高中物理人教版1第二章恒定電流第1節(jié)電源和電流 市賽獲獎(jiǎng)

第二章恒定電流電源和電流【考綱要求】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(chǎng)。2．理解電流的定義，知道電流的單位、方向的規(guī)定；理解恒定電流。3．了解金屬導(dǎo)體內(nèi)自由電子定向移動(dòng)速率的推導(dǎo)過程。從微觀角度理解導(dǎo)體中電荷定向移動(dòng)與電流的關(guān)系【自主學(xué)習(xí)】電流是如何形成的？電源的在電路中有何作用？2．什么是恒定電場(chǎng)？恒定電場(chǎng)是怎樣形成的？恒定電流恒定電流：大小和方向都_____的電流電流物理意義：表示電流的強(qiáng)弱的物理量定義：通過導(dǎo)體橫截面的和的比值。表達(dá)式：I=單位：電流方向的規(guī)定：產(chǎn)生穩(wěn)定電流的條件：點(diǎn)撥:電流：電荷的形成電流，I＝q/t，適用于任何電荷的定向移動(dòng)形成的電流。在電解液導(dǎo)電時(shí)，是正、負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，在用公式I＝q/t計(jì)算電流強(qiáng)度時(shí)q為正、負(fù)電荷電量的代數(shù)和。電流的微觀表達(dá)式：I=nqvS推導(dǎo)過程如下：如圖－1所示，在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體AD上選取截面B和C，設(shè)導(dǎo)體的截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)電荷的電量為q，電荷的定向移動(dòng)速率為v，則在時(shí)間t內(nèi)處于相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面C。由于I=q/t可得：I=qnSvt/t=nqvS【考點(diǎn)突破】典型例題1某電解池中，若在2s內(nèi)各有×1019個(gè)二價(jià)正離子和×1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某截面，那么通過這個(gè)截面的電流是()．A．OB．0.8AC．1.6AD．3.2A解析：電荷的定向移動(dòng)形成電流，但“+”“一”電荷同時(shí)向相反方向定向移動(dòng)時(shí)，通過某截面的電量應(yīng)是兩者絕對(duì)值的和。故由題意可知，電流由正、負(fù)離子定向運(yùn)動(dòng)形成，則在2s內(nèi)通過截面的總電量應(yīng)為：q=×10-19×2××1019C+×10-19×1××1019根據(jù)電流的定義式得：I=q/t=2=3.2A反饋訓(xùn)練1：如圖－2所示，電解槽內(nèi)有一價(jià)的電解溶液，ts內(nèi)通過溶液內(nèi)橫截面S的正離子數(shù)是n1，負(fù)離子數(shù)是n2，設(shè)元電荷的電量為e，以下解釋正確的是（）A、正離子定向移動(dòng)形成電流，方向從A到B，負(fù)離子定向移動(dòng)形成電流方向從B到AABABC、溶液內(nèi)電流方向從A到B，電流I=D、溶液內(nèi)電流方向從A到B，電流I=典型例題2電子的繞核運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流。若氫原子中的電子以速率v在半徑為r的軌道上運(yùn)動(dòng)，用e表示電子的電荷量，則其等效電流等于多少？解析：假想電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌跡就是一個(gè)環(huán)形導(dǎo)體，在運(yùn)動(dòng)的軌跡上任取一截面，則在一個(gè)周期內(nèi)只有一個(gè)電子通過這個(gè)截面，由于電子電荷量題目已經(jīng)給出，只要求出電子運(yùn)動(dòng)的周期，就可以根據(jù)電流的定義求解。根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)可知，電子運(yùn)動(dòng)的周期為T=2πr/v,因此所求電流為I=e/T=ev/2πr.點(diǎn)評(píng)：本題用到前面所學(xué)有關(guān)圓周運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)，還用到一種等效的思維方法。由于沒有直觀經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于不少學(xué)生來說，采用這個(gè)思維方法是有一定難度的，因此本題作為一種類型，希望學(xué)生通過練習(xí)積累這種解題思路，在今后解決類似問題時(shí)可以采用相近的思維方法。反饋訓(xùn)練2：一電子沿一圓周順時(shí)針方向高速運(yùn)動(dòng)，周期為10－10s，則等效電流大小為A,電流方向是（填“順時(shí)針”或“逆時(shí)針”）。典型例題3有一橫截面積為s的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流強(qiáng)度為I；設(shè)每單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子，電子的電量為e，此電子的定向移動(dòng)速率為v，在Δt時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)可表示為（）A．nvsΔtB．nv·ΔtC．IΔt/eD．IΔt/se解析：因?yàn)镮=q/Δt，所以q=I·Δt自由電子數(shù)目為：N=q/e=IΔt/e，則選項(xiàng)C正確。又因?yàn)殡娏鲝?qiáng)度的微觀表達(dá)式為I=nev·s，所以自由電子數(shù)目為N=q/e=IΔt/e=nevsΔt/e=nvsΔt則選項(xiàng)A正確。點(diǎn)評(píng)：本題主要考查電流強(qiáng)度的定義式和微觀表達(dá)式的應(yīng)用計(jì)算。求解此題的關(guān)鍵是對(duì)電流的本質(zhì)要有深刻的認(rèn)識(shí)，依據(jù)電流強(qiáng)度的宏觀和微觀表達(dá)式，靈活運(yùn)用解題?！究键c(diǎn)鞏固】1.下列關(guān)于電流方向的說法中，正確的是（）A、電流的方向就是自由電荷定向移動(dòng)的方向B、電流的方向就是正電荷定向移動(dòng)的方向C、在金屬導(dǎo)體中，電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反D、在電解液中，電流的方向與正離子定向移動(dòng)的方向相同2．對(duì)于金屬導(dǎo)體，還必須滿足下列哪一個(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．導(dǎo)體兩端有電壓；

