第1節(jié)電源和電流導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、通過實(shí)例對(duì)比，引導(dǎo)學(xué)生思考持續(xù)電流形成的原因，了解電源的作用，認(rèn)識(shí)常見的電源。2、通過對(duì)比靜電平衡條件，引導(dǎo)學(xué)生思考電路中的電場(chǎng)特點(diǎn)和電荷運(yùn)動(dòng)情況，了解導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)和恒定電流。3、通過實(shí)例分析，理解電流的定義，知道電流的單位?！緦W(xué)習(xí)重難點(diǎn)】學(xué)習(xí)重點(diǎn)：恒定電流的產(chǎn)生及定義式中q的理解。學(xué)習(xí)難點(diǎn)：恒定電流的產(chǎn)生及定義式中q的理解?！局R(shí)回顧】1、形成穩(wěn)定電流的條件是：①__________，②__________。2、帶電粒子所受電場(chǎng)力做正功，則粒子的電勢(shì)能__________。3、電流的國(guó)際單位：__________（符號(hào)：__________）。常用單位：__________（__________）、__________（__________），1A＝__________mA＝__________μA。規(guī)定__________定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?。在電源外部，電流從__________流向__________。金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向__________。【自主預(yù)習(xí)】1、電源是能把自由電子從__________搬到__________的裝置。其作用是保持導(dǎo)體兩端的__________，使電路有持續(xù)的電流。2、導(dǎo)體中的自由電荷會(huì)定向移動(dòng)，是因?yàn)閷?dǎo)線內(nèi)具有__________方向的__________。3、電源的內(nèi)部，電流從__________流向__________。電解液中正、負(fù)離子定向移動(dòng)方向雖然__________，但正、負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是__________的。電流強(qiáng)度有__________和__________，是__________。4、電流的定義式：__________。電流的微觀表達(dá)式：__________，其中，n表示____________________?！菊n堂探究】第一部分電源思考1：在如圖所示場(chǎng)景中，當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？思考2：隨著電荷的定向移動(dòng)，導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差逐漸減小，最終會(huì)呈現(xiàn)什么樣的狀態(tài)？思考3：怎么才能讓電路中有持續(xù)電流呢？類比：如圖所示，怎樣才能在兩個(gè)容器間形成穩(wěn)定的電流呢？電源：能把自由電子從__________搬到__________的裝置。電源的作用：保持導(dǎo)體兩端的__________，使電路有持續(xù)的電流。電源中電勢(shì)__________的一極是正極，電勢(shì)__________的一極是負(fù)極。第二部分恒定電場(chǎng)思考：導(dǎo)體中的自由電荷為什么會(huì)定向移動(dòng)？當(dāng)導(dǎo)體兩端存在__________時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)會(huì)很快形成__________方向的__________。恒定電場(chǎng)：任何位置的電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度都__________隨時(shí)間變化，基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)__________。在靜電場(chǎng)中所講的電勢(shì)、電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系__________恒定電場(chǎng)。第三部分恒定電流思考1：在恒定電場(chǎng)的作用下，導(dǎo)體中自由電荷會(huì)做什么樣的運(yùn)動(dòng)？思考2：自由電荷會(huì)在導(dǎo)體中一直加速嗎？恒定電流：__________、__________都不隨時(shí)間變化的電流。定義：______________________________跟______________________________的比值。物理意義：是表示____________________的物理量。定義式：__________國(guó)際單位：__________（符號(hào)：__________），1A＝1__________常用單位：__________（__________）、__________（__________），1A＝__________mA＝__________μA方向：規(guī)定__________定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?。在電源外部，電流從__________流向__________；電源的內(nèi)部，電流從__________流向__________。金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向__________。電解液中正、負(fù)離子定向移動(dòng)方向雖然__________，但正、負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是__________的。電流強(qiáng)度有__________和__________，是__________。"