第3章 第1節(jié)　電流

1、.第1節(jié)電流學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)老師用書獨(dú)具1知道持續(xù)電流產(chǎn)生的條件，并能進(jìn)展微觀解釋重點(diǎn)2理解電流速度傳導(dǎo)速度、自由電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率和電子漂移速度即電子定向挪動(dòng)速度難點(diǎn)3知道電流的大小、方向和單位，理解電流的定義式I，并能用它進(jìn)展有關(guān)的計(jì)算重點(diǎn)自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知知識(shí)梳理一、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3.0×108 m/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的平均速率在無規(guī)那么的運(yùn)動(dòng)3電子定向挪動(dòng)的速率：數(shù)量級(jí)大約

2、是105 m/s，被形象的稱為“電子漂移三、電流的方向1電流的方向：正電荷的定向挪動(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)極流向正極四、電流的大小和單位1定義：在單位時(shí)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：國際單位為安培，符號(hào)為A；常用單位有mA、A，換算關(guān)系為1 A103 mA106 A.4直流電：方向不隨時(shí)間改變的電流叫作直流電恒定電流：方向和強(qiáng)弱都不隨時(shí)間改變的電流叫作恒定電流根底自測(cè)1考慮判斷1金屬導(dǎo)體中電子定向挪動(dòng)的速率很大，因?yàn)殚]合開關(guān)，燈泡馬上就亮了×提示金屬導(dǎo)體中電子定向挪

3、動(dòng)的速率很小，只有105 m/s.2加上電壓后，導(dǎo)體中的電場(chǎng)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(chǎng)施加的電場(chǎng)力作用下做定向挪動(dòng)的4電流既有大小又有方向，是矢量×提示電流是標(biāo)量5由I可知，I與q成正比×提示I與q、t無關(guān)6安培是七個(gè)國際根本單位之一2關(guān)于電流的方向，以下表達(dá)中正確的選項(xiàng)是A金屬導(dǎo)體中電流的方向即自由電子定向挪動(dòng)的方向B在電解質(zhì)溶液中有自由挪動(dòng)的正離子和負(fù)離子，電流方向不能確定C不管何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向挪動(dòng)的方向D電流的方向有時(shí)與正電荷定向挪動(dòng)的方向一樣，有時(shí)與負(fù)電荷定向挪動(dòng)的方向一樣C電流的方向規(guī)定為正電荷定向挪動(dòng)的方向，與電子定向挪

4、動(dòng)的方向相反，A、D錯(cuò)誤，C正確；在電解質(zhì)溶液中正離子和負(fù)離子定向挪動(dòng)形成電流的方向是一樣的，都和正離子定向挪動(dòng)的方向一樣，故B錯(cuò)誤3多項(xiàng)選擇以下對(duì)公式I的理解正確的選項(xiàng)是【導(dǎo)學(xué)號(hào)：46242103】A在國際單位制中，電流是一個(gè)根本物理量，其單位安培是根本單位B電路中的電流越大，表示通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多C導(dǎo)體的通電時(shí)間越短，那么形成的電流越大D在一樣時(shí)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AD在國際單位制中，共有七個(gè)根本物理量，電流是其中之一，A正確；電流是單位時(shí)間內(nèi)流過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量的多少，那么B、C錯(cuò)誤，D正確多項(xiàng)選擇關(guān)于電流的速度，以下說法正確的選項(xiàng)是A電荷的

5、定向挪動(dòng)形成電流，所以電流的傳導(dǎo)速率等于自由電荷定向挪動(dòng)的速率B電流的傳導(dǎo)速率等于自由電荷的無規(guī)那么熱運(yùn)動(dòng)的速率C電流的傳導(dǎo)速率等于電場(chǎng)的傳播速率D電流的傳導(dǎo)速率近似等于光速CD電流的傳導(dǎo)速率等于電場(chǎng)的傳播速率，近似等于光速c，大于自由電荷定向挪動(dòng)的速率和自由電荷無規(guī)那么熱運(yùn)動(dòng)的速率，應(yīng)選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C、D正確合 作 探 究·攻 重 難電流的理解與計(jì)算1.電流形成的條件1回路中存在自由電荷是形成電流的條件2電壓也是導(dǎo)體中形成電流的條件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2對(duì)I的理解電流定義式電流方向1I是單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，橫截面是整個(gè)導(dǎo)體的橫截面，不是

