高二物理第二章 电流 学案.docx
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高二物理第二章电流学案
第一节导体中的电场和电流
【新课标要求】
1.理解电源的形成过程。
2.掌握恒定电场的形成过程。
3.理解恒定电流的形成过程,掌握计算电流的大小并灵活运用公式。
4.掌握电流的微观表达式。
5.通过本节对电源、电流的学习,培养将物理知识应用于生活和生产实践的意识,勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
【新课预习】
电源:
有A、B两个导体,分别带正、负电荷,如果在它们之间接一条导线R,,导线R中的自由电子便会在的作用下定向运动,B失去电子,A得到电子,周围电场迅速减弱,A、B之间的电势差很快消失,两导体成为一个等势体,达到静电平衡。
倘若在A、B之间连接一个装置P,它能源源不断地把经过导线R流到A的电子取走,补充给B,使A、B始终保持一定数量的正、负电荷,这样,A、B周围始终存在一定得电场,使A、B之间便维持着一定的电势差。
由于这个电势差,导线中的自由电子就能不断地在静电力作用下由B经过R向A定向移动,使电路中保持持续的电流。
能把电子从A搬运到B的装置P就是。
1、导线中的电场:
(1)导线中电场的形成:
导线本身由许多带电粒子组成,当它和电源连接后,在电源两极晟的正、负电荷激发的电场作用下,导线的表面以及导线的接头处会有电荷积累,正是这些电荷激发了导线内外地电场,也正是依靠这些电荷才保证导线内部的场强沿导线方向。
(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。
尽管这些电荷也在运动,但有的流走了,另外的又来补充,所以电荷的分布式稳定的,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的电场,称为。
3、恒定电流:
(1)定义:
、都不随时间变化的电流。
(2)电流:
表示电流强弱程度的物理量。
(3)单位:
安培,符号(A)其他单位:
毫安(mA)、微安(μA),且1A=103mA=106μA
(3)公式:
q=It,I表示电流,q表示在时间t通过导体横截面积的电荷量。
变形公式:
I=q/t。
注:
①电流方向的规定:
规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
②金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。
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,此时I=q/中,q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
④电流强度虽有大小和方向,但不是矢量,而是标量。
⑤q=It是求电荷量的重要公式,其变形公式I=q/t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。
4、电流的微观表达式:
推导:
一段长为l粗细均匀的导体,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。
则导体中的自由电荷数为N=nls,
总电荷量Q=Nq=nlsq,
所有这些电荷都通过横截面所需时间t=l/v。
根据公式I=q/t可得I=Q/t=nqvs。
由此可见,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、定向移动的速度,还与导体的横截面积有关。
【知识精讲】
要点一静电场和恒定电场
静电场是静止电荷在周围空间所激发的电场.在静电场中如果有导体存在,导体内部的自由电子就会定向移动,当电荷在导体内做定向移动而形成恒定电流时,在导体内外存在的电场称为恒定电场,这是两种不同的电场,既有区别又有联系.
两种电场的共性:
(1
)它们都是物质的一种客观存在形式,都储存着电能;
(2)它们对处于其中的电荷都有静电力的作用;(3)在这两种电场中移动电荷时相应的静电力一般都要做功.
两种电场的区别:
(1)导体中要建立稳恒电流就必须将导体与电源相连接,形成一闭合的回路.而静电场的建立只需要有电荷存在;
(2)静电平衡状态下的导体内部场强为零,而在稳恒电流条件下导体内部可以带电;(3)在一般情况下,静电场的电场线并不是电荷运动的轨迹线,但是导体中恒定电场的电场线就是电荷运动的轨迹线.
要点二导线中形成的恒定电场
1.在导线中形成的恒定电场中,任何位置的电场强度都不随时间变化,其基本性质与静电场相同.
2.产生恒定电流的电路中的电场是合电场(E),它由两部分组成:
一是电源的电场(E0);二是导线两侧的堆积电荷的电场(E′).
3.恒定电流电路中的电场是稳定电场,即电路中的电荷分布是稳定的,但不是静态的绝对稳定,而是动态稳定,就电路中任一微元来讲,流走多少电荷,就补充等量的电荷.
精析:
由I=
能否说电流与电荷量成正比,与时间成反比?
如何由I=
推导电流的微观表达式I=nqSv?
两个公式有何关系?
(1)I=
的理解
此式为电流的定义式,不能说电流与电荷量成正比,与时间成反比.
