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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第二章 第1節(jié) 電源和電流 學(xué)案2 課前自主學(xué)習(xí) 一、電源 1．帶正、負(fù)電荷的導(dǎo)體通過(guò)導(dǎo)線放電只能形成瞬間的電流：如圖1所示，當(dāng)用導(dǎo)線連接帶正、負(fù)電荷的導(dǎo)體A、B時(shí)，導(dǎo)線中的自由電子便會(huì)在靜電力的作用下沿導(dǎo)線做定向移動(dòng)，帶負(fù)電的導(dǎo)體B________電子，帶正電的導(dǎo)體A________電子，周?chē)妶?chǎng)迅速減弱，兩導(dǎo)體間的電勢(shì)差很快消失，電流是________的． 圖1 2．電源能給電路提供持續(xù)的電流：在兩個(gè)導(dǎo)體間加一個(gè)裝置P，如圖2所示，它能源源不斷地把經(jīng)導(dǎo)線流到A的電子取走，補(bǔ)充給B，使A、B始終保持一定數(shù)量的正、負(fù)電荷，A、B周?chē)臻g始終存在一定的______，A、B之間始終保持一定的______．這樣電路就始終保持持續(xù)的________，這種搬運(yùn)電荷的裝置P就是________． 圖2 二、恒定電流 1．恒定電場(chǎng) 導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的________共同形成的．盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另外的又來(lái)補(bǔ)充，形成一種________平衡，這樣________的分布是穩(wěn)定的，形成的________也是穩(wěn)定的，不隨時(shí)間而改變，稱為恒定電場(chǎng)． 2．恒定電流 （1）恒定電流：由于恒定電場(chǎng)的作用，電路中的電流保持恒定．我們把______________都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流． （2）電流：①定義：通過(guò)導(dǎo)體截面的________與通過(guò)這些電荷量所用________的比值，叫做電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱電流． ②公式表達(dá)：I＝，或?qū)懗呻姾闪康谋磉_(dá)式：__________. ③單位：在國(guó)際單位制中是______，簡(jiǎn)稱安，符號(hào)是A.更小的單位還有________ (mA)、________(μA)，換算關(guān)系為：1 A＝ mA＝ μA. 核心知識(shí)探究 一、電源 [問(wèn)題情境] 電閃雷鳴時(shí)，強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光，但它只能存在一瞬間，手電筒中小燈泡能持續(xù)發(fā)光． 導(dǎo)體中的電流是怎樣形成的？ 1．導(dǎo)體中有電流，是因?yàn)樽杂呻娮幼鍪裁催\(yùn)動(dòng)？ 　 2．電路中之所以能有持續(xù)的電流，是因?yàn)殡娐穬啥司S持著一定的電勢(shì)差，這是什么元件在起作用？ 　 [要點(diǎn)提煉] 1．要使電路中保持持續(xù)的電流，電路兩端之間要有一定的________． 2．電源的作用：維持電路兩端始終有一定的________，使電路中保持______________． 二、恒定電流 [問(wèn)題情境] 導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的．這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，電荷的分布卻是穩(wěn)定的，這是為什么？ 　 　 [要點(diǎn)提煉] 1．由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng)，稱為_(kāi)___________． 2．在恒定電場(chǎng)中，任何位置的電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化，所以它的基本性質(zhì)與________相同．在靜電場(chǎng)中所講的電勢(shì)、電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系等，在恒定電場(chǎng)中________． [問(wèn)題情境] 1．什么樣的電流被稱為恒定電流？ 　 2．我們用什么物理量來(lái)描述電流的強(qiáng)弱程度？ 　 3．電流的傳播速度是光速，電子在導(dǎo)線中也是以光速移動(dòng)嗎？ [要點(diǎn)提煉] 1．我們把________都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流． 2．________是描述電流強(qiáng)弱的物理量，其單位是________，電荷量q＝________. 解題方法探究 例1　某電解池中，若在2 s內(nèi)各有1.01019個(gè)二價(jià)正離子和2.01019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過(guò)某截面，那么通過(guò)這個(gè)截面的電流是(　　) A．0 B．0.8 A C．1.6 A D．3.2 A 聽(tīng)課記錄：　 　 　 變式訓(xùn)練1　如圖3所示，電解池內(nèi)只含有一種CuCl2電解質(zhì)的電解液，t s內(nèi)通過(guò)溶液內(nèi)截面S的銅離子數(shù)是n，設(shè)基元電荷為e，試分析電解液中電流的方向和大小怎樣？ 