物理人教版（浙江版）選修3-1學案第二章恒定電流1

1電源和電流知識內(nèi)容電源和電流考試要求必考加試bc課時要求1.了解電流的形成條件，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q＝It分析相關(guān)問題.3.能區(qū)別自由電子的定向移動速率和建立電場的速率.一、電源[導(dǎo)學探究]有A、B兩個導(dǎo)體，分別帶正、負電荷．如果在它們之間連接一條導(dǎo)線R，如圖1所示，自由電子便會在靜電力的作用下沿導(dǎo)線做定向運動，B失去電子，A得到電子，周圍電場迅速減弱，A、B之間的電勢差很快就消失．怎樣使A、B導(dǎo)體維持一定的電勢差，使導(dǎo)線中保持持續(xù)的電流？圖1答案在A、B間接一電源．[知識梳理]1．產(chǎn)生電流的條件：導(dǎo)體兩端存在電壓．形成持續(xù)電流條件：導(dǎo)體兩端存在持續(xù)電壓．2．電源：(1)定義：能把電子從正極搬運到負極的裝置．(2)作用：維持電路兩端有一定的電勢差；使閉合電路中保持持續(xù)的電流．3．恒定電場：(1)恒定電場：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．[即學即用]判斷下列說法的正誤．(1)只要將導(dǎo)體置于電場中，導(dǎo)體內(nèi)就有持續(xù)電流．(×)(2)電源的作用是使閉合電路中有持續(xù)電流．(√)(3)導(dǎo)體內(nèi)沒有電流時，就說明導(dǎo)體內(nèi)部的電荷沒有移動．(×)二、電流表達式I＝eq\f(q,t)及電流的方向[導(dǎo)學探究](1)電荷的定向移動形成電流，如何描述電流的強弱？(2)電流可能是正電荷或負電荷定向移動形成的，也可能是正、負電荷同時向相反的方向定向移動形成的，人們是如何規(guī)定電流方向的？答案(1)利用單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量描述電流的強弱．(2)規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向．[知識梳理]1．恒定電流：大小、方向都不隨時間變化的電流．2．電流定義式：I＝eq\f(q,t)或q＝It，其中：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，簡稱安，符號A，常用的單位還有毫安(mA)、微安(μA)，1A＝103mA,1A＝106μA.4．物理意義：反映了電流的強弱程度．5．電流的方向：規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，則負電荷定向移動的方向與電流方向相反．6．電解液中正、負離子定向移動方向雖然相反，但正、負離子定向移動形成的電流方向是相同的，應(yīng)用I＝eq\f(q,t)時，q為正電荷總電荷量和負電荷總電荷量的絕對值之和．[即學即用]判斷下列說法的正誤．(1)根據(jù)I＝eq\f(q,t)可知，I與q成正比．(×)(2)電流既有大小，又有方向，是矢量．(×)(3)單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流就越大．(√)(4)導(dǎo)體中的電流，實際是正電荷定向移動形成的．(×)三、電流的微觀表達式[導(dǎo)學探究]如圖2所示，AD表示粗細均勻的一段長為l的導(dǎo)體，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.圖2(1)AD導(dǎo)體中有多少個自由電荷？總電荷量是多少？(2)這些電荷都通過橫截面D所需的時間是多少？(3)導(dǎo)體AD中的電流是多大？答案(1)nlSnlSq(2)eq\f(l,v)(3)I＝eq\f(Q,t)＝eq\f(nlSq,\f(l,v))＝nqvS[知識梳理]1．電流的微觀表達式：I＝nqvS.式中n為導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、q為每個自由電荷的電荷量、v為自由電荷定向移動速率，S為導(dǎo)體的橫截面積．2．三種速率的比較(1)電子定向移動速率：電子在金屬導(dǎo)體中的平均運動速率，也是公式I＝neSv中的v，大小約為10－5m/s.(2)電流的傳導(dǎo)速率：電流在導(dǎo)體中的傳導(dǎo)速率等于光速，為3×108m/s.閉合開關(guān)的瞬間，電路中各處以光速建立恒定電場，電路中各處的自由電子幾乎同時定向移動，整個電路也幾乎同時形成了電流．(3)電子熱運動速率：電子做無規(guī)則熱運動的速率，大小約為105m/s.由于熱運動向各個方向運動的機會相等，故此運動不能形成電流．[即學即用]判斷下列說法的正誤．(1)導(dǎo)體中自由電子定向移動的速率等于自由電子熱運動的速率．(×)(2)導(dǎo)體中自由電子定向移動的速率等于真空中的光速c.(×)(3)粗細不均勻的通電導(dǎo)線，電流處處相等，則越粗的位置，電子定向移動的速率越?。?√)一、對電源作用的理解例1現(xiàn)代生活離不開電源，電子表、照相機、移動、計算器及許多電子產(chǎn)品，都需要配備各式各樣的電源，關(guān)于電源，以下說法正確的是()A．電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負極不斷地搬運到正極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢差B．