（浙江專用）2022-2023學(xué)年高中物理 第二章 恒定電流 2-1 電源和電流學(xué)案 新人教版選修3-1

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1、（浙江專用）2022-2023學(xué)年高中物理 第二章 恒定電流 2-1 電源和電流學(xué)案 新人教版選修3-1 [研究學(xué)考·明確要求] 知識內(nèi)容 電源和電流 考試要求 學(xué)考b 選考c 基本要求 1.知道電荷的定向移動形成電流，知道電流方向的規(guī)定。 2．知道電流的定義式，并會用來解決導(dǎo)線中的電流問題。 發(fā)展要求 1.了解電源在電路中形成電流的作用。 2．了解恒定電場，知道恒定電流的定義。 3．能區(qū)別導(dǎo)體中自由電子的定向移動速率和建立電場的速率。 4．能根據(jù)電流的定義式計算電荷運動所產(chǎn)生的等效電流。 說明 1.不要求計算液體導(dǎo)電時的電流。 2．不要求解決與導(dǎo)線內(nèi)部自由電

2、子定向運動速率相聯(lián)系的問題。 [基 礎(chǔ) 梳 理] 1．電流 (1)電流：導(dǎo)體中的自由電荷在靜電力的作用下定向移動形成電流。 (2)電流形成的條件：①有自由移動的電荷；②兩端有電壓。 2．電源 (1)電源是不斷地把電子從正極搬運到負(fù)極從而維持正、負(fù)極之間一定電勢差的裝置。 (2)電源的作用 電源的作用是移送電荷，維持電源正、負(fù)極間有一定的電勢差，從而保持電路中有持續(xù)電流。電源P在內(nèi)部能把電子從正極A搬運到負(fù)極B，如圖1所示。 圖1 [典 例 精 析] 【例1】 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(fù)極不斷地搬運到正極，從而保持兩

3、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 解析　電源的作用是維持正、負(fù)極之間恒定的電勢差，這需要電源不斷地將負(fù)電荷向負(fù)極聚集，將正電荷向正極聚集，外電路中自由電子在靜電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(fù)極，維持電勢差不變，故A錯誤；從能量角度來看，電源在搬運電荷的過程中，需要克服靜電力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，B正確；電路中有電流不僅需要電源，還需要自由移動的電荷及閉合電路，故C錯誤；電源是為電路提供能量的裝置，故D錯誤。 答案　B

4、 解答本題時要把握以下三點： (1)明確電源在電路中的作用； (2)電源工作時能量轉(zhuǎn)化的方向； (3)形成持續(xù)電流的條件。 [即 學(xué) 即 練] 1．將一些電學(xué)元件用導(dǎo)線連接在某電源的兩端，下列描述正確的是(　　) A．電源的作用是使電源的正、負(fù)極兩端保持一定的電勢差 B．電源的作用是能為電路持續(xù)地提供自由電荷 C．導(dǎo)體中的電場是由電源正、負(fù)極上的電荷形成的 D．電源內(nèi)部電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端 解析　電源將負(fù)電荷從正極搬到負(fù)極，維持正、負(fù)極間有一定的電勢差，A正確，B錯誤；導(dǎo)體中的電場是電源電場和導(dǎo)體中積累的電荷形成的電場疊加而成的，C錯誤；電源內(nèi)部電流的方向

5、是從低電勢一端流向高電勢一端，D錯誤。 答案　A [基 礎(chǔ) 梳 理] 1．恒定電場 (1)恒定電場：當(dāng)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。 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)物理意義：單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。電流是表示電流強弱程度的物理量。 (3)定義式：I＝。 其中：I表示電流，q表示在時間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。 (4)單位：安培，符號：A。其他單位：毫安(m

