魯科版選修31 第3章 第1節(jié) 電 流 學(xué)案.doc

第1節(jié)電_流1回路中存在自由電荷和導(dǎo)體兩端存在電壓是形成電流的條件。2電流的速度是3108 m/s，區(qū)別于電荷定向移動的速率。3電荷定向移動時，在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體任一橫截面的電荷量稱為電流，i。且規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向。4物理學(xué)中把方向不隨時間改變的電流叫直流電，方向和強弱都不隨時間改變的電流叫做恒定電流。一、電流的形成1形成電流的條件(1)回路中存在自由電荷；(2)導(dǎo)體兩端存在電壓。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的傳播速度，它等于3108 m/s。2導(dǎo)體中有電流時同時存在著的三種速率三種速率電場的傳播速率電子無規(guī)則熱運動的速率自由電子定向移動的速率數(shù)值光速3108 m/s數(shù)量級約105 m/s數(shù)量級約105 m/s三、電流的方向1規(guī)定：正電荷定向移動的方向。金屬內(nèi)部的電流方向跟負(fù)電荷定向移動的方向相反。2外電路中，電流總是從電源正極流向電源負(fù)極。四、電流的大小和單位1定義：電荷定向移動時，在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體任一橫截面的電荷量稱為電流。2定義式：i。3單位：安培。常用單位還有ma和a；換算關(guān)系：1 a103 ma106 a。4(1)直流電：方向不隨時間改變的電流。(2)恒定電流：方向和強弱都不隨時間改變的電流。1自主思考判一判(1)金屬導(dǎo)體中電子定向移動的速率很大，因為閉合開關(guān)，燈泡馬上就亮了。()(2)加上電壓后，導(dǎo)體中的電場是以光速傳播的。()(3)導(dǎo)體中的自由電荷是在導(dǎo)體中的電場施加的電場力作用下做定向移動的。()(4)電流既有大小又有方向，是矢量。()(5)由i可知，i與q成正比。()(6)安培是七個國際基本單位之一。()2合作探究議一議(1)電容器放電過程瞬間完成，不會形成持續(xù)電流，而干電池可使電路中保持持續(xù)的電流，為什么？提示電容器放電過程中正、負(fù)電荷中和，放電電流瞬間消失，不能在電路中形成持續(xù)的電流，而干電池內(nèi)部能夠通過非靜電力的作用維持電池兩極電勢差不變，使電路中保持持續(xù)的電流。(2)電流的方向是如何規(guī)定的？電流是矢量嗎？提示電流是描述電流強弱的物理量，規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向；電流雖然有方向，但它是標(biāo)量。(3)如圖311所示，在鹽水中加入兩個電極，與電源連接后可以形成電流。鹽水中形成電流時，電荷的定向移動如何？電流的方向如何？圖311提示在電場中，鹽水中正離子na向左移動，形成向左的電流，負(fù)離子cl向右移動，形成向左的電流，故鹽水中電流方向向左。電流的理解與計算1三種速率的理解電子定向移動的速率電子熱運動的速率電流傳導(dǎo)的速率物理意義電流就是由電荷的定向移動形成的，電流inesv，其中v就是電子定向移動的速率，一般為105 m/s的數(shù)量級構(gòu)成導(dǎo)體的電子在不停地做無規(guī)則熱運動，由于熱運動向各個方向運動的機會相等，故不能形成電流，常溫下電子熱運動的速率數(shù)量級為105 m/s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，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向移動，整個電路也幾乎同時形成了電流大小105 m/s105 m/s3108 m/s2.對i的理解電流定義式電流方向(1)i是單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，橫截面是整個導(dǎo)體的橫截面，不是單位截面積(2)當(dāng)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時，q為通過某一橫截面的正、負(fù)電荷量絕對值的和(3)i與q、t均無關(guān)電流方向與正電荷定向移動方向相同，和負(fù)電荷定向移動方向相反(金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動方向相反)典例如圖312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1.01018個na和cl通過溶液內(nèi)部的橫截面m，則溶液中的電流方向如何？電流為多大？圖312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，所以溶液中電流方向與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e1.61019 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運動，可見，2 s內(nèi)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 a0.16 a，方向由a向b。