2017屆高中物理第3章恒定電流第1講電流學(xué)案魯科版選修.docx

第1講電流目標(biāo)定位1.知道持續(xù)電流產(chǎn)生的條件，并能進(jìn)行微觀解釋.2.了解電流速度(傳導(dǎo)速度)、自由電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速度和電子漂移速度(即電子定向移動(dòng)速度).3.理解電流的定義，知道電流的單位、方向的確定，會(huì)用公式qIt分析相關(guān)問(wèn)題一、電流的形成1形成電流的條件：(1)自由電荷；(2)電壓2形成持續(xù)電流的條件：導(dǎo)體兩端有持續(xù)電壓二、電流的速度1電流的速度：等于電場(chǎng)的傳播速度，它等于3.0108m/s.2自由電子的運(yùn)動(dòng)速率：常溫下，金屬內(nèi)的自由電子以105_m/s的平均速率在無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)3電子定向移動(dòng)的速率：數(shù)量級(jí)大約是105m/s，被形象的稱為“電子漂移”想一想導(dǎo)線內(nèi)自由電子的定向移動(dòng)速率等于電流的傳導(dǎo)速率嗎？為什么？答案不等于，事實(shí)上電子定向移動(dòng)的速率是很慢的，而且跟導(dǎo)體材料有關(guān)，只是導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)是產(chǎn)生電流的原因電流的速率可以認(rèn)為等于光速三、電流的方向1電流的方向：正電荷的定向移動(dòng)的方向規(guī)定為電流的方向；2在電源外部的電路中電流的方向：從電源正極流向負(fù)極；在電源內(nèi)部的電路中電流的方向：從電源負(fù)極流向正極想一想金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電荷的移動(dòng)方向一致嗎？為什么？答案不一致，電流的方向是指正電荷定向移動(dòng)的方向，而金屬導(dǎo)體中自由電荷是電子，電子的定向移動(dòng)方向與電流方向相反四、電流的大小和單位1定義：在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體任一橫截面的電荷量稱為電流2定義式：I.3單位：國(guó)際單位：安培，符號(hào)A；常用單位：mA、A換算關(guān)系為1A103mA106A.4直流電：方向不隨時(shí)間改變的電流叫做直流電恒定電流：方向和強(qiáng)弱都不隨時(shí)間改變的電流叫做恒定電流想一想電流是有大小和方向的物理量，電流是矢量嗎？答案不是電流的計(jì)算不滿足平行四邊形定則.一、電流形成條件及三種速率的理解1電流的形成條件(1)回路中存在自由電荷金屬導(dǎo)體的自由電荷是電子電解液中的自由電荷是正、負(fù)離子(2)導(dǎo)體兩端有電壓：電場(chǎng)對(duì)電荷有力的作用，例如兩個(gè)導(dǎo)體間存在電勢(shì)差，當(dāng)用一導(dǎo)線連接時(shí)，導(dǎo)線中的自由電子會(huì)在電場(chǎng)力的作用下運(yùn)動(dòng)，形成電流(3)導(dǎo)體兩端有持續(xù)電壓是導(dǎo)體中形成持續(xù)電流的條件導(dǎo)體兩端有了持續(xù)電壓，導(dǎo)體中的自由電子就會(huì)在電場(chǎng)力的持續(xù)作用下形成持續(xù)不斷的電流2電路中三種速率的比較(1)電子熱運(yùn)動(dòng)的速率：構(gòu)成導(dǎo)體的電子在不停地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，由于熱運(yùn)動(dòng)向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相等，故不能形成電流，常溫下電子熱運(yùn)動(dòng)的速率數(shù)量級(jí)為105m/s.(2)電子定向移動(dòng)的速率：電子定向移動(dòng)的速率很小，數(shù)量級(jí)為105m/s.自由電子在很大的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率上又疊加上了一個(gè)很小的定向移動(dòng)的速率(3)電流傳導(dǎo)速率：等于光速，閉合開關(guān)的瞬間，電路中各處以真空中光速c建立恒定電場(chǎng)，電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)開始定向移動(dòng)而形成了電流例1在導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()電子定向移動(dòng)速率很小電子定向移動(dòng)速率即是電場(chǎng)傳導(dǎo)速率電子定向移動(dòng)速率是電子熱運(yùn)動(dòng)速率在金屬導(dǎo)體中，自由電子只不過(guò)在速率很大的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)上附加了一個(gè)速率很小的定向移動(dòng)ABCD答案D解析電子定向移動(dòng)的速率很小，數(shù)量級(jí)為105m/s，自由電子只不過(guò)在速率很大的熱運(yùn)動(dòng)上附加了很小的定向移動(dòng)的速率故、正確電場(chǎng)的傳導(dǎo)速率為光速c3108 