(2)I=nqSv的推导
如图2-1-2所示,
AD表示粗细均匀的一段导体,长为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,每个自由电荷的电荷量为q.
AD导体中的自由电荷总数:
N=nlS.
总电荷量Q=Nq=
nlSq.
所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间:
t=
.
根据公式q=It可得:
导体AD中的电流:
I=
=
=nqSv.
由此可见,从微观上看,电流决定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、定向移动速度的大小,还与导体的横截面积有关.
(3)两个公式的关系:
I=nqSv是由I=
推导而来的,从微观角度阐述了决定电流强弱的因素,能够说明为什么不能说电流正比于电
荷量,反比于时间的原因.
(4)应用I=
计算时应注意以下两点:
①导体若为金属,则q为自由电子带电荷量的绝对值.
②导体若为电解液,则q应为正负离子带电荷量的绝对值之和.
知识点举例:
[例1]关于电流,以下说法正确的是( D )
A.通过截面的电荷量的多少就是电流的大小
B.电流的方向就是电荷的定向移动方向
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
【例2】在电解液中,若5s内沿相反方向通过面积为0.5m2的横截面的正负离子电荷量均为5C,则电解液中的电流是多大?
解:
通过横截面得电荷量q为正、负离子的电荷量绝对值之和,即q=5C×2=10C,由公式I=q/t=2A。
[总结]①误认为I=q/t中的q为通过单位面积的电荷量,实际上q与横截面的面积大小无关.
②将电解液导电等同于金属导体导电,误认为电荷量q=5C.
[变式训练]1、电子绕核运动可等效为一环形电流,设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,则其等效电流为多大?
[答案]ev/2
r
【活学活练】
【基础达标】
一、选择题:
1、在国际单位制中,电流的符号是()
A.C/sB.V/
C.I/AD.W/V
2、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,电流强度必定不为零
3、满足下面哪一个条件,就产生恒定电流()
A.有自由电子B.导体两端有电势差
C.任何物体两端有电压D.导体两端有恒定电压
4、一段横截面积为0.5cm2的导体材料中,每秒钟有0.2C正电荷和0.3C负电荷相向运动,则电流强度是()
A.0.2AB.0.3AC.05AD.104 A
5、如图所示,电解池内有一价的电解液,ts内通过溶液内截面S的正离子数是n1,负离子数是n2,设基元电荷为e,以下解释中正确的是()
A.正离子定向移动形成电流方向从A到B,负离子定向移动形成电流方向从A到B
B.溶液内正负离子向相反方向移动,电流AB
抵消
C.溶液内电流方向从A到B,电流强度
I=ne/t
D.溶液内电流方向从A到B,电流强度
I=(n1+n2)e/t
第二节电动势
【预习要求】
1.掌握电动势的概念及表达式。
2.了解电池内部能量的转化过程。
3.了解生活中的电池,感受现代科技的不断进步。
【新课预习】
1、电源:
(1)定义:
电源是通过做功把其他形式的能转化为的装置。
(2)注:
:
非静电力的种类:
在蓄电池中,非静电力是化学作用,它使能转化为能。
在发电机中,非静电力是电磁作用,它使能转化为能。
2、电动势:
(1)定义:
。
(2)公式:
E=W/q
(3)单位:
伏特
(4)物理意义:
反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小,在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。
(5)注:
电动势由的特性决定,跟电源的无关,也跟无关。
3、电源内阻:
电源的内阻。
内阻和电动势同为电源的重要参数。
【知识精讲】
知识点1:
电动势:
[例1]关于电动势下列说法中正确的是()
A.在电源内部把正电荷从负极移动正极,非静电力做功,电能增加
B.对于给定的电源,移动正电荷非静电力做功越多,电动势就越大
C.电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送单位电荷量做功越多
D.电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送电荷量越多
思路分析电源是将其他形式的能转化为电能的装置,在电源内部把正电荷从负极移到正极,非静电力做功,电能增加,因此选项A正确。
电源电动势是反映电源内部其他形式能转化为电能的能力的物理量,电动势在数值上等于移送单位电荷量所做的功,不能说电动势越大,非静电力做功越多,也不能说电动势越大,被移送的电荷量越多,所以选项C正确。
答案AC
[总结]对电动势的理解有多层次的描述,应根据具体要求选择回答
[例2]对电动势的定义式E=W/q的理解正确的是(CD)
A.E与W成正比B.E与q成反比
C.E的大小与W、q无关D.W表示非静电力做功
思路分析电动势是由电源中非静电力的特性决定的。
其表征了电源把其他形式的能转化为电能本领的强弱,在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
它在数值上等于W与q的比值,但不能说E与W成正比,E与q成反比,其大小与W、q无关。
[变式训练]1.下列说法中正确的是(c)
A.电源的电动势实质上就是电源两极的电压
B.电源的电动势在数值上等于两极的电压
C.电源的电动势与电压的单位相同,但与电压有本质的区别
D.电动势越大,电源两极间的电压一定越高
2、一内阻可以忽略的发电机用0.5A的电流向外输电,在1min内将180J的机械能转化为电能,这发电机的电动势为(A)
A.6VB.48VC.24VD.12V
2. 电压与电源电动势如何区别?
