2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 恒定電流 第1節(jié) 電源和電流學(xué)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(chǎng)的形成過(guò)程．　3．理解恒定電流的概念，會(huì)用公式q＝It分析相關(guān)問(wèn)題．　4．知道電流形成的微觀實(shí)質(zhì)． 一、電源 1．定義：能把電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極的裝置． 2．作用 (1)維持電路兩端有一定的電勢(shì)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(chǎng) (1)恒定電場(chǎng)：當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，導(dǎo)線中的電場(chǎng)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(chǎng)，叫恒定電場(chǎng)． (2)特點(diǎn)：任何位置的電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化． 2．恒定電流 (1)定義：大小、方向都不隨時(shí)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(shí)間t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量． (3)單位：安培，簡(jiǎn)稱安，符號(hào)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(dǎo)體將電源連接起來(lái)．(　　) (2)電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負(fù)極不斷地搬運(yùn)到正極，從而使電源兩極之間有穩(wěn)定的電勢(shì)差，電路中形成持續(xù)的電流．(　　) (3)金屬導(dǎo)體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷是自由電子，液體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷有正離子和負(fù)離子，氣體導(dǎo)電時(shí)定向移動(dòng)的電荷有自由電子、正離子和負(fù)離子．(　　) (4)導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的，電場(chǎng)線與導(dǎo)線表面垂直．(　　) (5)公式I＝中，q是通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量，當(dāng)導(dǎo)體中有正、負(fù)電荷同時(shí)向相反方向定向移動(dòng)形成電流時(shí)，公式中的q應(yīng)為通過(guò)導(dǎo)體橫截面的正、負(fù)兩種電荷電荷量的絕對(duì)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(dòng)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(dòng)的方向相同，與負(fù)電荷定向移動(dòng)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(zhǎng)直橡膠棒上均勻地帶有負(fù)電荷，每米電荷量為q，當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于棒運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流大小為(　　) A．vq　　　　　　　　 B． C．vqS D． 提示：選A．經(jīng)過(guò)時(shí)間t，通過(guò)右端橫截面的電荷量Q＝qvt，根據(jù)I＝得I＝vq，A正確． 　對(duì)電流的理解 1．電流的形成 (1)形成原因：電荷的定向移動(dòng)． (2)形成條件：導(dǎo)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(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍瑒t負(fù)電荷定向移動(dòng)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(jì)算出的電流是時(shí)間t內(nèi)的平均值．對(duì)于恒定電流，電流的瞬時(shí)值與平均值相等． (2)兩點(diǎn)說(shuō)明 ①電解液中正、負(fù)離子定向移動(dòng)的方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是相同的，應(yīng)用I＝求電流時(shí)，q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的絕對(duì)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(biāo)量：電流雖然有方向，但是它遵循代數(shù)運(yùn)算法則，所以電流不是矢量，而是標(biāo)量． 命題視角1　對(duì)電流定義的理解 　(多選)關(guān)于電流的概念，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．導(dǎo)體中有電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流 B．電流是一個(gè)矢量，其方向就是正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向 C．在國(guó)際單位制中，電流是一個(gè)基本物理量，其單位安培是基本單位 D．