電源的作用就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能C．只要電路中有電源，電路中就一定有電流D．電源實質(zhì)上也是一個用電器，也需要外界提供能量答案B解析電源的作用是維持正、負極之間恒定的電勢差，這需要電源不斷地將其內(nèi)部的負電荷向負極聚集，將正電荷向正極聚集，外電路中自由電子在電場力的作用下向正極移動，在電源內(nèi)部，需要將正極上的電子搬運到負極，維持電勢差不變，故A錯；從能量角度來看，電源在搬運電荷的過程中，需要克服電場力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，B對；電路中有電流不僅需要電源，還需要電路是閉合的，故C錯；電源是對電路提供能量的裝置，故D錯．二、電流的理解和計算1．電流的方向與正電荷定向移動的方向相同，與負電荷定向移動的方向相反．金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動的方向相反．2．電流的大小I＝eq\f(q,t)是電流的定義式，I＝nqSv是電流的決定式，故電流的大小與通過導(dǎo)體橫截面的電荷量以及通電時間無關(guān)．3．電流是標量：電流雖然有方向但是它遵循代數(shù)運算法則．例2關(guān)于電流的概念，下列說法中正確的是()A．導(dǎo)體中有電荷運動就形成電流B．電流是一個矢量，其方向就是正電荷定向運動的方向C．導(dǎo)體中的電流一定是由正、負電荷同時向相反方向運動產(chǎn)生的D．對于導(dǎo)體，只要其兩端電勢差為零，電流也必為零答案D解析導(dǎo)體中有大量的自由電子，總在不停地做無規(guī)則運動，沒有定向運動，在一段時間t內(nèi)，通過導(dǎo)體某一截面的電荷是雙向的，其數(shù)值又是相等的，電流為零，故A錯；電流是一個標量，因為其運算不符合矢量運算法則．為了便于研究電流，人們規(guī)定正電荷定向運動的方向為電流的正方向，以區(qū)別于負電荷的定向運動，故B錯；導(dǎo)體中的電流可能是只有正電荷定向移動形成，可能是只有負電荷定向移動形成，也可能是正負電荷同時向相反方向運動形成，C錯；對于導(dǎo)體，其兩端電勢差為零時，導(dǎo)體內(nèi)無電場，電子不能定向運動，故電流為零，D正確．例3電路中，每分鐘有6×1013個自由電子通過橫截面積為0.64×10－6m2的導(dǎo)線，那么電路中的電流是多少？答案0.16μA解析電流是單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量．電流的大小是通過導(dǎo)體橫截面的電荷量與所用的時間的比值，即：I＝eq\f(q,t)＝eq\f(6×1013×1.6×10－19,60)A＝0.16μA.三、電流的微觀表達式1．I＝nqvS為電流的微觀表達式，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)、每個自由電荷的電荷量、定向移動的速率大小，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)．若已知單位長度的自由電荷數(shù)為n，則電流的微觀表達式為I＝nqv.2．公式I＝nqvS中的v表示電荷定向移動的速率．自由電荷在不停地做無規(guī)則的熱運動，其速率為熱運動的速率，電流是電子在熱運動的基礎(chǔ)上向某一方向定向移動形成的．例4導(dǎo)線中的電流是1A，導(dǎo)線的橫截面積為1mm2.(1)在1s內(nèi)，有多少個電子通過導(dǎo)線的橫截面(電子電荷量e＝1.6×10－19C)?(2)自由電子的平均移動速率是多大(設(shè)導(dǎo)線每立方米內(nèi)有8.5×1028個自由電子)?(3)自由電子沿導(dǎo)線移動1m，平均要多少時間？答案(1)6.25×1018個(2)7.35×10－5m/s(3)3.78h解析(1)N＝eq\f(q,e)＝eq\f(It,e)＝6.25×1018個．(2)由公式I＝neSv，得v＝eq\f(I,neS)＝eq\f(1,8.5×1028×1.6×10－19×10－6)m/s≈7.35×10－5m/s.(3)沿導(dǎo)線移動1m需用時t＝eq\f(1,7.35×10－5)s≈3.78h.針對訓練銅的摩爾質(zhì)量為m，密度為ρ，每摩爾銅原子有n個自由電子，每個自由電子的電荷量為e，今有一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線，通過電流為I時，電子定向移動的平均速率為()A．光速cB.eq\f(I,neS)C.eq\f(ρI,neSm)D.eq\f(mI,neSρ)答案D解析設(shè)電子定向移動的速率為v，那么在t秒內(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vtSρ，摩爾數(shù)為eq\f(vtSρ,m)，自由電子數(shù)為eq\f(vtSρn,m)，所以電荷量q＝eq\f(vtSρne,m)，由I＝eq\f(q,t)＝eq\f(vSρne,m)得v＝eq\f(Im,neSρ)，故A、B、C錯，D對.1．下列對公式I＝eq\f(q,t)的理解正確的是()A．I的大小與q成正比，與t成反比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)體的通電時間越短，則形成的電流越大D．