第二章第一節(jié)電源和電流

1、第一節(jié)電源和電流學習目標1.了解形成電流的條件，知道電源的作用和導(dǎo)體中的恒定電場2.理解電流的定義，知道電流的單位、方向的確定，會用公式qIt分析相關(guān)問題,學生用書P38)一、電源(閱讀教材第41頁第2段至第3段)1定義：能把電子從正極搬運到負極的裝置2作用：(1)維持電路兩端有一定的電勢差(2)使閉合電路中保持持續(xù)的電流拓展延伸(解疑難)1從電荷移動角度看，電源的作用就是移動電荷，維持電源正負極間有一定的電勢差，從而保持電路中有持續(xù)電流2從能量轉(zhuǎn)化角度看，搬運電荷的過程就是克服靜電力做功的過程，從而將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能二、恒定電流(閱讀教材第41頁第4段至第42頁最后)1恒定電場(1)恒

2、定電場：當電路達到穩(wěn)定時，導(dǎo)線中的電場是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的這種由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場，叫恒定電場(2)特點：任何位置的電荷分布和電場強度都不隨時間變化2恒定電流(1)定義：大小、方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流(2)公式：I或qIt，其中：I表示電流，q表示在時間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量(3)單位：安培，符號A；常用的電流單位還有：毫安(mA)、微安(A)1 A103 mA；1 A106 A.拓展延伸(解疑難)1電流的形成(1)產(chǎn)生電流的條件：導(dǎo)體兩端有電壓(2)形成持續(xù)電流的條件：電路中有電源且電路閉合2電流雖然有方向，但是它遵循代數(shù)運算法則，所以

3、電流不是矢量而是標量3I是電流的定義式，不能說I與q成正比，與t成反比4用I計算出的電流是時間t內(nèi)的平均值對于恒定電流，電流的瞬時值與平均值相等5利用I的變形式qIt可計算t時間內(nèi)通過導(dǎo)體某橫截面的電荷量對公式Iq/t的理解和應(yīng)用學生用書P38 不同導(dǎo)體中電流的計算方法1金屬導(dǎo)體中的自由電荷只有自由電子，運用I計算時，q是某一時間內(nèi)通過金屬導(dǎo)體橫截面的電子的電荷量2電解液中的自由電荷是正、負離子，運用I計算時，q應(yīng)是同一時間內(nèi)正、負兩種離子通過橫截面的電荷量的絕對值之和3處于電離狀態(tài)的氣體中的自由電荷既有正、負離子，也有自由電子，利用公式I求氣體導(dǎo)電電流時，q應(yīng)是三種帶電粒子通過橫截面的電荷量

4、的絕對值之和(自選例題，啟迪思維)1.如圖所示，在NaCl溶液中，正、負電荷定向移動，方向如圖中所示，若測得2 s內(nèi)分別有1.0×1018個Na和Cl通過溶液內(nèi)部的橫截面M，溶液中的電流方向如何？電流為多大？思路探究(1)電流的方向是如何規(guī)定的？(2)2 s內(nèi)通過M的電荷量是多少？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，故溶液中電流方向與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e1.6×1019 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

5、，負離子的運動可以等效地看做正離子沿相反方向的運動，可見，每秒鐘通過橫截面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.答案由A流向B0.16 A2.(2015·江西臨川一中月考)某一探測器因射線照射，內(nèi)部氣體電離，在時間t內(nèi)有n個二價正離子到達陰極，有2n個電子到達探測器的陽極，則探測器電路中的電流為()A0B2ne/tC3ne/t D4ne/t解析由題意可知，在時間t內(nèi)通過某橫截面的電荷量為n·2e2n·e4ne，故根據(jù)電流的定義可知探測器電路中的電流為I，故選項D正確答案D3. 電路中有一電阻，通過電阻的電流為5 A，當通電5分鐘時，通過電

6、阻橫截面的電子數(shù)為()A1 500個 B9.375×1019個C9.375×1021個 D9.375×1020個解析qIt，n9.375×1021個答案C借題發(fā)揮計算電流時，要分清形成電流的電荷種類，是只有正電荷或負電荷，還是正、負電荷同時定向移動等效電流的求解學生用書P39 有些電流，并不是導(dǎo)體內(nèi)電荷的定向移動形成的，如電子繞核運動，經(jīng)電場加速的粒子流、帶電體的運動等，可以通過等效方法用I求解等效電流(自選例題，啟迪思維)1.已知電子的電荷量為e，質(zhì)量為m.氫原子的電子在原子核的靜電力吸引下做半徑為r的勻速圓周運動，則電子運動形成的等效電流大小為多少？

