高中物理恒定電流電流學(xué)案魯科版31

1、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電荷定向移動(dòng)時(shí)，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。3物理學(xué)中把方向不隨時(shí)間改變的電流叫直流電，方向和強(qiáng)弱都不隨時(shí)間改變的電流叫做恒定電流。電流的形成和速度1電流的形成(1)形成電流的條件：回路中存在自由電荷；導(dǎo)體兩端有電壓。(2)導(dǎo)體中形成持續(xù)電流的條件：導(dǎo)體兩端有持續(xù)電壓。(3)電流形成的原因：當(dāng)導(dǎo)體兩端加以電壓時(shí)，兩端就形成電勢(shì)差，導(dǎo)體中就有了電場(chǎng)，所以導(dǎo)體中的自由電荷在這個(gè)電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，從而形成電流。當(dāng)在導(dǎo)體兩端施加持續(xù)的電壓時(shí)，就會(huì)形成持續(xù)的電流。2電流的速度(1)電流的速度是電場(chǎng)的傳

2、播速度，它等于光速為3.0×108 m/s。(2)電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率：是構(gòu)成導(dǎo)體的電子在不停地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，常溫下電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率數(shù)量級(jí)為105 m/s。(3)電子定向移動(dòng)速率：自由電子在電場(chǎng)的作用下做整體的定向移動(dòng)，其移動(dòng)速度相當(dāng)慢，數(shù)量級(jí)大約是105 m/s。1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(dòng)速率B在金屬導(dǎo)體內(nèi)部，當(dāng)電子做定向移動(dòng)時(shí)，電子的熱運(yùn)動(dòng)將消失C電子的漂移速度與電子熱運(yùn)動(dòng)的速率本質(zhì)是一樣的D電子漂移速度是自由電子在導(dǎo)體中從低電勢(shì)到高電勢(shì)定向移動(dòng)的平均速度解析：電流的傳導(dǎo)速度是電場(chǎng)的傳播速度，等于光速，故A錯(cuò)誤；在電子定向移動(dòng)形成電

3、流時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)并未消失，電子是在做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上又疊加了一個(gè)定向移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；電子漂移速度是電子在電場(chǎng)力的作用下整體向高電勢(shì)的方向運(yùn)動(dòng)的速度，不同于電流的速度，也不是電子的熱運(yùn)動(dòng)的速度，故C錯(cuò)誤，D正確。答案：D電流的方向和大小1.電流的方向(1)規(guī)定：正電荷定向移動(dòng)的方向。金屬內(nèi)部的電流方向跟負(fù)電荷定向移動(dòng)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。2電流的大小和單位(1)定義：電荷定向移動(dòng)時(shí)，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：安培。常用單位還有mA和A；換算關(guān)系：1 A103 mA106 A。(4)直流電：方向不隨時(shí)間改變

4、的電流。恒定電流：方向和強(qiáng)弱都不隨時(shí)間而改變的電流。1對(duì)電流概念的理解(1)由I來理解電流是單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。橫截面積是整個(gè)導(dǎo)體的截面積，不是單位截面積。(2)電流有方向，但電流是標(biāo)量，電流的方向和正電荷定向移動(dòng)的方向相同，和負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反。(3)當(dāng)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時(shí)，溶液中的正、負(fù)離子沿相反方向定向移動(dòng)，不能理解為正、負(fù)電荷定向移動(dòng)相抵消。用qIt計(jì)算時(shí)，q為通過某一截面的正、負(fù)電荷量絕對(duì)值的和。2對(duì)電流的微觀認(rèn)識(shí)電流的微觀表達(dá)式如圖311所示，AD表示粗細(xì)均勻的一段導(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

5、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。AD導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù)：NnlS總電荷量：QNqnlSq 圖311所有這些電荷都通過橫截面D所需要的時(shí)間：t所以，AD導(dǎo)體上的電流：InqSv。由此可見，從微觀上看，電流的大小取決于導(dǎo)體中自由電荷的密度、電荷量、定向移動(dòng)速度，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)。2某電解池內(nèi)若在2 s內(nèi)各有1.0×1019個(gè)二價(jià)正離子和2×1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子同時(shí)向相反方向通過某截面，那么通過這個(gè)截面的電流是()A0 AB0.8 AC1.6 A D3.2 A解析：電流由正、負(fù)離子的定向運(yùn)動(dòng)形成，則在2 s內(nèi)通過截面的總電荷量應(yīng)為：q1.6×

