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第二章 恒定电流（一）电源、电动势和电流 一、电源：1.定义：能把自由电子从正极搬到负极的装置（力的角度）2.作用：保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流.3.导线中的电场：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。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。-恒定电场二、电动势：1.电源的概念：电源是通过非静电力做功,把其他形式能转化为电能的装置（能量角度）.在电源内部非静电力做功，其他形式的能转化为电能；在电源的外部电路，电场力做功，电能转化为其他形式的能补：1、电源外部，正电荷将怎样移动？2、电源的内部电场方向如何？3、电源内部，正电荷将怎样移动？4、电源内部的正电荷受到电场力方向？ 电场力做正功还是负功？5、什么力来克服电场力做功？做正功还是负功？6、电源内部的非静电力是由什么提供的？7、电源内部的能量是怎样转化的？2.定义：非静电力搬运电荷所做的功跟搬运电荷电量的比值：3.单位：伏（V）4.物理意义：电动势表征了电源把其它形式的能转换为电能的本领的物理量。电动势在数值上等于电路中通过1C的电量时电源所提供的电能。5.电动势的方向：规定由负极经电源内部指向正极的方向（即电势升高的方向）为电动势的方向。6.电动势的决定因素电源的电动势是由电源的本身性质决定的，在数值上等于电源没有接入电路时电源两极间的电压。7.电动势与电压的区别（1）两个公式中W分别表示什么力做功?中，W表示电源内部非静电力做的功 中，W表示电源外部电场力做的功（2）能量是如何转化的?其它形式能转化为电势能E反映电源的特性电势能转化为其它形式能U反映电场的特性8.电动势内阻：电源内部也是由导体组成的，所以也有电阻，这个电阻叫做电源的内阻例1：下列关于电源的说法中正确的是 （ ）A电源能够对外提供持续电势差B电源能够把其它形式的能转化为电能C电源通过电场力做功把其它形式的能转化为电能D电源通过非静电力做功把其它形式的能转化为电能例2：下列关于电源电动势的说法中正确的是 （ ）A电源的电动势就等于电源两极间的电压B电源的电动势等于电源开路时两极间的电压C电源的电动势在数值上等于非静电力把1个电子在电源内从正极搬运到负极非静电力做的功D电源的电动势在数值上等于非静电力把电量为1C的电子在电源内从负极搬运到正极非静电力做的功例3：关于电动势，下列说法正确的是：A.在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加B.对于给定的电源，移动正电荷，非静电力做功越多，电动势就越大C.电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位电荷量做功越多D.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极的电荷量越多例4：铅蓄电池的电动势为2V，这表示：A.电路中每通过1C的电量，电源把2J的化学能转变为电能B.蓄电池两极间的电压为2VC.蓄电池在1s内将2J的化学能转变成电能D.蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）强例5：有一蓄电池,当移动1C电荷时非静电力做功是2J,该蓄电池的电动势是多少?给小灯泡供电,供电电流是0.2A,供电10min,非静电力做功是多少? E=2VW非=240J三、电流：1、电流的形成：导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动形成电流.2.电流的物理意义：表示电流的强弱程度3.电流的定义：通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用时间t的比值叫做电流4.电流的定义式：I= q / t5.电流的单位：安培（A） 其他单位： mA、A 1A=103mA=106A6.电流的分类：（1）直流电：物理学中把方向不随时间改变的电流叫做直流电。（2）恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流，用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱。（3）交流电：方向均随时间周期性变化的电流。（4）正弦交流电：大小方向均随时间按正弦规律变化的电流。7.电流的方向：人们规定正电荷移动的方向为电流的方向。（1）在金属导体中，电流的方向与自由电荷（电子）的定向移动方向相反。在电解液中，电流的方向与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反。（2）在外电路中正负，内电路中负正（3）电流是标量，它的运算不遵循平行四边形定则。8.电流产生的条件：（1）存在自由电荷： 金属导体自由电子 ；电解液正、负离子（2）导体两端存在电压： 当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流 电源的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持续的电流例1：下列关于电流的说法中正确的是 （ ）A导体中产生电流的条件是导体两端保持一定的电势差B电流的方向就是电荷的定向运动方向C电流的方向不变的电流叫恒定电流D电流的方向和大小都不变的电流叫恒定电流例2:某电解池，如果在1s中内共有5.01018个二价正离子和5.01018个一价负电子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流强度是多大？答案：1.6A例3：在稀CuSO4溶液中插入两碳棒极板，在两极板上加一定的电压，在10s内有51018个Cu离子通过某截面，则碳棒中的电流强度为多大？例4：有一条横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A。已知铜的密度=8.9103kg/m3，铜的摩尔质量M=6.410-2kg/mol，阿伏加德罗常数NA=6.62 1023mol-1，电子的电量e=-1.6 10-19C。