相同;相反-第 4 页3关于电源的作用,
8、下列说法正确的是(BCD)A.电源的作用是能为电流提供自由电子B.电源的作用是使导体中形成电场C.电源的作用是能够保持导体两端的电压D.电源的作用是使自由电荷定向移动起来4下列叙述正确的是(BD)A导体中电荷运动就形成电流B电流的国际单位是安培C因为电流强度有方向,所以电流强度是矢量D导体中有电流通过时,导体内部场强不为零5关于电流的方向,下列说法正确的是(C)A在金属导体中,电流的方向是自由电子定向移动的方向B在电解液中,电流的方向为负离子定向移动的方向C无论在何种导体中,电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反D在电解液中,由于是正负电荷定向移动形成的电流,所以电流有两个方向6关于电流的说法
9、正确的是(BD)A根据 I=q/t 可知,I 与 q 成正比B如果在任何相等时间内通过导体横截面积的电量相等,则导体中的电流是恒定电流C电流强度是一个标量,其方向是没有意义的D电流强度的单位“安培”是国际单位制中的基本单位7以下对导体中的电场理解正确的是(ABD)A导体内的电场在稳定时是和导线平行的B导体内的电场由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成C导线中电场始终随时间而变化D导体内的电场是一种动态的稳定8通过一根金属导线的电流为16mA则10s 内通过这根导线横截面的自由电子数为(B)A1.01017B1.01018C1.01019D1.010209在某次闪电中,持续时间为0.005
10、s 所形成的平均电流为6.0104A,若闪电过程中产生的电荷以0.5A 的电流通过电灯,试求可供电灯照明的时间。610310.银导线的横截面积 S=4mm2,通以 I=2A 的电流,若每个银原子可以提供一个自由电子,试推导银导线单位长度上的自由电子数的计算公式,并计算结果.(已知银 的 密 度=10.5103kg/m3,摩 尔 质 量 M=108g/mol,阿 伏 伽 德 罗 常 数NA=6.021023mol-1,计算结果取1位小数)NAS/M,21023-第 5 页二电动势要点导学要点导学1电源:从能的转化角度来看,电源是通过非静电力做功把其它形式能转化为电势能的装置。2电源的电动势:各种
11、电源把其它形式的能转化为电势能的本领是不同的,这种本领可用电源电动势来描述,电动势在数值上等于非静电力把1C 的正电荷在电源内从负极移到正极所做的功。3电源电动势的定义式:如果移送电荷 q 时静电力所做的功为 W,那么电动势 E 表示为 EW/q。式中 W、q 的单位是焦耳(J)、库仑(C);电动势 E 的单位是伏特(V)。对某个电源来说 W/q 是个定值(流过电量 kq,电源提供电能 kW),对不同的电源来说,流过相同的电量时,电源提供的电势能越多(即 W/q 越大),则电源转化能的本领大,也就是电源电动势大。一节干电池的电动势为1.5V,其物理意义是电路中流过电量为1C 时,干电池将化学能
12、转化为电势能的量是1.5J.4电源电动势的大小等于没有接入电路时两极间的电压。电动势的大小可以用内阻极大的伏特表粗略测出。5电动势的符号是 E,国际单位是伏特;是一个标量,但有方向,在电源内部由负极指向正极。-第 6 页6电源内阻:电源内部也是由导体组成的,所以也有电阻,这个电阻叫电源内阻。对同一种电池来说,体积越大,电池的容量越大,其内阻越小。电池的内阻在使用过程中变化很大。范例精析范例精析例例1:有一电流表零刻度在表盘中央,已知电流从正接线柱流入,从负接线柱流出时,电流表指针向右偏,现将该电流表接入如图1221所示电路,合上开关,发现电流表指针向左偏,试判断电源的正、负极。解析:解析:可根
13、据电流的方向来判断电源的正负极,在电源外部电流从电流从正极流向负极,由于电流表的指针向左偏,说明电流表中的电流是从负接线柱流向正接线柱,也就是说,在电源的外部电流从 b流向 a,所以电源的 b 是正极,a 是负极。拓展拓展:解题关键是根据电流表指针的偏转方向来判断电流的方向,实际上是要求学生理解电流方向与电源正负极间(电势高低)的关系,从而灵活动用。例例2:关于电源的电动势,下面说法正确的是()A电动势是表征电源把其它形式的能转化为电能本领的物理量B电动势在数值上等于电路中通过1C 电量时电源提供的能量-第 7 页C电源的电动势跟电源的体积有关,跟外电路有关D电动势有方向,因此电动势是矢量解析
14、:解析:由电动势的物理意义可知,电动势是表征电源把其它形式的能转化为电能本领的物理量,它在数值上等于电源没有接入电路时其两极间的电压,也等于电路中通过1C 电量时所提供的能量;电动势由电源中非静电力的特性决定,跟电源的大小无关,跟外电路也无关;电动势虽然有方向,但电动势是标量。正确答案是:AB拓展:拓展:理解电动势的概念,知道电动势的含义是正确解题关键。能力训练能力训练1 用干电池与电阻串联组成闭合电路,电路中的能量转换情况是:在干电池的内部,非静电力移送电荷做功,_能转化为_能,正电荷从电源的正极经外电路、内电路再到电源正极绕行一周,电场力做功,_能转化为_能。化学,电,电,热2下列关于电源