6、1019×2×1019C1.6×1019×1×2×1019 C6.4 C，由電流的定義式可知：I A3.2 A，故選D。答案：D電流及電流的形成例1關(guān)于電流的概念，下列說法正確的有()A導(dǎo)體中有電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流B電流是一個(gè)矢量，其方向就是正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向C在國際單位制中，電流是一個(gè)基本物理量，其單位安培是基本單位D對(duì)于導(dǎo)體，當(dāng)其兩端電勢(shì)差為零時(shí)，電流不一定為零解析導(dǎo)體中有大量的自由電荷，總在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，若沒有定向運(yùn)動(dòng)，在一段時(shí)間t內(nèi)，通過導(dǎo)體某一截面的電荷是雙向的，其數(shù)值也是相等的，電流為零，故A錯(cuò)。電流是一個(gè)標(biāo)量，因?yàn)?/p>

7、其運(yùn)算不符合矢量運(yùn)算法則，為了便于研究電流，人們規(guī)定正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍詤^(qū)別于負(fù)電荷的定向運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)。在國際單位制中共有七個(gè)基本量，電流是其中之一，故C正確。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)，電荷不能定向運(yùn)動(dòng)，故電流為零，D錯(cuò)誤。故選C。 答案C借題發(fā)揮 (1)導(dǎo)體內(nèi)電荷的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)與電荷的定向移動(dòng)不是一回事，導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的電荷才會(huì)定向移動(dòng)，但電荷的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)是不需要條件的。(2)電流是描述電流強(qiáng)弱的物理量，它有方向，但是個(gè)標(biāo)量。1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(yùn)動(dòng)速率越大，電流越大C單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫

8、截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流就越大D因?yàn)殡娏饔蟹较颍噪娏魇鞘噶拷馕觯河蒊知q大，I不一定大，還要看t的大小，故A錯(cuò)；由InqSv知，電子運(yùn)動(dòng)的速率v大，電流不一定大，電流還與n、S有關(guān)，另外電子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)速度很大，不能形成電流，故B錯(cuò)；單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大，C對(duì)；電流雖有方向但不是矢量，因?yàn)槠浜铣勺裱鷶?shù)法則，故D錯(cuò)。答案：C等效電流的計(jì)算問題例2半徑為R的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在平面且通過圓心的軸以角速度沿逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流方向沿什么方向？電流多大？審題指導(dǎo)解此題的關(guān)鍵有兩點(diǎn)：(1)明確某截面，利用公式I計(jì)算；

9、(2)電流方向是正電荷定向移動(dòng)方向。解析依據(jù)電流的定義式I，截取圓環(huán)的任一截面S，設(shè)橡膠圓環(huán)運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間T內(nèi)，通過這個(gè)截面的電荷量為Q，則I，又因?yàn)門，所以I，電流方向與正電荷移動(dòng)方向相同，即沿逆時(shí)針方向。答案逆時(shí)針方向借題發(fā)揮 不管是否能形成電流，假想能形成電流，然后依據(jù)電流的定義式求電流大小。(1)若Q不變，變?yōu)樵瓉淼?倍，電流會(huì)怎樣？(2)若不變，Q變?yōu)樵瓉淼?倍且?guī)ж?fù)電，圓環(huán)沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，電流會(huì)怎樣？解析：(1)若變?yōu)樵瓉?倍，則T變?yōu)樵瓉淼摹．?dāng)電量Q不變時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)的等效電流變?yōu)樵瓉淼?倍，即I。(2)時(shí)間不變Q變?yōu)?倍，則通過截面的電荷量變?yōu)?倍，等效電流變?yōu)樵瓉淼?倍，即I

10、，電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針。答案：(1)電流大小變?yōu)榉较驗(yàn)槟鏁r(shí)針方向(2)電流大小變?yōu)榉较驗(yàn)槟鏁r(shí)針方向電流的微觀應(yīng)用例3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(gè)自由電子，每個(gè)自由電子的電荷量是e，自由電子定向移動(dòng)的速率是v，則在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是()AnSvt BnvtC. D.思路點(diǎn)撥電子數(shù)等于總電荷量除以每個(gè)電子的電荷量，所以求出通過截面的電荷量，即可求出電子數(shù)。而電荷量qIt，單位體積內(nèi)的電子數(shù)已知，只要求出t時(shí)間內(nèi)有多少體積的電子通過截面，即可求出電子數(shù)。解析(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(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線的自由電子數(shù)N。(2)