對(duì)于導(dǎo)體，只要其兩端電勢(shì)差為零，電流也必為零 [解析]　導(dǎo)體中有大量的自由電子，總在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有定向運(yùn)動(dòng)，在一段時(shí)間t內(nèi)，通過(guò)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(cuò)誤；電流是一個(gè)標(biāo)量，因?yàn)槠溥\(yùn)算不符合矢量運(yùn)算規(guī)則，為了便于研究電流，人們規(guī)定正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯恼较颍詤^(qū)別于負(fù)電荷的定向運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤；在國(guó)際單位制中，共有七個(gè)基本量，電流是其中之一，故C正確；對(duì)于導(dǎo)體，其兩端電勢(shì)差為零時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)無(wú)電場(chǎng)，電子不能定向運(yùn)動(dòng)，故電流為零，D正確． [答案]　CD 命題視角2　定義式I＝的應(yīng)用 　(2018重慶校級(jí)期中)如圖所示，電解池內(nèi)有一價(jià)的電解液，t s內(nèi)通過(guò)溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1，負(fù)離子數(shù)是n2，設(shè)元電荷為e，以下解釋中正確的是(　　) A．當(dāng)n1＝n2時(shí)電流強(qiáng)度為零 B．當(dāng)n1>n2時(shí)，電流方向從A→B，電流強(qiáng)度為I＝ C．當(dāng)n1vB，C錯(cuò)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(jià)重離子束，其束流強(qiáng)度為1．210－5 A，則在1 s內(nèi)發(fā)射的重離子個(gè)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(dǎo)線中的電流為1 A，銅導(dǎo)線的橫截面積為1 mm2，求： (1)在1 s內(nèi)，有多少個(gè)電子通過(guò)銅導(dǎo)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(dòng)速率多大？(設(shè)銅導(dǎo)線中每立方米含有8．51028個(gè)自由電子) 解析：(1)1 s內(nèi)通過(guò)銅導(dǎo)線橫截面的電荷量為q＝It＝1 C．所以1 s內(nèi)通過(guò)銅導(dǎo)線橫截面的電子個(gè)數(shù)N＝＝(個(gè))＝6．251018(個(gè))． (2)由電流的微觀表達(dá)式I＝nqSv得自由電子的平均移動(dòng)速率v＝＝ m/s≈7．3510－5 m/s． 答案：(1)6．251018個(gè)　(2)7．3510－5 m/s [課時(shí)作業(yè)] [學(xué)生用書P129(單獨(dú)成冊(cè))] 一、單項(xiàng)選擇題 1．關(guān)于電流的說(shuō)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(shí)間內(nèi)通過(guò)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，電流是矢量 D．電流的單位“安培”是國(guó)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(wú)關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；雖然電流是標(biāo)量，但是卻有方向，因此在任何相等的時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(xiàng)B、C錯(cuò)誤；選項(xiàng)D正確． 2．金屬導(dǎo)體內(nèi)電流增強(qiáng)，是因?yàn)?　　) A．導(dǎo)體內(nèi)單位體積的自由電子數(shù)增多 B．導(dǎo)體內(nèi)自由電子定向移動(dòng)的速率增大 C．導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)的傳播速率增大 D．導(dǎo)體內(nèi)自由電子的熱運(yùn)動(dòng)速率增大 解析：選B．對(duì)于確定的金屬導(dǎo)體，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)是一定的，而且導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)的傳播速率也是一定的，所以A、C錯(cuò)誤；導(dǎo)體內(nèi)電流增強(qiáng)是由于自由電子定向移動(dòng)的速率增大，使得單位時(shí)間內(nèi)穿過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量增大，B正確；導(dǎo)體內(nèi)自由電子的熱運(yùn)動(dòng)與電流的大小無(wú)直接關(guān)系，D錯(cuò)誤． 3．一段粗細(xì)均勻的銅導(dǎo)線的橫截面積是S，導(dǎo)線單位長(zhǎng)度內(nèi)的自由電子數(shù)為n，銅導(dǎo)線內(nèi)的自由電子所帶的電荷量為e，自由電子做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率為v0，導(dǎo)線中通過(guò)的電流為I．則下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．自由電子定向移動(dòng)的速率為v0 B．自由電子定向移動(dòng)的速率為v＝ C．自由電子定向移動(dòng)的速率為真空中的光速c D．自由電子定向移動(dòng)的速率為v＝ 解析：選D．v0為電子做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率，非定向移動(dòng)速率，故A錯(cuò)誤．對(duì)于電流微觀表達(dá)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(zhǎng)度內(nèi)的自由電子數(shù)，t時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)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(cuò)誤，D正確． 4．電路中有一電阻，通過(guò)電阻的電流為5 A，當(dāng)通電5分鐘時(shí)，通過(guò)電阻橫截面的電子數(shù)為(　　) A．1 500個(gè)　　　　　　 B．9．3751019個(gè) C．9．