2018-2019學年高中物理 第二章 恒定電流 第1節(jié) 電源和電流學案 新人教版選修3-1.doc

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第1節(jié)　電源和電流 　1．理解電源的作用．　2．理解恒定電場的形成過程．　3．理解恒定電流的概念，會用公式q＝It分析相關問題．　4．知道電流形成的微觀實質． 一、電源 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． 二、恒定電流 1．恒定電場 (1)恒定電場：當電路達到穩(wěn)定時，導線中的電場是由電源、導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q＝It，其中：I表示電流，q表示在時間t內(nèi)通過導體橫截面的電荷量． (3)單位：安培，簡稱安，符號A；常用的電流單位還有毫安(mA)、微安(μA)． 1 A＝103 mA；1 A＝106 μA． 判一判　(1)有電源不一定得到持續(xù)的電流，要得到持續(xù)的電流除電路中有電源外，電路還必須是閉合的，即必須用導體將電源連接起來．(　　) (2)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，從而使電源兩極之間有穩(wěn)定的電勢差，電路中形成持續(xù)的電流．(　　) (3)金屬導體導電時定向移動的電荷是自由電子，液體導電時定向移動的電荷有正離子和負離子，氣體導電時定向移動的電荷有自由電子、正離子和負離子．(　　) (4)導線內(nèi)的電場，是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的，電場線與導線表面垂直．(　　) (5)公式I＝中，q是通過導體橫截面的電荷量，當導體中有正、負電荷同時向相反方向定向移動形成電流時，公式中的q應為通過導體橫截面的正、負兩種電荷電荷量的絕對值之和．(　　) 提示：(1)√　(2)　(3)√　(4)　(5)√ 想一想　電流的方向一定是電荷的定向移動方向嗎？方向不變的電流一定是恒定電流嗎？ 提示：不一定．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．恒定電流是指大小和方向都不變的電流，方向不變、大小改變的電流不是恒定電流． 做一做　如圖所示，一根截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻地帶有負電荷，每米電荷量為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(　　) A．vq　　　　　　　　 B． C．vqS D． 提示：選A．經(jīng)過時間t，通過右端橫截面的電荷量Q＝qvt，根據(jù)I＝得I＝vq，A正確． 　對電流的理解 1．電流的形成 (1)形成原因：電荷的定向移動． (2)形成條件：導體兩端有電壓． (3)電路中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件：電路中有電源且電路閉合． 2．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的方向相反． 3．電流的大小 (1)定義式：I＝．用該式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． (2)兩點說明 ①電解液中正、負離子定向移動的方向雖然相反，但正、負離子定向移動形成的電流方向是相同的，應用I＝求電流時，q為正電荷總電荷量和負電荷總電荷量的絕對值之和． ②q＝It是I＝的變形，是求電荷量的重要公式． 4．電流是標量：電流雖然有方向，但是它遵循代數(shù)運算法則，所以電流不是矢量，而是標量． 命題視角1　對電流定義的理解 　(多選)關于電流的概念，下列說法中正確的是(　　) A．導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．在國際單位制中，電流是一個基本物理量，其單位安培是基本單位 D．對于導體，只要其兩端電勢差為零，電流也必為零 [解析]　導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錯誤；電流是一個標量，因為其運算不符合矢量運算規(guī)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錯誤；在國際單位制中，共有七個基本量，電流是其中之一，故C正確；對于導體，其兩端電勢差為零時，導體內(nèi)無電場，電子不能定向運動，故電流為零，D正確． [答案]　CD 命題視角2　定義式I＝的應用 　(2018重慶校級期中)如圖所示，電解池內(nèi)有一價的電解液，t s內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1，負離子數(shù)是n2，設元電荷為e，以下解釋中正確的是(　　) A．當n1＝n2時電流強度為零 B．當n1>n2時，電流方向從A→B，電流強度為I＝ C．當n1vB，C錯誤，D正確． 3．(高考上海卷)重離子腫瘤治療裝置中的回旋加速器可發(fā)射＋5價重離子束，其束流強度為1．210－5 A，則在1 s內(nèi)發(fā)射的重離子個數(shù)為(e＝1．610－19 C)(　　) A．3．01012　　　　　　　 B．1．51013 C．7．51013 D．3．751014 答案：B 4．已知銅導線中的電流為1 A，銅導線的橫截面積為1 mm2，求： (1)在1 s內(nèi)，有多少個電子通過銅導線的橫截面？(電子電荷量e＝1．610－19 C) (2)自由電子的平均移動速率多大？(設銅導線中每立方米含有8．51028個自由電子) 解析：(1)1 s內(nèi)通過銅導線橫截面的電荷量為q＝It＝1 C．所以1 s內(nèi)通過銅導線橫截面的電子個數(shù)N＝＝(個)＝6．251018(個)． (2)由電流的微觀表達式I＝nqSv得自由電子的平均移動速率v＝＝ m/s≈7．3510－5 m/s． 答案：(1)6．251018個　(2)7．3510－5 m/s [課時作業(yè)] [學生用書P129(單獨成冊)] 一、單項選擇題 1．關于電流的說法中正確的是(　　) A．根據(jù)I＝，可知I與q成正比 B．