高二物理人教选修3-1第二章第1、2节《电源和电流、电动势》（新人教）

欢迎进入物理课堂 第二章恒定电流 1电源和电流 2电动势 1 导体中的 在电场力的作用下发生 形成电流 自由电子 定向移动 自由电子 2 电源是能把电路中的 从正极搬到负极的装置 3 导线中的电场是由 等电路元件所 积累的电荷在导线内共同形成的电场 电源 导线 4 由 分布的电荷所产生的稳定的电场 称为恒定电场 都不随时间变化的电流称为 恒定电流 稳定 大小 方向 5 电流的 程度用电流这个物理量表示 公式为 电流的单位是 符号是 1mA A 1 A A 强弱 I qt 安培 A 10 3 10 6 6 双选 对电动势的理解 正确的是 A 电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷从负极移到正极所做的功B 电动势在数值上等于静电力把1C的负电荷从正极移到负极所做的功C 电动势在数值上等于静电力把1C的正电荷从负极移到正极所做的功D 电源电动势越大 则它把其他形式的能转化成电能的本领越强 答案 AD 知识点1电源 1 电流的形成 导线中自由电子的定向运动使两个带电体成为等势体 图2 1 1 1 思考与讨论 如图2 1 1所示 分别带正 负电荷的A B两个导体球 它们的周围存在电场 如果用一条导线R将它们连接起来 分析A B周围的电场 A B之间的电势差会发生什么变化 最后 A B两个导体球会达到什么状态 R中出现了怎样的电流 A B之间的电势差很快消失 两导体成为一个等势体 达到静电平衡 R中出现瞬时电流 2 结论 导体中的 在电场力的作用下发生 形成电流 自由电子 定向移动 2 电源 1 如图2 1 2所示 在水池A B之间连接一台抽水机 将水池B中的水抽到水池A中 这样可保持A B之间水位的高度差 从而使水管中有源源不断的水流 图2 1 2 图2 1 3 2 图2 1 3中的装置P的作用类似于图2 1 2中的抽水机 能把 从正极搬到负极 装置P就是电源 3 电源的作用 保持导体两端的 使电路中有 自由电子 电压 持续的电流 1 形成电流的条件 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 2 电源的作用 保持导体两端的电压 使导体中有持续的电流 例1 双选 关于电源的作用 下列说法中正确的是 A 电源的作用是能为电流提供自由电子B 电源的作用是能够保持导体两端的电压C 电源的作用是使电荷移动起来D 电源的作用是使自由电荷定向移动起来解析 电源使导体两端有电势差 使自由电荷定向移动 答案 BD 触类旁通 B 1 形成持续电流的条件是 A 只要有电压加在物体的两端B 必须保持导体两端有电压C 只在导体两端瞬时加电压D 只要有大量的自由电荷 知识点2恒定电流1 如图2 1 4甲所示 在电源正 负极间连接一条导线 取图中虚线方框中的一小段导线及电场线来研究导线中的电场 甲 乙 丙 丁 图2 1 4 2 如图乙所示 将电源正 负极产生的电场分解为两个方向 沿导线的分量使自由电子做 形成电流 垂直于导线方向的分量使自由电子向导线某一侧聚集 从而使导线的两侧出现正 负净电荷分布 如图丙所示 导线两侧的电荷产生的附加电场 将削弱电源两极产生的垂直导线方向的电场 直到导线中该方向合场强为 达到动态平衡状态 此时导线内的电场保持与导线 自由电子只存在 如图丁所示 平行 3 由 分布的电荷所产生的稳定的电场 称为恒 定电场 稳定 4 恒定电场中的电流是 都不随时间变化的 称为 电流 大小 定向移动 零 定向移动 方向 恒定 1 对电流的理解 1 电流的方向 规定正电荷定向移动的方向为电流方向 2 电流虽有大小和方向 但不是矢量 是标量 3 金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相 反 4 电解液中正 负离子定向移动方向虽然相反 但正 负 电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和 电流在时间t内的平均值 对恒定电流来说 其瞬时值与平均值相等 图2 1 5 2 电流的微观表达式 1 电流的微观表达式 I nqSv 如图2 1 5所示 AD表示粗细均匀的一段长为l的导体 两端加一定的电压 导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v 设导体的横截面积为S 导体每单位体积内的自由电荷数为n 每个自由电荷的电荷量为q AD导体中的自由电荷总数N nlS总电荷量Q Nq nlSq 所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间t lv 根据公式q It可得导体AD中的电流 由此可见 从微观上看 电流与导体中单位体积内的自由电荷数 电荷量 定向移动速率和导体的横截面积有关 例2 某电解池 如果在1s内共有5 0 1018个二价正离子和5 0 1018个一价负离子通过某横截面 那么通过这个横截面的电流强度是多大 解 在1s内通过某横截面的电量为q 5 0 1018 2 1 6 10 19C 5 0 1018 1 6 10 19C 2 4C 