6、單位截面積2當(dāng)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時(shí)，q為通過某一橫截面的正、負(fù)電荷量絕對(duì)值的和3I與q、t均無關(guān)電流方向與正電荷定向挪動(dòng)方向一樣，和負(fù)電荷定向挪動(dòng)方向相反金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向挪動(dòng)方向相反在某種帶有一價(jià)離子的水溶液中，正、負(fù)離子在定向挪動(dòng)，方向如圖3­1­1所示假如測(cè)得2 s內(nèi)分別有1.0×1018個(gè)正離子和1.0×1018個(gè)負(fù)離子通過溶液內(nèi)部的橫截面M，那么溶液中電流的方向如何？電流多大？圖3­1­1思路點(diǎn)撥：解析水溶液中導(dǎo)電的是自由挪動(dòng)的正、負(fù)離子，它們?cè)陔妶?chǎng)的作用下向相反方向定向挪動(dòng)電學(xué)中規(guī)定，電流的方向?yàn)檎姾啥ㄏ蚺矂?dòng)

7、的方向，所以溶液中電流的方向與正離子定向挪動(dòng)的方向一樣，即由A指向B.每個(gè)離子的電荷量是e1.60×1019 C該水溶液導(dǎo)電時(shí)負(fù)離子由B向A運(yùn)動(dòng)，負(fù)離子的定向挪動(dòng)可以等效看作是正離子反方向的定向挪動(dòng)所以，一定時(shí)間內(nèi)通過橫截面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I A0.16 A.答案由A指向B0.16 A應(yīng)用公式I需注意的三個(gè)問題1公式I反映的是在時(shí)間t內(nèi)電流的平均值，對(duì)恒定電流來說，平均值等于瞬時(shí)值2計(jì)算電流大小時(shí)，要注意通過截面的電荷量的計(jì)算q、q1、q2均表示電荷量的絕對(duì)值，常見的情況有以下兩種：同種電荷同向通過某一截面時(shí)，電荷量qq1q2.異種電荷反向通過某一截面

8、時(shí)，假設(shè)q1為正電荷，q2為負(fù)電荷，電荷量qq1|q2|.3電解液導(dǎo)電時(shí)，在時(shí)間t內(nèi)，有m個(gè)a價(jià)正離子通過溶液內(nèi)截面S，有n個(gè)b價(jià)負(fù)離子通過溶液內(nèi)截面S，那么電流的大小I.針對(duì)訓(xùn)練1一電子沿一圓周順時(shí)針高速轉(zhuǎn)動(dòng)，周期為1010 s，那么等效電流大小為_A，方向?yàn)開選填“順時(shí)針或“逆時(shí)針方向電子的電荷量e1.60×1019 C解析I A1.6×109 A負(fù)電荷定向挪動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆捶较颍蕿槟鏁r(shí)針方向答案1.6×109逆時(shí)針三種速率及電流強(qiáng)度的微觀表達(dá)式1.三種速率的理解電子定向挪動(dòng)的速率電子熱運(yùn)動(dòng)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挪動(dòng)形成的，電流I

9、neSv，其中v就是電子定向挪動(dòng)的速率，一般為105 m/s的數(shù)量級(jí)構(gòu)成導(dǎo)體的電子在不停地做無規(guī)那么熱運(yùn)動(dòng)，由于熱運(yùn)動(dòng)向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)機(jī)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(chǎng)，在恒定電場(chǎng)的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)開場(chǎng)定向挪動(dòng)，整個(gè)電路也幾乎同時(shí)形成了電流大小105 m/s105 m/s3×108 m/s2電流強(qiáng)度的微觀表達(dá)式1建立模型：如圖3­1­2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)體定向挪動(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

