（浙江专用）2018-2019学年高中物理 第二章 恒定电流 2-1 电源和电流学案 新人教版选修3-1

第1节电源和电流研究学考明确要求知识内容电源和电流考试要求学考b选考c基本要求1.知道电荷的定向移动形成电流，知道电流方向的规定。2知道电流的定义式，并会用来解决导线中的电流问题。发展要求1.了解电源在电路中形成电流的作用。2了解恒定电场，知道恒定电流的定义。3能区别导体中自由电子的定向移动速率和建立电场的速率。4能根据电流的定义式计算电荷运动所产生的等效电流。说明1.不要求计算液体导电时的电流。2不要求解决与导线内部自由电子定向运动速率相联系的问题。基 础 梳 理1电流(1)电流：导体中的自由电荷在静电力的作用下定向移动形成电流。(2)电流形成的条件：有自由移动的电荷；两端有电压。2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)电源的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1典 例 精 析【例1】 关于电源以下说法正确的是()A电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差B电源的作用就是将其他形式的能转化为电能C只要电路中有电源，电路中就一定有电流D电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量解析电源的作用是维持正、负极之间恒定的电势差，这需要电源不断地将负电荷向负极聚集，将正电荷向正极聚集，外电路中自由电子在静电力的作用下向正极移动，在电源内部，需要将正极上的电子搬运到负极，维持电势差不变，故A错误；从能量角度来看，电源在搬运电荷的过程中，需要克服静电力做功，将其他形式的能转化为电能，B正确；电路中有电流不仅需要电源，还需要自由移动的电荷及闭合电路，故C错误；电源是为电路提供能量的装置，故D错误。答案B解答本题时要把握以下三点：(1)明确电源在电路中的作用；(2)电源工作时能量转化的方向；(3)形成持续电流的条件。即 学 即 练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电源内部电流的方向是从高电势一端流向低电势一端解析电源将负电荷从正极搬到负极，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；电源内部电流的方向是从低电势一端流向高电势一端，D错误。答案A基 础 梳 理1恒定电场(1)恒定电场：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。这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫恒定电场。(2)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化。2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)。1 A103 mA106 A。(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。典 例 精 析【例2】 下列说法中正确的是()A导体中电荷运动就形成了电流B在国际单位制中，电流的单位是AC电流有方向，它是一个矢量D任何物体，只要其两端电势差不为零，就有电流存在解析电荷定向移动才形成电流，仅有电荷运动但不是定向移动则不会形成电流，故选项A错误；形成电流的条件是导体除了两端有电势差外，还应有可自由移动的电荷，因此必须是导体而非任何物体，故选项D错误；电流有方向，但它是标量，故选项C错误。答案B导体内电荷的无规则运动与电荷的定向移动不是一回事。导体两端存在电势差时，导体内的电荷才会定向移动，但电荷的无规则运动是不需要条件的。电流是描述电流强弱的物理量，它有方向但是个标量。即 学 即 练2电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积为0.64106 m2的导线，那么电路中的电流是(电子带电量为1.61019 C)()A0.016 A B1.6 mAC16 A D0.16 A解析由电流的定义式I可知，电流大小与横截面积无关，代入数据可求得电路中的电流为0.16 A。答案D1下列对公式I的理解正确的是()AI的大小与q成正比，与t成反比B电路中的电流越大，表示通过导体横截面的电荷量越多C导体的通电时间越短，则形成的电流越大D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答案D2将图2中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1 s内垂直地通过它们的电子数相等。那么，通过这两截面的电流的大小关系是()图2AIAIBBIA2IBCIB2IAD不能确定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等。但关键是在单位时间内通过两截面的电子数相等，根据I可知通过两截面的电流相等。答案A3关于电流，以下说法正确的是()A通过截面的电荷量多少就是电流的大小B电流的方向就是电荷定向移动的方向C在导体中，只要自由电荷在运动，就一定会形成电流D导体两端没有电压就不能形成电流解析根据电流的概念，电流是单位时间内通过导体横截面的电荷量，知A项错误；规定正电荷定向移动的方向为电流方向，知B项错误；自由电荷定向移动才会形成电流，C项错误；形成电流的条件是导体两端有电压，故选项D正确。答案D4电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为()A1 500个 B9.3751019个C9.3751021个 D9.3751020个解析qIt，n9.3751021个。答案C1关于电流的方向，下列叙述中正确的是()A金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定C不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同解析电流是有方向的，电流的方向是人为规定的。物理上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向一定与电流的方向相反。答案C2关于有源电路导线内部的电场，下列说法正确的是()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，导体内部的场强为零，而导体外部的场强不为零，所以导体内部电场不是稳定的C因为导体处于电源的电场中，所以导体内部场强处处为零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，导体内的电荷处于动态平衡，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的解析导体内部有恒定电场，这是由电源、导线等元件共同作用形成的，而且此恒定电场是一种动态平衡的电场。答案D3我国北京正、负电子对撞机的储存环是周长为240 m的近似圆形轨道，电子电荷量e1.61019 C，在整个环中运行的电子数目为51011个，设电子的运行速度是3107 m/s，则环中的电流是()A10 mA B1 mA C0.1 mA D0.01 mA解析电子运动一周的时间为T，在T时间内通过任意横截面的电量为：qne，电流为：I A10 mA。答案A4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、C错误。答案D5来自质子源的质子(初速度为零)，经一直线加速器加速，形成电流为I的细柱形质子流，已知质子源与靶间的距离为d，质子电荷量为e，假定分布在质子源到靶之间的加速电场是匀强电场，质子到达靶时的速度为v，则质子源与靶间的质子数为()A. B. C. D.解析设质子源与靶间的质子数为n，则电荷量qne，打到靶上所用时间t，又I解得：n，故B正确。答案B6关于电流的方向，下列描述正确的是()A规定正电荷定向移动的方向为电流的方向B规定自由电荷定向移动的方向为电流的方向C在金属导体中，自由电子定向移动的方向为电流的方向D在电解液中，由于正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，故无电流解析规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，故A正确，B错误；金属导体中定向移动的是自由电子，电子带负电，故电子定向移动的方向与电流的方向相反，C错误；在电解液中，正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，但有电流，电流的大小等于正、负离子电荷量的绝对值之和与时间的比值，D错误。答案A7下列关于电源的说法正确的是()A电源就是电压B电源的作用是使电源的正、负极保持一定量的正、负电荷，维持一定的电势差C与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的D在电源内部正电荷由正极流向负极，负电荷由负极流向正极解析在电源内部由非静电力将正电荷由负极搬到正极，将负电荷由正极搬到负极，使正、负极维持一定的电势差，电源不是电压，故A、D错误，B正确；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，故C错误。答案B8非洲电鳐的捕猎方式是放电电死猎物，它放电的电压可达100 V，电流可达50 A，每秒钟放电150次，其放电情况可近似看做如图1所示的图线。则放电1秒钟非洲电鳐放出的电荷量为()图1A25 C B50 CC150 C D250 C解析由题图象可得1秒钟该鱼的放电时间为0.5 s，根据电流的定义式I，可得qIt500.5 C25 C，故A正确。答案A9一个半径为R的绝缘圆盘，绕垂直圆盘的转动轴以角速度沿逆时针方向做匀速转动，圆盘边缘上均匀地分布着一圈电荷，电性均为负，单位圆弧上所带的电荷量为q。当圆盘转动时，求这些电荷所形成的电流大小并说明电流的方向如何。解析设周期为T，则T，IRq。由于电荷电性为负，所以电流的方向为顺时针方向。答案Rq顺时针7