高中物理恒定电流(一)2-1电源和电流学案.pdf

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1、电源和电流 【学习目标】 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 1. 定义 : 能把电路中的电子从_搬到 _的装置。 2. 作用 : (1) 维持电源两端有一定的_。 (2) 使闭合电路中保持_。 二、恒定电流 1. 恒定电场 : (1) 定义 : 由电路中稳定分布的电荷所产生的_。 (2) 形成 : 当电路达到稳定时, 由电源、导线等电路元件所积累的_在导线内共同形成的电场。 (3) 特点 : 任何位置的 _和_都不

2、随时间变化。 2. 电流 : (1) 物理意义 : 表示电流的 _。 (2) 单位及符号 : 在国际单位制中,电流的单位是_, 简称 _, 符号 _。 (3) 电流与电量的关系:_ 。 (4) 恒定电流定义 :_ 、_都不随时间变化的电流。 (5) 恒定电流的形成: 由于 _的作用 , 使自由电荷定向移动的速率增加, 运动过程中与导体内不 动的粒子碰撞, 使自由电荷速率减小, 最终表现为平均速率_。 三、想一想 由电流的定义式I= 可知， I 与 q 成正比，与t 成反比，这种说法对吗？ 答案 一、 1. 正极负极 2. 电势差持续的电流 二、 1. （1）稳定的电场（2）电荷（ 3）电荷分布

3、电场强度 2. （1）强弱程度（2）安培安 A （3）q=It （ 4）大小方向（ 5）恒定电场不变 三、答案：不对。当t 一定时， I 与 q 成正比；当q 一定时， I 与 t 成反比。 知识点一电源 1. 电源的定义 电源是不断把负电荷从正极搬运到负极从而维持 正负极之间存在一定电势差的装置。 2. 有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的 电流需要同时满足两个条件： (1) 电路中有电源。 (2) 电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连 接起来。所以只有电源，电路不闭合也不会有持续电 流。 名师点睛 电源的作用 1. 从电荷移动角度看 电源的作用就是移送电荷，维持电源正、负极间 有

4、一定的电势差，从而保持电路中有持续电流。电源 在内部能把电子从正极A搬运到负极B，如图所示。 2. 从能量转化的角度看 搬运电荷的过程就是克服静电力做功的过程，是 将其他形式的能转化为电能的过程。 知识点一电源 【典例探究】 典例 1 下列关于电源的说法正确的是( ) A. 电源是将其他形式的能转化为电能的装置 B. 电源的作用是使电源的正负极之间维持一 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负极流向正极, 负电荷 由正极流向负极 【审题指导】 解答本题时应把握以下两点: (1) 电源的作用 ;(2) 形成电流的条件。 挑战自我 2

5、. (多选 ) 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路持续地提供自由电荷 B.电源的作用是使电路中的电荷发生定向移动 C.电源的作用就是能保持导体两端的电压, 使 电路中有持续的电流 D.电源的作用就是使自由电荷运动起来 知识点二恒定电场 1. 形成 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合电场。 2. 特点 导线内的电场线和导线平行；电荷的分布是稳定的；导线内的电场是沿导线切线方向的稳定电场。 3. 恒定电场与静电场的关系 在恒定电场中，任何位置的电场强度都不随时间变化，其基本性质与静电场相同。在静电场中所学的 电势、电势差及其与电场强度的

6、关系，在恒定电场中同样适用。 (1) 两种电场的共性 它们都是物质的一种客观存在形式，都储存着电能； 它们对处于其中的电荷都有静电力的作用； 在这两种电场中移动电荷时相应的静电力一般都要做功。 (2) 两种电场的区别 导体中要建立稳恒电流就必须将导体与电源相连接，形成一闭合的回路。而静电场的建立只需要有 电荷存在； 静电平衡状态下的导体内部场强为零，而在稳恒电流条件下导体内部场强不为零； 在一般情况下，静电场的电场线并不是电荷运动的轨迹线，但是导体中恒定电场的电场线就是电荷 运动的轨迹线。 名师点睛 1. 产生恒定电流的电路中的电场是合电场(E) ，它由两部分组成：一是电源的电场(E0) ；二