如果在任何相等的時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量相等，則導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，電流與q、t皆無關，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正確． 2．金屬導體內(nèi)電流增強，是因為(　　) A．導體內(nèi)單位體積的自由電子數(shù)增多 B．導體內(nèi)自由電子定向移動的速率增大 C．導體內(nèi)電場的傳播速率增大 D．導體內(nèi)自由電子的熱運動速率增大 解析：選B．對于確定的金屬導體，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)是一定的，而且導體內(nèi)電場的傳播速率也是一定的，所以A、C錯誤；導體內(nèi)電流增強是由于自由電子定向移動的速率增大，使得單位時間內(nèi)穿過導體橫截面的電荷量增大，B正確；導體內(nèi)自由電子的熱運動與電流的大小無直接關系，D錯誤． 3．一段粗細均勻的銅導線的橫截面積是S，導線單位長度內(nèi)的自由電子數(shù)為n，銅導線內(nèi)的自由電子所帶的電荷量為e，自由電子做無規(guī)則熱運動的速率為v0，導線中通過的電流為I．則下列說法中正確的是(　　) A．自由電子定向移動的速率為v0 B．自由電子定向移動的速率為v＝ C．自由電子定向移動的速率為真空中的光速c D．自由電子定向移動的速率為v＝ 解析：選D．v0為電子做無規(guī)則熱運動的速率，非定向移動速率，故A錯誤．對于電流微觀表達式I＝nqSv，式中n為單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)，而本題中n為單位長度內(nèi)的自由電子數(shù)，t時間內(nèi)通過導線某一橫截面的自由電子數(shù)為nvt，電荷量Q＝nvte，所以電流I＝＝nev，所以v＝，故B、C錯誤，D正確． 4．電路中有一電阻，通過電阻的電流為5 A，當通電5分鐘時，通過電阻橫截面的電子數(shù)為(　　) A．1 500個　　　　　　 B．9．3751019個 C．9．3751021個 D．9．3751020個 解析：選C．q＝It，n＝＝＝9．3751021個． 5．如圖所示的電解池，在1 s的時間內(nèi)，共有3 C的正離子和3 C的負離子通過截面xy，則這個電路中的電流是(　　) A．0 A B．1．5 A C．3 A D．6 A 解析：選D．電解液中的正、負離子定向移動的方向相反，故它們產(chǎn)生同向的電流，由公式I＝得，電路中的電流I＝ A＝6 A，故D正確． 6．(2018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c＝3108 ms，電子電荷量e＝1．610－19C)(　　) A．51010 B．51011 C．1102 D．1104 解析：選B．電子運動一周所需要的時間： t＝ s＝810－6 s 在圓形軌道上任取一橫截面，則在t時間內(nèi)整個環(huán)中的電子剛好都通過該截面，故環(huán)中具有電子的電量為： q＝It＝1010－3810－6 C＝810－8 C 環(huán)中具有電子數(shù)N＝＝個＝51011個． 7．銅的摩爾質量為m，密度為ρ，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．假設電子定向移動的速率為v，那么在t時間內(nèi)通過導體橫截面的自由電子數(shù)相當于在體積vtS中的自由電子數(shù)，而體積為vtS的銅的質量為vtSρ，摩爾數(shù)為，所以電量q＝，I＝＝，于是得：v＝． 二、多項選擇題 8．關于電流的方向，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． 9．給一粗細不均勻的同種材料制成的導體通電，下列說法正確的是(　　) A．粗的地方電流大，細的地方電流小 B．粗的地方電荷定向移動速率大，細的地方小 C．各處的電流大小相同 D．粗的地方電荷定向移動速率小，細的地方大 解析：選CD．同一根導線上的電流相等，故C對；由I＝nqSv可得v＝，故D對． 10．(2018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ω勻速轉動，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流應滿足(　　) A．若ω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ω變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍 C．若使ω、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ω、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變小 解析：選AB． 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A、B． 三、非選擇題 11． 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1．01018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？ 解析：NaCl溶液導電是靠自由移動的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e＝1．610－19 C，NaCl溶液導電時，Na＋由A向B定向移動，Cl－由B向A定向移動，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＝＝＝ A＝0．16 A． 答案：由A流向B　0．16 A 12．某品牌手機在待機工作狀態(tài)時，通過的電流是4微安，則該手機一天時間內(nèi)通過的電荷量是多少？通過的自由電子個數(shù)是多少？ 解析：通過的電荷量為： q＝It＝410－6243 600 C≈0．35 C 通過的電子個數(shù)為： N＝＝個≈2．191018個． 答案：0．35 C　2．191018個