15、电动势的说法正确的是(ACD)A电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压B电源内,电源把其它形式的能转化为电能越多,其电动势也越-第 8 页大C 电动势是表示电源把其它形式的能转化为电能本领大小的物理量D电源的内阻和其它电阻一样都对电流起阻碍作用3下列说法正确的是(CD)A从能量的观点来看,电源是把电势能转化为其它形式的能的装置B电源电动势的大小,等于非静电力在电源内部把正电荷从负极送到正极所做的功的大小C电动势是标量D电动势的大小可以用内阻很大的伏特表粗略测出4铅蓄电池的电动势为2V,这表示(ACD)A电路通过1库仑电量,电源把2焦耳的化学能转化为电能B电池内电压是2VC电源没有接入电路
16、时,其两极间的电压是2VD把化学能转化为电能的本领比一节干电池大5沿闭合电路移动单位电荷绕行一周,其所需能量决定于(D)A电流-第 9 页B外电路的电阻C内外电路的电阻D电源电动势6一台发电机用1A 的电流向外输电,在1分钟内将180焦耳的机械能转化为电能,则发电机的电动势是多少?180V7铅蓄电池给某电学元件供电时,电流为0.5A,在某次接通开头的10s 时间内,铅蓄电池中有多少化学能转化为电能?10J三欧姆定律三欧姆定律要点导学要点导学1电阻:表征导体对电流阻碍作用的物理量。符号常用 R 表示,电阻的单位:欧姆,简称欧,符号是,11V/A,常用单位还有千欧(k)和兆欧(M),1M=103k
17、=106。2欧姆定律的内容:导体中的电流 I 跟导体_,跟导体中的_。公式表示:I=_。欧姆定律的适用范围:金属导电和电解液导电,对气体导电不适用。3导体的伏安特性曲线:导体中的电流 I 随导体两端的电压 U 变化的图线,叫做导体的伏安特性曲线,如图1231所示。图线斜率的物理意义:斜率的倒数表示电阻,即 tan=I/U=1/R4测量小灯泡伏安特性曲线的电路选择:-第 10 页由于小灯泡的电阻较小,为减小误差,可采用安培表外接法,教师要引导学生讨论,选安培表外接法还是内接法?为什么选外接法?让学生学到的知识、方法在新情景中运用,提高学生运用知识解决问题的能力。本实验教材中滑动变阻器采用限流接法
18、,电阻 R 串联在电路中,即使把 R 的值调到最大,电路中还有一定的电流,因此实验绘出的伏安特性曲线缺少坐标原点附近的数据。若要求小灯泡的电压变化范围较大(从零开始逐渐增大到接近额定电压),则滑动变阻器可采用分压接法。教师要引导学生进行分析,让学生知道电压如何变化,并知道接通电路前,滑动触点应放在何处。滑动变阻器采用分压接法的实验电路图如图1232所示。5实验电路的连接:这是学生进入高中第一次做恒定电流实验,在连接电路上要给予学生适当的帮助。接线顺序为“先串后并”。电表量程选择的原则是:使测量值不超过量程的情况下,指针尽量偏转至3/4量程处。电路接好后合上电键前要检查滑动变阻器滑动触点的位置,
19、使开始-第 11 页实验时,小灯泡两端的电压为最小。6数据的收集与处理合上电键后,移动滑动变阻器的滑动触点,改变小灯泡两端的电压,每改变一次,读出电压值和相应的电流值。可以引导学生设计记录数据的表格。U/VI/A在坐标纸上,将表格中的数据,用描点法画出U-I图线。范例精析范例精析例例1.电路中有一段导体,给它加上3V 的电压时,通过它的电流为2mA,可知这段导体的电阻为_;如果给它加上2V 的电压,则通过它的电流为_ mA;如果在它两端不加电压,它的电阻为_。解析:解析:导体中的电流随电压的变化而变化,但对于一确定的电阻而言,其电阻不随电压的变化而变化,也与导体中有无电流无关。由欧姆定律 I=
20、U/R 得:R=U/I=3/(210-3)=1500()。导体的电阻不随所加的电 压 变 化 而 变 化,并 与 是 否 通 电 无 关,所 以 当 U=2V 时,I=U/R=3/1500=1.3310-3(A)=1.33A。在不加电压时,电阻仍为1500。拓展:拓展:对于欧姆定律 I=U/R 我们可以说:电流与电压成正比,与电阻成反比;但根据欧姆定律的公式变形 R=U/I,我们就不能说:电阻与电压成正比,与电流成反比。因为电阻是描述导体阻碍电流本领大小的-第 12 页物理量,与导体中有无电流无关。至于电阻的大小与哪些因素有关,通过今后的学习,我们可以知道是由导体的本身以及温度来决定。另外,在
21、掌握物理学公式时,不能仅仅从数学角度去理解,还要注意理解一些物理量本身的、物理学的内在含义。例例2 2:关于电流和电阻,下列说法中正确的是()A电流的方向与导体中电荷的定向移动方向相同B金属导体温度升高时,由于自由电子的热运动加剧,所以电流增大C由 R=U/I 可知,I 一定时,导体的电阻 R 与 U 成正比,U 与 I 成反比D对给定的电阻,比值 U/I 是一个定值,反映导体本身的一种性质答案:D例例3.两电阻 R1、R2的 I-U 图线如图1233所示,由图可知两电阻的大小之比 R1:R2_。当通过两个电阻的电流相等时,两个电阻两端的电压之比 U1:U2_。当加在两个电阻上的电压相等时,通
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