答案電流方向由a向b，大小為0.16 a應(yīng)用公式i需注意的三個問題(1)公式i反映的是在時間t內(nèi)電流的平均值，對恒定電流來說，平均值等于瞬時值。(2)計算電流大小時，要注意通過截面的電荷量的計算(q、q1、q2均表示電荷量的絕對值)，常見的情況有以下兩種：同種電荷同向通過某一截面時，電荷量qq1q2異種電荷反向通過某一截面時，若q1為正電荷，q2為負(fù)電荷，電荷量qq1|q2|(3)電解液導(dǎo)電時電流的計算，在時間t內(nèi)，有m個a價正離子通過溶液內(nèi)截面s，有n個b價負(fù)離子通過溶液內(nèi)截面s，則電流的大小i。 1(多選)關(guān)于電流的速度，下列說法正確的是()a電荷的定向移動形成電流，所以電流的傳導(dǎo)速率等于自由電荷定向移動的速率b電流的傳導(dǎo)速率等于自由電荷的無規(guī)則熱運動的速率c電流的傳導(dǎo)速率等于電場的傳播速率d電流的傳導(dǎo)速率近似等于光速解析：選cd電流的傳導(dǎo)速率等于電場的傳播速率，近似等于光速c，大于自由電荷定向移動的速率和自由電荷無規(guī)則熱運動的速率，故選項a、b錯誤，選項c、d正確。2(多選)以下說法正確的有()a只要有可以移動的電荷，就存在著持續(xù)電流b只要導(dǎo)體兩端沒有電壓，就不能形成電流c只要導(dǎo)體中無電流，其內(nèi)部自由電荷就停止運動d金屬導(dǎo)體內(nèi)持續(xù)電流是自由電子在導(dǎo)體兩端的持續(xù)電壓下形成的解析：選bd形成電流的條件是回路中存在自由電荷，導(dǎo)體兩端有電壓；形成持續(xù)電流的條件是回路中存在自由電荷，導(dǎo)體兩端有持續(xù)的電壓，故選項b、d正確；無論導(dǎo)體兩端有無電壓，其中的自由電荷均做永不停息的無規(guī)則熱運動，當(dāng)導(dǎo)體兩端加上持續(xù)電壓后，在電場力作用下，自由電荷在熱運動的基礎(chǔ)上疊加一個定向移動，從而形成持續(xù)電流，故選項a錯誤；導(dǎo)體中無電流時，自由電荷不做定向移動但仍做無規(guī)則熱運動，故選項c錯誤。3一個半徑為r的細(xì)橡膠圓環(huán)，均勻地帶上電荷量為q的負(fù)電荷，當(dāng)它以角速度繞中心軸線順時針勻速轉(zhuǎn)動時，環(huán)中等效電流的大小為()aqb.c. d.解析：選c截取圓環(huán)上任一截面，在橡膠圓環(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，又因為t，所以i，故c正確。電流的微觀表達(dá)式1建立模型如圖313所示，ad表示粗細(xì)均勻長為l的一段導(dǎo)體，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)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q。圖3132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橫截面s所需要的時間：t。根據(jù)公式i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)、每個自由電荷的電荷量、定向移動速率的大小，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)。1導(dǎo)體中電流i的表達(dá)式為inqsv，其中s為導(dǎo)體的橫截面積，n為導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，q為每個自由電荷所帶的電荷量，v是()a導(dǎo)體運動的速率 b電流傳導(dǎo)的速率c電子熱運動的速率 d自由電荷定向移動的速率解析：選dinqsv中v是自由電荷定向移動的速率。2(多選)橫截面積為s的導(dǎo)線中通有電流i。已知導(dǎo)線每單位體積中有n個自由電子，每個自由電子的電荷量是e，自由電子定向移動的速率是v，則在時間t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是()ansvt bnvtc. d.解析：選ac(1)根據(jù)電流的定義式，可知在t內(nèi)通過導(dǎo)線截面的電荷量qit。所以在這段時間內(nèi)通過的自由電子數(shù)為n。(2)自由電子定向移動的速率是v，因此在時間t內(nèi)，位于以截面s為底、長lvt的這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電子都能通過截面。這段導(dǎo)線的體積vslsvt，所以t內(nèi)通過截面s的自由電子數(shù)為nnvnsvt，所以選項a、c正確。3在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進(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，一小段長度為l的電子束內(nèi)的電子個數(shù)為()a. b. c. d. 解析：選b設(shè)電子束單位體積內(nèi)含有n個電子，由電流的微觀表達(dá)式可知inesv所以n電子經(jīng)加速電場加速后，滿足eumv2由以上各式解得n 所以長度為l的電子束內(nèi)的電子個數(shù)為nnsl，選項b正確。