（人教版）选修3-1物理 2.1《电源和电流》ppt课件

（人教版）选修3-1物理 2.1《电源和电流》ppt课件内容摘要：

1、教材分析 本章为电学的基础知识 ， 它是在初中学过的电学知识的基础上 ， 进行加深和拓展 ， 主要讨论了电源的作用 、电路的组成结构 、 电流 、 电压和功率的分配 、 电路中的能量转化以及电路的简单设计等 全章综合解说 本章的重点是理解电动势 、 路端电压和内电压的关系 ， 理解闭合电路欧姆定律的内容和表达式 ， 电路的分析和计算 ， 理解测量电源电动势和内阻的方法 难点是负载对电源输出功率的影响 、 电路的设计以及电阻测量等电学实验 (包括灵活应用实验的基本方法和技能解决实验问题 、 电路的设计等 ) 本章内容可分为三部分：第一部分以部分电路欧姆定律为中心 ， 主要研究直流电路的基本参量 2、、 串并联电路的规律 、 伏安法测电阻 、 电功和电热等问题；第二部分以闭合电路的欧姆定律为中心 ， 主要研究了电源的作用 、 闭合电路中功率的分配和能量转化关系 、 电路的分析和计算等问题；第三部分以电流表 、 电压表 、 滑动变阻器的使用为中心 ， 结合学生实验 ， 研究了仪器的选择和使用 、 数据的处理和误差分析等问题 重点难点 本章重点：理解电动势 、 路端电压和内电压的关系 ， 理解闭合电路欧姆定律的内容和表达式 ， 电路的分析和计算 ， 理解测量电源电动势和内阻的方法 本章难点：负载对电源输出功率的影响 、 电路的设计以及电阻测量等电学实验 (包括灵活应用实验的基本方法和技能解决实 3、验问题 、 电路的设计等 ) 1 在本章学习中要掌握分析解决问题的方法 ， 比如动态分析法 、 等效法的应用 ， 模型的转化 ， 非电学量和电学量的转化 ， 以及极限法 、 赋值法的应用技巧等 2 还要注意用能量的观点分析问题 要从能量转化和守恒的角度去分析和解决问题 在纯电阻电路中 ， 电路消耗的电能只能转化为内能 ， 如果是非纯电阻电路 ， 电能大部分要转化为机械能或化学能等 另外功率问题 、 闭合电路欧姆定律的推导等都用到了能量守恒定律 学习方法指导 3 对于有关的电学实验 ， 要从基本原理 、 基本方法入手 ， 循序渐进 ， 逐步掌握 对于每个实验 ， 都要从实验原理 、 实验方法 、 4、 实验步骤 、 注意事项 、 数据处理和误差分析等方面去分析 ， 还要注意重要仪器的使用方法和读数规则等 第 1节 电源和电流 1 了解形成电流的条件 ， 知道电源的作用和导体中的恒定电场 初步体会动态平衡的思想 2 理解电流的定义 ， 知道电流的单位 、 电流的方向规定；理解恒定电流的特点 3 经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程 ， 从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系 要点一 电源 1 电源的定义 电源是不断把负电荷从正极搬运到负极从而维持正负极之间存在一定电势差的装置。 2 电源的作用 (1)从电荷移动角度看 电源的作用就是移送电荷 ， 维持电源正 、 负极间 5、有一定的电势差 ， 从而保持电路中有持续电流 电源在内部能把电子从正极 ， 如图所示 (2)从能量转化的角度看 搬运电荷的过程就是克服静电力做功的过程 ， 是将其他形式的能转化为电能的过程 有电源不一定得到持续的电流 ， 要得到持续的电流需要同时满足两个条件： (1)电路中有电源 (2)电路还必须是闭合的 ， 即必须用导体将电源连接起来 所以只有电源 ， 电路不闭合也不会有持续电流 要点二 恒定电场 1 形成 导线中的电场是由电源 、 导线等电路元件所积累的电荷共同形成的合电场 2 特点 导线内的电场线和导线平行；电荷的分布是稳定的；导线内的电场是沿导线切线方向的稳定电场 3 恒定电场与静电场 6、的关系 在恒定电场中 ， 任何位置的电场强度都不随时间变化 ， 其基本性质与静电场相同 在静电场中所学的电势 、电势差及其与电场强度的关系 ， 在恒定电场中同样适用 (1)两种电场的共性 它们都是物质的一种客观存在形式 ， 都储存着电能； 它们对处于其中的电荷都有静电力的作用； 在这两种电场中移动电荷时相应的静电力一般都要做功 (2)两种电场的区别 导体中要建立稳恒电流就必须将导体与电源相连接 ， 形成一闭合的回路 而静电场的建立只需要有电荷存在； 静电平衡状态下的导体内部场强为零 ， 而在稳恒电流条件下导体内部场强不为零； 在一般情况下 ， 静电场的电场线并不是电荷运动的轨迹线 ， 但是导体 7、中恒定电场的电场线就是电荷运动的轨迹线 (1)产生恒定电流的电路中的电场是合电场 (E)， 它由两部分组成：一是电源的电场 (二是导线两侧的堆积电荷的电场 (E) (2)恒定电流电路中的电场是稳定电场 ， 即电路中的电荷分布是稳定的 ， 但不是静态的绝对稳定 ， 而是动态稳定 ， 就电路中任一微元来讲 ， 流走多少电荷 ， 就补充等量的电荷 ， 所以不能认为恒定电场是匀强电场 要点三 恒定电流 1 电流 (1)电流的形成：电荷的定向移动形成电流 (2)产生电流的条件 内因：存在自由电荷 外因：导体两端存在电势差 导体两端存在电压时 ， 导体内建立了电场 ， 导体中的自由电荷在电场力作用下发生定 8、向移动 ， 形成电流 (3)电流的方向：人们规定正电荷移动的方向为电流的方向 在金属导体中 ， 电流的方向与自由电子的定向移动方向相反 在电解液中 ， 电流的方向与正离子定向移动方向相同 ， 与负离子定向移动方向相反 电流是标量 (4)电流的定义 定义：通过导体横截面的电荷量 定义式： I q/t. 