高中物理 第二章 恒定電流(一)電源、電動勢和電流知識解析新人教版選修3-1(通用)

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1、第二章 恒定電流(一)電源、電動勢和電流 一、電源: 1.定義:能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置(力的角度) 2.作用:保持導(dǎo)體兩端的電勢差(電壓),使電路有持續(xù)的電流. 3.導(dǎo)線中的電場: 導(dǎo)線內(nèi)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。盡管這些電荷也在運(yùn)動,但有的流走了,另外的又來補(bǔ)充,所以電荷的分布是穩(wěn)定的,電場的分布也穩(wěn)定。-----恒定電場 二、電動勢: 1.電源的概念:電源是通過非靜電力做功,把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的裝置(能量角度).在電源內(nèi)部非靜電力做功,其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能;在電源的外部電路,電場力做功,電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能. 補(bǔ):1

2、、電源外部,正電荷將怎樣移動? 2、電源的內(nèi)部電場方向如何? 3、電源內(nèi)部,正電荷將怎樣移動? 4、電源內(nèi)部的正電荷受到電場力方向? 電場力做正功還是負(fù)功? 5、什么力來克服電場力做功?做正功還是負(fù)功? 6、電源內(nèi)部的非靜電力是由什么提供的? 7、電源內(nèi)部的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的? 2.定義:非靜電力搬運(yùn)電荷所做的功跟搬運(yùn)電荷電量的比值: 3.單位:伏(V) 4.物理意義:電動勢表征了電源把其它形式的能轉(zhuǎn)換為電能的本領(lǐng)的物理量。電動勢在數(shù)值上等于電路中通過1C的電量時電源所提供的電能。 5.電動勢的方向:規(guī)定由負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部指向正極的方向(即電勢升高的方向)為電動勢的方向。 6

3、.電動勢的決定因素 電源的電動勢是由電源的本身性質(zhì)決定的,在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時電源兩極間的電壓。 7.電動勢與電壓的區(qū)別 (1)兩個公式中W分別表示什么力做功? 中,W表示電源內(nèi)部非靜電力做的功 中,W表示電源外部電場力做的功 (2)能量是如何轉(zhuǎn)化的? 其它形式能轉(zhuǎn)化為電勢能E反映電源的特性 電勢能轉(zhuǎn)化為其它形式能U反映電場的特性 8.電動勢內(nèi)阻:電源內(nèi)部也是由導(dǎo)體組成的,所以也有電阻,這個電阻叫做電源的內(nèi)阻. 例1:下列關(guān)于電源的說法中正確的是 ( ) A.電源能夠?qū)ν馓峁┏掷m(xù)電勢差 B.電源能夠把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能 C.電源通過電場

4、力做功把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能 D.電源通過非靜電力做功把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能 例2:下列關(guān)于電源電動勢的說法中正確的是 ( ) A.電源的電動勢就等于電源兩極間的電壓 B.電源的電動勢等于電源開路時兩極間的電壓 C.電源的電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1個電子在電源內(nèi)從正極搬運(yùn)到負(fù)極非靜電力做的功 D.電源的電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把電量為1C的電子在電源內(nèi)從負(fù)極搬運(yùn)到正極非靜電力做的功 例3:關(guān)于電動勢,下列說法正確的是: A.在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)極移到正極,非靜電力做功,電能增加 B.對于給定的電源,移動正電荷,非靜電力做功越多,電動勢就越大 C.電動勢越大

5、,說明非靜電力在電源內(nèi)部從負(fù)極向正極移送單位電荷量做功越多 D.電動勢越大,說明非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)極移送到正極的電荷量越多 例4:鉛蓄電池的電動勢為2V,這表示: A.電路中每通過1C的電量,電源把2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? B.蓄電池兩極間的電壓為2V C.蓄電池在1s內(nèi)將2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能 D.蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿谋绢I(lǐng)比一節(jié)干電池(電動勢為1.5V)強(qiáng) 例5:有一蓄電池,當(dāng)移動1C電荷時非靜電力做功是2J,該蓄電池的電動勢是多少?給小燈泡供電,供電電流是0.2A,供電10min,非靜電力做功是多少? E=2VW非=240J 三、電流: 1、電流的形成:導(dǎo)