11、自由電子定向移動(dòng)的速率是v，因此在時(shí)間t內(nèi)，位于以截面S為底、長(zhǎng)lvt的這段導(dǎo)線體內(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A正確。答案A借題發(fā)揮 根據(jù)例3“思路點(diǎn)撥”中的思想方法，可以得出電流的微觀解釋：設(shè)每個(gè)電荷的電荷量為e，則在t時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的總電荷量qenSvt，所以IneSv。導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、自由電荷的帶電荷量、導(dǎo)體的橫截面積以及自由電荷的定向移動(dòng)速率有關(guān)。2已知某金屬的摩爾質(zhì)量為m，密度為，每摩爾金屬原子有n個(gè)自由電子。若把該金屬制作成一個(gè)橫截面積為S的導(dǎo)線，則當(dāng)通過它的電流為I時(shí)，電子

12、平均定向移動(dòng)速度為()A光速c B.C. D.解析：由電流的定義式INSve得，電子的平均移動(dòng)速度v，其中N為單位體積內(nèi)的自由電子個(gè)數(shù)，而題目中的n是每摩爾金屬原子的自由電子個(gè)數(shù)，所以要轉(zhuǎn)化為單位體積內(nèi)的電子個(gè)數(shù)，N，代入v得v。答案：D隨堂基礎(chǔ)鞏固1金屬導(dǎo)體中有電流時(shí)，自由電子定向移動(dòng)的速率為v1，電子熱運(yùn)動(dòng)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：電場(chǎng)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(yùn)動(dòng)的速率，其數(shù)量級(jí)約為105 m/s，自由電子定向移動(dòng)速率數(shù)量級(jí)為105 m/s，所以C正確。答案：C2關(guān)于電流的方向，下列說法正確的是()A電

13、荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较駼因?yàn)殡娏饔蟹较颍噪娏魇鞘噶緾在電源外部電路中，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(dòng)方向總是沿著高電勢(shì)到低電勢(shì)的方向解析：電流的方向是正電荷定向移動(dòng)的方向，在電源外部從電源正極流向負(fù)極，故A錯(cuò)，C對(duì)；電流是標(biāo)量，故B錯(cuò)；外電路中正電荷從高電勢(shì)處向低電勢(shì)處移動(dòng)，但負(fù)電荷從低電勢(shì)處向高電勢(shì)處移動(dòng)，故D錯(cuò)。答案：C3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(chǎng)，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(chǎng)時(shí)，一小段長(zhǎng)為l的電子束內(nèi)的電子個(gè)數(shù)為()A. B. C

14、. D. 解析：設(shè)在形成的電子束中，單位體積內(nèi)的電子個(gè)數(shù)為n，由電流的微觀表達(dá)式InSve得：n。而電子經(jīng)過加速電場(chǎng)時(shí)，滿足eUmv2，兩式聯(lián)立解得：n ，而長(zhǎng)度為l的電子束內(nèi)的電子個(gè)數(shù)為NnVnSl ，故B正確。答案：B4.如圖312所示的電解槽內(nèi)，2 s內(nèi)共有2 C正電荷向右通過截面MN，同時(shí)又有2 C負(fù)電荷向左通過截面MN，問：(1)電流方向如何？ 圖312 (2)電路中電流多大？解析：本題考查電流的形成、大小計(jì)算及電流的方向。(1)因規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍孰娊庖褐须娏鞣较蛳蛴摇?2)電解液中電流應(yīng)是正、負(fù)電荷定向移動(dòng)的共同效果，因此通過截面MN的電荷量應(yīng)是兩種電荷遷移