安時(shí)"（__________）或"毫安時(shí)"（__________）：電池容量單位，電池放電時(shí)能輸出的__________。第四部分拓展學(xué)習(xí)【例】在以下情境中，求通過導(dǎo)線的電流大小。有一條橫截面積S＝1mm2的銅導(dǎo)線，通過的電流I＝1A，已知銅的密度ρ＝8.9×103kg/m3，銅的摩爾質(zhì)量M＝6.4×10-2kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.02×1023mol-1，電子的電量e＝-1.6×10-19C，求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率。可認(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子。電子定向移動(dòng)的速率約__________m/s，電場(chǎng)的傳播速率__________m/s，電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率__________m/s?！舅伎肌考热浑娮拥亩ㄏ蜻\(yùn)動(dòng)速率很小，為什么閉合開關(guān)時(shí)電路中的電燈立刻就亮了呢？【自我測(cè)評(píng)】1．（2022·全國(guó)·高三專題練習(xí)）北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的儲(chǔ)存環(huán)是周長(zhǎng)為240m的近似圓形軌道。當(dāng)環(huán)中電子以光速的百分之一運(yùn)動(dòng)而形成10mA的電流時(shí)，則環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目為（）A．5×1012個(gè) B．5×1011個(gè) C．1×1012個(gè) D．1×1014個(gè)2．（2022上·天津南開·高二天津市第二南開中學(xué)校考階段練習(xí)）如圖所示的是電解池，在1s的時(shí)間內(nèi)，共有3C的正離子和3C的負(fù)離子通過截面xy，則這個(gè)電路中的電流大小是（）A．0 B．1.5AC．3A D．6A3．（2022·山東·高密三中高二開學(xué)考試）安培提出了著名的分子電流假說(shuō)，根據(jù)這一假說(shuō)，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流。圖為一分子電流模型，電荷量為e的電子以角速度ω繞原子核沿順時(shí)針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則該環(huán)形電流的大小和方向?yàn)椋ǎ〢．eω2π，逆時(shí)針 B．2πeC．πe2ω，逆時(shí)針 D．eω4．（2022上·北京豐臺(tái)·高二統(tǒng)考期末）宏觀現(xiàn)象是由微觀機(jī)制所決定的。對(duì)同一個(gè)物理問題，常常可以從宏觀與微觀兩個(gè)不同角度研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻地理解其物理本質(zhì)。經(jīng)典電磁理論認(rèn)為：當(dāng)金屬導(dǎo)體兩端電壓穩(wěn)定后，導(dǎo)體中產(chǎn)生恒定電場(chǎng)，這種恒定電場(chǎng)的性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同。金屬導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下開始定向移動(dòng)形成電流。如圖所示為一塊均勻的長(zhǎng)方體金屬導(dǎo)體，長(zhǎng)為a，寬為b，厚為c。在導(dǎo)體EF兩側(cè)加上電壓U，導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下開始定向移動(dòng)，形成電流。根據(jù)電荷守恒定律，單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量應(yīng)相同。設(shè)電子的帶電量為e，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，自由電子定向移動(dòng)的平均速率為v，則在時(shí)間Δt內(nèi)，通過長(zhǎng)方體金屬導(dǎo)體樣品的自由電子數(shù)目NA．N=nvabΔtC．N=nvabΔt D．N=nvbcΔt5．（2021·重慶市萬(wàn)州第二高級(jí)中學(xué)）某些腫瘤可以用“質(zhì)子療法”進(jìn)行治療。在這種療法中，為了能讓質(zhì)子進(jìn)入癌細(xì)胞，首先要實(shí)現(xiàn)質(zhì)子的高速運(yùn)動(dòng)，該過程需要一種被稱作“粒子加速器”的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。質(zhì)子先被加速到較高的速度，然后轟擊腫瘤并殺死癌細(xì)胞。如圖所示，來(lái)自質(zhì)子源的質(zhì)子（初速度為零），經(jīng)加速電壓為U的加速器加速后，形成細(xì)柱形的質(zhì)子流。已知細(xì)柱形的質(zhì)子流橫截面積為S，其等效電流為I，質(zhì)子的質(zhì)量為m，其電量為e，那么這束質(zhì)子流內(nèi)單位體積的質(zhì)子數(shù)n是（）A．IeS2UmC．IeS2eUm【學(xué)后反思】____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________第1節(jié)電源和電流導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、通過實(shí)例對(duì)比，引導(dǎo)學(xué)生思考持續(xù)電流形成的原因，了解電源的作用，認(rèn)識(shí)常見的電源。2、通過對(duì)比靜電平衡條件，引導(dǎo)學(xué)生思考電路中的電場(chǎng)特點(diǎn)和電荷運(yùn)動(dòng)情況，了解導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)和恒定電流。3、通過實(shí)例分析，理解電流的定義，知道電流的單位?！