《2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 恒定電流 第1節(jié) 電源和電流學(xué)案 新人教版選修3-1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 恒定電流 第1節(jié) 電源和電流學(xué)案 新人教版選修3-1（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第1節(jié)　電源和電流 　1．理解電源的作用．　2．理解恒定電場的形成過程．　3．理解恒定電流的概念，會用公式q＝It分析相關(guān)問題．　4．知道電流形成的微觀實質(zhì)． 一、電源 1．定義：能把電子從正極搬運到負(fù)極的裝置． 2．作用 (1)維持電路兩端有一定的電勢差． (2)使閉合電路中保持持續(xù)的電流． 二、恒定電流 1．恒定電場 (1)恒定電場：當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時，導(dǎo)線中的電場是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的．這種由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場，叫恒定電場． (2)特點：任何位置的電荷分布和電場強度都不隨時間變化． 2．恒定電流 (1)定義：大小、方向都

2、不隨時間變化的電流稱為恒定電流． (2)公式：I＝或q＝It，其中：I表示電流，q表示在時間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量． (3)單位：安培，簡稱安，符號A；常用的電流單位還有毫安(mA)、微安(μA)． 1 A＝103 mA；1 A＝106 μA． 判一判　(1)有電源不一定得到持續(xù)的電流，要得到持續(xù)的電流除電路中有電源外，電路還必須是閉合的，即必須用導(dǎo)體將電源連接起來．(　　) (2)電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負(fù)極不斷地搬運到正極，從而使電源兩極之間有穩(wěn)定的電勢差，電路中形成持續(xù)的電流．(　　) (3)金屬導(dǎo)體導(dǎo)電時定向移動的電荷是自由電子，液體導(dǎo)電時定向移動的電荷有正

3、離子和負(fù)離子，氣體導(dǎo)電時定向移動的電荷有自由電子、正離子和負(fù)離子．(　　) (4)導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的，電場線與導(dǎo)線表面垂直．(　　) (5)公式I＝中，q是通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，當(dāng)導(dǎo)體中有正、負(fù)電荷同時向相反方向定向移動形成電流時，公式中的q應(yīng)為通過導(dǎo)體橫截面的正、負(fù)兩種電荷電荷量的絕對值之和．(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√ 想一想　電流的方向一定是電荷的定向移動方向嗎？方向不變的電流一定是恒定電流嗎？ 提示：不一定．電流的方向與正電荷定向移動的方向相同，與負(fù)電荷定向移動的方向相反．恒定電流是指大小和方向

4、都不變的電流，方向不變、大小改變的電流不是恒定電流． 做一做　如圖所示，一根截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻地帶有負(fù)電荷，每米電荷量為q，當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運動時，由于棒運動而形成的等效電流大小為(　　) A．vq　　　　　　　　 B． C．vqS D． 提示：選A．經(jīng)過時間t，通過右端橫截面的電荷量Q＝qvt，根據(jù)I＝得I＝vq，A正確． 　對電流的理解 1．電流的形成 (1)形成原因：電荷的定向移動． (2)形成條件：導(dǎo)體兩端有電壓． (3)電路中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件：電路中有電源且電路閉合． 2．電流的方向：規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的

5、方向，則負(fù)電荷定向移動的方向與電流的方向相反． 3．電流的大小 (1)定義式：I＝．用該式計算出的電流是時間t內(nèi)的平均值．對于恒定電流，電流的瞬時值與平均值相等． (2)兩點說明 ①電解液中正、負(fù)離子定向移動的方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動形成的電流方向是相同的，應(yīng)用I＝求電流時，q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的絕對值之和． ②q＝It是I＝的變形，是求電荷量的重要公式． 4．電流是標(biāo)量：電流雖然有方向，但是它遵循代數(shù)運算法則，所以電流不是矢量，而是標(biāo)量． 命題視角1　對電流定義的理解 　(多選)關(guān)于電流的概念，下列說法中正確的是(　　) A．導(dǎo)體中有電荷運動就形成

