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选修.docx

3.2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 S(重点)2理解电压就是沿电流方向的电势降落(难点)3知道电阻形成原理及电阻与温度的关系.电 流电 压电 阻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叫做电流(2)定义式：I.(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(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.3电压(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4电阻(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，R0表示金属在0 时的电阻值，叫做电阻的温度系数1在电路中沿着电流的方向电势逐渐升高()2电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多. ()3自由电子与原子实的碰撞是产生电阻的根本原因()(1)假设电源两极的电压为1.5 V，若选择电源的正极为零电势点，那么它的负极电势是多少？【提示】1.5 V.(2)电阻元件在通电时发热的原因是什么？【提示】电阻元件通电时，自由电子不断地与晶体点阵上的原子实碰撞，将它的一部分动能传递给原子实，使原子实的热振动加剧，导体的温度就升高了如图321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，电路中形成电流图321探讨1：盐水中的电流和金属导线中的电流形成机制有什么不同？【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探讨2：盐水中的电流沿什么方向？【提示】左探讨3：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】I.1理解电流概念需注意的几个要点(1)公式I中，q是通过导体横截面的电荷量，而不是通过导体单位横截面积的电荷量(2)当导体中有正、负电荷同时向相反方向定向移动形成电流时，公式中的q应为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量的绝对值之和(3)横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关(4)电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，它与负电荷定向移动的方向相反在电源外部的电路中，电流的方向是从电源的正极流向负极；在电源的内部，电流是从电源的负极流向正极电流虽然有大小和方向，但电流是标量，而不是矢量因此电流的合成不遵循平行四边形定则2电流的微观表达式InqSv(1)建立模型图322如图322所示，AB表示粗细均匀的一段导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v.设导体的长度为L，横截面积为S，导体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.(2)理论推导导体AB中的自由电荷总数NnLS总电荷量QNqnLSq所有这些电荷都通过导体横截面所需要的时间t根据公式I知，导体AB中的电流InqSv.(3)结论由此可见，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动的速率以及导体的横截面积3三种速率的区别电子定向移动的速率电子热运动的速率电流传导的速率物理意义电流是由电荷的定向移动形成的，电流IneSv，其中v就是电子定向移动的速率，一般为105 m/s的数量级构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动的速率数量级为105 m/s等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以光速c建立恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流大小105 m/s105 m/s3108 m/s1(多选)半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕中心轴线以角速度匀速转动，则由环产生的等效电流应有()A若不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍B若电荷量不变而使变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍C若使、Q不变，则橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大D若使、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小【解析】正电荷Q均匀分布在橡胶环上，当环转动时，在环上任取一截面，则一个周期T内穿过此截面的电荷量为Q，由电流的定义式I及T得，环中等效电流为I，故选A、B.【答案】AB2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()A4.8106 AB31013 AC9.6106 AD无法确定【解析】由电流的定义得I A4.8106 A，A正确，B、C、D错误【答案】A3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()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【解析】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【答案】D4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：29682017】图323AvqB.CqvS D.【解析】设在t时间内通过截面的电荷量为Q，则Qvtq，所以Ivq，应选A.【答案】A5如图324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324(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何？(3)4 s内通过横截面AB的电量为多少？(4)电解槽中的电流为多大？【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.【答案】(1)正离子向右移动负离子向左移动(2)向右(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