6、A)、微安(μA)。1 A＝103 mA＝106 μA。 (5)方向：電流是標(biāo)量，但有方向。導(dǎo)體內(nèi)正電荷定向移動的方向為電流方向，即電流方向與負(fù)電荷定向移動的方向相反。 [典 例 精 析] 【例2】 下列說法中正確的是(　　) A．導(dǎo)體中電荷運動就形成了電流 B．在國際單位制中，電流的單位是A C．電流有方向，它是一個矢量 D．任何物體，只要其兩端電勢差不為零，就有電流存在 解析　電荷定向移動才形成電流，僅有電荷運動但不是定向移動則不會形成電流，故選項A錯誤；形成電流的條件是導(dǎo)體除了兩端有電勢差外，還應(yīng)有可自由移動的電荷，因此必須是導(dǎo)體而非任何物體，故選項D錯誤；電流有方向，但

7、它是標(biāo)量，故選項C錯誤。 答案　B 導(dǎo)體內(nèi)電荷的無規(guī)則運動與電荷的定向移動不是一回事。導(dǎo)體兩端存在電勢差時，導(dǎo)體內(nèi)的電荷才會定向移動，但電荷的無規(guī)則運動是不需要條件的。電流是描述電流強弱的物理量，它有方向但是個標(biāo)量。 [即 學(xué) 即 練] 2．電路中每分鐘有60萬億個自由電子通過橫截面積為0.64×10－6 m2的導(dǎo)線，那么電路中的電流是(電子帶電量為1.6×10－19 C)(　　) A．0.016 μA B．1.6 mA C．16 μA D．0.16 μA 解析　由電流的定義式I＝可知，電流大小與橫截面積無關(guān)，代入數(shù)據(jù)可求得電路中的電流為0.16 μA。 答案　D

8、 1．下列對公式I＝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　D 2．將圖2中的銅導(dǎo)線和右邊的鋁導(dǎo)線連接起來，已知截面積S鋁＝2S銅。在銅導(dǎo)線上取一截面A，在鋁導(dǎo)線上取一截面B，若在1 s內(nèi)垂直地通過它們的電子數(shù)相等。那么，通過這兩截面的電流的大小關(guān)系是(　　) 圖2 A．IA＝IB B．IA＝2IB C．IB＝2IA D．不能確定 解析　這個題目中有很多干擾項，例如兩個截面的面

9、積不相等，導(dǎo)線的組成材料不同等等。但關(guān)鍵是在單位時間內(nèi)通過兩截面的電子數(shù)相等，根據(jù)I＝可知通過兩截面的電流相等。 答案　A 3．關(guān)于電流，以下說法正確的是(　　) A．通過截面的電荷量多少就是電流的大小 B．電流的方向就是電荷定向移動的方向 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 解析　根據(jù)電流的概念，電流是單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，知A項錯誤；規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向，知B項錯誤；自由電荷定向移動才會形成電流，C項錯誤；形成電流的條件是導(dǎo)體兩端有電壓，故選項D正確。 答案　D 4．電路中有一電阻，通過電阻的電

10、流為5 A，當(dāng)通電5分鐘時，通過電阻橫截面的電子數(shù)為(　　) A．1 500個 B．9.375×1019個 C．9.375×1021個 D．9.375×1020個 解析　q＝It，n＝＝＝9.375×1021個。 答案　C 1．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 解析　電流是有方向的，電流的方向是人為規(guī)定的。

11、物理上規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，則負(fù)電荷定向移動的方向一定與電流的方向相反。 答案　C 2．關(guān)于有源電路導(dǎo)線內(nèi)部的電場，下列說法正確的是(　　) A．導(dǎo)線內(nèi)部的電場就是電源所形成的電場 B．在靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)部的場強為零，而導(dǎo)體外部的場強不為零，所以導(dǎo)體內(nèi)部電場不是穩(wěn)定的 C．因為導(dǎo)體處于電源的電場中，所以導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零 D．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，導(dǎo)體內(nèi)的電荷處于動態(tài)平衡，電荷分布是穩(wěn)定的，電場也是穩(wěn)定的 解析　導(dǎo)體內(nèi)部有恒定電場，這是由電源、導(dǎo)線等元件共同作用形成的，而且此恒定電場是一種動態(tài)平衡的電場。 答案　D 3