15、量之和。所以I A2 A。答案：(1)方向向右(2)2 A課時(shí)跟蹤訓(xùn)練(滿分50分時(shí)間30分鐘)一、選擇題(本題共8小題，每小題4分，共32分)1對(duì)于金屬導(dǎo)體，還必須滿足下列哪個(gè)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(dòng)的電荷B把導(dǎo)體放在勻強(qiáng)電場(chǎng)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：因?yàn)榻饘賹?dǎo)體中已經(jīng)存在大量的自由電荷，故A錯(cuò)。把導(dǎo)體放在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，導(dǎo)體只能產(chǎn)生瞬間感應(yīng)電流，故B錯(cuò)。只是讓導(dǎo)體一端連接電源正極時(shí)，導(dǎo)體兩端無電壓，此時(shí)不能形成電流，故C錯(cuò)。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。答案：D2關(guān)于電源的作用，下列說法中正確的是(

16、)A電源的作用是能為電路持續(xù)地提供自由電荷B電源的作用是使電路中的電荷發(fā)生定向移動(dòng)C電源的作用就是能保持導(dǎo)體兩端的電壓，使電路中有持續(xù)的電流D電源的作用就是使自由電荷運(yùn)動(dòng)起來解析：電源的作用是保持導(dǎo)體兩端的電壓，在導(dǎo)體內(nèi)建立恒定電場(chǎng)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷就會(huì)在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)形成電流。答案：BC3在金屬導(dǎo)體中有電流通過時(shí)，下列說法正確的是()A自由電子定向移動(dòng)速率很小B自由電子定向移動(dòng)速率即是電場(chǎng)傳播速率C自由電子定向移動(dòng)速率是電子熱運(yùn)動(dòng)速率D自由電子只不過在速率很大的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)上附加一個(gè)速率很小的定向移動(dòng)解析：電場(chǎng)傳播速率為光速(3×108 m/s)；自由電荷定向移動(dòng)速率其數(shù)量級(jí)

17、為104105 m/s；無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)速率數(shù)量級(jí)約為105 m/s，故B、C錯(cuò)誤。答案：AD4電路中每分鐘有60萬億個(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 A B1.6 mAC16 A D0.16 A解析：據(jù)I得I A1.6×107 A0.16 A答案：D5有甲、乙兩個(gè)由同種金屬材料制成的導(dǎo)體，甲的橫截面積是乙的兩倍，而單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，乙是甲的兩倍，以下說法中正確的是()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(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

18、相等解析：由I可知，I乙2I甲，B正確，A錯(cuò)誤；由InvSq可知，同種金屬材料制成的導(dǎo)體，n相同，因S甲2S乙，故有v甲v乙14，C、D均錯(cuò)誤。答案：B6關(guān)于電流的方向，下面敘述正確的是()A金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動(dòng)的方向B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C不論何種導(dǎo)體，電流方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向D電流的方向有時(shí)與正電荷定向移動(dòng)的方向相同，有時(shí)與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相同解析：電流是有方向的，電流的方向是人為規(guī)定的。物理上規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，則負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向一定與電流的方向相反。答案：C7如圖1所示，電解池內(nèi)有一價(jià)的電解液，t

19、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1A正離子定向移動(dòng)形成的電流方向從AB，負(fù)離子定向移動(dòng)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(dòng)，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：正電荷定向移動(dòng)的方向就是電流的方向，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)過同一截面時(shí)，公式I中q應(yīng)該是正、負(fù)電荷電荷量絕對(duì)值之和，故I，電流方向由A指向B，故選項(xiàng)D正確。答案：D8如圖2所示，一根截面積為S的均勻長(zhǎng)直橡膠棒上均勻帶有負(fù)電荷，每米長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)時(shí)，由于棒運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流大小為() 圖2Avq B.CqvS D.解析：根據(jù)電流定義式，則時(shí)間t內(nèi)通過某一截面的電荷量qvtq，則Ivq。答案：A二、非選擇題(本題共2小題，共18分)9(8分)來自質(zhì)子源的質(zhì)子(初速度為零)，經(jīng)一加速電壓為800 kV的直線加速器加速，形成電流為1 mA的細(xì)柱形質(zhì)子流。(1)已知質(zhì)子的電荷量e1.60×1019 C。這個(gè)質(zhì)子流每秒鐘打到靶上的質(zhì)子數(shù)為_。(2)假定分布在質(zhì)子源到靶之間的電場(chǎng)是均勻的，在質(zhì)子束中與質(zhì)子源相距L和4L的兩處，各取一段極短的相等長(zhǎng)度的質(zhì)子流，其中的質(zhì)子數(shù)分別為N1和N2，則_。解