高二物理導學案
11.1 電源與電流
【情景導入】
電閃雷鳴時，強大的電流使天空不時發出耀眼的閃光，但它只能存在于一瞬間，而手電筒中的小燈泡卻能持續發光，這是為什么？
【核心素養】
1、科學思維：根據電荷的移動，定義電流概念。
2、科學探究：根據電荷定向移動條件，探究電流形成條件。
【學習目標】
1、知道電源的作用，掌握電流的形成條件，知道恒定電流的概念。
2、知道電流的定義、單位及方向的規定，會用公式I＝ 分析相關問題。
3、電流形成的微觀解釋及微觀表達式的使用。
【導讀提綱】
電源：
1、概念：電路中在電場力作用下能把電 子 從A搬運 到B的裝置。
2、作用
(1)移送電荷，維持電源正、負極間有一定的電勢差 。
(2)保持電路中有持續 的電流。
恒定電流：
1、恒定電場
(1)定義：由電路中穩定分布 的電荷所產生的穩定的電場。
(2)特點：電荷的分布是穩定的，電場的分布 不會隨時間變化。
2、恒定電流
(1)定義：大小、方向 都不隨時間變化的電流。
(2)形成：恒定電場的作用下，導體中自由電荷做定向運動，自由電荷與導體內不動的粒子不斷碰撞 ，結果是大量自由電荷定向運動的平均速率 不隨時間變化。
3、電流
(1)物理意義：反映了電流的強弱 程度。
(2)表達式：I＝
(3)單位：在國際單位制中電流的單位是安培 ，簡稱安 ，符號是A 。常用單位有毫安 、微安(單位符號分別為mA、μA)。
(4)電流的方向：規定正電荷定向移動方向或負電荷定向移動的反方向為電流方向。
【思考討論】
探究一：如圖1所示，為什么在兩個分別帶異種電荷的導體A、B 之間連接一條導線R，自由電子就會定向移動產生電流？如圖2所示，為什么導線R 中電流很快就消失了？為什么閃電時耀眼的閃光只能存在一瞬間，而手電簡的小燈泡卻能持續發光？
探究二：如圖所示，把電源用導線連接在插入食鹽水中的兩個金屬電極上，電路中形成電流。鹽水中的電流和金屬導線中的電流形成機制有什么不同？假設t s內有N個Cl－和N個Na＋通過圖中虛面，則電路中的電流多大？
提示：鹽水中的電流是Cl－離子和Na＋離子同時反向定向移動形成的，金屬導線中的電流是自由電子定向移動形成的；由電流的定義式可知I＝。
探究三：如圖所示，AD表示粗細均勻的一段長為l的導體，兩端加一定的電壓，導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率為v，設導體的橫截面積為S，導體每單位體積內的自由電荷數為n，每個自由電荷的電荷量為q。則：
(1)導體AD內的自由電荷全部通過橫截面D所用的時間t是多少？
(2)導體AD內的自由電荷的總電荷量Q是多少？
(3)這段導體上的電流是多大？
提示：(1)t＝。 (2)導體AD內的自由電荷總數N＝nlS，總電荷量Q＝Nq＝nlSq。
此導體上的電流I＝＝＝nqSv。
【成果展示】
分組展示探究成果
【點評精講】
1、電源的作用
(1)從電荷轉移的角度看，電源的作用是使電路中的自由電荷持續地定向移動。
(2)從能量轉化的角度看，搬運電荷的過程是非靜電力做功的過程，從而將其他形式的能轉化為電能。
2、電流的方向
規定正電荷定向移動的方向為電流的方向，則負電荷定向移動的方向與電流的方向相反。
3、電流的大小
(1)I＝是電流的定義式，I＝neSv是電流的決定式，故電流的大小與通過導體橫截面的電荷量以及通電時間無關。
(2)公式I＝求出的是電流在時間t內的平均值，對于恒定電流其瞬時值與平均值相等。
(3)電解液中正、負離子定向移動的方向雖然相反，但正、負離子定向移動形成的電流方向是相同的，應用I＝時，q為正電荷總電荷量和負電荷總電荷量的絕對值之和。
4、電流是標量
電流雖然有方向，但是它遵循代數運算法則，所以電流不是矢量而是標量。
【隨堂檢測】
1、關于電源的以下說法，正確的是( B )
A．電源的作用是在電源內部把電子由負極不斷地搬運到正極，從而保持兩極之間有穩定的電勢差
B．電源的作用是在電源內部把電子由正極不斷地搬運到負極，從而保持兩極之間有穩定的電勢差