6、電流 B．電流是一個矢量，其方向就是正電荷定向運動的方向 C．在國際單位制中，電流是一個基本物理量，其單位安培是基本單位 D．對于導(dǎo)體，只要其兩端電勢差為零，電流也必為零 [解析]　導(dǎo)體中有大量的自由電子，總在不停地做無規(guī)則運動，沒有定向運動，在一段時間t內(nèi)，通過導(dǎo)體某一截面的電荷是雙向的，其數(shù)值又是相等的，電流為零，故A錯誤；電流是一個標(biāo)量，因為其運算不符合矢量運算規(guī)則，為了便于研究電流，人們規(guī)定正電荷定向運動的方向為電流的正方向，以區(qū)別于負(fù)電荷的定向運動，故B錯誤；在國際單位制中，共有七個基本量，電流是其中之一，故C正確；對于導(dǎo)體，其兩端電勢差為零時，導(dǎo)體內(nèi)無電場，電子不能定向運動

7、，故電流為零，D正確． [答案]　CD 命題視角2　定義式I＝的應(yīng)用 　(2018·重慶校級期中)如圖所示，電解池內(nèi)有一價的電解液，t s內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1，負(fù)離子數(shù)是n2，設(shè)元電荷為e，以下解釋中正確的是(　　) A．當(dāng)n1＝n2時電流強度為零 B．當(dāng)n1>n2時，電流方向從A→B，電流強度為I＝ C．當(dāng)n1

8、故I＝，電流方向由A指向B，與正、負(fù)電荷的數(shù)量無關(guān)，C錯誤，D正確． [答案]　D 不同導(dǎo)體中電流的計算方法 (1)金屬導(dǎo)體：自由電荷只有自由電子，運用I＝計算時，q是某一時間內(nèi)通過金屬導(dǎo)體橫截面的電子的電荷量． (2)電解液：自由電荷是正、負(fù)離子，運用I＝計算時，q應(yīng)是同一時間內(nèi)正、負(fù)兩種離子通過橫截面的電荷量的絕對值之和． (3)電離狀態(tài)的氣體：自由電荷既有正、負(fù)離子，也有自由電子，利用公式I＝求氣體導(dǎo)電電流時，q應(yīng)是三種帶電粒子通過橫截面的電荷量的絕對值之和． (4)環(huán)形電流：有些電流，并不是導(dǎo)體內(nèi)電荷的定向移動形成的，如電子繞核運動，經(jīng)電場加速的粒子流、帶電體的運動等，

9、可以通過等效方法用I＝求解等效電流．　 【題組突破】 1．下列有關(guān)電源的電路中，導(dǎo)線內(nèi)部的電場強度的說法正確的是(　　) A．導(dǎo)線內(nèi)部的電場就是電源所形成的電場 B．在靜電平衡時，導(dǎo)線內(nèi)部的場強為零，而導(dǎo)線外部的場強不為零，所以導(dǎo)線內(nèi)部的電場不是穩(wěn)定的 C．因為導(dǎo)線處于電源的電場中，所以導(dǎo)線內(nèi)部的場強處處為零 D．導(dǎo)線內(nèi)的電場是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的，導(dǎo)線內(nèi)的電荷處于平衡狀態(tài)，電荷分布是穩(wěn)定的，電場也是穩(wěn)定的 解析：選D．導(dǎo)線內(nèi)部的電場是電源和導(dǎo)線積累電荷所形成的兩部分電場的矢量和，穩(wěn)定后不同于靜電平衡(內(nèi)部場強處處為零)，而是場強大小恒定，方向與導(dǎo)線切線

10、一致，是一種動態(tài)的平衡，故A、B、C錯，D對． 2．某一探測器因射線照射，內(nèi)部氣體電離，在時間t內(nèi)有n個二價正離子到達(dá)陰極，有2n個電子到達(dá)探測器的陽極，則探測器電路中的電流為(　　) A．0　　　　　　　　　 B． C． D． 解析：選D．由題意可知，在時間t內(nèi)通過某橫截面的電荷量為n·2e＋2n·e＝4ne，故根據(jù)電流的定義可知探測器電路中的電流為I＝＝，故選項D正確． 　電流的微觀解釋 1．建立“柱體微元”模型：如圖所示，AD表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體l，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速率為v，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電

