高二物理导学案
11.1 电源与电流
【情景导入】
电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么？
【核心素养】
1、科学思维：根据电荷的移动，定义电流概念。
2、科学探究：根据电荷定向移动条件，探究电流形成条件。
【学习目标】
1、知道电源的作用，掌握电流的形成条件，知道恒定电流的概念。
2、知道电流的定义、单位及方向的规定，会用公式I＝ 分析相关问题。
3、电流形成的微观解释及微观表达式的使用。
【导读提纲】
电源：
1、概念：电路中在电场力作用下能把电 子 从A搬运 到B的装置。
2、作用
(1)移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差 。
(2)保持电路中有持续 的电流。
恒定电流：
1、恒定电场
(1)定义：由电路中稳定分布 的电荷所产生的稳定的电场。
(2)特点：电荷的分布是稳定的，电场的分布 不会随时间变化。
2、恒定电流
(1)定义：大小、方向 都不随时间变化的电流。
(2)形成：恒定电场的作用下，导体中自由电荷做定向运动，自由电荷与导体内不动的粒子不断碰撞 ，结果是大量自由电荷定向运动的平均速率 不随时间变化。
3、电流
(1)物理意义：反映了电流的强弱 程度。
(2)表达式：I＝
(3)单位：在国际单位制中电流的单位是安培 ，简称安 ，符号是A 。常用单位有毫安 、微安(单位符号分别为mA、μA)。
(4)电流的方向：规定正电荷定向移动方向或负电荷定向移动的反方向为电流方向。
【思考讨论】
探究一：如图1所示，为什么在两个分别带异种电荷的导体A、B 之间连接一条导线R，自由电子就会定向移动产生电流？如图2所示，为什么导线R 中电流很快就消失了？为什么闪电时耀眼的闪光只能存在一瞬间，而手电简的小灯泡却能持续发光？
探究二：如图所示，把电源用导线连接在插入食盐水中的两个金属电极上，电路中形成电流。盐水中的电流和金属导线中的电流形成机制有什么不同？假设t s内有N个Cl－和N个Na＋通过图中虚面，则电路中的电流多大？
提示：盐水中的电流是Cl－离子和Na＋离子同时反向定向移动形成的，金属导线中的电流是自由电子定向移动形成的；由电流的定义式可知I＝。
探究三：如图所示，AD表示粗细均匀的一段长为l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：
(1)导体AD内的自由电荷全部通过横截面D所用的时间t是多少？
(2)导体AD内的自由电荷的总电荷量Q是多少？
(3)这段导体上的电流是多大？
提示：(1)t＝。 (2)导体AD内的自由电荷总数N＝nlS，总电荷量Q＝Nq＝nlSq。
此导体上的电流I＝＝＝nqSv。
【成果展示】
分组展示探究成果
【点评精讲】
1、电源的作用
(1)从电荷转移的角度看，电源的作用是使电路中的自由电荷持续地定向移动。
(2)从能量转化的角度看，搬运电荷的过程是非静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为电能。
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。
3、电流的大小
(1)I＝是电流的定义式，I＝neSv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)公式I＝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＝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，所以电流不是矢量而是标量。
【随堂检测】
1、关于电源的以下说法，正确的是( B )
A．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差
B．电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极之间有稳定的电势差
C．只要电路中有电源，电路中就一定有电流
D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量
2、如图所示，电解池内有一价的电解液，时间t内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下解释中正确的是( D )
A．正离子定向移动形成电流方向从A→B，负离子定向移动形成电流方向从B→A
B．溶液内正、负离子向相反方向移动，电流抵消
C．溶液内电流方向从A→B，电流强度I＝
D．溶液内电流方向从A→B，电流强度I＝
3、(多选)一横截面积为S的铜导线，流过的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为( AC )
A．nvSΔt B．nvΔt C. D．
4、有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过导体横截面的电荷量，乙是甲的2倍，下列说法中正确的是( B )
A．通过甲、乙两导体的电流相同 C．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍
B．通过乙导体的电流是甲导体的2倍 D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相同
【巩固应用】
1、(多选)对电源的认识，下列说法正确的是( BD )
A．电源是为电路提供自由电荷的装置 B．电源的作用是保持导体两端有持续的电势差
C．电源的作用是使绝缘体变成导体 D．电源使导体中的自由电子发生定向移动
2、(多选)关于电流的方向，下列说法中正确的是( AD )
A．电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端
B．电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端
C．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同
D．电容器充电时，电流从负极板流出，流入正极板
3、某电解池中，若在2 s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是( D )
A．0 B．0.8 A C．1.6 A D．3.2 A
4、铜的原子量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面积为S的铜
导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动的速率为( D )
A．光速c B． C. D．
5、安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核的运动可等效为环形电流。设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，关于该环形电流的说法，正确的是( C)
A．电流大小为，电流方向为顺时针 B．电流大小为，电流方向为顺时针
C．电流大小为，电流方向为逆时针 D．电流大小为，电流方向为逆时针
6、非洲电鳐的捕猎方式是放电电死猎物，它放电的电压可达100 V，电流50 A，每秒钟放电150次，其放电情况可近似看作如图所示规律放电。则放电1秒钟非洲电鳐放出的电量为( A )
A．25 C B．50 C C．150 C D．250 C
7、一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S，导体单位长度内的自由电子数为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，导体中通过的电流为I，则下列说法中正确的有( D )
A．自由电子定向移动的速率为v0 B．自由电子定向移动的速率为v＝
C．自由电子定向移动的速率为真空中的光速c D．自由电子定向移动的速率为v＝
8、有一条横截面积S＝1 mm2的铜导线，通过的电流I＝2 A。已知铜的密度ρ＝8.9×103 kg/m3，铜的摩尔质量M＝6.4×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1，电子的电荷量大小e＝1.6×10－19 C，每个铜原子可提供一个自由电子，求铜导线中自由电子定向移动的速率。(结果保留两位有效数字)
根据电流的定义式得I＝＝＝
可得v＝
代入数据解得v≈1.5×10－4 m/s。答案：1.5×10－4 m/s
