物理人教版（浙江版）选修3-1学案第二章恒定电流1

1电源和电流知识内容电源和电流考试要求必考加试bc课时要求1.了解电流的形成条件，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q＝It分析相关问题.3.能区别自由电子的定向移动速率和建立电场的速率.一、电源[导学探究]有A、B两个导体，分别带正、负电荷．如果在它们之间连接一条导线R，如图1所示，自由电子便会在静电力的作用下沿导线做定向运动，B失去电子，A得到电子，周围电场迅速减弱，A、B之间的电势差很快就消失．怎样使A、B导体维持一定的电势差，使导线中保持持续的电流？图1答案在A、B间接一电源．[知识梳理]1．产生电流的条件：导体两端存在电压．形成持续电流条件：导体两端存在持续电压．2．电源：(1)定义：能把电子从正极搬运到负极的装置．(2)作用：维持电路两端有一定的电势差；使闭合电路中保持持续的电流．3．恒定电场：(1)恒定电场：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．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)只要将导体置于电场中，导体内就有持续电流．(×)(2)电源的作用是使闭合电路中有持续电流．(√)(3)导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有移动．(×)二、电流表达式I＝eq\f(q,t)及电流的方向[导学探究](1)电荷的定向移动形成电流，如何描述电流的强弱？(2)电流可能是正电荷或负电荷定向移动形成的，也可能是正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成的，人们是如何规定电流方向的？答案(1)利用单位时间内通过导体横截面的电荷量描述电流的强弱．(2)规定正电荷定向移动的方向为电流的方向．[知识梳理]1．恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流．2．电流定义式：I＝eq\f(q,t)或q＝It，其中：q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量．3．单位：安培，简称安，符号A，常用的单位还有毫安(mA)、微安(μA)，1A＝103mA,1A＝106μA.4．物理意义：反映了电流的强弱程度．5．电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流方向相反．6．电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I＝eq\f(q,t)时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)根据I＝eq\f(q,t)可知，I与q成正比．(×)(2)电流既有大小，又有方向，是矢量．(×)(3)单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流就越大．(√)(4)导体中的电流，实际是正电荷定向移动形成的．(×)三、电流的微观表达式[导学探究]如图2所示，AD表示粗细均匀的一段长为l的导体，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.图2(1)AD导体中有多少个自由电荷？总电荷量是多少？(2)这些电荷都通过横截面D所需的时间是多少？(3)导体AD中的电流是多大？答案(1)nlSnlSq(2)eq\f(l,v)(3)I＝eq\f(Q,t)＝eq\f(nlSq,\f(l,v))＝nqvS[知识梳理]1．电流的微观表达式：I＝nqvS.式中n为导体中单位体积内的自由电荷数、q为每个自由电荷的电荷量、v为自由电荷定向移动速率，S为导体的横截面积．2．三种速率的比较(1)电子定向移动速率：电子在金属导体中的平均运动速率，也是公式I＝neSv中的v，大小约为10－5m/s.(2)电流的传导速率：电流在导体中的传导速率等于光速，为3×108m/s.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，整个电路也几乎同时形成了电流．(3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105m/s.由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)导体中自由电子定向移动的速率等于自由电子热运动的速率．(×)(2)导体中自由电子定向移动的速率等于真空中的光速c.(×)(3)粗细不均匀的通电导线，电流处处相等，则越粗的位置，电子定向移动的速率越小．(√)一、对电源作用的理解例1现代生活离不开电源，电子表、照相机、移动、计算器及许多电子产品，都需要配备各式各样的电源，关于电源，以下说法正确的是()A．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差B．电源的作用就是将其他形式的能转化为电能C．只要电路中有电源，电路中就一定有电流D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量答案B解析电源的作用是维持正、负极之间恒定的电势差，这需要电源不断地将其内部的负电荷向负极聚集，将正电荷向正极聚集，外电路中自由电子在电场力的作用下向正极移动，在电源内部，需要将正极上的电子搬运到负极，维持电势差不变，故A错；从能量角度来看，电源在搬运电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其他形式的能转化为电能，B对；电路中有电流不仅需要电源，还需要电路是闭合的，故C错；电源是对电路提供能量的装置，故D错．二、电流的理解和计算1．电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反．金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反．2．电流的大小I＝eq\f(q,t)是电流的定义式，I＝nqSv是电流的决定式，故电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关．3．电流是标量：电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则．例2关于电流的概念，下列说法中正确的是()A．导体中有电荷运动就形成电流B．电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向运动的方向C．导体中的电流一定是由正、负电荷同时向相反方向运动产生的D．对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零答案D解析导体中有大量的自由电子，总在不停地做无规则运动，没有定向运动，在一段时间t内，通过导体某一截面的电荷是双向的，其数值又是相等的，电流为零，故A错；电流是一个标量，因为其运算不符合矢量运算法则．为了便于研究电流，人们规定正电荷定向运动的方向为电流的正方向，以区别于负电荷的定向运动，故B错；导体中的电流可能是只有正电荷定向移动形成，可能是只有负电荷定向移动形成，也可能是正负电荷同时向相反方向运动形成，C错；对于导体，其两端电势差为零时，导体内无电场，电子不能定向运动，故电流为零，D正确．例3电路中，每分钟有6×1013个自由电子通过横截面积为0.64×10－6m2的导线，那么电路中的电流是多少？答案0.16μA解析电流是单位时间内通过导体横截面的电荷量．