m/s，無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)速率的數(shù)量級(jí)為105m/s.故、錯(cuò)誤，故選D.借題發(fā)揮電荷定向移動(dòng)的速率很小，當(dāng)電路閉合后，并不是電荷瞬間從電源運(yùn)動(dòng)到用電器，而是瞬間在系統(tǒng)中形成電場(chǎng)，使導(dǎo)體中所有自由電荷同時(shí)定向移動(dòng)形成電流二、電流的表達(dá)式1電流雖然有方向但是標(biāo)量2I是電流的定義式，電流與電量無(wú)正比關(guān)系，電流與時(shí)間也無(wú)反比關(guān)系3在應(yīng)用I計(jì)算時(shí)注意：要分清形成電流的自由電荷的種類對(duì)金屬來(lái)講，是自由電子的定向移動(dòng)，電量q為通過(guò)橫截面的自由電子的電量對(duì)電解液來(lái)講，是正、負(fù)離子同時(shí)向相反方向定向移動(dòng)，電量q為正、負(fù)離子電荷量絕對(duì)值之和例2在某種帶有一價(jià)離子的水溶液中，正、負(fù)離子在定向移動(dòng)，方向如圖1所示如果測(cè)得2s內(nèi)分別有1.01018個(gè)正離子和1.01018個(gè)負(fù)離子通過(guò)溶液內(nèi)部的橫截面M，則溶液中電流的方向如何？電流多大？圖1答案由A指向B0.16A解析水溶液中導(dǎo)電的是自由移動(dòng)的正、負(fù)離子，它們?cè)陔妶?chǎng)的作用下向相反方向定向移動(dòng)電學(xué)中規(guī)定，電流的方向?yàn)檎姾啥ㄏ蛞苿?dòng)的方向，所以溶液中電流的方向與正離子定向移動(dòng)的方向相同，即由A指向B.每個(gè)離子的電荷量是e1.601019C該水溶液導(dǎo)電時(shí)負(fù)離子由B向A運(yùn)動(dòng)，負(fù)離子的定向移動(dòng)可以等效看做是正離子反方向的定向移動(dòng)所以，一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)橫截面M的電荷量應(yīng)該是正、負(fù)兩種離子電荷量的絕對(duì)值之和IA0.16A.借題發(fā)揮電流的定義式I中，q是時(shí)間t內(nèi)通過(guò)某一截面的電荷量，而不是單位截面積內(nèi)的電荷量三、電流強(qiáng)度的微觀表達(dá)式1建立模型：如圖2所示，導(dǎo)體長(zhǎng)為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(dòng)的速率為v，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q.圖22理論推導(dǎo)：AD導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù)：NnlS.總電荷量QNqnlSq.所有這些電荷都通過(guò)橫截面D所需要的時(shí)間：t.根據(jù)公式qIt可得：導(dǎo)體AD中的電流：InqSv.3結(jié)論：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)、每個(gè)自由電荷的電荷量、定向移動(dòng)速率的大小，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)例3一段粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，金屬導(dǎo)體內(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，以下說(shuō)法中正確的有()A自由電子定向移動(dòng)的速率為v0B自由電子定向移動(dòng)的速率為vC自由電子定向移動(dòng)的速率為真空中的光速cD自由電子定向移動(dòng)的速率為v答案B解析InevS，所以vv為自由電子定向移動(dòng)的速率.