C．導(dǎo)體兩端有方向不變的電壓；

D．導(dǎo)體兩端有方向不變，且大小恒定的電壓。3．關(guān)于電流的方向，下列說法正確的是（）A．在金屬導(dǎo)體中，電流的方向是自由電子定向移動(dòng)的方向B．在電解液中，電流的方向?yàn)樨?fù)離子定向移動(dòng)的方向C．無(wú)論在何種導(dǎo)體中，電流的方向都與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反D．在電解液中，由于是正負(fù)電荷定向移動(dòng)形成的電流，所以電流有兩個(gè)方向4．關(guān)于電流的說法正確的是（）A．根據(jù)I=q/t可知，I與q成正比B．如果在任何相等時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面積的電量相等，則導(dǎo)體中的電流是恒定電流C．電流強(qiáng)度是一個(gè)標(biāo)量，其方向是沒有意義的D．電流強(qiáng)度的單位“安培”是國(guó)際單位制中的基本單位5．以下對(duì)導(dǎo)體中的電場(chǎng)理解正確的是（）A．導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)在穩(wěn)定時(shí)是和導(dǎo)線平行的B．導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成C．導(dǎo)線中電場(chǎng)始終隨時(shí)間而變化D．導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)是一種動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定6．通過一根金屬導(dǎo)線的電流為16mA．則10s內(nèi)通過這根導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)為（）A．×1017B．×1018C．×1019D．7．在某次閃電中，持續(xù)時(shí)間為，所形成的平均電流為6×104A,若閃電過程中流過某橫截面的電荷以8.一根長(zhǎng)為L(zhǎng)=2m，橫截面積S=1×10-3m2的銅棒兩端電勢(shì)差為U=×10-2V，銅棒中的電流I=×103A,銅內(nèi)自由電子的密度為n=×（1）銅棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度；（2）自由電子定向移動(dòng)的速率。9.銀導(dǎo)線的橫截面積S=4mm2，通以I=2A的電流，若每個(gè)銀原子可以提供一個(gè)自由電子，試推導(dǎo)銀導(dǎo)線單位長(zhǎng)度上的自由電子數(shù)的計(jì)算公式,并計(jì)算結(jié)果.(已知銀的密度ρ=×103kg/m3,摩爾質(zhì)量M=108g/mol,阿伏伽德羅常數(shù)NA=×1023mol