电流的大小是通过导体横截面的电荷量与所用的时间的比值，即：I＝eq\f(q,t)＝eq\f(6×1013×1.6×10－19,60)A＝0.16μA.三、电流的微观表达式1．I＝nqvS为电流的微观表达式，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、定向移动的速率大小，还与导体的横截面积有关．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＝nqv.2．公式I＝nqvS中的v表示电荷定向移动的速率．自由电荷在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是电子在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的．例4导线中的电流是1A，导线的横截面积为1mm2.(1)在1s内，有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e＝1.6×10－19C)?(2)自由电子的平均移动速率是多大(设导线每立方米内有8.5×1028个自由电子)?(3)自由电子沿导线移动1m，平均要多少时间？答案(1)6.25×1018个(2)7.35×10－5m/s(3)3.78h解析(1)N＝eq\f(q,e)＝eq\f(It,e)＝6.25×1018个．(2)由公式I＝neSv，得v＝eq\f(I,neS)＝eq\f(1,8.5×1028×1.6×10－19×10－6)m/s≈7.35×10－5m/s.(3)沿导线移动1m需用时t＝eq\f(1,7.35×10－5)s≈3.78h.针对训练铜的摩尔质量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，每个自由电子的电荷量为e，今有一根横截面积为S的铜导线，通过电流为I时，电子定向移动的平均速率为()A．光速cB.eq\f(I,neS)C.eq\f(ρI,neSm)D.eq\f(mI,neSρ)答案D解析设电子定向移动的速率为v，那么在t秒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vtSρ，摩尔数为eq\f(vtSρ,m)，自由电子数为eq\f(vtSρn,m)，所以电荷量q＝eq\f(vtSρne,m)，由I＝eq\f(q,t)＝eq\f(vSρne,m)得v＝eq\f(Im,neSρ)，故A、B、C错，D对.1．下列对公式I＝eq\f(q,t)的理解正确的是()A．I的大小与q成正比，与t成反比B．电路中的电流越大，表示通过导体横截面的电荷量越多C．导体的通电时间越短，则形成的电流越大D．在相同时间内，通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流就越大答案D2．关于电流的方向，下列叙述中正确的是()A．金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B．在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定C．不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D．电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同答案C解析电流是有方向的，电流的方向是人为规定的．物理上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向一定与电流的方向相反．3．电路中有一电阻，通过电阻的电流为5A，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为()A．1500个 B．9.375×1019个C．9.375×1021个 D．9.375×1020个答案C解析q＝It，n＝eq\f(q,e)＝eq\f(It,e)＝9.375×1021个．4.如图3所示，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()图3A．qvB.eq\f(q,v)C．qvS D.eq\f(qv,S)答案A解析ts内棒通过的长度l＝vt，总电荷量Q＝ql＝qvt.由I＝eq\f(Q,t)＝eq\f(qvt,t)＝qv，故选项A正确.一、选择题(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)1．关于电流，以下说法正确的是()A．通过截面的电荷量的多少就是电流的大小B．电流的方向就是电子定向移动的方向C．在导体中，只要自由电荷在运动，就一定会形成电流D．导体两端没有电压就不能形成电流答案D2．以下说法正确的是()A．只要有可以自由移动的电荷，就存在持续电流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答案B解析要有持续电流必须有电压，A错误．导体中形成电流的原因是在导体两端加上电压，于是在导体内形成了电场，导体内的自由电子在电场力作用下定向移动形成电流，B正确．电流的传导速率等于光速，电子定向移动的速率很小，C错误．在形成电流时电子定向移动，并不是热运动就消失了，其实电子仍然做无规则的热运动，D错误．故选B.3．在导体中有电流通过时，下列说法正确的是()A．电子定向移动速率接近光速B．电子定向移动速率即是电场传导速率C．电子定向移动速率即是电子热运动速率D．在金属导体中，自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动答案D解析电子定向移动的速率很小，数量级为10－5m/s，自由电子只不过在速率很大的热运动上附加了一个速率很小的定向移动．故D正确，A错误．电场的传导速率为光速c＝3×108m/s，无规则热运动速率的数量级为105m/s.故B、C错．4．对电流概念的正确理解是()A．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大B．导体的横截面越大，电流越大C．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流越大D．导体中的自由电荷越多，电流越大答案C解析由I＝eq\f(q,t)可知电流不但与q有关，还与通过q所用的时间有关，选项A、D错误；电流与横截面积无关，选项B错误．5．“Sony”四个字母的品牌价值，近几年在电子业务上呈现弱势，但索尼过去所创造出神话般的辉煌历史，仍然没有因为消费性电子业务低迷而失去消费者的青睐．现有一台“Sony”牌收音机，电池供电的电流是8mA，也就是说()A．1h电池供给1C的电量B．1000s电池供给8C的电量C．1s电池供给8C的电量D．1min电池供给8C的电量答案B解析由电流的定义可知，q＝It，因电池供电的电流是8mA，所以1000s电池供给8C的电量，B正确．6．在示波管中，电子枪2s发射了6×1013个电子，则示波管中电流的大小为()A．4.8×10－6A B．3×10－13AC．3×10－6A D．9.6×10－6A答案A解析电子枪2s发射的电荷量q＝6×1013×1.6×10－19C＝9.6×10－6C，所以示波管中的电流大小为I＝eq\f(q,t)＝eq\f(9.6×10－6,2)A＝4.8×10－6A，故A正确，B、C、D错误．7．有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的2倍，而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，以下说法正