3751021個(gè) D．9．3751020個(gè) 解析：選C．q＝It，n＝＝＝9．3751021個(gè)． 5．如圖所示的電解池，在1 s的時(shí)間內(nèi)，共有3 C的正離子和3 C的負(fù)離子通過(guò)截面xy，則這個(gè)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(fù)離子定向移動(dòng)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(wàn)州二中高二期中)北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的儲(chǔ)存環(huán)是周長(zhǎng)為240 m的近似圓形軌道．當(dāng)環(huán)中電子以光速的流動(dòng)而形成10 mA的電流時(shí)，環(huán)中運(yùn)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(yùn)動(dòng)一周所需要的時(shí)間： t＝ s＝810－6 s 在圓形軌道上任取一橫截面，則在t時(shí)間內(nèi)整個(gè)環(huán)中的電子剛好都通過(guò)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(gè)＝51011個(gè)． 7．銅的摩爾質(zhì)量為m，密度為ρ，每摩爾銅原子有n個(gè)自由電子，今有一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線，當(dāng)通過(guò)的電流為I時(shí)，電子平均定向移動(dòng)速率為(　　) A．光速c B． C． D． 解析：選D．假設(shè)電子定向移動(dòng)的速率為v，那么在t時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)相當(dāng)于在體積vtS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，所以電量q＝，I＝＝，于是得：v＝． 二、多項(xiàng)選擇題 8．關(guān)于電流的方向，下列說(shuō)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(shì)一端流向低電勢(shì)一端 B．電源內(nèi)部，電流的方向是從高電勢(shì)一端流向低電勢(shì)一端 C．電子運(yùn)動(dòng)形成的等效電流方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相同 D．電子運(yùn)動(dòng)形成的等效電流方向與電子運(yùn)動(dòng)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(fù)極，在電源內(nèi)部，電流從負(fù)極流向正極，電源正極電勢(shì)高于負(fù)極電勢(shì)，所以A正確，B錯(cuò)誤；電子帶負(fù)電，電子運(yùn)動(dòng)形成的電流方向與電子運(yùn)動(dòng)的方向相反，C錯(cuò)誤，D正確． 9．給一粗細(xì)不均勻的同種材料制成的導(dǎo)體通電，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．粗的地方電流大，細(xì)的地方電流小 B．粗的地方電荷定向移動(dòng)速率大，細(xì)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(dòng)速率小，細(xì)的地方大 解析：選CD．同一根導(dǎo)線上的電流相等，故C對(duì)；由I＝nqSv可得v＝，故D對(duì)． 10．(2018福建寧德一中高二檢測(cè))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(guò)圓心的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流應(yīng)滿足(　　) A．若ω不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則電流也將變?yōu)樵瓉?lái)的2倍 B．若電荷量Q不變而使ω變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則電流也將變?yōu)樵瓉?lái)的2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(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間 T 內(nèi)，通過(guò)這個(gè)截面的電荷量為Q，則有：I＝＝，又 T＝，所以I＝．分析各選項(xiàng)可知本題選A、B． 三、非選擇題 11． 如圖所示，在NaCl溶液中，正、負(fù)電荷定向移動(dòng)，方向如圖中所示，若測(cè)得2 s內(nèi)分別有1．01018個(gè)Na＋和Cl－通過(guò)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(dǎo)電是靠自由移動(dòng)的Na＋和Cl－，它們?cè)陔妶?chǎng)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)．因?yàn)殡娏鞣较驗(yàn)檎姾啥ㄏ蛞苿?dòng)的方向，故溶液中電流方向與Na＋定向移動(dòng)的方向相同，即由A流向B．Na＋和Cl－都是一價(jià)離子，每個(gè)離子的電荷量為e＝1．610－19 C，NaCl溶液導(dǎo)電時(shí)，Na＋由A向B定向移動(dòng)，Cl－由B向A定向移動(dòng)，負(fù)離子的運(yùn)動(dòng)可以等效地看做正離子沿相反方向的運(yùn)動(dòng)，可見，每秒鐘通過(guò)橫截面M的電荷量為兩種離子電荷量的絕對(duì)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(jī)在待機(jī)工作狀態(tài)時(shí)，通過(guò)的電流是4微安，則該手機(jī)一天時(shí)間內(nèi)通過(guò)的電荷量是多少？通過(guò)的自由電子個(gè)數(shù)是多少？ 解析：通過(guò)的電荷量為： q＝It＝410－6243 600 C≈0．35 C 通過(guò)的電子個(gè)數(shù)為： N＝＝個(gè)≈2．191018個(gè)． 答案：0．35 C　2．191018個(gè)