7、是导线两侧 的堆积电荷的电场(E) 。 2. 恒定电流电路中的电场是稳定电场，即电路中的电荷分布是稳定的，但不是静态的绝对稳定，而是动态 稳定，就电路中任一微元来讲，流走多少电荷，就补充等量的电荷，所以不能认为恒定电场是匀强电场。 知识点三对电流的理解 1. 电流的形成条件 (1) 产生电流的条件：导体两端有 电压。 (2) 形成 持续电流的条件：导体两 端有持续电压。 2. 电流的方向 知识点三对电流的理解 典例探究 典例 1 关于电流，下列说法正确的是( ) A只要有可以自由移动的电荷，就能存在持续的电流 B金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下 形成的 C单位时间内通过导体横

8、截面单位面积的电荷量越多，电流 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与电 流的方向相反，金属导体中自由移动的 电荷是自由电子，故电流的方向与自由 电子定向移动的方向相反。 3. 电流的大小 (1)Iq t 是电流的定义式，InqSv 是电流的决定式，故电流的大小与通过 导体横截面的电荷量以及通电时间无 关。 (2)qIt是求电荷量的重要公式， 而公式I q t 求出的是电流在时间t内 的平均值，对于恒定电流其瞬时值与平 均值相等。 (3) 电解液中正、 负离子定向移动的 方向虽然相反，但正、负离子定向移动 形成的电流方向是相同的，应用I q t 时，q为正电荷总电荷量

9、和负电荷总电 荷量的绝对值之和。 4. 电流是标量 电流虽然有方向但是它遵循代数运 算法则，电流不是矢量而是标量。 名师点睛 计算电流时，要注意定向移动的电 荷种类，是正电荷或负电荷，还是正、 负电荷同时存在。 就越大 D电流的方向与电荷定向移动的方向相同 典例 2下列说法中正确的是( ) A. 电流的方向就是电荷移动的方向 B. 在直流电源的外电路上，电流的方向是从电源正极流向负 极 C. 电流都是由电子的移动形成的 D. 电流是有方向的量，所以是矢量 【方法总结】 (1) 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

10、动是不需要条件的。 (2) 电流是描述电流强弱的物理量，它有方向但为标量。习 惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。 典例 3 如果导线中的电流为1 mA，那么 1 s内通过导体横截 面的自由电子数是多少？若“220 V 60W ”的白炽灯正常发光时 的电流为273 mA ，则 20 s 内通过灯丝的横截面的电子数目是多少 个？ 【审题指导】根据公式qIt计算，注意单位的统一，记住 每个电子所带电荷量e1.6 10 19 C。 【方法总结】 (1) 认真审题，明确导电的是什么粒子。 (2) 由题设条件求出时间t内通过某一横截面的电荷量q.注意 若有正、负电荷同时通过某一横截面时，那么在一段

11、时间内通过 这一横截面的电荷量等于正、负电荷电荷量的绝对值之和。 (3) 由定义式Iq/t求出电流大小。 知识点四电流的微观解释 1. 电流的微观表达式 (1) 建立模型：如图所示，AD表示粗细均匀的一段长 知识点四电流的微观解释 典例探究 典例 1 横截面积为S的导线中通有电流I， 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。 (2) 理论推导 AD导体中的自由电荷总数：NnlS. 总电荷量QNqnlSq. 所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t l v. 根据公式qIt可得

12、：导体AD中的电流： IQ t nlSq l/v nqSv. (3) 结论：由此可见，从微观上看，电流决定于导体 中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定 向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关。 【名师点睛】 1. 使用公式InqSv计算时，一定要注意以下几点： (1) 各个物理量都要用国际单位。 (2) 正确理解各符号的意义，特别是n表示导体中单位 体积内的自由电荷数，v表示自由电荷定向移动速度的大 小。 (3) 若已知单位长度的自由电荷数为n，则电流的微观 表达式为Inqv. 2. 由InqSv可以看出，同一段导体，横截面积越大 的位置，自由电荷定向移动的速率越小，如图所示。