緦W(xué)習(xí)重難點(diǎn)】學(xué)習(xí)重點(diǎn)：恒定電流的產(chǎn)生及定義式中q的理解。學(xué)習(xí)難點(diǎn)：恒定電流的產(chǎn)生及定義式中q的理解。【知識(shí)回顧】1、形成穩(wěn)定電流的條件是：①有電源，②通路。2、帶電粒子所受電場(chǎng)力做正功，則粒子的電勢(shì)能降低。3、電流的國(guó)際單位：安培（符號(hào)：A）。常用單位：毫安（mA）、微安（μA），1A＝103mA＝106μA。規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?。在電源外部，電流從正極流向負(fù)極。金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反?！咀灾黝A(yù)習(xí)】1、電源是能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置。其作用是保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差(電壓)，使電路有持續(xù)的電流。2、導(dǎo)體中的自由電荷會(huì)定向移動(dòng)，是因?yàn)閷?dǎo)線內(nèi)具有沿導(dǎo)線方向的恒定電場(chǎng)。3、電源的內(nèi)部，電流從負(fù)極流向正極。電解液中正、負(fù)離子定向移動(dòng)方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是相同的。電流強(qiáng)度有大小和方向，是標(biāo)量。4、電流的定義式：I＝qt。電流的微觀表達(dá)式：I=nqSv【課堂探究】第一部分電源思考1：在如圖所示場(chǎng)景中，當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場(chǎng)，導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流。思考2：隨著電荷的定向移動(dòng)，導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差逐漸減小，最終會(huì)呈現(xiàn)什么樣的狀態(tài)？自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流。思考3：怎么才能讓電路中有持續(xù)電流呢？類比：如圖所示，怎樣才能在兩個(gè)容器間形成穩(wěn)定的電流呢？利用抽水機(jī)保持兩側(cè)容器中的水位差，可以使得兩容器間存在穩(wěn)定的水流。利用電源保持導(dǎo)體兩端始終存在穩(wěn)定的電勢(shì)差。電源：能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置。電源的作用：保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差(電壓)，使電路有持續(xù)的電流。電源中電勢(shì)高的一極是正極，電勢(shì)低的一極是負(fù)極。第二部分恒定電場(chǎng)思考：導(dǎo)體中的自由電荷為什么會(huì)定向移動(dòng)？當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)會(huì)很快形成沿導(dǎo)線方向的恒定電場(chǎng)。恒定電場(chǎng)：任何位置的電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度都不會(huì)隨時(shí)間變化，基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同。在靜電場(chǎng)中所講的電勢(shì)、電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系同樣適用于恒定電場(chǎng)。第三部分恒定電流思考1：在恒定電場(chǎng)的作用下，導(dǎo)體中自由電荷會(huì)做什么樣的運(yùn)動(dòng)？加速運(yùn)動(dòng)。思考2：自由電荷會(huì)在導(dǎo)體中一直加速嗎？不會(huì)一直加速，會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。因?yàn)槌撕愣妶?chǎng)的作用，自由電荷還會(huì)在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)與導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子碰撞從而減速，因此自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的平均速率不隨時(shí)間變化。恒定電流：大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流。定義：通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q跟通過這些電荷量所用時(shí)間t的比值。物理意義：是表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量。定義式：I國(guó)際單位：安培（符號(hào)：A），1A＝1C/s常用單位：毫安（mA）、微安（μA），1A＝103mA＝106μA方向：規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?。在電源外部，電流從正極流向負(fù)極；電源的內(nèi)部，電流從負(fù)極流向正極。金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反。電解液中正、負(fù)離子定向移動(dòng)方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是相同的。電流強(qiáng)度有大小和方向，是標(biāo)量。"安時(shí)"（A·h）或"毫安時(shí)"（mA·h）：電池容量單位，電池放電時(shí)能輸出的總電荷量。第四部分拓展學(xué)習(xí)【例】在以下情境中，求通過導(dǎo)線的電流大小。