2017屆高中物理第3章恒定電流第1講電流學(xué)案魯科版選修.docx

第1講電流目標(biāo)定位1.知道持續(xù)電流產(chǎn)生的條件，并能進行微觀解釋.2.了解電流速度(傳導(dǎo)速度)、自由電子熱運動的平均速度和電子漂移速度(即電子定向移動速度).3.理解電流的定義，知道電流的單位、方向的確定，會用公式qIt分析相關(guān)問題一、電流的形成1形成電流的條件：(1)自由電荷；(2)電壓2形成持續(xù)電流的條件：導(dǎo)體兩端有持續(xù)電壓二、電流的速度1電流的速度：等于電場的傳播速度，它等于3.0108m/s.2自由電子的運動速率：常溫下，金屬內(nèi)的自由電子以105_m/s的平均速率在無規(guī)則的運動3電子定向移動的速率：數(shù)量級大約是105m/s，被形象的稱為“電子漂移”想一想導(dǎo)線內(nèi)自由電子的定向移動速率等于電流的傳導(dǎo)速率嗎？為什么？答案不等于，事實上電子定向移動的速率是很慢的，而且跟導(dǎo)體材料有關(guān)，只是導(dǎo)體中自由電子的定向移動是產(chǎn)生電流的原因電流的速率可以認(rèn)為等于光速三、電流的方向1電流的方向：正電荷的定向移動的方向規(guī)定為電流的方向；2在電源外部的電路中電流的方向：從電源正極流向負(fù)極；在電源內(nèi)部的電路中電流的方向：從電源負(fù)極流向正極想一想金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電荷的移動方向一致嗎？為什么？答案不一致，電流的方向是指正電荷定向移動的方向，而金屬導(dǎo)體中自由電荷是電子，電子的定向移動方向與電流方向相反四、電流的大小和單位1定義：在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體任一橫截面的電荷量稱為電流2定義式：I.3單位：國際單位：安培，符號A；常用單位：mA、A換算關(guān)系為1A103mA106A.4直流電：方向不隨時間改變的電流叫做直流電恒定電流：方向和強弱都不隨時間改變的電流叫做恒定電流想一想電流是有大小和方向的物理量，電流是矢量嗎？答案不是電流的計算不滿足平行四邊形定則.一、電流形成條件及三種速率的理解1電流的形成條件(1)回路中存在自由電荷金屬導(dǎo)體的自由電荷是電子電解液中的自由電荷是正、負(fù)離子(2)導(dǎo)體兩端有電壓：電場對電荷有力的作用，例如兩個導(dǎo)體間存在電勢差，當(dāng)用一導(dǎo)線連接時，導(dǎo)線中的自由電子會在電場力的作用下運動，形成電流(3)導(dǎo)體兩端有持續(xù)電壓是導(dǎo)體中形成持續(xù)電流的條件導(dǎo)體兩端有了持續(xù)電壓，導(dǎo)體中的自由電子就會在電場力的持續(xù)作用下形成持續(xù)不斷的電流2電路中三種速率的比較(1)電子熱運動的速率：構(gòu)成導(dǎo)體的電子在不停地做無規(guī)則熱運動，由于熱運動向各個方向運動的機會相等，故不能形成電流，常溫下電子熱運動的速率數(shù)量級為105m/s.(2)電子定向移動的速率：電子定向移動的速率很小，數(shù)量級為105m/s.自由電子在很大的無規(guī)則熱運動的速率上又疊加上了一個很小的定向移動的速率(3)電流傳導(dǎo)速率：等于光速，閉合開關(guān)的瞬間，電路中各處以真空中光速c建立恒定電場，電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向移動而形成了電流例1在導(dǎo)體中有電流通過時，下列說法正確的是()電子定向移動速率很小電子定向移動速率即是電場傳導(dǎo)速率電子定向移動速率是電子熱運動速率在金屬導(dǎo)體中，自由電子只不過在速率很大的無規(guī)則熱運動上附加了一個速率很小的定向移動ABCD答案D解析電子定向移動的速率很小，數(shù)量級為105m/s，自由電子只不過在速率很大的熱運動上附加了很小的定向移動的速率故、正確電場的傳導(dǎo)速率為光速c3108 m/s，無規(guī)則熱運動速率的數(shù)量級為105m/s.故、錯誤，故選D.借題發(fā)揮電荷定向移動的速率很小，當(dāng)電路閉合后，并不是電荷瞬間從電源運動到用電器，而是瞬間在系統(tǒng)中形成電場，使導(dǎo)體中所有自由電荷同時定向移動形成電流二、電流的表達式1電流雖然有方向但是標(biāo)量2I是電流的定義式，電流與電量無正比關(guān)系，電流與時間也無反比關(guān)系3在應(yīng)用I計算時注意：要分清形成電流的自由電荷的種類對金屬來講，是自由電子的定向移動，電量q為通過橫截面的自由電子的電量對電解液來講，是正、負(fù)離子同時向相反方向定向移動，電量q為正、負(fù)離子電荷量絕對值之和例2在某種帶有一價離子的水溶液中，正、負(fù)離子在定向移動，方向如圖1所示如果測得2s內(nèi)分別有1.01018個正離子和1.01018個負(fù)離子通過溶液內(nèi)部的橫截面M，則溶液中電流的方向如何？電流多大？