1、物 理 选修3-1 人教版新课标导学第二章恒定电流 情 景 切 入现代家庭离不开电。电荷为什么会流动？电荷流动服从什么规律？产生哪些效应？怎样才能做到安全用电和节约用电？这一章我们就来探究恒定电流的基本规律。知 识 导 航本章是在上章场强、电势、电势差(电压)、电场力做功的基础上，分析和研究直流电路的基本规律。本章知识在实际中有广泛而重要的应用，不但是学习后续知识的基础，而且是学习电工和电子技术的基础，在日常生活中也经常用到。本章内容可分为三部分：第一部分以部分电路欧姆定律为中心，主要研究直流电路的基本参量、串并联电路的规律、伏安法测电阻、电功和电热等问题；第二部分以闭合电路的欧姆定律为中心，
2、主要研究了电源的作用、闭合电路中功率的分配和能量转化关系、电路的分析和计算等问题；第三部分以电流表、电压表、滑动变阻器等电工仪表的使用为中心，结合学生实验，研究了仪器的选择和使用，数据的处理和误差分析等问题。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。学 法 指 导1.注重基本概念、基本规律的理解本章有电阻、电流、电压、电动势、电功率、电热、电阻率等七个概念，要结合实例深刻理解它们，确切明白这些概念的物理意义、特点。对于部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律两个基本定律，一定要能够结合具体的电路灵活运用。2.要注意研究方法的学习在本章学习中要掌握分析解决问题的方法，比如动态
3、分析法、等效法的应用，模型的转化，非电学量和电学量的转化，以及极限法、赋值法的应用技巧等。3.要注重加强实验能力的提高高考考查的四个电学实验，全部属于本章内容，要认真做实验，要从基本原理、基本方法入手，循序渐进，逐步掌握。要学会正确使用电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等基本实验仪器，要切实掌握各种仪器的原理、使用方法、注意事项才能以不变应万变。1 电源和电流素养目标定位理解电源的形成过程，知道电源在电路中的作用理解恒定电场和恒定电流的形成过程。知道恒定电场与静电场相同 掌握电荷量、电流、通电时间等物理量之间的关系素养思维脉络1 课前预习反馈 2 课内互动探究 3 核心素养提升 4
4、课内随堂达标 5 课后课时作业 课前预习反馈1定义电源是不断把负电荷从_搬运到_从而维持正负极之间一定_的装置。2电源的作用(1)维持电路的两端有一定的_。(2)使电路中保持_电流。知识点 1电源正极负极电势差电势差持续1定义由电路中稳定分布的_所产生的稳定电场。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。知识点 2恒定电场电荷电源导线电场强度1电流(1)概念：电荷的_形成电流。(2)物理意义：反映了电流的_程度。(3)符号及单位：用符号_表示，单位是_，符号为_。常用的电流单位还有_(mA)、_(A)，换算关系为：1
5、A103 mA106 A。(4)表达式：_。(5)电流的方向：规定_定向移动的方向为电流的方向，负电荷定向移动的方向为电流的_。知识点 3恒定电流定向移动强弱I安培A毫安微安Iqt正电荷反方向2恒定电流(1)概念：大小、方向都_的电流。(2)形成：恒定电场使自由电荷定向移动速率_，自由电荷与导体内不动的粒子碰撞，阻碍自由电荷定向移动，使自由电荷速率_，最终表现为自由电荷_不变。3电流的微观表达式I_。不随时间变化增加减小平均速率nqSv判一判(1)电源能把其他形式的能转化为电能。()(2)必须有电源，自由电荷才能在电路中移动。()(3)恒定电场就是匀强电场。()(4)恒定电场形成后电路中的电荷
6、不再发生移动。()(5)因为电流有大小又有方向，所以电流是矢量。()(6)通过导体截面的电荷量越多，电流越大。()(7)电流的方向与电荷定向移动的方向相同。()思考辨析选一选(2019陕西省南郑中学高二上学期期中)如图所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为()Avq Bqv CqvS Dqv/SA解析：在运动方向上假设有一截面，则在t时间内通过截面的电荷量为Qvtq等效电流IQt vq故A正确。想一想雷鸣电闪时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但持续极短的时间，而手电筒的小灯泡却能持续
7、发光。这是为什么？提示：雷电是云层间或云层与地之间的电压达到一定值时将空气击穿所产生的放电现象，所形成的电流是瞬时电流。手电筒中因为电源的作用，小灯泡中有持续电流而持续发光。课内互动探究探究一 对电流的理解如图所示，电路接通时灯泡发光，在电路中形成电流，请思考：在电路中产生持续电流应具备什么条件？其电流大小如何计算？1提示：电路中有电源且电路闭合；Iqt1电流的形成：(1)形成原因：电荷的定向移动。(2)形成条件：导体两端有电压。(3)电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。2电流的方向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与电流的方向相反，金属导体中自由移动的
8、电荷是自由电子，故电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。3电流的大小(1)Iqt 是电流的定义式，InqSv是电流的决定式，故电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关。(2)qIt是求电荷量的重要公式，而公式Iqt 求出的是电流在时间t内的平均值，对于恒定电流其瞬时值与平均值相等。(3)电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I qt 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电流是标量电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则，电流不是矢量而是标量。特别提醒：计算电流时，要注意定向移动的电荷种类，是正电荷或负电荷，还是正、负