11、荷的電荷量為q． 2．理論推導(dǎo)：AD導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù)：N＝nlS．總電荷量Q＝Nq＝nlSq．所有這些電荷都通過橫截面D所需要的時間：t＝．根據(jù)公式q＝It可得：導(dǎo)體AD中的電流：I＝＝＝nqSv． 3．影響因素：從微觀上看，電流取決于導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個自由電荷的電荷量、定向移動速率的大小和導(dǎo)體的橫截面積． 4．結(jié)論：從微觀上看，電流取決于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個自由電荷的電荷量、自由電荷定向移動速率的大小，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)． 5．兩個公式的比較 I＝ I＝nqSv 公式性質(zhì) 定義式 決定式 電流的意義 時間t內(nèi)的平均電流 某時

12、刻的瞬時電流 描述的角度 大量電荷定向移動的宏觀表現(xiàn) 形成電流的微觀實質(zhì) 聯(lián)系 由I＝可導(dǎo)出I＝nqSv 【題組過關(guān)】 1．(多選)有一橫截面積為S的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流為I；設(shè)單位體積的導(dǎo)線中有n個自由電子，電子的電荷量為e，此電子的定向移動速率為v，在Δt時間內(nèi)，通過導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)可表示為(　　) A．nvSΔt　　 B．nvΔt　　　C．　　 D． 解析：選AC．因為I＝，所以q＝I·Δt，自由電子數(shù)目為N＝＝，C正確，D錯誤；又因為電流的微觀表達(dá)式為I＝nevS，所以自由電子數(shù)目為N＝＝＝＝nvSΔt，A正確，B錯誤． 2．(2018·廣東佛山一中高二

13、月考)在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲中不斷放出的電子進(jìn)入電壓為U的加速電場，設(shè)其初速度為零，經(jīng)加速后形成橫截面積為S、電流為I的電子束．已知電子的電荷量為e、質(zhì)量為m，則在剛射出加速電場時，一小段長為Δl的電子束內(nèi)的電子個數(shù)是(　　) A． B． C． D． 解析：選B．設(shè)電子剛射出電場時速度為v，長為Δl的電子束內(nèi)的電子數(shù)為n，則 eU＝mv2 ① I＝ ② Δt＝ ③ 由①②③式解得n＝ ，故B正確． [隨堂檢測] 1．現(xiàn)代生活離不開電源，電子表、照相機、移動電話、計算器及許多電子產(chǎn)品，都需要配備各式各樣的電源．以下關(guān)于電源的說法正確的是(　　

14、) A．電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負(fù)極不斷地搬運到正極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢差 B．電源的作用就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 C．只要電路中有電源，電路中就一定有電流 D．電源實質(zhì)上也是一個用電器，也需要外界提供能量 解析：選B．電源的作用是維持正、負(fù)極之間有一定的電勢差，這需要電源不斷地將其內(nèi)部的負(fù)電荷向負(fù)極聚集，將正電荷向正極聚集．外電路中自由電子在電場力的作用下向正極移動；在電源內(nèi)部，需要將正極上的電子搬運到負(fù)極，維持電勢差不變，故A錯誤．從能量轉(zhuǎn)化的角度來看，電源在搬運電荷的過程中，需要克服電場力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，故B正確．若要電路中有電流，不僅需要有

15、電源，還需要電路是閉合的，兩者缺一不可，故C錯誤．電源是對電路提供能量的裝置，故D錯誤． 2． (多選)如圖所示，將左邊的銅導(dǎo)線與右邊的鋁導(dǎo)線連接起來，已知鋁導(dǎo)線的橫截面積是銅導(dǎo)線橫截面積的兩倍，在銅導(dǎo)線上取一個截面 A，在鋁導(dǎo)線上取一個截面B，若在1秒內(nèi)垂直地通過它們的電子數(shù)相等，那么，通過這兩個截面的(　　) A．電流相等 B．電流不相等 C．自由電子定向移動的速率相等 D．自由電子定向移動的速率不相等 解析：選AD．由電流定義知I＝＝，A正確，B錯誤．由電流的微觀表達(dá)式I＝nSqv 知，I、n、q均相等，因為SAvB，C錯誤，D正確． 3．(高考上海

16、卷)重離子腫瘤治療裝置中的回旋加速器可發(fā)射＋5價重離子束，其束流強度為1．2×10－5 A，則在1 s內(nèi)發(fā)射的重離子個數(shù)為(e＝1．6×10－19 C)(　　) A．3．0×1012　　　　　　　 B．1．5×1013 C．7．5×1013 D．3．75×1014 答案：B 4．已知銅導(dǎo)線中的電流為1 A，銅導(dǎo)線的橫截面積為1 mm2，求： (1)在1 s內(nèi)，有多少個電子通過銅導(dǎo)線的橫截面？(電子電荷量e＝1．6×10－19 C) (2)自由電子的平均移動速率多大？(設(shè)銅導(dǎo)線中每立方米含有8．5×1028個自由電子) 解析：(1)1 s內(nèi)通過銅導(dǎo)線橫截面的電荷量為q＝It＝1