有一條橫截面積S＝1mm2的銅導(dǎo)線，通過的電流I＝1A，已知銅的密度ρ＝8.9×103kg/m3，銅的摩爾質(zhì)量M＝6.4×10-2kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.02×1023mol-1，電子的電量e＝-1.6×10-19C，求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率?？烧J(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子?！就茖?dǎo)】一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長(zhǎng)為l，兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動(dòng)的速率為v，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷量為q。則導(dǎo)體中的自由電荷數(shù)為：則總電荷量：所有這些電荷通過橫截面所需要的時(shí)間：故導(dǎo)體AB中的電流：【解】設(shè)自由電子在導(dǎo)線內(nèi)定向移動(dòng)的速率是v。取一段導(dǎo)線（如圖），自由電子從它的左端定向移動(dòng)到右端的時(shí)間為t，則這段導(dǎo)線的長(zhǎng)度為vt，體積為vtS，質(zhì)量為ρvtS，則這段導(dǎo)線中的原子數(shù)為則這段導(dǎo)線中的自由電子數(shù)也為n，t時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量:把這個(gè)式子代入I=q/t,得∴電子定向移動(dòng)的速率約10-5m/s，電場(chǎng)的傳播速率3×108m/s，電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率105m/s?！舅伎肌考热浑娮拥亩ㄏ蜻\(yùn)動(dòng)速率很小，為什么閉合開關(guān)時(shí)電路中的電燈立刻就亮了呢？閉合開關(guān)的瞬間，電路中的各個(gè)位置以光速迅速建立了電場(chǎng)。隨著電場(chǎng)的建立，電路中各處的自由電子在靜電力的作用下幾乎同時(shí)開始做定向移動(dòng)，整個(gè)電路也就幾乎同時(shí)形成了電流?！咀晕覝y(cè)評(píng)】1．（2022·全國(guó)·高三專題練習(xí)）北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的儲(chǔ)存環(huán)是周長(zhǎng)為240m的近似圓形軌道。當(dāng)環(huán)中電子以光速的百分之一運(yùn)動(dòng)而形成10mA的電流時(shí)，則環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目為（）A．5×1012個(gè) B．5×1011個(gè) C．1×1012個(gè) D．1×1014個(gè)【答案】A【詳解】電子運(yùn)動(dòng)一周用的時(shí)間t=根據(jù)電流的定義式I=則時(shí)間t內(nèi)通過任一橫截面的電荷量為q=It=0.01×8×在整個(gè)環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目n=8×故選A。2．（2022上·天津南開·高二天津市第二南開中學(xué)校考階段練習(xí)）如圖所示的是電解池，在1s的時(shí)間內(nèi)，共有3C的正離子和3C的負(fù)離子通過截面xy，則這個(gè)電路中的電流大小是（）A．0 B．1.5AC．3A D．6A【答案】D【詳解】由題可知時(shí)間為t=1s通過截面的電量為q=3C+3C=6C則這個(gè)電路中的電流大小是I=故選D。3．（2022·山東·高密三中高二開學(xué)考試）安培提出了著名的分子電流假說(shuō)，根據(jù)這一假說(shuō)，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流。圖為一分子電流模型，電荷量為e的電子以角速度ω繞原子核沿順時(shí)針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則該環(huán)形電流的大小和方向?yàn)椋ǎ〢．eω2π，逆時(shí)針 B．2πeC．πe2ω，逆時(shí)針 D．eω【答案】A【詳解】負(fù)電荷定向移動(dòng)的反方向是電流的方向，因電子順時(shí)針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則該環(huán)形電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針；根據(jù)電流的定義式可知I=故選A。4．（2022上·北京豐臺(tái)·高二統(tǒng)考期末）宏觀現(xiàn)象是由微觀機(jī)制所決定的。對(duì)同一個(gè)物理問題，常常可以從宏觀與微觀兩個(gè)不同角度研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻地理解其物理本質(zhì)。經(jīng)典電磁理論認(rèn)為：當(dāng)金屬導(dǎo)體兩端電壓穩(wěn)定后，導(dǎo)體中產(chǎn)生恒定電場(chǎng)，這種恒定電場(chǎng)的性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同。金屬導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下開始定向移動(dòng)形成電流。如圖所示為一塊均勻的長(zhǎng)方體金屬導(dǎo)體，長(zhǎng)為a，寬為b，厚為c。在導(dǎo)體EF兩側(cè)加上電壓U，導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下開始定向移動(dòng)，形成電流。根據(jù)電荷守恒定律，單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量應(yīng)相同。設(shè)電子的帶電量為e，單位體積