第二章第一节电源和电流

1、第一节电源和电流学习目标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2.理解电流的定义，知道电流的单位、方向的确定，会用公式qIt分析相关问题,学生用书P38)一、电源(阅读教材第41页第2段至第3段)1定义：能把电子从正极搬运到负极的装置2作用：(1)维持电路两端有一定的电势差(2)使闭合电路中保持持续的电流拓展延伸(解疑难)1从电荷移动角度看，电源的作用就是移动电荷，维持电源正负极间有一定的电势差，从而保持电路中有持续电流2从能量转化角度看，搬运电荷的过程就是克服静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为电能二、恒定电流(阅读教材第41页第4段至第42页最后)1恒定电场(1)恒

2、定电场：当电路达到稳定时，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这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫恒定电场(2)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化2恒定电流(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流(2)公式：I或qIt，其中：I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量(3)单位：安培，符号A；常用的电流单位还有：毫安(mA)、微安(A)1 A103 mA；1 A106 A.拓展延伸(解疑难)1电流的形成(1)产生电流的条件：导体两端有电压(2)形成持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合2电流虽然有方向，但是它遵循代数运算法则，所以

3、电流不是矢量而是标量3I是电流的定义式，不能说I与q成正比，与t成反比4用I计算出的电流是时间t内的平均值对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等5利用I的变形式qIt可计算t时间内通过导体某横截面的电荷量对公式Iq/t的理解和应用学生用书P38 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电解液中的自由电荷是正、负离子，运用I计算时，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求气体导电电流时，q应是三种带电粒子通过横截面的电荷量

4、的绝对值之和(自选例题，启迪思维)1.如图所示，在NaCl溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图中所示，若测得2 s内分别有1.0×1018个Na和Cl通过溶液内部的横截面M，溶液中的电流方向如何？电流为多大？思路探究(1)电流的方向是如何规定的？(2)2 s内通过M的电荷量是多少？解析NaCl溶液导电是靠自由移动的Na和Cl，它们在电场力作用下向相反方向运动因为电流方向为正电荷定向移动的方向，故溶液中电流方向与Na定向移动的方向相同，即由A流向B.Na和Cl都是一价离子，每个离子的电荷量为e1.6×1019 C，NaCl溶液导电时，Na由A向B定向移动，Cl由B向A定向移动

5、，负离子的运动可以等效地看做正离子沿相反方向的运动，可见，每秒钟通过横截面M的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和，则有I A0.16 A.答案由A流向B0.16 A2.(2015·江西临川一中月考)某一探测器因射线照射，内部气体电离，在时间t内有n个二价正离子到达阴极，有2n个电子到达探测器的阳极，则探测器电路中的电流为()A0B2ne/tC3ne/t D4ne/t解析由题意可知，在时间t内通过某横截面的电荷量为n·2e2n·e4ne，故根据电流的定义可知探测器电路中的电流为I，故选项D正确答案D3. 电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A，当通电5分钟时，通过电

6、阻横截面的电子数为()A1 500个 B9.375×1019个C9.375×1021个 D9.375×1020个解析qIt，n9.375×1021个答案C借题发挥计算电流时，要分清形成电流的电荷种类，是只有正电荷或负电荷，还是正、负电荷同时定向移动等效电流的求解学生用书P39 有些电流，并不是导体内电荷的定向移动形成的，如电子绕核运动，经电场加速的粒子流、带电体的运动等，可以通过等效方法用I求解等效电流(自选例题，启迪思维)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？

7、思路探究电子绕原子核运动，一个周期T内电子过某截面一次，等效电流由I求出解析在电子运动轨道上取一截面，在电子运动一周的时间T内，通过这个横截面的电荷量qe，则有I.再由库仑力提供向心力，有mr，得T.解得I.答案2.(2015·福建宁德一中高二检测)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匀速转动，则由环产生的等效电流应满足()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Q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，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大D若使、Q不变，将橡胶环拉伸，使

8、环半径增大，电流将变小解析截取圆环的任一截面S，如图所示，在橡胶圆环运动一周的时间 T 内，通过这个截面的电荷量为Q，则有：I，又 T，所以I.分析各选项可知本题选AB.答案AB规律总结对于等效电流的求解问题，一定要找出一段时间内通过某一横截面的电荷量，才能运用电流的定义式求电流而求解的关键就是确定通过某一横截面的电荷量和时间,学生用书P39)物理模型“柱体微元”模型求解电流的微观表达式1建立“柱体微元”模型：如图所示，AD表示粗细均匀的一段导体l，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

9、论推导：AD导体中的自由电荷总数：NnlS.总电荷量QNqnlSq.所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t.根据公式qIt可得：导体AD中的电流：InqSv.范例在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S，电流为I的电子束已知电子的电荷量为e，质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为l的电子束内的电子个数是()A.B.C. D.解析设单位体积电子束中含有n个自由电子，由电流的定义知：IneSv，所以n，电子经加速电场加速后，满足eUmv2，得n，长为l的电子束内的电子个数为NnlS，故选B.答案B铜的摩尔质量为m，密度

10、为，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动速率为()A光速c B.C. D.解析：选D.假设电子定向移动的速率为v，那么在t时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vt·S中的自由电子数，而体积为vtS的铜的质量为vtS，摩尔数为，所以电量q，I，于是得：v.,学生用书P39)随堂达标1关于电流的说法中正确的是()A根据Iq/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解析：选D.依据电流的定义式可知，电流