7、思路探究電子繞原子核運動，一個周期T內(nèi)電子過某截面一次，等效電流由I求出解析在電子運動軌道上取一截面，在電子運動一周的時間T內(nèi)，通過這個橫截面的電荷量qe，則有I.再由庫侖力提供向心力，有mr，得T.解得I.答案2.(2015·福建寧德一中高二檢測)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勻速轉(zhuǎn)動，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流應(yīng)滿足()A若不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍B若電荷量Q不變而使變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍C若使、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變大D若使、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使

8、環(huán)半徑增大，電流將變小解析截取圓環(huán)的任一截面S，如圖所示，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 T，所以I.分析各選項可知本題選AB.答案AB規(guī)律總結(jié)對于等效電流的求解問題，一定要找出一段時間內(nèi)通過某一橫截面的電荷量，才能運用電流的定義式求電流而求解的關(guān)鍵就是確定通過某一橫截面的電荷量和時間,學生用書P39)物理模型“柱體微元”模型求解電流的微觀表達式1建立“柱體微元”模型：如圖所示，AD表示粗細均勻的一段導(dǎo)體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.2理

9、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所需要的時間：t.根據(jù)公式qIt可得：導(dǎo)體AD中的電流：InqSv.范例在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進入電壓為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，一小段長為l的電子束內(nèi)的電子個數(shù)是()A.B.C. D.解析設(shè)單位體積電子束中含有n個自由電子，由電流的定義知：IneSv，所以n，電子經(jīng)加速電場加速后，滿足eUmv2，得n，長為l的電子束內(nèi)的電子個數(shù)為NnlS，故選B.答案B銅的摩爾質(zhì)量為m，密度

10、為，每摩爾銅原子有n個自由電子，今有一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線，當通過的電流為I時，電子平均定向移動速率為()A光速c B.C. D.解析：選D.假設(shè)電子定向移動的速率為v，那么在t時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)相當于在體積vt·S中的自由電子數(shù)，而體積為vtS的銅的質(zhì)量為vtS，摩爾數(shù)為，所以電量q，I，于是得：v.,學生用書P39)隨堂達標1關(guān)于電流的說法中正確的是()A根據(jù)Iq/t，可知I與q成正比B如果在任何相等的時間內(nèi)通過導(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”是國際單位制中的基本單位解析：選D.依據(jù)電流的定義式可知，電流

11、與q、t皆無關(guān)，顯然選項A錯誤雖然電流是標量，但是卻有方向，因此在任何相等的時間內(nèi)通過導(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B、C錯誤選項D顯然正確2在示波管中，電子槍2 s發(fā)射了6×1013個電子，則示波管中電流的大小為 ()A4.8×106AB3×1013AC3×106A D9.6×106A解析：選A.電子槍2 s發(fā)射的電荷量q6×1013×1.6×1019C9.6×106C，所以示波管中的電流大小為I A4.8×106A，故A正確，B、C、D錯誤3.如圖所

12、示，一根橫截面積為S的均勻長直橡膠棒上帶有均勻的負電荷，每單位長度上電荷量為q，當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()Aqv B.CqvS Dqv/S解析：選A.1 s內(nèi)棒通過的長度lvt，總電荷量Qqlqvt.則Iqv，故選項A正確4(選做題)已知銅導(dǎo)線中的電流為1 A，銅導(dǎo)線的橫截面積為1 mm2，求：(1)在1 s內(nèi)，有多少個電子通過銅導(dǎo)線的橫截面？(電子電荷量e1.6×1019C)(2)自由電子的平均移動速率多大？(設(shè)銅導(dǎo)線中每立方米含有8.5×1028個自由電子)解析：(1)1 s內(nèi)通過銅導(dǎo)線橫截面的電荷量為qIt1 C所

13、以1 s內(nèi)通過銅導(dǎo)線橫截面的電子個數(shù)N6.25×1018(個)(2)由電流的微觀表達式InqSv得自由電子的平均移動速率v m/s7.35×105 m/s.答案：(1)6.25×1018個(2)7.35×105 m/s課時作業(yè)一、選擇題1. (多選)在由電源、導(dǎo)線等電路元件所組成的電路中，以下說法正確的是()A導(dǎo)線中的電場強度處處為零B導(dǎo)線中的電場強度方向跟導(dǎo)線方向平行C導(dǎo)線處于靜電平衡狀態(tài)D導(dǎo)線內(nèi)沿電流方向各點的電勢逐漸降低解析：選BD.在電源和導(dǎo)線中感應(yīng)電荷的共同作用下，垂直導(dǎo)線方向的電場相互抵消，在導(dǎo)體中形成了沿導(dǎo)線方向的電場，即導(dǎo)線中的電場強度方