C．只要電路中有電源，電路中就一定有電流
D．電源實質上也是一個用電器，也需要外界提供能量
2、如圖所示，電解池內有一價的電解液，時間t內通過溶液內截面S的正離子數是n1，負離子數是n2，設元電荷為e，以下解釋中正確的是( D )
A．正離子定向移動形成電流方向從A→B，負離子定向移動形成電流方向從B→A
B．溶液內正、負離子向相反方向移動，電流抵消
C．溶液內電流方向從A→B，電流強度I＝
D．溶液內電流方向從A→B，電流強度I＝
3、(多選)一橫截面積為S的銅導線，流過的電流為I，設每單位體積的導線中有n個自由電子，電子的電荷量為q，此時電子的定向移動速率為v，在Δt時間內，通過導線橫截面的自由電子數目可表示為( AC )
A．nvSΔt B．nvΔt C. D．
4、有甲、乙兩導體，甲的橫截面積是乙的兩倍，而單位時間內通過導體橫截面的電荷量，乙是甲的2倍，下列說法中正確的是( B )
A．通過甲、乙兩導體的電流相同 C．乙導體中自由電荷定向移動的速率是甲導體的2倍
B．通過乙導體的電流是甲導體的2倍 D．甲、乙兩導體中自由電荷定向移動的速率大小相同
【鞏固應用】
1、(多選)對電源的認識，下列說法正確的是( BD )
A．電源是為電路提供自由電荷的裝置 B．電源的作用是保持導體兩端有持續的電勢差
C．電源的作用是使絕緣體變成導體 D．電源使導體中的自由電子發生定向移動
2、(多選)關于電流的方向，下列說法中正確的是( AD )
A．電源供電的外部電路中，電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端
B．電源內部，電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端
C．電子運動形成的等效電流方向與電子運動方向相同
D．電容器充電時，電流從負極板流出，流入正極板
3、某電解池中，若在2 s內各有1.0×1019個二價正離子和2.0×1019個一價負離子通過某截面，那么通過這個截面的電流是( D )
A．0 B．0.8 A C．1.6 A D．3.2 A
4、銅的原子量為m，密度為ρ，每摩爾銅原子有n個自由電子，今有一根橫截面積為S的銅
導線，當通過的電流為I時，電子平均定向移動的速率為( D )
A．光速c B． C. D．
5、安培提出了著名的分子電流假說，根據這一假說，電子繞核的運動可等效為環形電流。設電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時針方向做半徑為r的勻速圓周運動，關于該環形電流的說法，正確的是( C)
A．電流大小為，電流方向為順時針 B．電流大小為，電流方向為順時針
C．電流大小為，電流方向為逆時針 D．電流大小為，電流方向為逆時針
6、非洲電鰩的捕獵方式是放電電死獵物，它放電的電壓可達100 V，電流50 A，每秒鐘放電150次，其放電情況可近似看作如圖所示規律放電。則放電1秒鐘非洲電鰩放出的電量為( A )
A．25 C B．50 C C．150 C D．250 C
7、一段粗細均勻的金屬導體的橫截面積是S，導體單位長度內的自由電子數為n，金屬內的自由電子的電荷量為e，自由電子做無規則熱運動的速率為v0，導體中通過的電流為I，則下列說法中正確的有( D )
A．自由電子定向移動的速率為v0 B．自由電子定向移動的速率為v＝
C．自由電子定向移動的速率為真空中的光速c D．自由電子定向移動的速率為v＝
8、有一條橫截面積S＝1 mm2的銅導線，通過的電流I＝2 A。已知銅的密度ρ＝8.9×103 kg/m3，銅的摩爾質量M＝6.4×10－2 kg/mol，阿伏加德羅常數NA＝6.02×1023 mol－1，電子的電荷量大小e＝1.6×10－19 C，每個銅原子可提供一個自由電子，求銅導線中自由電子定向移動的速率。(結果保留兩位有效數字)
根據電流的定義式得I＝＝＝
可得v＝
代入數據解得v≈1.5×10－4 m/s。答案：1.5×10－4 m/s