圖3 例2　電子的繞核運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流．若氫原子中的電子以速率v在半徑為r的軌道上運(yùn)動(dòng)，用e表示電子的電荷量，則其等效電流等于多少？ 變式訓(xùn)練2　如圖4所示，一個(gè)半徑為r的細(xì)橡膠圓環(huán)，均勻地帶上負(fù)電荷Q，當(dāng)它以角速度ω繞中心軸線逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，環(huán)中等效電流的大小為(　　) 圖4 A．Q B. C. D. 例3　截面積為S的導(dǎo)線中通有電流I.已知導(dǎo)線每單位體積中有n個(gè)自由電子，每個(gè)自由電子的電荷量是e，自由電子定向移動(dòng)的速率是v，則在時(shí)間Δt內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是(　　) A．nSvΔt B．nvΔt C. D. 聽(tīng)課記錄：　 　 　 變式訓(xùn)練3　一段粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體的橫截面積是S，導(dǎo)體單位長(zhǎng)度內(nèi)的自由電子數(shù)為n，金屬內(nèi)的自由電子的電荷量為e，自由電子做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率為v0，導(dǎo)體中通過(guò)的電流為I.則下列說(shuō)法中正確的有(　　) A．自由電子定向移動(dòng)的速率為v0 B．自由電子定向移動(dòng)的速率為v＝ C．自由電子定向移動(dòng)的速率為真空中的光速c D．自由電子定向移動(dòng)的速率為v＝ 即學(xué)即練 1．關(guān)于電流的概念，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大 B．電子定向移動(dòng)的速率越大，電流越大 C．單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體某橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流越大 D．電流的傳導(dǎo)速率越大，電流越大 2. 如圖5所示，電解池內(nèi)有一價(jià)的電解液，t s內(nèi)通過(guò)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)基元電荷為e，則以下解釋中正確的是(　　) 圖 5 A．正離子定向移動(dòng)形成電流方向從A→B，負(fù)離子定向移動(dòng)形成電流方向B→A B．溶液內(nèi)正負(fù)離子向相反方向移動(dòng)，電流抵消 C．溶液內(nèi)電流方向從A到B，電流I＝ D．溶液內(nèi)電流方向從A到B，電流I＝ 3．導(dǎo)體中電流I的表達(dá)式為I＝nqSv，其中S為導(dǎo)體的橫截面積，n為導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，q為每個(gè)自由電荷所帶的電荷量，v是(　　) A．導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的速率 B．電流傳導(dǎo)速率 C．自由電荷定向移動(dòng)的速率 D．電子熱運(yùn)動(dòng)速率 4．有甲、乙兩導(dǎo)體，甲的橫截面積是乙的兩倍，而單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)乙橫截面的電荷量是甲的2倍，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．通過(guò)甲、乙兩導(dǎo)體的電流相同 B．通過(guò)乙導(dǎo)體的電流是甲導(dǎo)體的2倍 C．乙導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率是甲導(dǎo)體的2倍 D．甲、乙兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率大小相同 5．如圖6所示，一根橫截面積為S的均勻長(zhǎng)直橡膠棒上均勻帶有負(fù)電荷，設(shè)棒每米的電荷量為q，當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于棒運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流大小為(　　) 圖6 A．vq B. C．qvS D. 參考答案 課前自主學(xué)習(xí) 一、1.失去　得到　瞬時(shí)　2.電場(chǎng)　電勢(shì)差　電流　電源 二、1．電荷　動(dòng)態(tài)　電荷　電場(chǎng) 2（1）大小和方向?。?）①電荷量q　時(shí)間t?、?q＝It ③安培　毫安　微安 核心知識(shí)探究 一、 [問(wèn)題情境]　1.定向　2.電源 [要點(diǎn)提煉] 1．電勢(shì)差　2.電勢(shì)差　持續(xù)的電流 二、 [問(wèn)題情境] 電荷雖然也在流動(dòng)，但有的流走了，另外的又來(lái)補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的． [要點(diǎn)提煉] 1．恒定電場(chǎng)　2.靜電場(chǎng)　同樣適用 [問(wèn)題情境] 1．大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流． 2．“電流”這一物理量來(lái)描述電流的強(qiáng)弱程度.3.電子在導(dǎo)線中移動(dòng)速度很慢(見(jiàn)課本例1)，不是光速． [要點(diǎn)提煉] 1．