单位：在国际单位制中 ， 电流的单位是安培 ， 符号是 A， 通常用的单位还有毫安 、 微安 ， 1 A 103 06 A (5)恒定电流：大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流 不同导体中电流的计算方法 (1) 金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用 I q 是某一时间内通过金属导体横截面的电 9、子的电荷量 (2) 电解液中的自由电荷是正、负离子，运用 I q 应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和 (3) 处于电离状态的气体中的自由电荷既有正、负离子，也有自由电子，利用公式 I 有的同学误认为用 I 算电流时， q 应为 t 时间内通过导体单位横截面的电荷量 辨析： 电流与横截面积没有关系 从公式 I q 指时间 t 内通过导体某一横截面的电量，在公式中并没有限定必须是单位面积通过的电量，所以计 算电流时，与导体横截面的大小无关，只与电量和通过这些电量所需的时间有关 2 电流的微观表达式 (1)建立模型：如图所示 ， 两端加一定的电压 ， 导体中的自由电荷沿导体定 10、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. (2) 理论推导 体中的自由电荷总数： N 总电荷量 Q 所有这些电荷都通过横截面 D 所需要的时间： t 根据公式 q 得：导体 的电流： I Qt v v . (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、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关 使用公式 I 一定要注意以下几点： (1)各个物理量都要用国际单位 (2)正确理解各符号的意义 ， 特别是 (3)若已知单位长度的自由电荷数为 n， 则电流的微观表达式为 I 电流 11、微观表达式为 I 其中 实际上电荷的运动存在三种速率 ， 下面对电荷的三种速率进行区别 . 自由电荷定 向移动速率 自由电荷定向移动形成电流，其中电荷定向移动的速率一般为 10 5 m/无规则热 运动速率 导体中的自由电子在不停地做无规则运动，由于沿各个方向无规则运动的机会相等，故不能形成电流常温下自由电子热运动的速率的数量级为 105 m/s 电场传播速 率 (或电流 传导速率 ) 等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中的光速 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 由 I 同一段导体 ， 横截面积越大的位置 ， 自由电荷定向移动的速率 12、越小 ， 如图所示 (2014杨浦区一模 )下列说法中正确的是( ) A 电流的方向就是电荷移动的方向 B 在直流电源的外电路上 ， 电流的方向是从电源正极流向负极 C 电流都是由电子的移动形成的 D 电流是有方向的量 ， 所以是矢量 题 型 1 对电流的理解与辨析 【 解析 】 正电荷移动的方向是电流的方向 ， 负电荷移动的方向是电流的反方向 ， 故 直流电源的外电路上 ， 电流从电源的正极流向负极 ， 内电路从负极流向正极 ， 故 体中自由电荷定向移动形成电流 ， 不一定是电子 ， 流有方向但是标量 ， 【 答案 】 B 【 方法总结 】 (1)导体内电荷的无规则运动与电荷的定向移动不是一 13、回事 ， 导体两端存在电势差时 ， 导体内的电荷才会定向移动 ， 但电荷的无规则运动是不需要条件的 (2)电流是描述电流强弱的物理量 ， 它有方向但为标量 习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 以下说法正确的是 ( ) A 只要有可以自由移动的电荷 ， 就能存在持续电流 B 金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的 C 电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率 D 在金属导体内当自由电子定向移动时 ， 它们的热运动就消失了 变式训练 1 解析： 要有持续电流必须有持续的电压 ， 体中形成电流的原因是导体两端加上电压 ， 于是在导体内形成了电场 ， 导体内的自由电子将在电场力作用下定向移动 ， 形成电流 ， 流的传导速度等于光速 ， 电子定向移动的速率很小 ， 形成电流时电子定向移动 ， 但是热运动并没有消失 ， 其实电子仍然做无规则的热运动 ， 答案： B 如果导线中的电流为 1 那么 1 若 “ 220 V 60W” 的白炽灯正常发光时的电流为 273 则 20 【 分析 】 根据公式 q 注意单位的统一 ，记住每个电子所带电荷量 e 10 19 C 题 型。