例3 双选 有一横截面积为S的铜导线 流经其中的电流为I 设每单位体积的导线有n个自由电子 电子的电荷量为q 此时电子的定向移动速率为v 在时间t内 通过导线横截 面的自由电子数目可表示为 A nvSt B nvt C Itq D ItSq 答案 AC 触类旁通 2 2s内有6 1013个电子通过横截面大小不知的导体 则 A 导体中电流大小为 A 4 8 10 6A B 3 10 13 A C 9 6 10 6AD 无法确定 3 一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S 导体单位长度内的自由电子数为n 金属内的自由电子的电荷量为e 自由电子做无规则热运动的速率为v0 导体中通过的电流为I 则下 列说法中正确的有 D A 自由电子定向移动的速率为v0 B 自由电子定向移动的速率为v IneS C 自由电子定向移动的速率为真空中的光速c D 自由电子定向移动的速率为v Ine 知识点3电动势 1 如图2 1 6所示 在电源外部 正电荷由电源 极流向 极 在电源的内部 电场方向由 极指向 极 正电荷由电源 极流向 极 受到的电场力方向由 极指向 极 电场力做 功 图2 1 6 正 负 正 负 负 正 正 负 负 2 在电源内部 是什么力来克服电场力做功 是做正功还是负功 电源内部非静电力克服电场力做功 是做正功 3 电源内部的非静电力是由什么提供 在电池中 非静电力是化学作用 它使化学能转化为电势能 在发电机中 非静电力是电磁作用 它使机械能转化为电势能 4 电源内部的能量是怎样转化的 电源内部非静电力克服电场力做功 把其他形式的能转化为电势能 5 不同的电源非静电力 不同 使单位正电荷所增加的 不同 物理学中用 来表明电源的这种特性 做功的本领 电势能 电动势 1 电动势 1 定义 非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功跟 被移送的电荷量的比值叫电源的电动势 3 单位 伏特 符号是V 4 物理意义 反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小 在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功 5 方向规定 电动势E是标量 为研究问题方便 规定其方向为电源内部电流方向 即由电源负极指向正极 6 特点 电动势是用比值定义的物理量 由电源中非静电力的特性决定 是电源的属性 与移送的电荷量q和所做的功W无关 跟电源的体积 外电路也无关 2 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 电源的内阻由电源内部材料的性质决定 内阻和电动势同为电源的重要参数 例4 双选 关于电动势E的说法中正确的是 A 电动势E的大小 与非静电力所做的功W的大小成正比 与移送电荷量q的大小成反比B 电动势E是由电源本身决定的 跟电源的体积和外电路均无关C 电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量D 电动势E的单位与电势差的单位相同 故两者在本质上相同 解析 电动势是一个用比值定义的物理量 这个物理量是与这两个相比的项没有关系 它是由电源本身决定的 是表征其他形式的能转化为电能本领的物理量 电动势和电压尽管单位相同 但本质上是不相同的 故选B C 答案 BC 触类旁通 4 双选 如图2 1 7所示是常用在电子手表和小型仪表 中的锌汞电池 它的电动势约为1 2V 这表示 A 电路通过1C的电荷量 电源把1 2J其他形式能转化为电能B 电源在每秒内把1 2J其他形式 能转化为电能 图2 1 7 C 该电源比电动势为1 5V的干电池做功少D 该电源与电动势为1 5V的干电池相比 通过1C的电荷量时转化的电能少 电势差与电动势的区别与联系 例5 有关电压与电动势的说法中正确的是 A 电压与电动势的单位都是伏特 所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法B 电动势就是电源两极间的电压的 都是电场力做的功D 电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量 解析 只有电路开路时 电动势才等于电源两极间的电压 的功 后者表示静电力做的功 电动势和电压的意义不同 电动势反映电源把其他形式的能转化为电能的本领 而电压反映电能转化成其他形式能的本领 综合上述分析 选项D正确 答案 D 触类旁通 5 下列说法中正确的是 A 电源的电动势实质上就是电源两极间的电压B 电源的电动势在数值上等于电源两极间的电压C 电源的电动势与电压的单位相同 但与电压有本质的区别D 电动势越大 电源两极间的电压一定越高 解析 电动势和电压有着本质的区别 所以A选项错误 C选项正确 当电源开路时 电源两极间的电压在数值上等于电源的电动势 但在闭合电路中 电源两极间的电压与外电路有关系 随外电路的变化而变化 故B D错误 答案 C 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全