2017-2018学年高中物理 第二章 恒定电流 第1讲 电源和电流学案 新人教版选修3-1

电源和电流目标定位1.了解电流的形成条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场.2.理解电流的定义，知道电流的单位、方向规定，会用公式qIt分析相关问题.3.从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系一、电源恒定电场1电源(1)电源是不断地把电子从正极搬运到负极从而维持正、负极之间一定电势差的装置(2)作用电源的作用是移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差，从而保持电路中有持续电流电源P在内部能把电子从正极A搬运到负极B，如图1所示图12恒定电场(1)形成：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的(2)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化例1将一些电学元件用导线连接在某电源的两端，下列描述正确的是()A电源的作用是使电源的正、负极两端保持一定的电势差B电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷C导体中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的D导体中的电场是由电源的电场和导体中积累的电荷形成的电场叠加而形成的解析电源将负电荷从负极搬到正极，维持正、负极间有一定的电势差，A正确，B错误；导体中的电场是电源电场和导体中积累的电荷形成的电场叠加而成的，C错误，D正确答案AD二、恒定电流1定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流2物理意义：单位时间内通过导体横截面的电荷量电流是表示电流强弱程度的物理量3定义式：I.其中：I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量4单位：安培，符号：A.其他单位：毫安(mA)、微安(A).1A103mA106A.5方向：电流是标量，但有方向导体内正电荷定向移动的方向为电流方向，即电流方向与负电荷定向移动的方向相反深度思考判断下列说法是否正确，并说明理由(1)电流有方向，所以说电流是矢量(2)由于I，所以说I与q成正比，与t成反比答案(1)不正确，电流的计算遵循代数运算法则，所以是标量(2)I是电流的定义式，电流与q无正比关系，与t无反比关系例2在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子在定向移动，方向如图2所示如果测得2s内分别有1.01018个正离子和1.01018个负离子通过溶液内部的横截面M，则溶液中电流的方向如何？电流为多大？图2解析水溶液中导电的是自由移动的正、负离子，它们在电场的作用下向相反方向定向移动电学中规定，电流的方向为正电荷定向移动的方向，所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，即由A指向B.每个离子的电荷量是e1.601019C该水溶液导电时负离子由B向A运动，负离子的定向移动可以等效看做是正离子反方向的定向移动所以，一定时间内通过横截面M的电荷量应该是正、负两种离子电荷量的绝对值之和IA0.16A.答案由A指向B0.16A对金属来讲，是自由电子的定向移动，q为通过横截面的自由电子的电荷量对电解质溶液来讲，是正、负离子同时向相反方向定向移动，q为正、负离子电荷量的绝对值之和例3铜的摩尔质量为m，密度为，每摩尔铜原子有n个自由电子，每个自由电子的电荷量为e，今有一根横截面积为S的铜导线，通过电流为I时，电子定向移动的平均速率为()A光速cB.C.D.解析设电子定向移动的速率为v，那么在t秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vtS中的自由电子数，而体积为vtS的铜的质量为vtS，摩尔数为，自由电子数为，所以电荷量q，由I得v，故D对，A、B、C错答案D(1)电流的微观表达式InqSv，其中n为单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷的电荷量，S为导体的横截面积，v为电荷定向移动的速率.即从微观上看，电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关.(2)区别三种速率：电子定向移动的速率：电流就是由电荷的定向移动形成的.电流InqSv中的v就是电荷定向移动的速率，大小约为105m/s.电子热运动的速率：导体内部电子在不停地做无规则运动，不能形成电流，大小约为105m/s.电流传导的速率：等于光速.1(对电源、恒定电场的理解)下列有关电源的电路中，导线内部的电场强度的说法正确的是()A导线内部的电场就是电源所形成的电场B在静电平衡时，导线内部的场强为零，而导线外部的场强不为零，所以导线内部的电场不是稳定的C因为导线处于电源的电场中，所以导线内部的场强处处为零D导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导线内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的答案D解析导线内部的电场是电源和导线积累电荷所形成的两部分电场的矢量和，稳定后不同于静电平衡(内部场强处处为零)，而是场强大小恒定，方向与导线切线一致，是一种动态的平衡，故A、B、C错，D对2(公式I的理解与应用)电路中有一电阻，通过电阻的电流为5A，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为()A1500个B9.3751019个C9.3751021个D9.3751020个答案C解析qIt，n9.3751021个3(电流的微观意义)如图3所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为()图3AqvB.CqvSD.