13、 3. 电流的形成是电子在速率很大的无规则热运动上 附加一个速率很小的定向移动，电路闭合时，瞬间在系统 已知导线每单位体积中有n个自由电子，每个 自由电子的电荷量是e， 自由电子定向移动的速 率是v，则在时间t内通过导线横截面的电 子数是 ( ) A. nSvt B. nvt C. It e D. It Se 典例 2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间的加速度是 均匀的， 质子到达靶时的速度为v，则质子源与 靶间的质子数为( ) A. Id ev B. 2Id ev

14、C. Id v D. 2 Id v 【方法总结】 理解InqSv各物理量的含义是解决此类 问题的关键。n为单位体积内自由电荷的个数， v为导体中的自由电荷定向移动的速率，S为导 体的横截面积，q为每个自由电荷的电荷量。 典例 3 半径为R的橡胶圆环均匀带正电， 总电荷量为Q， 现使圆环绕垂直环所在平面且通 过圆心的轴以角速度 匀速转动， 则由环产生 的等效电流判断正确的是( ) A. 若 不变而使电荷量Q变为原来的2 倍，则等效电流也将变为原来的2 倍 B. 若电荷量Q不变而使 变为原来的2 倍，则等效电流也将变为原来的2 倍 C. 若使 、Q不变，将橡胶环拉伸，使环 半径增大，等效电流将变大

15、 D. 若使 、Q不变，将橡胶环拉伸，使环 中形成电场，使导体中所有自由电荷同时定向移动，并不 是电荷瞬间从电源运动到用电器。 4. 电荷的运动可以等效为电流，计算中可以选取一定 时间 ( 一般选一个周期) ，此时间内通过截面的电荷量与时 间的比值即为等效电流。对于等效电流的求解问题，一定 要找出一段时间内通过某一横截面的电荷量，才能运用电 流的定义式求出电流的大小。 半径增大，等效电流将变小 典例4 电子绕核运动可等效为一环形电 流，设氢原子中的电子以速率v在半径为r的 轨道上运动，用e表示电子的电荷量，则其等 效电流为多大？ 答案与解析 知识点一电源 1. 【答案】 ABD 2. 【答案】

16、 BC 【解析】电源的作用是保持导体两端的电压, 在导体内建立恒定电场, 导体内的自由电荷就会在电场力 作用下定向移动形成电流, 则 B、C正确 ,A、D错误。 知识点三对电流的理解 1. 【答案】 B 【解析】产生电流的条件：导体两端存在电压、闭合回路，故A 错误；导体两端存在电压，就会在导 体中形成电场，自由电子在电场力的驱动下定向移动形成电流，故B 正确；单位时间内通过导体横截面积 的电量越多，导体的电流越大，故C错误；电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，故D错误。 2. 【答案】 B 【解析】正电荷移动的方向是电流的方向，负电荷移动的方向是电流的反方向，故A 选项错误；在直 流电源的

17、外电路上，电流从电源的正极流向负极，内电路从负极流向正极，故B 选项正确；导体中自由电 荷定向移动形成电流，不一定是电子，C选项错误；电流有方向但是标量，D选项错误。 3. 【答案】 6.2510 15 3.4 10 19 知识点四电流的微观解释 1. 【答案】 AC 【解析】根据电流的定义式可知，在t内通过导线横截面的电荷量qIt， 在这段时间内通过的自由电子数为N q e It e 自由电子定向移动的速率是v，因此在时间t内，位于以横截面为底、长lvt的这段导线内的 自由电子都能通过横截面，如图所示， 这段导线的体积VSlSvt，所以 t内通过横截面的自由电子数为NnVnSvt。 综上可知