电压
电源电动势
意义
表示静电力做功将电能转化成其他形式的能的本领
表示非静电力做功将其他形式的能转化成电能的本领
定义
UAB=
,将单位电荷量的正电荷从导体一端移到另一端时,静电力做的功
E=
,将单位电荷量的正电荷从电源负极移到正极时,非静电力做的功
决定因素
由电源及导体电阻、导体连接方法而决定
由电源本身决定,与其他因素无关
测量方法
将电压表并联在被测电路两端
①将内阻很大的电压表并联在电源两端,且外电路断开
②用伏安法
联系
电路闭合时,E=U内
+U外 电路断开时,E=U开路
3、电池的各
种参数
【例】阅读相关课本的内容,说一说电池的几个重要参数:
电动势、容量、内阻的不同特点,并结合生活中的电池,加深对电源的认识.
答案
(1)电动势:
反映电池将其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量,由电池中非静电力的特性决定(如正、负极材料,电解液的化学性质),与电池的体积无关,也与外电路无关.
(2)容量:
电池放电时能输出的总电荷量,通常以安培小时(A·h)或毫安小时(mA·h)做单位.例如,15A·h的蓄电池充电后以1.5A电流为用电器供电,大约可以工作10h.电池的容量与放电状态也有关系,同样的电池,小电流、间断性放电就比大电流、连续放电的容量大.
(3)电池还有一个重要参数是电池内的电阻,即内阻,电池的内阻在使用过程中变化较大.对同一种电池来说,体积越大,电池的容量越大,内阻越小.
典型例题:
1.以下说法中正确的是( )
A.在外电路和电源内部,正电荷都受静电力作用,所以能不断定向移动形成电流
B.静电力与非静电力都可以使电荷移动,所以本质上都是使电荷的电势能减少
C.在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力
D.静电力移动电荷做功电势能减少
,非静电力移动电荷做功电势能增加
答案 D
解析 在电源内部非静电力做功使电荷的电势能增加,引出了电动势的概念,来描述非静电力做功的本领,而静电力移动电荷做正功的过程使电势能减少,故D正确.
2.关于电源的作用,下列说法中正确的是( )
A.在电源内部把电子从负极搬运到正极
B.在电源内部把电子从正极搬运到负极
C.把电能转化为其他形式的能
D.
把其他形
式的能转化为电能
答案 BD
3.一般干电池的电动势为1.5V,说明电池内非静电力每移动1C的电荷做功________J,其电势能________(填“增加”或“减少”),是________能转化为________能的过程.
答案 1.5 增加 其他形式 电
解析 根据W=qE,在电源内部正极比负极高1.5V的电势,E=1.5V,所以W=qE=1×1.5J=1.5J.非静电力搬运电荷做正功,也就是克服静电力做功,因此电势能增加,是其他形式的能转化为电能的过程,对电池来说消耗的是化学能.电动势是表征电源特征的物理量,不同材料的电源电动势可以不相同,但原理都是相同的.
4.移动电话中的锂电池电动势为3.6V,某次通话时,电流为10mA,时间为100s,那么此次通话过程有多少化学能转化为电能?
