2019高中物理 第3章 从电表电路到集成电路 3.2 研究电流、电压和电阻学案 沪科版选修3-1.doc

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1、- 1 -3.23.2 研究电流、电压和电阻研究电流、电压和电阻学 习 目 标知 识 脉 络1.知道电流的定义及形成电流的微观机理，掌握定义式I 和决定式Inqv Q tS(重点)2理解电压就是沿电流方向的电势降落(难点)3知道电阻形成的微观原因及电阻与温度的关系.自 主 预 习探 新 知知识梳理一、电场与电流1电流(1)定义：物理学中把流过导体某一横截面的电荷量Q跟所用时间t的比值I叫作电流(2)定义式：I .Q t(3)单位：安培常用单位还有毫安和微安；换算关系：1 A103mA106A.(4)电流的方向：电流的方向规定为正电荷定向移动的方向(5)物理意义：反映电流强弱的物理量2电流的形成

2、(1)电源在导体中产生电场，导体中的自由电子在电场力的作用下，发生定向移动，形成电流(2)导体电流的微观表达式InqvS.二、电路中的电压和电势降落1沿电流方向上的任意两点间都有电势差，这就是电路中的电压2电路中沿电流方向的电势是逐渐降低的三、电阻是怎样形成的1金属导体中的自由电子，在电场力作用下做定向运动的过程中，自由电子与晶体点阵上的原子实碰撞形成对电子定向运动的阻碍作用，是“电阻”产生的原因2纯金属电阻的阻值与温度间的关系：RR0(1t)，式中R表示金属在t_时的电阻，- 2 -R0表示金属在 0_时的电阻值，叫作电阻的温度系数基础自测1思考判断(正确的打“” ，错误的打“” )(1)通

3、过截面的电荷量多少就是电流的大小()(2)电流的方向就是电荷定向移动的方向()(3)在导体中，只要自由电荷在运动，就一定会形成电流()(4)导体两端没有电压就不能形成电流()(5)在电路中沿着电流的方向电势逐渐升高()(6)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多. ()(7)自由电子与原子实的碰撞是产生电阻的根本原因()【提示】 (1) 单位时间内通过电荷的多少就是电流的大小(2) 电流的方向是正电荷定向移动的方向(3) 电荷的定向移动才能形成电流(5) 在电路中沿电流的方向电势逐渐降低2下面说法正确的是( )A电流的方向就是电荷移动的方向B在一直流电源的外电路上，越靠近电源负极，电

4、势越低C电流都是由电子的定向移动形成的D电流是有方向的量，所以是矢量B B 电流的方向是正电荷定向移动的方向，故 A 错误；在电路中，沿电流的方向就是电势降落的方向，故 B 正确3导体中电流I的表达式InqSv，其中S为导体的横截面积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷所带的电荷量，v是( ) 【导学号：69682139】A导体运动的速率 B导体传导的速率C电子热运动的速率D自由电荷定向移动的速率D D 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、定向移动速率，还与导体的横截面积有关，故选 D.公式InqSv中的v就是自由电荷定向移动的速率4在彩色

5、电视机的显像管中，从电子枪射出的电子在高电压U作用下被加速，形成大小为I的电流，设电子的电荷量为e，电子质量为m，打在荧光屏上的高速电子全被荧光粉吸收，在t s 内打到荧光屏上的电子个数为( )AIt Bme/t- 3 -CIt/eDmIt/eC C t s 内打到荧光屏上的总电荷量qIt，故有电子数n .q eIt e合 作 探 究攻 重 难电流的理解1电流的形成(1)形成原因：电荷的定向移动(2)形成条件：导体两端有电压(3)电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合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)定义式：I

6、 .用该式计算出的电流是时间t内的平均值对于恒定电流，电流的瞬时q t值与平均值相等(2)两点说明电解液中正、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 求电流时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和q tqIt是I 的变形，是求电荷量的重要公式其中I是电流在时间t内的平均值q t4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，而是标量如图 321 所示的电解槽中，如果在 4 s 内各有 8 C 的正、负电荷通过面积为 0.8 m2的横截面AB，那么：图 321(1)正、负离子定向移动的方向如何？(2)电解槽中的电流方向如

7、何？(3)4 s 内通过横截面AB的电量为多少？- 4 -(4)电解槽中的电流为多大？思路点拨：正、负离子向相反方向移动时，通过横截面的电荷量等于正、负电荷量绝对值之和【解析】 (1)电源与电解槽中的两极相连后，左侧电极电势高于右侧电极，电极之间电场方向由左指向右，故正离子向右移动，负离子向左移动(2)电解槽中的电流方向向右(3)8 C 的正电荷向右通过横截面AB，而 8 C 的负电荷向左通过该横截面，相当于又有 8 C正电荷向右通过横截面，故 4 s 内通过横截面AB的电量为 16 C.(4)电流强度大小I A4 A.Q t16 4【答案】 (1)正离子向右移动 负离子向左移动(2)向右 (