18、， A、C正确。 2. 【答案】 B 【解析】质子从质子源运动到靶间的时间，t d v 2 2d v ，通过横截面的电荷量，qIt 2Id v ，质子数N q e 2Id ve .B 选项正确。 3. 【答案】 AB 【解析】截取圆环的任一横截面S，如图所示， 在橡胶圆环运动一周的时间T内 ，通过这个横截面的电荷量为Q，则有Iq t Q T 又T2 ，所以I Q 2 由上式可知，选项A、B正 确。 4. 【答案】 ve 2r 【解析】等效电流为电子沿圆周持续运动时产生的。每经一个周期，通过圆周某点的电荷量为e. 电子 运动的周期T2r/v，由Iq/t得Ie/Tve/(2 r) 。 1. 有稳定

19、电流时关于导体中的恒定电场, 下列说法中正确的是( ) A.导体中的电场是由电源两极电荷在空间直接形成的 B.导体中的电场是导体内自由电荷形成的 C.由于处于静电平衡状态, 导体内场强为零 D.导体中的电场分布不随时间变化 2( 多选 )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路持续地提供自由电荷 B电源的作用是使电路中的电荷发生定向移动 C电源的作用就是能保持导体两端的电压，使电路中有持续的电流 D电源的作用就是使自由电荷运动起来 3关于电源和电流，下列说法中正确的是( ) A电流是由大量电荷的无规则运动形成的 B电路中只要有电源，就一定会有电流 C在电源外部，电流从电

20、源的正极流向负极 D电流的方向总是从电源的正极流向负极 4. 关于电流 , 下列说法中正确的是( ) A.通过导线截面的电荷量越多, 电流越大 B.导体内没有电流, 说明导体内部的电荷没有移动 C.单位时间内通过导体截面的电荷量越多 , 导体中的电流越大 D.因为电流有方向, 所以电流是矢量 5横截面积为0.5 cm 2 的导电液体中，每秒有0.2 C正电荷和0.3 C负电荷相向运动，则电流是( ) A0.2 AB0.3 AC0.5 AD10 4A 6铜的相对原子质量为m ，密度为，每摩尔铜原子有n 个自由电子，今有一根横截面积为S的铜导线， 当通过的电流为I 时，电子平均定向移动的速率为(

21、) A光速 c B. I neS C. I neSm D. mI neS 7电路中每分钟有60 万亿个自由电子通过横截面积为0.6410 6m2 的导线，那么电路中的电流是( ) A0.016 AB1.6 mAC16 AD 0.16 A 答案与解析 1. 【答案】 D 【解析】导体中的电场是由电源、导线所积累的电荷共同形成的, 当电路达到稳定时, 导体中的电场为 恒定电场 ,不随时间变化, 故选项 A,B,C 错误 , 选项 D正确 . 2. 【答案】BC 【解析】电源的作用是保持导体两端的电压，在导体内建立恒定电场，导体内的自由电荷就会在电场 力作用下定向移动形成电流，则B、C正确，A、D错

22、误 3. 【答案】C 4. 【答案】 C 【解析】通过导线截面的电荷量与时间的比值决定了电流的大小, 选项 A错误 ; 导体中没有电流, 说明自 由电荷没有定向移动, 但自由电荷并不是不移动, 选项B 错误 ; 单位时间内通过导体截面的电荷量越多,导体 中的电流越大, 选项 C正确 ; 电流有方向 , 但电流是标量, 选项 D错误 . 5. 【答案】C 【解析】 I q t 0.2 0.3 1 A0.5 A，故选C. 6. 【答案】D 【解析】假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 vt S 中的自由电子数，而体积为vtS 的铜的质量为vtS ，摩尔数为 vtS m ， 所以电荷量q vtS ne m . 因电流 I q t vSne m ，解得： v Im neS . 7. 【答案】D 【解析】由I q t 610 131.6 1019 60 A1.6 10 7A 0.16 A.