電源和電流 講義-高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)

高中物理必修第三冊(cè)第十一章電路及其應(yīng)用11.1電源和電流（知識(shí)點(diǎn)、同步練習(xí)）知識(shí)點(diǎn)一、電源1．定義(1)定義1：能把電子在電源內(nèi)部從電源正極搬運(yùn)到負(fù)極的裝置．(2)定義2：能把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。這是判斷一個(gè)裝置是否為電源的本質(zhì)定義。2．作用：移送電荷，維持電源正、負(fù)極間有一定的電勢(shì)差，保持電路中有持續(xù)電流．二、恒定電流1．恒定電場(chǎng)(1)定義：由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng)．(2)形成：當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，導(dǎo)線中的電場(chǎng)是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的．(3)特點(diǎn)：任何位置的電荷分布和電場(chǎng)分布都不隨時(shí)間變化，其基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同．2．恒定電流(1)定義：大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流，電流的強(qiáng)弱程度用電流這個(gè)物理量表示．電路中形成恒定電流時(shí)，電路中的電場(chǎng)是恒定電場(chǎng)，導(dǎo)體中任何位置的電荷分布和電場(chǎng)分布都不隨時(shí)間變化。同一導(dǎo)體上的電流處處相等。(2)定義公式：I＝eq\f(q,t)，其中：I表示電流，q表示在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量．如果導(dǎo)體的橫截面同時(shí)有正負(fù)電荷通過(guò)，則q為橫截面通過(guò)的正負(fù)電量的絕對(duì)值之和。利用該定義公式求電流時(shí)，如t為一段時(shí)間，則求得的電流為為平均電流，在q-t圖像中切線的斜率表示的是瞬時(shí)電流的大小。(3)單位：安培，簡(jiǎn)稱安，符號(hào)是A；常用的電流單位還有毫安(mA)、微安(μA)．1A＝103mA；1A＝106μA.(4)電流的方向：規(guī)定正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?，?fù)電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向與電流的方向相反。(5)電流的標(biāo)矢性：電流是標(biāo)量，但有方向。3．電流的微觀表達(dá)式(1)電流的微觀表達(dá)式及推導(dǎo)：如下圖所示，一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體，在導(dǎo)體兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中產(chǎn)生的電流強(qiáng)度為I，設(shè)導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速率為v，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.則經(jīng)歷時(shí)間t，長(zhǎng)度為vt的一段導(dǎo)體中的自由電荷全部通過(guò)導(dǎo)體橫截面S，通過(guò)橫截面的電荷量為nvtSq，根據(jù)電流強(qiáng)度的定義公式有：I=nqvS。該式就是電流強(qiáng)度的微觀表達(dá)式。(2)金屬導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng)速度的大?。孩匐娮佣ㄏ蛞苿?dòng)速率：即公式I＝nevS中的v，大小約為10－4m/s.②電流的傳導(dǎo)速率：即導(dǎo)體中建立電場(chǎng)的速率，等于光速，為3×108m/s.在電路路，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電路中各處以光速建立恒定電場(chǎng)，電路中各處的自由電子定向移動(dòng)在電場(chǎng)力作用下開(kāi)始定向運(yùn)動(dòng)，于是在整個(gè)電路形成了電流．如果導(dǎo)線比較短，可以認(rèn)為在開(kāi)關(guān)閉合的瞬間電路中就形成了電流。③電子熱運(yùn)動(dòng)速率：電子做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率，大小約為105m/s.由于熱運(yùn)動(dòng)向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相等，故此運(yùn)動(dòng)不能形成電流．基礎(chǔ)針對(duì)練習(xí)【1】(多選)關(guān)于電源的說(shuō)法正確的是(BC)A．電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負(fù)極不斷地搬運(yùn)到正極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢(shì)差B．電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由正極不斷地搬運(yùn)到負(fù)極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢(shì)差C．太陽(yáng)能電池是電源，它是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置D．