人教版 (新课标)选修2电源导学案及答案

这是一份人教版 (新课标)选修2电源导学案及答案，共6页。学案主要包含了【课程标准】，【学习目标】，【知识梳理】，【总结升华】，【课堂检测】等内容，欢迎下载使用。
二、【学习目标】：
1.通过研读教材文本说出电源的作用、恒定电场、恒定及电流产生的条件。
2.通过研读教材说明七个基本物理量之一的电流的定义、表达式、单位、矢标性及物理意义。
3.通过建立柱状模型，利用电流的定义式推导电流的微观表达式，明确式中各量的含义。
4.能利用电流的定义式正确求解电解液导电的电流及平均电流问题
三、【知识梳理】：
【问题1】通过阅读教材P53，画图说明电源的作用，并说明形成持续电流的条件。
【参考答案】
如图，电源的作用就是把电子等带负电的粒子经电源的内部由正极A搬到负极B或将带正电粒子经电源的内部由负极B搬到正极A，使A、B两端形成稳定的电压。
形成持续电流的条件：（1）要有持续稳定的电压；（2）要有导体并形成闭合回路。
【问题2】通过阅读教材P54，说明下列问题：
导体周围电场是如何形成的？
恒定电场及其特性。
（3）恒定电流及其形成过程。
【参考答案】
（1）详尽的分析表明，A、B周围空间的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。
（2）由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,称为恒定电场。它的基本性质与静电场相同。在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等,在恒定电场中同样适用。
（3）方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率增加,而运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速，因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化，进而形成恒定。
【问题3】电流是七个基本物理量之一，通过阅读教材教材P54写出电流的定义、表达式、单位、矢标性及物理意义。
【参考答案】
（1）电流：通过导体横截面的电荷量q与所用的时间t的比值
（2）比值定义式：I＝q/t
（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。1C=1A·s。安培是七个基本单位之一。常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(μA)，1mA=10-3A 1μA=10-6A
（4）电流的方向规定为正电荷的定向移动方向。虽然电流有方向，但运算不遵循平行四边形定则，故电流是标量。
（5）物理意义；表征电流的强弱程度的物理量。
（二）【合作探究】：
【活动一】完成通过例题1、例题2体会电流的定义式的使用技巧，总结利用电流的定义式求解电流的关键点。
【例题1】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】：设电子绕原子核运动的周期为T，则有,
解得
若取某一横截面积，则一个周期内通过其电荷量为e，所以电子运动形成的等效电流大小为
【例题2】在电解槽中，1 min内通过横截面的一价正离子和一价负离子的个数分别为1.125×1021个和7.5×1020个，求通过电解槽的电流。（元电荷e＝1.6×10－19C）
【解析】：正负离子所带电荷的电性是相反的，但二者的运动方向也相反，故形成电流的方向相同，因此应该相加，也就是说，在这段时间内流过电解槽的电量应该是正负离子电量的绝对值的和，所以通过电解槽的电流为：
【方法提炼】：1、利用电流的定义式求解电流关键是要找到一定时间内通过某一横截面积的电荷量。
2、电荷量的求解中“加”或“减”不是看电荷的流动方向，而是看电荷移动时所形成的电流方向，相同则相加，相反则相减。
【活动二】已知导体中单位体积的电荷数n，电荷的定向移动速度v，导体的横截面积S和导体中自由电荷所带的电荷量q，通过建立柱状模型，利用电流的定义式推导出电流的微观表达式，查阅资料说明电子定向移动速率、电流传导速率和电子热运动的速率的区别。并结合例题1体会柱状模型及电流与微观量的综合应用的关键。
【解析】：如图在t时间内流过导体横截面积的电荷量为在t时间内能运动到该面积的所有电荷，也就是以面S为底，以长度L＝vt为高的圆柱内的所有电子的电荷量。即q=nSvtq,所以通过导体的电流为I=q/t=nqSv,这就是电流的微观表达式。
【例题3】有一条横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A。已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量M=6.4×10-2kg/ml，阿伏加德罗常数NA=6.02×1023ml-1，电子的电量大小e=1.6×10-19C，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。
【解析】：（一）设自由电子在导线内定向移动的速率是己。
取一段导线,如图,自由电子从它的左端定向移动到右端所用的时间记为t,则这设导线的长度为vt,体积为vtS、质量为ρvtS。这段导线中的原子数为N=ρvtSNA/M
由于导线中每个铜原子贡献一个自由电子,所以这段导线中的自由电子数目与铜原子数目相等,也等于n。
因为时间t内这些电子全部通过右端横截面,因此通过横截面的电荷量是
q=Ne=eρvtSNA/M
已这个式子代入I=q/t,,得v=IM/eρtSNA=7.5m/s