1對于金屬導(dǎo)體，還必須滿足下列哪個條件才能在導(dǎo)體中產(chǎn)生恒定的電流()a有可以自由移動的電荷b把導(dǎo)體放在勻強電場中c讓導(dǎo)體某一端連接電源正極即能產(chǎn)生電流d導(dǎo)體兩端加有恒定的電壓解析：選d因為金屬導(dǎo)體中已經(jīng)存在大量的自由電荷，故a錯。把導(dǎo)體放在勻強電場中，導(dǎo)體只能產(chǎn)生瞬間感應(yīng)電流，故b錯。只是讓導(dǎo)體一端連接電源正極時，導(dǎo)體兩端無電壓，此時不能形成電流，故c錯。只有讓導(dǎo)體兩端保持恒定的電壓才能產(chǎn)生恒定電流，故d正確。2關(guān)于電流，下列說法中正確的是()a通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大b電子運動速率越大，電流越大c單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流就越大d因為電流有方向，所以電流是矢量解析：選c由i知，q大，i不一定大，還要看t的大小，故a錯。由inqsv知，電子定向運動的速率v大，電流大小不一定大，電流大小還與n、q、s有關(guān)，另外電子做無規(guī)則熱運動，速率很大，但不能形成電流，故b錯。單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大，c對。電流雖有方向，但不是矢量，故d錯。3關(guān)于電流的方向，下列說法正確的是()a電荷定向移動的方向為電流方向b因為電流有方向，所以電流是矢量c在電源外部電路中，電流的方向是從電源的正極流向負(fù)極d在電路中電荷的定向移動方向總是沿著高電勢到低電勢的方向解析：選c電流的方向是正電荷定向移動的方向，在電源外部從電源正極流向負(fù)極，故a錯，c對；電流是標(biāo)量，故b錯；外電路中正電荷從高電勢處向低電勢處移動，但負(fù)電荷從低電勢處向高電勢處移動，故d錯。4金屬導(dǎo)體中有電流時，自由電子定向移動的速率為v1，電子熱運動速率為v2，電流的傳導(dǎo)速率為v3，則()av1最大bv2最大cv3最大 d無法確定解析：選c電場傳播速率(或電流傳導(dǎo)速率)等于光速，而電子無規(guī)則熱運動的速率，其數(shù)量級約為105 m/s，自由電子定向移動速率數(shù)量級為105 m/s，所以c正確。5非洲電鰩的捕獵方式是放電電死獵物，它放電的電壓可達(dá)100 v，電流50 a，每秒鐘放電150次，其放電情況可近似看做如圖1所示的規(guī)律。則放電1秒鐘非洲電鰩放出的電量為()圖1a25 c b50 cc150 c d250 c解析：選a由圖像可得1秒鐘電鰩的放電時間為0.5 s，根據(jù)電流的定義式i，可得qit500.5 c25 c，故a正確。6(多選)以下說法正確的是()a電流的傳導(dǎo)速率就是導(dǎo)體內(nèi)部自由電子的定向移動速率b在金屬導(dǎo)體內(nèi)部，當(dāng)電子做定向移動時，電子的熱運動并未消失c電子定向移動速度與電子熱運動的速率本質(zhì)是一樣的d電子定向移動速度是自由電子在導(dǎo)體中從低電勢到高電勢定向移動的平均速度解析：選bd電流的傳導(dǎo)速率是電場的傳播速度，等于光速，故a錯誤；在電子定向移動形成電流時，熱運動并未消失，電子是在做無規(guī)則的熱運動的基礎(chǔ)上又疊加了一個定向移動，故b正確；電子定向移動速度是電子在電場力的作用下整體向高電勢的方向運動的速度，不同于電流的速度，也不是電子的熱運動的速度，故c錯誤，d正確。7.如圖2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()圖2a正離子定向移動形成的電流方向從ab，負(fù)離子定向移動形成的電流方向從bab溶液內(nèi)正負(fù)離子向相反方向移動，電流抵消c溶液內(nèi)電流方向從ab，電流id溶液內(nèi)電流方向從ab，電流i解析：選d正電荷定向移動的方向就是電流的方向，負(fù)電荷定向移動的反方向也是電流方向，有正、負(fù)電荷反向經(jīng)過同一截面時，公式i中q應(yīng)該是正、負(fù)電荷電荷量絕對值之和，故i，電流方向由a指向b，故選項d正確。8.如圖3所示，一根截面積為s的均勻長直橡膠棒上均勻帶有負(fù)電荷，每米長度所帶電荷量為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()圖3avq b.cqvs d.解析：選a根據(jù)電流定義式，則時間t內(nèi)通過某一截面的電荷量qvtq，則ivq。9有甲、乙兩導(dǎo)體，甲的橫截面積是乙的2倍，而單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，乙是甲的2倍，則下列說法中正確的是()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的速率大小相等解析：選b由于單位時間內(nèi)通過乙橫截面的電荷量是甲的2倍，因此通過乙導(dǎo)體的電流是甲的2倍，故a錯誤，b正確。由于inqsv(n是單位體積中的自由電荷數(shù)，q是自由電荷的電量，s是橫截面積，v是自由電荷定向移動速率)，由于不知道甲、乙兩導(dǎo)體的性質(zhì)(n、q不知道)，所以無法比較兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動的速率大小。10電路中每分鐘有60萬億個自由電子通過