17、C．所以1 s內(nèi)通過銅導(dǎo)線橫截面的電子個數(shù)N＝＝(個)＝6．25×1018(個)． (2)由電流的微觀表達(dá)式I＝nqSv得自由電子的平均移動速率v＝＝ m/s≈7．35×10－5 m/s． 答案：(1)6．25×1018個　(2)7．35×10－5 m/s [課時作業(yè)] [學(xué)生用書P129(單獨成冊)] 一、單項選擇題 1．關(guān)于電流的說法中正確的是(　　) A．根據(jù)I＝，可知I與q成正比 B．如果在任何相等的時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量相等，則導(dǎo)體中的電流是恒定電流 C．電流有方向，電流是矢量 D．電流的單位“安培”是國際單位制中的基本單位 解析：選D．依據(jù)電流的定義式可知

18、，電流與q、t皆無關(guān)，選項A錯誤；雖然電流是標(biāo)量，但是卻有方向，因此在任何相等的時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量雖然相等，但如果方向變化，電流也不是恒定電流，所以選項B、C錯誤；選項D正確． 2．金屬導(dǎo)體內(nèi)電流增強，是因為(　　) A．導(dǎo)體內(nèi)單位體積的自由電子數(shù)增多 B．導(dǎo)體內(nèi)自由電子定向移動的速率增大 C．導(dǎo)體內(nèi)電場的傳播速率增大 D．導(dǎo)體內(nèi)自由電子的熱運動速率增大 解析：選B．對于確定的金屬導(dǎo)體，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)是一定的，而且導(dǎo)體內(nèi)電場的傳播速率也是一定的，所以A、C錯誤；導(dǎo)體內(nèi)電流增強是由于自由電子定向移動的速率增大，使得單位時間內(nèi)穿過導(dǎo)體橫截面的電荷量增大，B正確；導(dǎo)體內(nèi)

19、自由電子的熱運動與電流的大小無直接關(guān)系，D錯誤． 3．一段粗細(xì)均勻的銅導(dǎo)線的橫截面積是S，導(dǎo)線單位長度內(nèi)的自由電子數(shù)為n，銅導(dǎo)線內(nèi)的自由電子所帶的電荷量為e，自由電子做無規(guī)則熱運動的速率為v0，導(dǎo)線中通過的電流為I．則下列說法中正確的是(　　) A．自由電子定向移動的速率為v0 B．自由電子定向移動的速率為v＝ C．自由電子定向移動的速率為真空中的光速c D．自由電子定向移動的速率為v＝ 解析：選D．v0為電子做無規(guī)則熱運動的速率，非定向移動速率，故A錯誤．對于電流微觀表達(dá)式I＝nqSv，式中n為單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)，而本題中n為單位長度內(nèi)的自由電子數(shù)，t時間內(nèi)通過導(dǎo)線某一橫截面

20、的自由電子數(shù)為nvt，電荷量Q＝nvte，所以電流I＝＝nev，所以v＝，故B、C錯誤，D正確． 4．電路中有一電阻，通過電阻的電流為5 A，當(dāng)通電5分鐘時，通過電阻橫截面的電子數(shù)為(　　) A．1 500個　　　　　　 B．9．375×1019個 C．9．375×1021個 D．9．375×1020個 解析：選C．q＝It，n＝＝＝9．375×1021個． 5．如圖所示的電解池，在1 s的時間內(nèi)，共有3 C的正離子和3 C的負(fù)離子通過截面xy，則這個電路中的電流是(　　) A．0 A B．1．5 A C．3 A D．6 A 解析：選D．電解液中的正、負(fù)離子定向移動的