14、向跟導(dǎo)線方向平行，B正確、A錯誤；導(dǎo)體內(nèi)有電場，說明導(dǎo)體不是靜電平衡狀態(tài)，C錯誤；沿電場方向電勢逐漸降低，電場方向就是正電荷的受力方向，也就是電流的方向，即導(dǎo)線內(nèi)沿電流方向各點的電勢逐漸降低，D正確2一根導(dǎo)線，分別通以不同電流，并保持溫度不變，當電流較大時，以下說法正確的是()A單位體積內(nèi)自由電子數(shù)較多B自由電子定向移動的速率較大C自由電子的熱運動速率較大D電流的傳導(dǎo)速度較大解析：選B.對同一根導(dǎo)線，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)是一樣的，A錯誤；電流和自由電子的定向移動的速率有關(guān)，自由電子的熱運動速率只與溫度有關(guān)，B正確，C錯誤；電流的傳導(dǎo)速度是電場的形成速度，等于光速c，和電流的大小無關(guān)，D錯誤3

15、(多選)關(guān)于電流的方向，下列說法中正確的是 ()A電源供電的外部電路中，電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端B電源內(nèi)部，電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端C電子運動形成的等效電流方向與電子運動方向相同D電子運動形成的等效電流方向與電子運動方向相反解析：選AD.在電源的外部電路中，電流從正極流向負極，在電源內(nèi)部，電流從負極流向正極，電源正極電勢高于負極電勢，所以A正確，B錯誤；電子帶負電，電子運動形成的電流方向與電子運動的方向相反，C錯誤，D正確4某電解池中，若在2 s內(nèi)各有1.0×1019個二價正離子和2.0×1019個一價負離子通過某截面，那么通過這個截面的電流是(

16、)A0 B0.8 AC1.6 A D3.2 A解析：選D.電荷的定向移動形成電流，但正、負電荷同時向相反方向定向移動時，通過某截面的電荷量應(yīng)是兩者絕對值的和故由題意可知，電流由正、負離子定向運動形成，則在2 s內(nèi)通過截面的總電荷量應(yīng)為q1.6×1019×2×1.0×1019C1.6×1019×1×2.0×1019C6.4 C根據(jù)電流的定義式得I A3.2 A.5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)通過橫截面的電荷量，乙是甲的2倍，以下說法正確的是()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

17、倍C乙導(dǎo)體中自由電荷定向移動的速度是甲導(dǎo)體的2倍D甲、乙兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動的速度大小相等解析：選B.由于單位時間內(nèi)通過乙導(dǎo)體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，A錯誤，B正確；由于InqSv，所以v，由于不知道甲、乙兩導(dǎo)體的性質(zhì)(n、q不知道)，所以無法判斷v的大小，C、D錯誤6.(多選)如圖所示，將左邊的銅導(dǎo)線與右邊的鋁導(dǎo)線連接起來，已知鋁導(dǎo)線的橫截面積是銅導(dǎo)線橫截面積的兩倍，在銅導(dǎo)線上取一個截面 A，在鋁導(dǎo)線上取一個截面B，若在1秒內(nèi)垂直地通過它們的電子數(shù)相等，那么，通過這兩個截面的()A電流相等B電流不相等C自由電子定向移動的速率相等D自由電子定向移動的速率不

18、相等解析：選AD.由電流定義知I，A正確，B錯誤由電流的微觀表達式InSqv 知，I、n、q均相等，因為SA<SB，所以vA>vB，C錯誤，D正確故選AD.7.(多選)如圖所示是一款MP4播放器，隨著這種產(chǎn)品的出現(xiàn)，人們可以在旅途中觀看電影，讓原本枯燥的旅途變得充滿樂趣MP4的充電電池多為鋰電池，假設(shè)鋰電池的充電電流為500 mA，則以下說法正確的是()A1 s內(nèi)通過電池某一橫截面的電荷量為500 CB1 s內(nèi)通過電池某一橫截面的電荷量為0.5 CC充電過程把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能D充電過程把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能解析：選BD.由電流的定義式得qIt0.5 C，A錯誤，B正確充電過

19、程是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能儲存起來，C錯誤，D正確故選BD.8(多選)一橫截面積為S的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流為I，設(shè)單位體積的導(dǎo)線中有n個自由電子，電子的電荷量為q.此時電子的定向移動速度為v，在t時間內(nèi)，通過銅導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為()AnvSt BnvtCIt/q DIt/(Sq)解析：選AC.在t時間內(nèi)，通過銅導(dǎo)線橫截面的電荷量為It，通過銅導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為NIt/q，故C正確，D錯誤；把InqSv代入NIt/q可得NnvSt，故A正確，B錯誤9.(2015·重慶市萬州二中高二期中)北京正負電子對撞機的儲存環(huán)是周長為240 m的近似圓形軌道當環(huán)中電子以光速的流動而形成10 mA的電流時，環(huán)中運行的電子數(shù)目為(已知光速c3×108 m/s，電子電荷量e1.6×1019C)()A5×1010B5×1011C1×102 D1×104解析：選B.電子運動一周所需要的時間：t s8×