10、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3­1­22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、定向挪動(dòng)速率的大小，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)一段粗細(xì)均勻的銅導(dǎo)線的橫截面積是S，導(dǎo)線單位長(zhǎng)度內(nèi)的自由電子數(shù)為n，銅導(dǎo)線內(nèi)的自由電子的電荷量為e，自由電子做無規(guī)那么熱運(yùn)動(dòng)的速率為v0，導(dǎo)線中通過的電流為I.那么以下說法中正確的有A自由電子定向挪動(dòng)的速率為v0B自由電子定向挪動(dòng)的

11、速率為vC自由電子定向挪動(dòng)的速率為真空中的光速cD自由電子定向挪動(dòng)的速率為v思路點(diǎn)撥：解此題的關(guān)鍵是理解電流強(qiáng)度的微觀表達(dá)式InqSv中各符號(hào)的意義Dv0為電子做無規(guī)那么熱運(yùn)動(dòng)的速率，非定向挪動(dòng)速率，故A錯(cuò)誤對(duì)于電流微觀表達(dá)式InqSv，式中n為單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)，而此題中n為單位長(zhǎng)度內(nèi)的自由電子數(shù)，t時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線某一橫截面的自由電子數(shù)為nvt，電荷量Qnvte，所以電流Inev，所以v，故B、C錯(cuò)誤，D正確電流的兩個(gè)公式I和InqSv的區(qū)別1公式I是電流的定義式，q是在時(shí)間t內(nèi)通過橫截面的電荷量，在這里不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為電流q成正比，與t成反比2公式InqSv是電流的決定式，q是每個(gè)自由電

12、荷的電荷量，電流的大小由n、q、S、v四者共同決定針對(duì)訓(xùn)練2銅的相對(duì)原子質(zhì)量為m，密度為，每摩爾銅原子有n個(gè)自由電子今有一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線，當(dāng)通過的電流為I時(shí)，電子平均定向挪動(dòng)的速率為 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：46242104】A.光速cB.C. D.D假設(shè)電子平均定向挪動(dòng)的速率為v，那么在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)相當(dāng)于在體積vtS中的自由電子數(shù)，而體積為vtS的銅的質(zhì)量為vtS，物質(zhì)的量為，所以電荷量q.電流I，所以v.當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1多項(xiàng)選擇對(duì)電流的理解，以下說法正確的選項(xiàng)是A在電解液中有自由的正離子和負(fù)離子，電流的方向不能確定B對(duì)于導(dǎo)體，只要其兩端電勢(shì)差為零，電流

13、也必為零C通過導(dǎo)體橫截面的電荷量的多少就是電流的大小D恒定電流是由恒定電場(chǎng)產(chǎn)生的BD電流是有方向的，電流的方向是人為規(guī)定的，物理上規(guī)定正電荷定向挪動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，那么?fù)電荷定向挪動(dòng)的方向一定與電流的方向相反，那么A錯(cuò)誤；對(duì)于導(dǎo)體，其兩端電勢(shì)差為零時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)無電場(chǎng)，自由電子不能定向運(yùn)動(dòng)，故電流為零，B正確；根據(jù)電流的概念，電流是單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，C錯(cuò)誤；恒定電流是由導(dǎo)體兩端穩(wěn)定的電壓形成的，電源的作用就是在導(dǎo)體兩端加上穩(wěn)定的電壓，從而在導(dǎo)體內(nèi)部形成恒定電場(chǎng)而產(chǎn)生恒定電流，D正確2電路中每分鐘有6×1013個(gè)自由電子通過橫截面積為0.64×106 m2的導(dǎo)線，那么電路中的電流是A0.016 AB1.6 mAC16 A D0.16 AD根據(jù)I得I A1.6×107 A0.16 A，D正確，A、B、C錯(cuò)誤3多項(xiàng)選擇橫截面積為S的導(dǎo)線中通有電流I，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，自由電子定向挪動(dòng)的速率是v，那么在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：46242105】AnSvt BnvtC. D.AC根據(jù)電流的定義式可知，在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量qIt，所以在這段時(shí)間內(nèi)通過的自由電子數(shù)為N.自由電子定向挪動(dòng)的速率是v，因此在時(shí)間t內(nèi)，位于以橫截面積為S、長(zhǎng)lvt的這段導(dǎo)線內(nèi)