圖1答案由A指向B0.16A解析水溶液中導(dǎo)電的是自由移動的正、負(fù)離子，它們在電場的作用下向相反方向定向移動電學(xué)中規(guī)定，電流的方向為正電荷定向移動的方向，所以溶液中電流的方向與正離子定向移動的方向相同，即由A指向B.每個離子的電荷量是e1.601019C該水溶液導(dǎo)電時負(fù)離子由B向A運動，負(fù)離子的定向移動可以等效看做是正離子反方向的定向移動所以，一定時間內(nèi)通過橫截面M的電荷量應(yīng)該是正、負(fù)兩種離子電荷量的絕對值之和IA0.16A.借題發(fā)揮電流的定義式I中，q是時間t內(nèi)通過某一截面的電荷量，而不是單位截面積內(nèi)的電荷量三、電流強度的微觀表達式1建立模型：如圖2所示，導(dǎo)體長為l，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速率為v，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q.圖22理論推導(dǎo)：AD導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù)：NnlS.總電荷量QNqnlSq.所有這些電荷都通過橫截面D所需要的時間：t.根據(jù)公式qIt可得：導(dǎo)體AD中的電流：InqSv.3結(jié)論：從微觀上看，電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個自由電荷的電荷量、定向移動速率的大小，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)例3一段粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，金屬導(dǎo)體內(nèi)的自由電子的電荷量為e，自由電子做無規(guī)則熱運動的速率為v0，導(dǎo)體中通過的電流為I，以下說法中正確的有()A自由電子定向移動的速率為v0B自由電子定向移動的速率為vC自由電子定向移動的速率為真空中的光速cD自由電子定向移動的速率為v答案B解析InevS，所以vv為自由電子定向移動的速率.電流形成條件及三種速率的理解1關(guān)于電流，以下說法正確的是()A通過截面的電荷量多少就是電流的大小B電流的方向就是電荷定向移動的方向C在導(dǎo)體中，只要自由電荷在運動，就一定會形成電流D導(dǎo)體兩端沒有電壓就不能形成電流答案D解析根據(jù)電流的概念，電流是單位時間內(nèi)通過截面的電荷量，知A項錯規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向，知B項錯自由電荷持續(xù)的定向移動才會形成電流，知C錯、D對2在導(dǎo)體中有電流通過時，下列說法正確的是()A電子定向移動速率很小B電子定向移動速率即是電場傳導(dǎo)速率C電子定向移動速率是電子熱運動速率D在金屬導(dǎo)體中，自由電子只不過在速率很大的無規(guī)則熱運動上附加了一個速率很小的定向移動答案AD解析電子定向移動的速率很小，數(shù)量級為105m/s，自由電子只不過在速率很大的熱運動上附加了速率很小的定向移動故A、D正確電場的傳導(dǎo)速率為光速c3108 m/s，無規(guī)則熱運動速率的數(shù)量級為105m/s.故B、C錯公式I的理解與應(yīng)用3電路中有一電阻，通過電阻的電流為5A，當(dāng)通電5分鐘時，通過電阻橫截面的電子數(shù)為()A1500個B9.3751019個C9.3751021個D9.3751020個答案C解析qIt，n9.3751021個電流強度的微觀表達4如圖3所示，一根橫截面積為S的均勻長直橡膠棒上帶有均勻的負(fù)電荷，每單位長度上電荷量為q，當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運動時，由于棒運動而形成的等效電流大小為()圖3AqvB.CqvSD.答案A解析ts內(nèi)棒通過的長度lvt，總電荷量Qqlqvt.由Iqv，故選項A正確題組一對電流的理解1關(guān)于電流，下列敘述正確的是()A只要將導(dǎo)體置于電場中，導(dǎo)體內(nèi)就有持續(xù)電流B電源的作用是可以使電路中有持續(xù)電流C導(dǎo)體內(nèi)沒有電流時，就說明導(dǎo)體內(nèi)部的電荷沒有移動D恒定電流是由恒定電場產(chǎn)生的答案BD2關(guān)于電流的方向，下列說法中正確的是()A電源供電的外部電路中，電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端B電源內(nèi)部，電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端C電子運動形成的等效電流方向與電子運動方向相同D電子運動形成的等效電流方向與電子運動方向相反答案AD解析在電源的外部電路中，電流從正極流向負(fù)極，在電源內(nèi)部，電流從負(fù)極流向正極，電源正極電勢高于負(fù)極電勢，所以A正確，B錯誤；電子帶負(fù)