在相同時間內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流就越大答案D2．關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是()A．金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動的方向B．在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負離子，電流方向不能確定C．不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向D．電流的方向有時與正電荷定向移動的方向相同，有時與負電荷定向移動的方向相同答案C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)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，則負電荷定向移動的方向一定與電流的方向相反．3．電路中有一電阻，通過電阻的電流為5A，當通電5分鐘時，通過電阻橫截面的電子數(shù)為()A．1500個 B．9.375×1019個C．9.375×1021個 D．9.375×1020個答案C解析q＝It，n＝eq\f(q,e)＝eq\f(It,e)＝9.375×1021個．4.如圖3所示，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()圖3A．qvB.eq\f(q,v)C．qvS D.eq\f(qv,S)答案A解析ts內(nèi)棒通過的長度l＝vt，總電荷量Q＝ql＝qvt.由I＝eq\f(Q,t)＝eq\f(qvt,t)＝qv，故選項A正確.一、選擇題(每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的)1．關(guān)于電流，以下說法正確的是()A．通過截面的電荷量的多少就是電流的大小B．電流的方向就是電子定向移動的方向C．在導(dǎo)體中，只要自由電荷在運動，就一定會形成電流D．導(dǎo)體兩端沒有電壓就不能形成電流答案D2．以下說法正確的是()A．只要有可以自由移動的電荷，就存在持續(xù)電流B．金屬導(dǎo)體內(nèi)的持續(xù)電流是自由電子在導(dǎo)體內(nèi)的電場作用下形成的C．電流的傳導(dǎo)速率就是導(dǎo)體內(nèi)自由電子的定向移動速率D．在金屬導(dǎo)體內(nèi)當自由電子定向移動時，它們的熱運動就消失了答案B解析要有持續(xù)電流必須有電壓，A錯誤．導(dǎo)體中形成電流的原因是在導(dǎo)體兩端加上電壓，于是在導(dǎo)體內(nèi)形成了電場，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在電場力作用下定向移動形成電流，B正確．電流的傳導(dǎo)速率等于光速，電子定向移動的速率很小，C錯誤．在形成電流時電子定向移動，并不是熱運動就消失了，其實電子仍然做無規(guī)則的熱運動，D錯誤．故選B.3．在導(dǎo)體中有電流通過時，下列說法正確的是()A．電子定向移動速率接近光速B．電子定向移動速率即是電場傳導(dǎo)速率C．電子定向移動速率即是電子熱運動速率D．在金屬導(dǎo)體中，自由電子只不過在速率很大的無規(guī)則熱運動上附加了一個速率很小的定向移動答案D解析電子定向移動的速率很小，數(shù)量級為10－5m/s，自由電子只不過在速率很大的熱運動上附加了一個速率很小的定向移動．故D正確，A錯誤．電場的傳導(dǎo)速率為光速c＝3×108m/s，無規(guī)則熱運動速率的數(shù)量級為105m/s.故B、C錯．4．對電流概念的正確理解是()A．通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大B．導(dǎo)體的橫截面越大，電流越大C．單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大D．導(dǎo)體中的自由電荷越多，電流越大答案C解析由I＝eq\f(q,t)可知電流不但與q有關(guān)，還與通過q所用的時間有關(guān)，選項A、D錯誤；電流與橫截面積無關(guān)，選項B錯誤．5．“Sony”四個字母的品牌價值，近幾年在電子業(yè)務(wù)上呈現(xiàn)弱勢，但索尼過去所創(chuàng)造出神話般的輝煌歷史，仍然沒有因為消費性電子業(yè)務(wù)低迷而失去消費者的青睞．現(xiàn)有一臺“Sony”牌收音機，電池供電的電流是8mA，也就是說()A．1h電池供給1C的電量B．1000s電池供給8C的電量C．1s電池供給8C的電量D．1min電池供給8C的電量答案B解析由電流的定義可知，q＝It，因電池供電的電流是8mA，所以1000s電池供給8C的電量，B正確．6．在示波管中，電子槍2s發(fā)射了6×1013個電子，則示波管中電流的大小為()A．4.8×10－6A B．3×10－13AC．3×10－6A D．9.6×10－6A答案A解析電子槍2s發(fā)射的電荷量q＝6×1013×1.6×10－19C＝9.6×10－6C，所以示波管中的電流大小為I＝eq\f(q,t)＝eq\f(9.6×10－6,2)A＝4.8×10－6A，故A正確，B、C、D錯誤．7．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)通過乙導(dǎo)體橫截面的電荷量是甲的2倍，以下說法正