8、3)16 C (4)4 A计算电流大小的三种方法(1)金属导体中电流的计算金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用I 计算时，q是某一时间内通过金属导体横q t截面的电子的电荷量(2)电解液中电流的计算电解液中的自由电荷是正、负离子，运用I 计算时，q应是同一时间内正、负两种离子q t通过横截面的电荷量的绝对值之和(3)环形电流的计算环形电流的计算采用等效的观点分析所谓等效电流，就是把电子周期性地通过圆周上各处形成的电流看成持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流对周期性运动的电荷，常取一个周期来计算等效电流利用I 求等效电流q tq T针对训练1通过一个电阻的电流是 5 A，经过 4 min，通

9、过该电阻的一个截面的电荷量是( )A20 C B50 CC1 200 CD2 000 CC C 根据I ，得qIt5240 C1 200 C，故 C 正确，A、B、D 错误q t2横截面积为 0.5 cm2的导电液体中，每秒钟有 0.2 C 的正电荷和 0.3 C 负电荷相向运动，- 5 -则电流是( )【导学号：69682140】A0.2 AB0.3 AC0.5 AD104 AC C 电流的定义式是I ，在导电液中，q指正负电荷绝对值的和，所以I q t0.20.3 1A0.5 A，故 C 正确电流的微观表达式1.理论推导图 322AD导体中的自由电荷总数：NnlS.总电荷量：QNqnlSq

10、.所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t .l v根据公式qIt可得：导体AD中的电流：I nqSv.Q tnlSq l v即电流的微观表达式为InqSv.2影响因素从微观上看，电流取决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、定向移动速率的大小和导体的横截面积3两个公式的比较Iq tInqSv公式性质定义式决定式电流的意义时间t内的平均电流某时刻的瞬时电流描述的角度大量电荷定向移动的宏观表现形成电流的微观实质联系由I 可导出InqSvq t(多选)横截面积为S的导线中通有电流I，已知导线每单位体积中有n个自由电子，- 6 -每个自由电子的电荷量是e，自由电子定向移动的速率是v

11、，则在时间 t内通过导线横截面的电子数是( )AnSvt Bnvt C. D.It eIt Se思路点拨：从电流的定义式I 可以求出q，根据电荷量可以求出电子数q t根据电流的微观表达式也可以求出电子数ACAC 根据电流的定义求解：由电流的计算式I 可知，在时间 t内通过导线横截面的电q t荷量qIt，所以在这段时间内通过的自由电子数为N ，C 对，D 错根据电流形成q eIt e的微观原因求解：已知自由电子定向移动的速率是v，因此在时间 t内，位于横截面积为S、长Lvt的这段导线内的自由电子都能通过横截面，这段导线的体积VSLSvt，所以在时间 t内通过横截面S的自由电子数为NnVnSvt，

12、A 对，B 错区分三个速率(1)自由电子热运动的速率：数量级为 105 m/s.(2)自由电子定向移动的速率：数量级为 105 m/s.(3)电场的传播速率：3108 m/s(等于光速)针对训练3.如图 323 所示，一根截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于橡胶棒运动而形成的等效电流大小为( ) 【导学号：69682141】图 323Avq B. CqvS D.q vqv SA A 设在t时间内通过截面的电荷量为Q，则Qvtq，所以I vq，应选 A.Q t当 堂 达 标固 双 基1下列叙述正确的是( )A导体中电荷运动形

13、成电流B电流是矢量- 7 -C导体中有电流通过时，导体内部场强不为零D只有自由电子的定向移动才能形成电流C C 导体中电荷发生定向运动时形成电流，选项 A 错误；电流有大小和方向，但是电流是标量，选项 B 错误；导体中有电流通过时，说明电荷在电场力的作用下发生了定向移动，此时导体内部场强不为零，选项 C 正确；正负电荷的定向移动都能形成电流，选项 D 错误2示波管中，2 s 内有 61013个电子通过横截面大小不知的电子枪，则示波管中电流大小为( ) 【导学号：69682142】A4.8106 A B31013 AC9.6106 AD无法确定A A 由电流的定义得I A4.8106 A，A 正

14、确，q t6 1013 1.6 1019 2B、C、D 错误3某电解池，如果在 1 s 内共有 5.01018个二价正离子和 1.01019个一价负离子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流是( )A0B0.8 AC1.6 AD3.2 AD D 由题，1 s 内通过截面正离子的电荷量为q12n1e，负离子的电荷量绝对值为q2n2e，则电流为I，将n151018个，n211019个，q1q2 t2n1n2e te1.61019 C，代入解得，I3.2 A，故选 D.4半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度沿逆时针匀速转动，则由环产生的等效电流方向沿什么方向？电流多大？【导学号：69682143】【解析】 依据电流的定义式I ，截取圆环的任一截面S，在橡胶圆环运动一周的时间q tT内，通过这个截面的电荷量为Q，则有：I ，又T，所以I，方向与正电荷定q tQ T2 Q 2向移动的方向相同，即沿逆时针方向【答案】 逆时针方向 Q2