（二）单位体积的电荷数为n=ρNA/M,代入Ⅰ＝neSv，求解。
【方法提炼】：
方法1、利用微观量的关系，结合柱状模型的找出在时间t内通过某一横截面积的电荷量，进而利用电流的定义式求解电流。
方法2、通过微观量的关系找出单位体积的电荷数，通过电流的微观表达式求解电流。
四、【总结升华】
稳定电压（电源）
闭合的导体回路
电流
定义
比值定义式
单位
矢标性
物理意义
形成条件
恒定电流
恒定电场
五、【课堂检测】
.tif"1（单选）关于电流的说法中正确的是( )
A．根据I＝q/t，可知I与q成正比
B．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流
C．电流有方向，电流是矢量
D．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位
2（单选）关于电流的方向，下列说法中正确的是( )
A．在金属导体中电流的方向是自由电子定向移动的方向
B．在电解液中，电流的方向为负离子定向移动的方向
C．无论在何种导体中，电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反
D．在电解液中，由于是正负电荷定向移动形成电流，所以电流有两个方向
3（单选）如图所示，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，由于棒运动而形成的等效电流大小为( )
A．vq B.eq \f(q,v) C．qvS D．qv/S
4（单选）某兴趣小组为调查龙河的水质情况在，取样调查了金彰的水质情况，通过计算结果表明，被污染的河里一分钟时间内有相当于6C的二价铜离子和9C的硝酸根离子向下游流去，则取样时这条河流的等效电流大小和方向是（ ）
A. 0.25A方向顺流而下 B. 0.05A方向顺流而下
C. 0.25A方向逆流而上 D. 0.05A方向逆流而上
5（多选）下列关于电流的叙述正确的是( )
A．只要将导体置于电场中，导体内就有持续的电流
B．电源的作用是使闭合电路中有持续的电流
C．通常导体内没有电流时，就说明导体内的电荷没有移动
D．导体中的电流可以是正、负电荷同时沿相反方向移动而形成的
6（多选）半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流应有( )
A．若ω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ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍
C．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大
D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小
7（28分）设横截面积为1.0 mm2铜导线中通过1.0 A电流．铜在单位体积中的自由电子数为8.5×1028 m－3，电子的电荷量为1.6×10－19 C，试计算这时自由电子的定向移动速率为多少？而常温下金属中自由电子热平均速率约为105 m/s，通过有关资料，我们还可知道：形成电流的速率不是自由电子的定向移动的速率，而是电场的传播速率，且电场的传播速率是光速3.0×108 m/s，就这些知识，你能否描述一下电路接通后金属导体中自由电子运动的情景。
8【选做】（20分）如图是静电除尘器示意图，A接高压电源正极，B接高压电源的负极，AB之间有很强的电场，空气被电离为电子和正离子，电子奔向正极A的过程中，遇到烟气的煤粉，使煤粉带负电，吸附到正极A上，排出的烟就成为清洁的了，已知每千克煤粉会吸附m ml电子，每昼夜能除尘n kg，计算高压电源的电流强度I，电子电量设为e，阿伏加德罗常数为NA，一昼夜时间为t.
参考答案：
1、D 2、C 3、A 4、D 5、BD 6、AB
7．由I＝eq \f(q,t)，且q＝nVe＝nSvte，即I＝neSv，所以v＝eq \f(I,neS)，可算出自由电子的定向移动速率v约为：7.4×10－5 m/s.
金属导体中各处都是自由电子，电路一旦接通，导线中便以电场的传播速率3.0×108 m/s在各处迅速地建立起电场，在这个电场的作用下，导线各处的自由电子几乎同时开始以很小的定向移动速率7.4×10－5 m/s做定向运动，整个电路几乎同时形成了电流．但同时，由于金属中自由电子的热平均速率约为105 m/s，显然这个速率远大于自由电子的定向移动速率，所以金属导体通电后，导体各处的自由电子几乎同时开始在原本速率巨大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动．
8. 2mnNAe/t
解析：根据电流强度定义式I＝eq \f(Q,t)，只要能够计算出一昼夜时间内通过的电量Q，就能够求解电流强度I，需要注意的是，流过电源的电量Q跟煤粉吸附的电量Q′并不相等，由于电离出的气体中电子和正离子同时导电，煤粉吸附的电量Q′＝eq \f(1,2)Q.
∵Q′＝mnNAe，Q＝It，
∴mnNAe＝eq \f(1,2)It，I＝2mnNAe/t.
电子定向移动速率
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,电流Ⅰ＝neSv,其中v就是电子定向移动的速率
导体中内部电子在不停地做无规则热运动,由于热运动各个方向运动的机会相等,故不能形成电流
等于光速,闭合开关的瞬间,电路中各处以光速建立恒定电场,电路中各处的自由电子几乎同时定向移动,整个电路几乎同时形成电流
大小
10-5m/s
10-5m/s
3×108m/s
得分
得分