答案A解析t秒内棒运动的距离为lvt，总电荷量Qqlqvt，所以Iqv，故选项A正确题组一对电源、恒定电场的理解1(多选)关于电流，下列叙述正确的是()A只要将导体置于电场中，导体内就有持续电流B电源的作用可以使电路中有持续电流C导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有移动D恒定电流是由恒定电场产生的答案BD2(多选)在由电源、导线等电路元件所组成的电路中，以下说法正确的是()A导线中的电场强度处处为零B导线中的电场强度方向跟导线方向平行C导线处于静电平衡状态D导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低答案BD解析在电源和导线等电路元件所积累的电荷的共同作用下，垂直导线方向的电场相互抵消，在导线中形成了沿导线方向的电场，即导线中的电场强度方向跟导线方向平行，A错误，B正确；导线内有电场，说明导线不处于静电平衡状态，C错误；沿电场方向电势逐渐降低，电场方向就是正电荷的受力方向，也就是电流的方向，即导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低，D正确题组二对电流及其公式I的理解与应用3(多选)关于电流的方向，下列说法中正确的是()A电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端B电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端C电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同D电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反答案AD解析在电源的外部电路中，电流从正极流向负极，在电源内部，电流从负极流向正极，电源正极电势高于负极电势，所以A正确，B错误；电子带负电，电子运动形成的等效电流方向与电子运动的方向相反，C错误，D正确4(多选)关于电流的说法中正确的是()A根据I，可知I与q成正比B如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C电流有方向，电流是矢量D电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位答案D解析依据电流的定义式可知，电流与q、t皆无关，显然选项A错误虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以选项B错误电流是标量，故选项C错误5(多选)关于电流的下列说法中，正确的是()A电路中的电流越大，表示通过导体横截面的电荷量越多B在相同时间内，通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流就越大C通电时间越长，电流越大D导体中通过一定的电荷量所用时间越短，电流越大答案BD6如图1所示，电解池内有一价的电解质溶液，ts内通过溶液内部截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，则以下说法中正确的是()图1A正离子定向移动形成的电流方向为AB，负离子定向移动形成的电流方向为BAB溶液内正、负离子向相反方向移动，电流抵消C溶液内电流方向从A到B，电流为ID溶液中电流方向从A到B，电流为I答案D解析正电荷定向移动的方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向正、负离子经过同一截面时，I公式中q应该是正、负离子电荷量的绝对值之和，故I，电流方向由A指向B，故选项D正确7在某电解槽中，如果在1秒内共有5.01018个2价正离子和1.01019个1价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流强度为()A2.4AB0.8AC3.2AD0答案C解析由题意知1 s内通过截面正离子的电荷量为q12n1e，负离子的电荷量绝对值为q2n2e，则电流为I.将n151018个，n211019个，e1.61019 C代入解得，I3.2 A.8如图2所示，将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来，已知截面积S铝2S铜在铜导线上取一截面A，在铝导线上取一截面B，若在1s内垂直地通过它们的电子数相等，那么通过这两个截面的电流的大小关系是()图2AIAIBBIA2IBCIB2IAD不能确定答案A解析这个题目中有很多干扰项，例如两个截面的面积不相等、导线的组成材料不同等但解题关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等，根据I可知电流相等题组三电流的微观意义9导体中电流I的表达式InqSv，其中S为导体的横截面积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷所带的电荷量，v是()A导体运动的速率B导体传导的速率C电子热运动的速率D自由电荷定向移动的速率答案D10已知电子的电荷量为e，质量为m.氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少？答案解析根据电流的定义式求解，取电子运动轨道的任一截面，在电子运动一周的时间T内，通过这个截面的电荷量为Qe，则有：I，再由库仑力提供向心力有：kmr.得T.解得I.7