電，電子運動形成的電流方向與電子運動的方向相反，C錯誤，D正確3關(guān)于電流的方向，下列描述正確的是()A規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向B規(guī)定自由電荷定向移動的方向為電流的方向C在金屬導(dǎo)體中，自由電子定向移動的方向為電流的反方向D在電解液中，由于正、負(fù)離子的電荷量相等，定向移動的方向相反，故無電流答案AC解析規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，故A對，B錯；金屬導(dǎo)體中定向移動的是自由電子，電子帶負(fù)電，故電子運動的方向與電流的方向相反，C正確；在電解液中，正、負(fù)離子的電荷量相等，定向移動的方向相反，產(chǎn)生的電流的方向相同，故D錯誤題組二公式I的理解與應(yīng)用4關(guān)于電流的說法中正確的是()A根據(jù)I，可知I與q成正比B如果在任何相等的時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量相等，則導(dǎo)體中的電流是恒定電流C電流有方向，電流是矢量D電流的單位“安培”是國際單位制中的基本單位答案D解析依據(jù)電流的定義式可知，電流與q、t皆無關(guān)，顯然選項A錯誤雖然電流是標(biāo)量，但是卻有方向，因此在任何相等的時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量雖然相等，但如果方向變化，電流也不是恒定電流，所以，選項B錯誤電流是標(biāo)量，故選項C錯誤5如圖1所示，電解池內(nèi)有一價的電解液，ts內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1，負(fù)離子數(shù)是n2，設(shè)元電荷為e，則以下解釋中正確的是()圖1A正離子定向移動形成電流方向從AB，負(fù)離子定向移動形成電流方向BAB溶液內(nèi)正負(fù)離子向相反方向移動，電流抵消C溶液內(nèi)電流方向從A到B，電流ID溶液中電流方向從A到B，電流I答案D解析正電荷的定向移動方向就是電流方向，負(fù)電荷定向移動的反方向也是電流方向，有正負(fù)電荷反向經(jīng)過同一截面時，I公式中q應(yīng)該是正、負(fù)電荷量絕對值之和故I，電流方向由A指向B，故選項D正確6如圖2所示，將左邊的銅導(dǎo)線和右邊的鋁導(dǎo)線連接起來，已知截面積S鋁2S銅在銅導(dǎo)線上取一截面A，在鋁導(dǎo)線上取一截面B，若在1s內(nèi)垂直地通過它們的電子數(shù)相等那么，通過這兩截面的電流的大小關(guān)系是()圖2AIAIBBIA2IBCIB2IAD不能確定答案A解析這個題目中有很多干擾項，例如兩個截面的面積不相等，導(dǎo)線的組成材料不同等等但關(guān)鍵是通過兩截面的電子數(shù)在單位時間內(nèi)相等，根據(jù)I可知電流強度相等題組三電流強度的微觀表達式7導(dǎo)體中電流I的表達式InqSv，其中S為導(dǎo)體的橫截面積，n為導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，q為每個自由電荷所帶的電荷量，v是()A導(dǎo)體運動的速率B導(dǎo)體傳導(dǎo)的速率C電子熱運動的速率D自由電荷定向移動的速率答案D解析從微觀上看，電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個自由電荷的電荷量、定向移動速率，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)，公式InqSv中的v就是自由電荷定向移動的速率故選D.8金屬導(dǎo)體內(nèi)電流增強，是因為()A導(dǎo)體內(nèi)單位體積的自由電子數(shù)增多B導(dǎo)體內(nèi)自由電子定向移動的速率增大C導(dǎo)體內(nèi)電場的傳播速率增大D導(dǎo)體內(nèi)自由電子的熱運動速率增大答案B解析對于確定的金屬導(dǎo)體，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)是一定的，而且導(dǎo)體內(nèi)電場的傳播速率也是一定的，所以A、C錯導(dǎo)體內(nèi)電流增強是由于自由電子定向移動的速率增大，使得單位時間內(nèi)穿過導(dǎo)體橫截面的電荷量增大，B正確導(dǎo)體內(nèi)自由電子的熱運動速率增大會阻礙電流增強，D錯誤9有甲、乙兩導(dǎo)體，甲的橫截面積是乙的2倍，而單位時間內(nèi)通過乙導(dǎo)體橫截面的電荷量是甲的2倍，以下說法正確的是()A甲、乙兩導(dǎo)體的電流相同B乙導(dǎo)體的電流是甲導(dǎo)體的2倍C乙導(dǎo)體中自由電荷定向移動的速率是甲導(dǎo)體的2倍D甲、乙兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動的速率大小相等答案B解析