11、与q、t皆无关，显然选项A错误虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以选项B、C错误选项D显然正确2在示波管中，电子枪2 s发射了6×1013个电子，则示波管中电流的大小为 ()A4.8×106AB3×1013AC3×106A D9.6×106A解析：选A.电子枪2 s发射的电荷量q6×1013×1.6×1019C9.6×106C，所以示波管中的电流大小为I A4.8×106A，故A正确，B、C、D错误3.如图所

12、示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为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()Aqv B.CqvS Dqv/S解析：选A.1 s内棒通过的长度lvt，总电荷量Qqlqvt.则Iqv，故选项A正确4(选做题)已知铜导线中的电流为1 A，铜导线的横截面积为1 mm2，求：(1)在1 s内，有多少个电子通过铜导线的横截面？(电子电荷量e1.6×1019C)(2)自由电子的平均移动速率多大？(设铜导线中每立方米含有8.5×1028个自由电子)解析：(1)1 s内通过铜导线横截面的电荷量为qIt1 C所

13、以1 s内通过铜导线横截面的电子个数N6.25×1018(个)(2)由电流的微观表达式InqSv得自由电子的平均移动速率v m/s7.35×105 m/s.答案：(1)6.25×1018个(2)7.35×105 m/s课时作业一、选择题1. (多选)在由电源、导线等电路元件所组成的电路中，以下说法正确的是()A导线中的电场强度处处为零B导线中的电场强度方向跟导线方向平行C导线处于静电平衡状态D导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低解析：选BD.在电源和导线中感应电荷的共同作用下，垂直导线方向的电场相互抵消，在导体中形成了沿导线方向的电场，即导线中的电场强度方

14、向跟导线方向平行，B正确、A错误；导体内有电场，说明导体不是静电平衡状态，C错误；沿电场方向电势逐渐降低，电场方向就是正电荷的受力方向，也就是电流的方向，即导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低，D正确2一根导线，分别通以不同电流，并保持温度不变，当电流较大时，以下说法正确的是()A单位体积内自由电子数较多B自由电子定向移动的速率较大C自由电子的热运动速率较大D电流的传导速度较大解析：选B.对同一根导线，单位体积内的自由电子数是一样的，A错误；电流和自由电子的定向移动的速率有关，自由电子的热运动速率只与温度有关，B正确，C错误；电流的传导速度是电场的形成速度，等于光速c，和电流的大小无关，D错误3

15、(多选)关于电流的方向，下列说法中正确的是 ()A电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端B电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端C电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同D电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反解析：选AD.在电源的外部电路中，电流从正极流向负极，在电源内部，电流从负极流向正极，电源正极电势高于负极电势，所以A正确，B错误；电子带负电，电子运动形成的电流方向与电子运动的方向相反，C错误，D正确4某电解池中，若在2 s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是(

16、)A0 B0.8 AC1.6 A D3.2 A解析：选D.电荷的定向移动形成电流，但正、负电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和故由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2 s内通过截面的总电荷量应为q1.6×1019×2×1.0×1019C1.6×1019×1×2.0×1019C6.4 C根据电流的定义式得I A3.2 A.5有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的2倍，而单位时间内通过横截面的电荷量，乙是甲的2倍，以下说法正确的是()A甲、乙两导体的电流相同B乙导体的电流是甲导体的2

17、倍C乙导体中自由电荷定向移动的速度是甲导体的2倍D甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速度大小相等解析：选B.由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，因此通过乙导体的电流是甲的2倍，A错误，B正确；由于InqSv，所以v，由于不知道甲、乙两导体的性质(n、q不知道)，所以无法判断v的大小，C、D错误6.(多选)如图所示，将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来，已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍，在铜导线上取一个截面 A，在铝导线上取一个截面B，若在1秒内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的()A电流相等B电流不相等C自由电子定向移动的速率相等D自由电子定向移动的速率不

18、相等解析：选AD.由电流定义知I，A正确，B错误由电流的微观表达式InSqv 知，I、n、q均相等，因为SA<SB，所以vA>vB，C错误，D正确故选AD.7.(多选)如图所示是一款MP4播放器，随着这种产品的出现，人们可以在旅途中观看电影，让原本枯燥的旅途变得充满乐趣MP4的充电电池多为锂电池，假设锂电池的充电电流为500 mA，则以下说法正确的是()A1 s内通过电池某一横截面的电荷量为500 CB1 s内通过电池某一横截面的电荷量为0.5 CC充电过程把其他形式的能转化为电能D充电过程把电能转化为其他形式的能解析：选BD.由电流的定义式得qIt0.5 C，A错误，B正确充电过

19、程是将电能转化为其他形式的能储存起来，C错误，D正确故选BD.8(多选)一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q.此时电子的定向移动速度为v，在t时间内，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为()AnvSt BnvtCIt/q DIt/(Sq)解析：选AC.在t时间内，通过铜导线横截面的电荷量为It，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为NIt/q，故C正确，D错误；把InqSv代入NIt/q可得NnvSt，故A正确，B错误9.(2015·重庆市万州二中高二期中)北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m的近似圆形轨道当环中电子以光速的流动而形成10 mA的电流时，环中运行的电子数目为(已知光速c3×108 m/s，电子电荷量e1.6×1019C)()A5×1010B5×1011C1×102 D1×104解析：选B.电子运动一周所需要的时间：t s8×