求铜导线中自由电子定向移动的速率。解：设自由电子定向移动的速率是 v通过横截面的电荷量是 由 得 解得代入数值后得 v =7.5 10-5 m/s四、电流的微观解释：如图所示，在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上取两个截面B和C，设导体的横截面是S，导体每单位体积内的自由电荷数是n，每个电荷的电量为q，电荷定向移动的速率为v，则在时间t内处于相距为vt的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C得I=neSv例1：原子中电子绕原子核的圆周运动可以等效为环形电流。设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上运动，电子的电量为e，等效电流有多大？解：设电子圆周运动的周期为T：例2：有一横截面为S的铜导线，流经其中的电流为I，设单位体积的导线有n个自由电子，电子电量为e，电子的定向移动速度为v，在t时间内，通过导体横截面的自由电子数目N可表示为（ ）A nvSt Bnvt CIt/e DIt/Se例3：有一横截面为S1mm2的铜导线，流经其中的电流为I=1A，已知铜的密度为=8.9103Kg/m3，铜的摩尔质量为M 6.4102Kg/mol，阿伏加得罗常数NA 6.01023/mol，电子电量为e= 1.61019C 。在这个问题中可认为每个铜原子贡献一个电子，求铜导线中自由电子定向移动速率v。例4：有一条横截面积S=1mm2 的铜导线，通过的电流I=1A .已知铜的密度=8.9103 kg/m3 ，铜的摩尔质量M=6.0210-2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA=6.6210 23mol-1，电子的电量e=-1.6 10 -19 C 。求:铜导线中自由电子定向移动的速率五、区分三种速率：1.电流传导速率：既电场的传播速率，等于光速3m/s。2.电荷定向移动速率：I=neSv中的v是电荷定向移动的速率约为m/s（机械运动速率）。3.电荷无规则热运动的速率大约是m/s课后训练1.关于电源的说法正确的是 ()A电源外部存在着由正极指向负极的电场，内部存在着由负极指向正极的电场B在电源外部电路中，负电荷靠电场力由电源的负极流向正极C在电源内部电路中，正电荷靠非静电力由电源的负极流向正极D在电池中，靠化学作用使化学能转化为电势能2.单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周，在内外电路中释放的总能量决定于()A电源的电动势 B通过电源的电流C路端电压的大小 D内外电阻之和3.下列关于电动势的说法，正确的是()A电源向外提供的电能越多，表示电动势越大B电动势表示电源将单位正电荷从负极移送到正极时，非静电力所做的功C电源的电动势与外电路有关D在电源内从负极到正极电势的升高，等于闭合电路中内、外电阻的电势降落之和4.关于电动势下列说法中正确的是()A在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加B对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大C电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送单位电荷量做功越多D电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送电荷量越多5.（09-10黑龙江省哈六中高二期中考试）关于电动势，下列说法中正确的是（ ）A电动势与电压的单位都是伏特，因此电动势就是电压B电动势公式EWq中W与电压UWq中的W是一样的，都是电场力做的功C电动势越大的电源，将其他形式的能转化为电能本领越大D在电源内部正电荷能从负极移到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力6.（浙江省温州十校联合体高二期中联考）下列关于电源电动势的说法正确的是（ ）A电源是通过静电力把其它形式的能转化为电能的装置B在电源内部正电荷从低电势处向高电势处移动C电源电动势的大小，等于非静电力在电源内部把正电荷从负极送到正极所做的功的大小D把同一电源接在不同的电路中,电源的电动势也将变化7.将电动势为3.0V的电源接入电路中，测得电源两极间的电压为2.4V，当电路中有6C的电荷流过时，求：(1)有多少其他形式的能转化为电能(2)外电路中有多少电能转化为其他形式的能(3)内电路中有多少电能转化为其他形式的能8.某品牌的MP3使用的电源是一节7号干电池，当它正常工作时，其工作电流为0.3A.某同学在一次使用该MP3时，若他用了10s，则这段时间内电池将多少化学能转化为电能？1、在金属导体中，若10s内通过横截面的电量为10C，则导体中的电流为_A；2、某电解槽横截面积为0.5m2，若10s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为10C，则电解液中的电流为_A3、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4、某电解质溶液，如果在1 s内共有5.01018个二价正离子和1.01019个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？5、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电子绕核运动的等效电流多大？6.（09-10浙江省菱湖中学高二10月月考）导体中的电流是5A，那么在3.2 S内有_ C的电荷定向移动通过导体的横截面，相当于_个电子通过该截面。7. (2020湖南省长沙一中高二第一次阶段)如图2所示，电解槽内有一价的电解溶液，时间t 内通过溶液内横截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷的电量为e，以下解释正确的是（ ）A负离子定向移动形成的电流方向从B到AB溶液内正负离子沿相反方向运动，电流相互抵消C溶液内电流方向从A到B，电流I=D溶液内电流方向从A到B，电流I=
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