答案 3.6J
解析 W=qE,q=It
所以W=EIt=3.6×10×10-3×100=3.6
J
【活学活练】
一、选择题:
1、铅蓄电池的电动势为2V,这表示()
A.电路中每通过1C电荷量,电源把2J的化学能转变为电能
B.蓄电池两极间的电压为2V
C.蓄电池在1s内将2J的化学能转变成电能
D.蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池(电动势为1.5V)的大
2、关于电源的电动势,下面正确的叙述是()
A.电源的电动势就是接在电源两极间的电压表测得的电压
B.同一电源接入不同的电路,电动势就会发生变化
C.电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量
D.在闭合电路中,当外电阻变大时,路端电压增大,电源的电动势也增大
3、有关电压与电动势的说法中正确的是()
A.电压与电动势的单位都是伏特,所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法
B.电动势就是电源两极间的电压
C.电动势公式E=W/q中W与电压U=W/q中W是一样的,都是电场力做的功
D.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量
4、用电动势E=2V的电源给外电路供电时,当输出电流为2A时,在1min的时间里电源消耗的化学能为()
A.240JB.4JC.216JD.3.6J
5、一内阻可以忽略的发电机用1.5A的电流向外输电,在1min内将1080J的机械能转化为电能,这发电机的电动势为()
A.6V B.48V C.24V D.12V
6、单位电量的电荷在电场力的作用下沿闭合电路移动一周所释放的能量大小决定于()
A。
电源电动势B.电流轻度大小C.电源的内阻D。
电路的总电阻
7、由于正负极总保持一定数量的正负电荷,所以电源内部总存在由
指向的电场。
因此在电源内部要使正电荷向正极移动就一定要有
作用才行。
8、在不同的电源中,做功的本领也不同,把一定数量的正电荷在电源内部从负极搬运动正极,电源中非静电力做的功多,则电源的电动势就,反之则电动势就。
9、电动势在数值上定义式是。
10、有一蓄电池,当移动1C电荷时非静电力做功是2J,该蓄电池的电动势是多少?
给一小灯泡供电,供电电流是0.2A,供电10min,非静电力做功是多少?
11、由六节干电池串联组成的电池组,对一电阻供电,电路中的电流为2A,在10s内电源做功为180J,则电源的电动势为多少?
第三节欧姆定律
【新课标要求】
1、掌握欧姆定律及其适用范围,并能用来解决有关电路的问题。
2、知道导体的伏安特性和I-U图象,知道线性元件和非线性元件。
3、通过对欧姆定律的理解和掌握,解决有关电路的生活中的问题,提高对定律的灵活运用程度。
【新课预习】
1、欧姆定律:
(1)内容:
(2)表达式:
(3)区别:
用欧姆定律时,由
可得两个变形公式:
R=
和U=IR,它们所反映的物理意义是不同的。
表示导体中的电流跟加在导体两端的电压成正比,跟导体自身的电阻成反比。
R=
表示导体两端电压与导体中电流的比值为一个常数,反映了导体对电流的阻碍作用,也是用电学方法测量导体电阻的依据。
U=IR表示在已知导体中的电流和导体的电阻时,可以计算导体两端的电压。
(4)注:
欧姆定律只适用于纯电阻,或由若干纯电阻构成的一段电路。
从能量转化的角度看,电流通过时,电能只转化成热能的用电器或电路时纯电阻电路。
对电解质溶液也适用.但对气态导体(如日光灯霓虹灯管中的气体)和半导体元件不适用.
2、电阻:
(1)定义:
(2)定义式:
R=
(3)单位:
欧姆(
)
(4)注:
电阻是反映导体对电流阻碍作用的大小。
由导体本身决定,R与U、I无关,但可以通过U、I计算出导体的电阻R的大小
3、导体的伏安特性曲线:
(1)在实际应用中,常用纵坐标表示电流I、横坐标表示U,这样画出的I–U图象叫做导体的伏安特性曲线。
伏安特性曲线能直观地反映出导体中的电压和电流的关系。
(2)金属导体的伏安特性曲线是一条过原点的直线,直线的斜率为金属导体电阻的倒数.具有这种特性的电学元件叫做线性元件,通常也叫纯电阻元件,欧姆定律适用于该类型电学元件.对欧姆定律不适用的导体和元件,伏安特性曲线不是直线,这种元件叫做非线性元件,通常也叫非纯电阻元件.
要点 欧姆定律的理解
1.“同体性”和“同时性” 在应用公式I=
解题时,要注意欧姆定律的“同体性”和“同时性”.所谓“同体性”是指I、U、R三个
物理量必须对应于同一段电路,不能将不同段电路的I、U、R值代入公式计算.所谓“同时性”指U和I必须是导体上同时刻的电压和电流值,否则不能代入公式计算.