9、电荷同时存在。(2019上海市金山中学高二上学期期中)某电解池中，如果在1 s内共有51018个二价正离子和11019个一价负离子通过面积为0.1 m2的某截面，那么通过这个截面的电流是()A0 B0.8 A C1.6 A D3.2 AD典例 1解题指导：电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I qt 时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。解析：由题，1 s内通过截面正离子的电量为q12n1e，负离子的电量绝对值为q2n2e，则电流为I q1q2t 2n1n2et，将n151018个，n211019个，e1.61019 C，t1
10、 s代入解得，I3.2 A。故选D。C对点训练1(2019新疆建设兵团一师高二上学期期中)下列说法正确的是()A导体中电荷的运动就会形成电流B电子运动的速率越大，电流越大C单位时间内通过导体截面的电量越多，导体中的电流越大D根据电流的公式Iqt，电流和电荷量成正比，电流与时间成反比解析：导体中电荷的定向移动就会形成电流，选项A错误；根据Inesv可知，电子运动的速率越大，电流不一定越大，选项B错误；根据Iq/t可知，单位时间内通过导体截面的电量越多，导体中的电流越大，选项C正确；电流的公式I qt，采用的是比值定义法，电流的大小与通过横截面的电量、通电时间无关。故D错误。故选C。探究二 电流的
11、微观解释小明同学说：“家中的电路开关闭合的瞬间用电器立即工作，说明导线中电荷从开关跑到用电器的时间极短，电荷的定向移动速度极大。”你同意小明的观点吗？说说你的看法。2提示：不同意。电流的形成是电子在速率很大的无规则热运动上附加一个速率很小的定向移动，电路闭合时，瞬间在系统中形成电场，使导体中所有自由电荷同时定向移动，并不是电荷瞬间从电源运动到用电器。1建立模型如图所示，AB表示粗细均匀的一段导体，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，设导体的长度为L，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。2理论推导导体AB中的自由电荷总数：NnLS总电
12、荷量：QNqnLSq所有这些电荷都通过横截面所需要的时间：tLv导体AB中电流为IQt nLSqLvnqSv。3结论由此可见，从微观上看，电流的大小不仅取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关。4两个公式的比较：IqtInqSv公式性质定义式决定式电流的意义时间t内的平均电流某时刻的瞬时电流描述的角度大量电荷定向移动的宏观表现形成电流的微观实质联系由Iqt可导出InqSv(多选)(2019广东省台山市华八侨中学高二上学期期中)横截面积为S的导线中通有电流I，已知导线每单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量是e，自由电子定向移动
13、的速率是v，则在时间t 内通过导线横截面的电子数是()AC典例 2AnSvt Bnvt CIte DItSe解题指导：在t时间内通过导体横截面的电子数为体积Svt中的自由电子数，或由电流的定义式Iqt，求出t时间内通过的电荷量也可以求出电子数。解析：根据电流的定义式可知，在t内通过导线横截面的电荷量qIt，在这段时间内通过的自由电子数为NqeIte自由电子定向移动的速率是v，因此在时间t内，位于以横截面为底、长lvt的这段导线内的自由电子都能通过横截面，如图所示，这段导线的体积VSlSvt，所以t内通过横截面的自由电子数为NnVnSvt。综上可知，A、C正确。对点训练2(2019湖北省襄阳市高
14、二上学期检测)一段粗细均匀的导线的横截面积为S，导线内自由电子的电荷量为e，导线单位长度内自由电子数为n，自由电子做无规则运动的速率为v，单位时间内通过某一横截面的自由电子数为N。则导线中的电流为()AneSv BnevCNDNeD解析：若由电流的微观表达式InqSv来解，本题中IneSv，其中n应为单位体积内的自由电荷数，v应为电子定向移动的速率，t时间内通过导线某一横截面的自由电子数为nvt，电荷量Qnvte，则电流IQt nev，故A、B错误；由电流定义式Iqt可知INe，故C错误，D正确。核心素养提升导体内三种速率的比较电子定向移动的速率电子热运动的速率电流传导速率物理意义电流是自由电
15、荷的定向移动形成的，IneSv，其中v就是电子定向移动的速率，其大小与导体两端的电压及导体本身的因素有关。构成导体的电子在永不停息地做无规律运动，由于热运动向各个方向的机会相等，故不能形成电流。温度越高，电子热运动的平均速率越大。闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速建立恒定的电场，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。大小 一般数量级为 10 5m/s常温下其数量级为105m/s等于光速，即恒为3108m/s如图所示为一质量分布均匀的长方体金属导体，在导体的左右两端加一恒定的电压，使导体中产生一恒定电流，其电流的大小为I。已知金属导体的横截面积是S，导体单位长度的自由电子数为n，金属内的自由电子的电荷量为e，自由电子做无规则热运动的速率为v0，则下列说法中正确的是()D案 例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v IneSC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v Ine解析：本题考查的是对电流微观表达式InqSv的理解，关键是理解v和n的物理意义，式中n为单位体积内自由电子数，而本题n为单位长度内的自由电子数，t时间内通过导体某一横截面的自由电子数是长度为vt内的自由电子，其数量为nvt，电荷量qnvte，所以电流Iqtnev，所以v Ine，故选项D正确。