6、體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動形成電流. 2.電流的物理意義:表示電流的強(qiáng)弱程度 3.電流的定義:通過導(dǎo)體橫截面的電量q跟通過這些電量所用時間t的比值叫做電流 4.電流的定義式:I= q / t 5.電流的單位:安培(A) 其他單位: mA、μA 1A=103mA=106μA 6.電流的分類: (1)直流電:物理學(xué)中把方向不隨時間改變的電流叫做直流電。 (2)恒定電流:大小、方向都不隨時間變化的電流,用單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量表示電流強(qiáng)弱。 (3)交流電:方向均隨時間周期性變化的電流。 (4)正弦交流電:大小方向均隨時間按正弦規(guī)律變化的電流。 7.電

7、流的方向:人們規(guī)定正電荷移動的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉? (1)在金屬導(dǎo)體中,電流的方向與自由電荷(電子)的定向移動方向相反。 在電解液中,電流的方向與正離子定向移動方向相同,與負(fù)離子定向移動方向相反。 (2)在外電路中正→負(fù),內(nèi)電路中負(fù)→正 (3)電流是標(biāo)量,它的運(yùn)算不遵循平行四邊形定則。 8.電流產(chǎn)生的條件: (1)存在自由電荷:   金屬導(dǎo)體——自由電子 ;電解液——正、負(fù)離子 (2)導(dǎo)體兩端存在電壓:    當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時,導(dǎo)體內(nèi)建立了電場,導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動,形成電流.   電源的作用是保持導(dǎo)體兩端的電壓,使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流.

8、例1:下列關(guān)于電流的說法中正確的是 ( ) A.導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件是導(dǎo)體兩端保持一定的電勢差 B.電流的方向就是電荷的定向運(yùn)動方向 C.電流的方向不變的電流叫恒定電流 D.電流的方向和大小都不變的電流叫恒定電流 例2:某電解池,如果在1s中內(nèi)共有5.0×1018個二價正離子和5.0×1018個一價負(fù)電子通過某橫截面,那么通過這個橫截面的電流強(qiáng)度是多大?答案:1.6A 例3:在稀CuSO4溶液中插入兩碳棒極板,在兩極板上加一定的電壓,在10s內(nèi)有5×1018個Cu離子通過某截面,則碳棒中的電流強(qiáng)度為多大? 例4:有一條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)線,通過的電流I=

9、1A。已知銅的密度ρ=8.9×103kg/m3,銅的摩爾質(zhì)量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.62 × 1023mol-1,電子的電量e=-1.6 × 10-19C。求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率。 解:設(shè)自由電子定向移動的速率是 v 通過橫截面的電荷量是 由 得 解得 代入數(shù)值后得 v =7.5 ×10-5 m/s 四、電流的微觀解釋: 如圖所示,在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體AD上取兩個截面B和C,設(shè)導(dǎo)體的橫截面是S,導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)是n,每個電荷的電量為q,電荷定

10、向移動的速率為v,則在時間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 得I=neSv 例1:原子中電子繞原子核的圓周運(yùn)動可以等效為環(huán)形電流。設(shè)氫原子的電子以速率v在半徑為r的圓周軌道上運(yùn)動,電子的電量為e,等效電流有多大? 解:設(shè)電子圓周運(yùn)動的周期為T: 例2:有一橫截面為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)線有n個自由電子,電子電量為e,電子的定向移動速度為v,在t時間內(nèi),通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)目N可表示為( ) A. nvSt    B.nvt C.It/e    D.It/Se 例3:有一橫截面為S

11、=1mm2的銅導(dǎo)線,流經(jīng)其中的電流為I=1A,已知銅的密度為ρ=8.9×103Kg/m3,銅的摩爾質(zhì)量為M= 6.4×10-2Kg/mol,阿伏加得羅常數(shù)NA= 6.0×1023/mol,電子電量為e= 1.6×10-19C 。在這個問題中可認(rèn)為每個銅原子貢獻(xiàn)一個電子,求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動速率v。 例4:有一條橫截面積S=1mm2 的銅導(dǎo)線,通過的電流I=1A .已知銅的密度ρ=8.9×103 kg/m3 ,銅的摩爾質(zhì)量M=6.02×10-2 kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.62×10 23mol-1,電子的電量e=-1.6 × 10 -19 C 。 求:銅導(dǎo)線中自由電子定