電流形成條件及三種速率的理解1關(guān)于電流，以下說(shuō)法正確的是()A通過(guò)截面的電荷量多少就是電流的大小B電流的方向就是電荷定向移動(dòng)的方向C在導(dǎo)體中，只要自由電荷在運(yùn)動(dòng)，就一定會(huì)形成電流D導(dǎo)體兩端沒(méi)有電壓就不能形成電流答案D解析根據(jù)電流的概念，電流是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)截面的電荷量，知A項(xiàng)錯(cuò)規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?，知B項(xiàng)錯(cuò)自由電荷持續(xù)的定向移動(dòng)才會(huì)形成電流，知C錯(cuò)、D對(duì)2在導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A電子定向移動(dòng)速率很小B電子定向移動(dòng)速率即是電場(chǎng)傳導(dǎo)速率C電子定向移動(dòng)速率是電子熱運(yùn)動(dòng)速率D在金屬導(dǎo)體中，自由電子只不過(guò)在速率很大的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)上附加了一個(gè)速率很小的定向移動(dòng)答案AD解析電子定向移動(dòng)的速率很小，數(shù)量級(jí)為105m/s，自由電子只不過(guò)在速率很大的熱運(yùn)動(dòng)上附加了速率很小的定向移動(dòng)故A、D正確電場(chǎng)的傳導(dǎo)速率為光速c3108 m/s，無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)速率的數(shù)量級(jí)為105m/s.故B、C錯(cuò)公式I的理解與應(yīng)用3電路中有一電阻，通過(guò)電阻的電流為5A，當(dāng)通電5分鐘時(shí)，通過(guò)電阻橫截面的電子數(shù)為()A1500個(gè)B9.3751019個(gè)C9.3751021個(gè)D9.3751020個(gè)答案C解析qIt，n9.3751021個(gè)電流強(qiáng)度的微觀表達(dá)4如圖3所示，一根橫截面積為S的均勻長(zhǎng)直橡膠棒上帶有均勻的負(fù)電荷，每單位長(zhǎng)度上電荷量為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3AqvB.CqvSD.答案A解析ts內(nèi)棒通過(guò)的長(zhǎng)度lvt，總電荷量Qqlqvt.由Iqv，故選項(xiàng)A正確題組一對(duì)電流的理解1關(guān)于電流，下列敘述正確的是()A只要將導(dǎo)體置于電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)就有持續(xù)電流B電源的作用是可以使電路中有持續(xù)電流C導(dǎo)體內(nèi)沒(méi)有電流時(shí)，就說(shuō)明導(dǎo)體內(nèi)部的電荷沒(méi)有移動(dòng)D恒定電流是由恒定電場(chǎng)產(chǎn)生的答案BD2關(guān)于電流的方向，下列說(shuō)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(shì)一端流向低電勢(shì)一端B電源內(nèi)部，電流的方向是從高電勢(shì)一端流向低電勢(shì)一端C電子運(yùn)動(dòng)形成的等效電流方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相同D電子運(yùn)動(dòng)形成的等效電流方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相反答案AD解析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(shì)高于負(fù)極電勢(shì)，所以A正確，B錯(cuò)誤；電子帶負(fù)電，電子運(yùn)動(dòng)形成的電流方向與電子運(yùn)動(dòng)的方向相反，C錯(cuò)誤，D正確3關(guān)于電流的方向，下列描述正確的是()A規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较駼規(guī)定自由電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较駽在金屬導(dǎo)體中，自由電子定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆捶较駾在電解液中，由于正、負(fù)離子的電荷量相等，定向移動(dòng)的方向相反，故無(wú)電流答案AC解析規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，故A對(duì)，B錯(cuò)；金屬導(dǎo)體中定向移動(dòng)的是自由電子，電子帶負(fù)電，故電子運(yùn)