21、方向相反，故它們產(chǎn)生同向的電流，由公式I＝得，電路中的電流I＝ A＝6 A，故D正確． 6．(2018·重慶市萬州二中高二期中)北京正負(fù)電子對撞機的儲存環(huán)是周長為240 m的近似圓形軌道．當(dāng)環(huán)中電子以光速的流動而形成10 mA的電流時，環(huán)中運行的電子數(shù)目為(已知光速c＝3×108 ms，電子電荷量e＝1．6×10－19C)(　　) A．5×1010 B．5×1011 C．1×102 D．1×104 解析：選B．電子運動一周所需要的時間： t＝ s＝8×10－6 s 在圓形軌道上任取一橫截面，則在t時間內(nèi)整個環(huán)中的電子剛好都通過該截面，故環(huán)中具有電子的電量為： q＝It＝10

22、×10－3×8×10－6 C＝8×10－8 C 環(huán)中具有電子數(shù)N＝＝個＝5×1011個． 7．銅的摩爾質(zhì)量為m，密度為ρ，每摩爾銅原子有n個自由電子，今有一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線，當(dāng)通過的電流為I時，電子平均定向移動速率為(　　) A．光速c B． C． D． 解析：選D．假設(shè)電子定向移動的速率為v，那么在t時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)相當(dāng)于在體積vtS中的自由電子數(shù)，而體積為vtS的銅的質(zhì)量為vtSρ，摩爾數(shù)為，所以電量q＝，I＝＝，于是得：v＝． 二、多項選擇題 8．關(guān)于電流的方向，下列說法中正確的是 (　　) A．電源供電的外部電路中，電流的方向是從高電勢一端

23、流向低電勢一端 B．電源內(nèi)部，電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端 C．電子運動形成的等效電流方向與電子運動方向相同 D．電子運動形成的等效電流方向與電子運動方向相反 解析：選AD．在電源的外部電路中，電流從正極流向負(fù)極，在電源內(nèi)部，電流從負(fù)極流向正極，電源正極電勢高于負(fù)極電勢，所以A正確，B錯誤；電子帶負(fù)電，電子運動形成的電流方向與電子運動的方向相反，C錯誤，D正確． 9．給一粗細(xì)不均勻的同種材料制成的導(dǎo)體通電，下列說法正確的是(　　) A．粗的地方電流大，細(xì)的地方電流小 B．粗的地方電荷定向移動速率大，細(xì)的地方小 C．各處的電流大小相同 D．粗的地方電荷定向移動速率小，

24、細(xì)的地方大 解析：選CD．同一根導(dǎo)線上的電流相等，故C對；由I＝nqSv可得v＝，故D對． 10．(2018·福建寧德一中高二檢測)半徑為 R 的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在平面且通過圓心的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流應(yīng)滿足(　　) A．若ω不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍 B．若電荷量Q不變而使ω變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍 C．若使ω、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變大 D．若使ω、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變小 解析：選AB． 截取圓環(huán)的任一截面S，如圖所示，在橡膠

25、圓環(huán)運動一周的時間 T 內(nèi)，通過這個截面的電荷量為Q，則有：I＝＝，又 T＝，所以I＝．分析各選項可知本題選A、B． 三、非選擇題 11． 如圖所示，在NaCl溶液中，正、負(fù)電荷定向移動，方向如圖中所示，若測得2 s內(nèi)分別有1．0×1018個Na＋和Cl－通過溶液內(nèi)部的橫截面M，溶液中的電流方向如何？電流為多大？ 解析：NaCl溶液導(dǎo)電是靠自由移動的Na＋和Cl－，它們在電場力作用下向相反方向運動．因為電流方向為正電荷定向移動的方向，故溶液中電流方向與Na＋定向移動的方向相同，即由A流向B．Na＋和Cl－都是一價離子，每個離子的電荷量為e＝1．6×10－19 C，NaCl溶液導(dǎo)電時，Na＋由A向B定向移動，Cl－由B向A定向移動，負(fù)離子的運動可以等效地看做正離子沿相反方向的運動，可見，每秒鐘通過橫截面M的電荷量為兩種離子電荷量的絕對值之和， 則有I＝＝＝ A＝0．16 A． 答案：由A流向B　0．16 A 12．某品牌手機在待機工作狀態(tài)時，通過的電流是4微安，則該手機一天時間內(nèi)通過的電荷量是多少？通過的自由電子個數(shù)是多少？ 解析：通過的電荷量為： q＝It＝4×10－6×24×3 600 C≈0．35 C 通過的電子個數(shù)為： N＝＝個≈2．19×1018個． 答案：0．35 C　2．19×1018個 12