電源實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)用電器，也需要外界提供能量【2】關(guān)于電流，下列說(shuō)法中正確的是(B)A．通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大B．單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流越大C．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D．因?yàn)殡娏饔蟹较颍噪娏魇鞘噶俊?】關(guān)于電流，下列說(shuō)法正確的是(B)A．只有正電荷的定向移動(dòng)才能形成電流B．把正電荷定向移動(dòng)的方向規(guī)定為電流的方向C．金屬導(dǎo)體導(dǎo)電的時(shí)候，自由電子定向移動(dòng)的方向和電流方向相同D．方向不變的電流叫恒定電流【4】在導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(D)A．電子定向移動(dòng)速率接近光速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)速率即是電子熱運(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)【5】某一探測(cè)器因射線照射，內(nèi)部氣體電離，在時(shí)間t內(nèi)有n個(gè)二價(jià)正離子到達(dá)陰極，有2n個(gè)電子到達(dá)探測(cè)器的陽(yáng)極，則探測(cè)器電路中的電流為(B)A．0B.eq\f(2ne,t)C.eq\f(3ne,t)D.eq\f(4ne,t)【6】某電解池，如果在1s內(nèi)共有5×1018個(gè)二價(jià)正離子和1×1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過(guò)面積為0.1m2的某橫截面，那么通過(guò)這個(gè)橫截面的電流是(D)A．0 B．0.8AC．1.6A D．3.2A【7】在NaCl溶液中，正、負(fù)電荷定向移動(dòng)，方向如圖所示，若測(cè)得2s內(nèi)各有1.0×1018個(gè)Na＋和Cl－通過(guò)溶液內(nèi)部的橫截面M，試問(wèn)：溶液中的電流方向如何？電流多大？答案方向由A指向B0.16A【8】(多選)有一橫截面積為S的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流為I；設(shè)每單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子，電子的電荷量為e，電子的定向移動(dòng)速率為v，則在Δt時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)可表示為(AC)A．nvSΔtB．nvΔtC.eq\f(IΔt,e)D.eq\f(IΔt,Se)【9】有一陰極射線管，電子槍2s內(nèi)發(fā)射了6×1013個(gè)電子，則陰極射線管中形成的電流的大小為(A)A．4.8×10－6AB．3×10－13AC．3×10－6AD．9.6×10－6A【10】(多選)給一粗細(xì)不均勻的同種材料制成的導(dǎo)體通電，下列說(shuō)法正確的是(CD)A．粗的地方電流大，細(xì)的地方電流小B．粗的地方電荷定向移動(dòng)速率大，細(xì)的地方小C．各處的電流大小相等D．粗的地方電荷定向移動(dòng)速率小，細(xì)的地方大【11】如圖所示為一質(zhì)量分布均勻的長(zhǎng)方體金屬導(dǎo)體，在導(dǎo)體的左右兩端加一恒定的電壓，使導(dǎo)體中產(chǎn)生一恒定電流，其電流的大小為I.已知導(dǎo)體左側(cè)的橫截面積為S，導(dǎo)體中單位長(zhǎng)度的自由電子數(shù)為n，自由電子熱運(yùn)動(dòng)的速率為v0，自由電子的電荷量用e表示，真空中的光速用c表示．假設(shè)自由電子定向移動(dòng)的速率為v，則(D)A．v＝v0B．v＝eq\f(I,neS)C．v＝cD．v＝eq\f(I,ne)【12】如圖所示是一根粗細(xì)均勻的橡膠棒，其橫截面積為S，由于與毛皮發(fā)生摩擦而均勻帶負(fù)電，若已知該橡膠棒每米所帶的電荷量為q，則當(dāng)該棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，形成的等效電流為(A)A．qvB.eq\f(q,v)C．qvSD.eq\f(qv,S)綜合提升練習(xí)【1】如圖所示，將左邊的銅導(dǎo)線和右邊的鋁導(dǎo)線連接起來(lái)，已知橫截面積S鋁＝2S銅．在銅導(dǎo)線上取一橫截面A，在鋁導(dǎo)線上取一橫截面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)這兩個(gè)橫截面的電流的大小關(guān)系是(A)A．IA＝IB B．IA＝2IBC．IB＝2IA D．不能確定【2】北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的儲(chǔ)存環(huán)是周長(zhǎng)為240m的近似圓形軌道．當(dāng)環(huán)中電子以光速的eq\f(1,10)流動(dòng)而形成10mA的電流時(shí)，環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目為(已知光速c＝3×108m/s，電子電荷量e＝1.6×10－19C)(B)A．5×1010個(gè) B．5×1011個(gè)C．1×102個(gè) D．1×104個(gè)【3】(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(lè)趣．MP4的充電電池多為鋰電池，假設(shè)鋰電池的充電電流為500mA，則以下說(shuō)法正確