動(dòng)的方向與電流的方向相反，C正確；在電解液中，正、負(fù)離子的電荷量相等，定向移動(dòng)的方向相反，產(chǎn)生的電流的方向相同，故D錯(cuò)誤題組二公式I的理解與應(yīng)用4關(guān)于電流的說(shuō)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(shí)間內(nèi)通過(guò)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(guó)際單位制中的基本單位答案D解析依據(jù)電流的定義式可知，電流與q、t皆無(wú)關(guān)，顯然選項(xiàng)A錯(cuò)誤雖然電流是標(biāo)量，但是卻有方向，因此在任何相等的時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(xiàng)B錯(cuò)誤電流是標(biāo)量，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤5如圖1所示，電解池內(nèi)有一價(jià)的電解液，ts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)元電荷為e，則以下解釋中正確的是()圖1A正離子定向移動(dòng)形成電流方向從AB，負(fù)離子定向移動(dòng)形成電流方向BAB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ID溶液中電流方向從A到B，電流I答案D解析正電荷的定向移動(dòng)方向就是電流方向，負(fù)電荷定向移動(dòng)的反方向也是電流方向，有正負(fù)電荷反向經(jīng)過(guò)同一截面時(shí)，I公式中q應(yīng)該是正、負(fù)電荷量絕對(duì)值之和故I，電流方向由A指向B，故選項(xiàng)D正確6如圖2所示，將左邊的銅導(dǎo)線和右邊的鋁導(dǎo)線連接起來(lái)，已知截面積S鋁2S銅在銅導(dǎo)線上取一截面A，在鋁導(dǎo)線上取一截面B，若在1s內(nèi)垂直地通過(guò)它們的電子數(shù)相等那么，通過(guò)這兩截面的電流的大小關(guān)系是()圖2AIAIBBIA2IBCIB2IAD不能確定答案A解析這個(gè)題目中有很多干擾項(xiàng)，例如兩個(gè)截面的面積不相等，導(dǎo)線的組成材料不同等等但關(guān)鍵是通過(guò)兩截面的電子數(shù)在單位時(shí)間內(nèi)相等，根據(jù)I可知電流強(qiáng)度相等題組三電流強(qiáng)度的微觀表達(dá)式7導(dǎo)體中電流I的表達(dá)式InqSv，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導(dǎo)體傳導(dǎo)的速率C電子熱運(yùn)動(dòng)的速率D自由電荷定向移動(dòng)的速率答案D解析從微觀上看，電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個(gè)自由電荷的電荷量、定向移動(dòng)速率，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)，公式InqSv中的v就是自由電荷定向移動(dòng)的速率故選D.8金屬導(dǎo)體內(nèi)電流增強(qiáng)，是因?yàn)?)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(dòng)的速率增大C導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)的傳播速率增大D導(dǎo)體內(nèi)自由電子的熱運(yùn)動(dòng)速率增大答案B解析對(duì)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(chǎng)的傳播速率也是一定的，所以A、C錯(cuò)導(dǎo)體內(nèi)電流增強(qiáng)是由于自由電子定向移動(dòng)的速率增大，使得單位時(shí)間內(nèi)穿過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量增大，B正確導(dǎo)體內(nèi)自由電子的熱運(yùn)動(dòng)速率增大會(huì)阻礙電流增強(qiáng)，D錯(cuò)誤9有甲、乙兩導(dǎo)體，甲的橫截面積是乙的2倍，而單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)乙導(dǎo)體橫截面的電荷量是甲的2倍，以下說(shuō)法正確的是()A甲、乙兩導(dǎo)體的電流相同B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)的速率大小相等答案B解析