12、．我國北京正、負(fù)電子對撞機的儲存環(huán)是周長為240 m的近似圓形軌道，電子電荷量e＝1.6×10－19 C，在整個環(huán)中運行的電子數(shù)目為5×1011個，設(shè)電子的運行速度是3×107 m/s，則環(huán)中的電流是(　　) A．10 mA B．1 mA C．0.1 mA D．0.01 mA 解析　電子運動一周的時間為T＝，在T時間內(nèi)通過任意橫截面的電量為：q＝ne， 電流為：I＝＝ ＝ A＝10 mA。 答案　A 4．關(guān)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(dǎo)體橫截面的電荷量相等，則導(dǎo)體中的電流是恒定電流 C．電流有方向，電流是

13、矢量 D．電流的單位“安培”是國際單位制中的基本單位 解析　依據(jù)電流的定義式可知，電流與q、t皆無關(guān)，顯然選項A錯誤；雖然電流是標(biāo)量，但是卻有方向，因此在任何相等的時間內(nèi)通過導(dǎo)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。 答案　D 5．來自質(zhì)子源的質(zhì)子(初速度為零)，經(jīng)一直線加速器加速，形成電流為I的細(xì)柱形質(zhì)子流，已知質(zhì)子源與靶間的距離為d，質(zhì)子電荷量為e，假定分布在質(zhì)子源到靶之間的加速電場是勻強電場，質(zhì)子到達靶時的速度為v，則質(zhì)子源與靶間的質(zhì)子數(shù)為(　　) A. B. C. D. 解析　設(shè)質(zhì)子源與靶間的質(zhì)子數(shù)為n，則電荷量q＝ne，打

14、到靶上所用時間t＝，又I＝解得：n＝，故B正確。 答案　B 6．關(guān)于電流的方向，下列描述正確的是(　　) A．規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向 B．規(guī)定自由電荷定向移動的方向為電流的方向 C．在金屬導(dǎo)體中，自由電子定向移動的方向為電流的方向 D．在電解液中，由于正、負(fù)離子的電荷量相等，定向移動的方向相反，故無電流 解析　規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，故A正確，B錯誤；金屬導(dǎo)體中定向移動的是自由電子，電子帶負(fù)電，故電子定向移動的方向與電流的方向相反，C錯誤；在電解液中，正、負(fù)離子的電荷量相等，定向移動的方向相反，但有電流，電流的大小等于正、負(fù)離子電荷量的絕對值之和與時間

15、的比值，D錯誤。 答案　A 7．下列關(guān)于電源的說法正確的是(　　) A．電源就是電壓 B．電源的作用是使電源的正、負(fù)極保持一定量的正、負(fù)電荷，維持一定的電勢差 C．與電源相連的導(dǎo)線中的電場是由電源正、負(fù)極上的電荷形成的 D．在電源內(nèi)部正電荷由正極流向負(fù)極，負(fù)電荷由負(fù)極流向正極 解析　在電源內(nèi)部由非靜電力將正電荷由負(fù)極搬到正極，將負(fù)電荷由正極搬到負(fù)極，使正、負(fù)極維持一定的電勢差，電源不是電壓，故A、D錯誤，B正確；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，故C錯誤。 答案　B 8．非洲電鰩的捕獵方式是放電電死獵物，它放電的電壓可達100 V，電流可達50 A，

16、每秒鐘放電150次，其放電情況可近似看做如圖1所示的圖線。則放電1秒鐘非洲電鰩放出的電荷量為(　　) 圖1 A．25 C B．50 C C．150 C D．250 C 解析　由題圖象可得1秒鐘該魚的放電時間為0.5 s，根據(jù)電流的定義式I＝，可得q＝It＝50×0.5 C＝25 C，故A正確。 答案　A 9．一個半徑為R的絕緣圓盤，繞垂直圓盤的轉(zhuǎn)動軸以角速度ω沿逆時針方向做勻速轉(zhuǎn)動，圓盤邊緣上均勻地分布著一圈電荷，電性均為負(fù)，單位圓弧上所帶的電荷量為q。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時，求這些電荷所形成的電流大小并說明電流的方向如何。 解析　設(shè)周期為T，則T＝，I＝＝＝＝ωRq。由于電荷電性為負(fù)，所以電流的方向為順時針方向。 答案　ωRq　順時針