12、向移動的速率 五、區(qū)分三種速率: 1.電流傳導(dǎo)速率:既電場的傳播速率,等于光速3×m/s。 2.電荷定向移動速率:I=neSv中的v是電荷定向移動的速率約為m/s(機(jī)械運(yùn)動速率)。 3.電荷無規(guī)則熱運(yùn)動的速率大約是m/s 課后訓(xùn)練 1.關(guān)于電源的說法正確的是 (  ) A.電源外部存在著由正極指向負(fù)極的電場,內(nèi)部存在著由負(fù)極指向正極的電場 B.在電源外部電路中,負(fù)電荷靠電場力由電源的負(fù)極流向正極 C.在電源內(nèi)部電路中,正電荷靠非靜電力由電源的負(fù)極流向正極 D.在電池中,靠化學(xué)作用使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢能 2.單位電荷量的正電荷沿閉合電路移動一周,在內(nèi)外電路中釋放

13、的總能量決定于(  ) A.電源的電動勢    B.通過電源的電流 C.路端電壓的大小 D.內(nèi)外電阻之和 3.下列關(guān)于電動勢的說法,正確的是 (  ) A.電源向外提供的電能越多,表示電動勢越大 B.電動勢表示電源將單位正電荷從負(fù)極移送到正極時,非靜電力所做的功 C.電源的電動勢與外電路有關(guān) D.在電源內(nèi)從負(fù)極到正極電勢的升高,等于閉合電路中內(nèi)、外電阻的電勢降落之和 4.關(guān)于電動勢下列說法中正確的是 (  ) A.在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)極移到正極,非靜電力做功,電能增加 B.對于給定的電源,移動正電荷非靜電力做功越多,電動勢就越大 C.電動勢越大,說明

14、非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)極向正極移送單位電荷量做功越多 D.電動勢越大,說明非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)極向正極移送電荷量越多 5.(09-10·黑龍江省哈六中高二期中考試) 關(guān)于電動勢,下列說法中正確的是( ) A.電動勢與電壓的單位都是伏特,因此電動勢就是電壓 B.電動勢公式E=W/q中W與電壓U=W/q中的W是一樣的,都是電場力做的功 C.電動勢越大的電源,將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)越大 D.在電源內(nèi)部正電荷能從負(fù)極移到正極是因?yàn)殡娫磧?nèi)部只存在非靜電力而不存在靜電力 6.(浙江省溫州十校聯(lián)合體高二期中聯(lián)考)下列關(guān)于電源電動勢的說法正確的是( )

15、A.電源是通過靜電力把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 B.在電源內(nèi)部正電荷從低電勢處向高電勢處移動 C.電源電動勢的大小,等于非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)極送到正極所做的功的大小 D.把同一電源接在不同的電路中,電源的電動勢也將變化 7.將電動勢為3.0V的電源接入電路中,測得電源兩極間的電壓為2.4V,當(dāng)電路中有6C的電荷流過時, 求:(1)有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能. (2)外電路中有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能. (3)內(nèi)電路中有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 8.某品牌的MP3使用的電源是一節(jié)7號干電池,當(dāng)它正常工作時,其工作電流為0.3A.某同學(xué)在一次使用該MP3時,若他

16、用了10s,則這段時間內(nèi)電池將多少化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能? 1、在金屬導(dǎo)體中,若10s內(nèi)通過橫截面的電量為10C,則導(dǎo)體中的電流為________A; 2、某電解槽橫截面積為0.5m2,若10s內(nèi)沿相反方向通過橫截面的正負(fù)離子的電量均為10C,則電解液中的電流為_______A. 3、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(fù)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(fù)電荷定向移動的方向相同 4、某電解質(zhì)溶液,

17、如果在1 s內(nèi)共有5.0×1018個二價正離子和1.0×1019個一價負(fù)離子通過某橫截面,那么通過電解質(zhì)溶液的電流強(qiáng)度是多大? 5、氫原子的核外只有一個電子,設(shè)電子在離原子核距離為R的圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動。已知電子的電荷量為e,運(yùn)動速率為v,求電子繞核運(yùn)動的等效電流多大? 6.(09-10·浙江省菱湖中學(xué)高二10月月考)導(dǎo)體中的電流是5μA,那么在3.2 S內(nèi)有______ C的電荷定向移動通過導(dǎo)體的橫截面,相當(dāng)于______個電子通過該截面。 7. (2020·湖南省長沙一中高二第一次階段)如圖2所示,電解槽內(nèi)有一價的電解溶液,時間t 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.負(fù)離子定向移動形成的電流方向從B到A B.溶液內(nèi)正負(fù)離子沿相反方向運(yùn)動,電流相互抵消 C.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=

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