2.公式R=
和I=
的对比
R=
I=
电阻的定义式,适用于所有导体
欧姆定律表达式,适用于金属、电解质溶液导电
不能说R∝U,R∝
,R由导体本身性质(材料、长短、粗细)决定,与U、I大小无关
可以说I∝U、I∝
,I的大小由U、R共同决定
测量了U,测量了I,便可确定R,为我们提供了测量电阻的一种方法
知道了U、R,便可确定I,为我们提供了除I=
之外的一种计算电流的方法
【知识精讲】
知识点1:
欧姆定律
[例1]根据欧姆定律,下列说法中错误的是(A)
A.从R=
可知,导体的电阻跟加在导体两端的电压成正比
B.从R=
可知,对于某一确定的导体,通过的电流越大,导体两端的电压就越大
C.从R=
可知,导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比
D.从R=
可知,对于某一确定的导体,所加电压跟通过导线的电流之比是定值
思路分析 欧姆定律原形是
,而公式R=
应该理解成电阻的定义.比值定义的魅力就在于理解定义的该物理量与比值中的物理量无关.
知识点2:
伏安特性曲线
[例2]如图所示,图象所对应的两个导体,
(1)电阻之比R1:
R2为
(2)若两个导体中电流相等(不为零)时,
电压之比U1:
U2为
(3)若两个导体的电压相等(不为零时),
电流之比I1:
I2为
解析
(1)在I–U图象中,电阻的大小等于图线斜率的倒数
R1=2
R2=
则R1:
R2=3:
1
(2)由欧姆定律U=IR得U1:
U2=3:
1
(3)由欧姆定律得I1:
I2=R2:
R1=1:
3
总结分析I–U或U–I图线,关键是搞清纵横坐标的含义,分析图线斜率的物理意义,搞清R=k还是R=1/k
[例3]加在某导体两端的电压变为原来的
时,导体中电流减小了0.4A,如果所加电压变为原来的2倍,则导体中的电流多大?
解析由题意和欧姆定律得:
R=
=
,得出I0=1.0A
又因为R=
=
,所以I2=2I0=2.0A
[变式训练]加在某导体两端的电压为原来的3倍时,导体中的电流增加0.9A,如果所加电压变为原来的1/2倍时,导体中的电流有多大?
[答案]0.225A
【综合拓展】
[例4]一只标有“220V、60W”的白炽灯泡,加上的电压U由零逐渐增大到220V。
在此过程中,电压U和电流I的关系可用图线表示。
在如图所示的四个图线中,肯定不符合实际的是( )
U U U U
0 I0 I0 I0 I
A B C D
思路分析由电阻的定义式R=
知,在U–I图象上,某一点的纵坐标U和该点的横坐标I的比值U–I就对应着电阻值R。
由于白炽灯泡钨丝的电阻会随温度的升高而增大,当白炽灯上加的电压从零逐渐增大到220V时,钨丝的温度不断升高,电阻将不断增大,A图象表示U/I为一定值,说明电阻不变,不符合要求;C.图象上各点的U/I值随U的增大而减小,也不符合实际;D图象中的U/I的值开始随U的增大而增大,后来随U的增大而减小,也不符合实际;只有B图象中U/I的值随U的增大而变大,符合实际,应选ACD
答案ACD
【活学活练】
【基础达标】
一、选择题:
1.两个金属导体的伏安特性曲线如图所示,由图可知( )
A.RⅠ>RⅡ B.RⅠ<RⅡ
C.电压相同时IⅠ>IⅡ D.电压相同时IⅠ<IⅡ
2.如果导体中产生了电流,则()
A.导体两端的电压不为零,导体内部的场强为零
B.导体两端的电压为零导体内部的场强不为零,导体内部的场强不为零
C.导体两端的电压不为零,导体内部的场强不为零
D.导体内部的场强不为零,导体内部的场强为零
3.鸟儿落在110kV的高压输电线上,虽然通电的高压线是裸露电线,但鸟儿仍然安然无恙。
这是因为()
A.鸟有耐高压的天性
B.鸟脚是干燥的,所以鸟体不导电
C.鸟两脚间的电压几乎为零
D.鸟体电阻极大,所以无电流通过
4.两根完全相同的金属裸导线,如果把其中的一根均匀拉长到原来的2倍,一根对折后绞合起来.然后给它们分别加上相同电压,则在同一时间内通过它们的电荷量之比为( )
A.1:
4 B.1:
8 C.1:
16 D.16:
1
5.欧姆定律对于下列各项物质的导电适用的是()
A.金属、电解液B.金属、电解液、气体
C.稀薄气体 D.任何气体
二、填空题:
6.2s内经过一个电阻
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- 高二物理第二章 电流 学案 物理 第二