高中物理1 电源和电流精品教案

课 时 教 案

第 11 单元             第  1  案               总第 15 案

课题： §11. 1  电源和电流 

【教学目标与核心素养】

1．了解电源及电源的作用

2．理解恒定电场和电流的形成过程

3．会用计算电流

【教学重点】

1．电流的产生及计算

2．

【教学难点】

1．电流的微观解释的理解

【教学过程】

引入：

人类对静电场的研究不仅获得了许多关于电现象的知识，而且形成了若干电学概念和研究方法，成为电学理论的基础；但是无论在自然界还是生产生活领域，更广泛存在着的是电荷流动所引起的效应，电荷为什么会流动？电荷流动服从什么规律，产生哪些效应，这些效应对人类的生产、生活方式和社会进步又起着怎样的作用呢？

本节课我们就在初中学习的基础上进一步学习有关电流的知识。

生活现象：雷鸣时 → 强大电流、耀眼光芒  → 一瞬间。

手电筒 → 小灯泡持续发光  →  ？

分别带正、负电的导体A、B，它们之间有电场，有电势差。

如果用导线把A、B连接起来呢？

现象：有电流，自由电子定向移动 → 瞬时的  →

一、电源

思考1．若有一个装置，源源不断的把电子从A→B：

1．定义：能把电子从正极搬运到负极的转置

思考2．电源把自由电子从A搬运到B的过程中，电子的电势能如何变化？电源发挥了怎样的作用？

学生答：电子的电势能增加，电源对电荷做了功。

2．作用：保持导体两端有一定的电压，使电路中有持续的电流。

思考3．①导线中的电子为什么能从电源的负极沿导线定向移到正极？（因为导线中有电场）

②在有电源的电路中导线内部的场强有何特点呢？导线中的电场将如何变化，最终又会达到怎样的状态？

二、恒定电流

㈠恒定电场

导线内电场是由电源、导线等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，故电荷分布稳定，电场的分布也稳定，称为恒定电场。

定义：由稳定分布的电荷产生的稳定的电场，称为~。

以前所讲的φ、U及U=Ed的关系，同样适用。

恒定电场→场强不变→自由电子在各个位置的定向移动的运动速率不变→串一电流表，读数不变，此电流称为稳恒电流。

㈡恒定电流

1．电流：

①定义：电荷的定向移动形成电流

电子的杂乱无章的热运动，从宏观上看不能形成电流。

②产生条件：

⑴内因：自由电荷：

金属导体：自由电子

电解液：正、负离子

电离气体：正、负离子和自由电子

⑵外因：导体两端有电压（电场）

③电流的方向：

  规定：正电荷的定向移动的方向

  标量：（方向表示电流的流向）  双向标量   代数和

2．恒定电流：电流的大小、方向都不随时间变化

3．电流的强弱：电流

①物理意义：描述电流强弱程度的物理量。

②定义：流过导体横截面的电量q跟所用时间t的比值叫电流。

作图分析某一截面的含义和q的含义

③表达式：

④单位：A  mA   μA     七个基本单位之一

例1．有甲乙两导体，甲的横截面积是乙的2倍，而乙在单位时间内通过的电荷量乙是甲的2倍，则 下面说法中正确的是（  B ）

A.甲、乙两导体电流相同

B.乙导体电流是甲导体的2倍

C.乙导体中自由电荷定向移动速率是甲导体的2倍

D.甲、乙两导体自由电荷定向移动速率相等

2．如果导线中的电流为1mA，那么1s内通过导体横截面的自由电子数是多少？若将“220V，60W”规格的白炽灯正常发光时的电流为273mA，则20s内通过灯丝横截面的电子是多少个？

3．如图所示，在NaCl溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图所示。若测得2s内各有1.0×1018个钠离子和氯离子通过溶液内部的横截面M，试问：溶液中的电流方向如何？电流多大？

4．已知电子的电荷量为e，质量为m，氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少?

解析：取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的时间T内，通过这个截面的电量e，由圆周运动的知识有：

根据电流的定义式得：   （）

4．电流的微观解释

如图所示，AD表示粗细均匀的一段导体，两端加一定的电压，导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，自由电子数密度为n，每个自由电荷的电荷量为e.

理论推导

则时间t 内通过某一横截面的自由电子数为：

总电荷量

所以导体AD中的电流：

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、定向移动速率，还与导体的横截面积有关。

区分：三种速率

⑴电场传播速率（或电流传导速率）：它等于光速，电路一旦接通，电源就以光速在电路各处建立电场，整个电路上的电子几乎同时受到电场力作用做定向移动。所以一合上开关，用电器中立即就有电流，就是这个原因。

⑵无规则热运动速率，其数量级约为105m/s

⑶自由电荷定向移动速率：它与导体中的电流、横截面大小以及自由电荷的密度有关，电路中自由电荷定向移动速率数量级仅为10-4～10-5 m/s

小结：

作业：