大小和方向　2.電流　安培　It 解題方法探究 例1　D　[電荷的定向移動(dòng)形成電流，但正、負(fù)電荷同時(shí)向相反方向定向移動(dòng)時(shí)，通過(guò)某截面的電荷量應(yīng)是兩者絕對(duì)值的和．故由題意可知，電流由正、負(fù)離子定向運(yùn)動(dòng)形成，則在2 s內(nèi)通過(guò)截面的總電荷量應(yīng)為：q＝1.610－1921.01019C＋1.610－191 2.01019C＝6.4 C．根據(jù)電流的定義式得：I＝＝ A＝3.2 A．] 變式訓(xùn)練1　正離子定向移動(dòng)方向?yàn)殡娏鞣较颍?fù)離子定向移動(dòng)方向和電流方向相反，所以電解液中的電流方向由A向B.因電解液中只含電解質(zhì)CuCl2，二價(jià)正離子數(shù)為n，則一價(jià)負(fù)離子數(shù)為2n.電解液中是正、負(fù)兩種離子的定向移動(dòng)形成電流，故t s內(nèi)流過(guò)某截面的正、負(fù)離子的總電荷量為4ne，所以電流I＝4ne/t. 例2　 解析　假想電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌跡就是一個(gè)環(huán)形導(dǎo)體，在運(yùn)動(dòng)的軌跡上任取一截面，則在一個(gè)周期內(nèi)只有一個(gè)電子通過(guò)這個(gè)截面，由于電子電荷量題目已經(jīng)給出，只要求出電子運(yùn)動(dòng)的周期，就可以根據(jù)電流的定義求解．根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)可知，電子運(yùn)動(dòng)的周期為T(mén)＝，因此電流為I＝＝＝. 變式訓(xùn)練2　C　[由電流的定義式得I＝＝＝.] 例3　AC　[電荷量q＝It，單位體積內(nèi)的電子數(shù)已知，要求出Δt時(shí)間內(nèi)有多少電子通過(guò)截面，才能求出電子數(shù)． (1)根據(jù)電流的定義式可知，在Δt內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線截面的電荷量q＝IΔt. 所以在這段時(shí)間內(nèi)通過(guò)的自由電子數(shù)為N＝＝，選項(xiàng)C正確． (2)自由電子定向移動(dòng)的速率是v，因此在時(shí)間Δt內(nèi)，位于以截面S為底、長(zhǎng)l＝vΔt的這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電子都能通過(guò)截面．這段導(dǎo)線的體積V＝Sl＝SvΔt，所以Δt內(nèi)通過(guò)截面S的自由電子數(shù)為N＝nV＝nSvΔt，選項(xiàng)A正確．] 變式訓(xùn)練3　D　[本題考查的是對(duì)電流微觀表達(dá)式I＝nqSv的理解，關(guān)鍵是理解v和n的物理意義，式中的n為單位體積內(nèi)自由電子數(shù)，v為自由電子定向移動(dòng)的速率，而本題中n為單位長(zhǎng)度內(nèi)的自由電子數(shù)，t時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體某一橫截面的自由電子數(shù)為長(zhǎng)度是vt內(nèi)的自由電子，其數(shù)量為nvt，電荷量q＝nvte，所以電流I＝＝nev，所以v＝，故正確答案為D.] 即學(xué)即練 1．BC　[A選項(xiàng)中沒(méi)有考慮時(shí)間的因素．B選項(xiàng)易漏選，當(dāng)電子的定向移動(dòng)的速率越大時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越大，故電流越大．D選項(xiàng)中，電流的傳導(dǎo)速率是定值，為光速c.] 2．D　[正離子的定向移動(dòng)方向就是電流方向，負(fù)離子定向移動(dòng)的反方向也是電流方向，有正負(fù)離子反向經(jīng)過(guò)同一截面時(shí)，I＝公式中q應(yīng)該是正、負(fù)離子所帶電荷量的絕對(duì)值之和．故I＝，電流方向由A指向B，故選項(xiàng)D正確． 本題易錯(cuò)原因：對(duì)電解液導(dǎo)電問(wèn)題與金屬導(dǎo)電原理易混；避免方法：準(zhǔn)確審題，看清導(dǎo)電物質(zhì)是金屬還是電解質(zhì)．] 3．C　[從微觀上看，電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、電荷量、定向移動(dòng)速率，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)．電荷的定向移動(dòng)形成電流，這個(gè)定向移動(dòng)的速率就是電流微觀表達(dá)式I＝nqSv中的v，故選C.] 4．B　[由于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)乙橫截面的電荷量是甲的2倍，因此通過(guò)乙導(dǎo)體的電流是甲的2倍，故A錯(cuò)，B正確．由于I＝nqSv(n是單位體積中的自由電荷數(shù)，q是自由電荷的電荷量，S是導(dǎo)體的橫截面積，v是自由電荷定向移動(dòng)的速率)，所以v＝，由于不知道甲、乙兩導(dǎo)體的性質(zhì)(n、q不知道)，所以無(wú)法判斷甲、乙兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率的大小，故C、D錯(cuò)．] 5．A　[在垂直棒的運(yùn)動(dòng)方向選取某一橫截面，設(shè)棒長(zhǎng)為L(zhǎng)，則棒上所有電荷通過(guò)這一橫截面所用的時(shí)間為t＝.由電流定義式I＝可得I＝＝qv，故選項(xiàng)A正確．]