第二章1電源和電流

1、.1電源和電流學(xué)習(xí)目的1.理解電流的形成條件，知道電源的作用和導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng).2.理解電流的定義，知道電流的單位、方向確實(shí)定，會(huì)用公式qIt分析相關(guān)問題.3.會(huì)從微觀的角度表示電流的大小一、電源1定義：能把電子在電源內(nèi)部從電源正極搬運(yùn)到負(fù)極的裝置2作用：移送電荷，維持電源正、負(fù)極間有一定的電勢(shì)差，保持電路中有持續(xù)電流二、恒定電場(chǎng)1定義：由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng)2形成：當(dāng)電路到達(dá)穩(wěn)定時(shí)，導(dǎo)線中的電場(chǎng)是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的3特點(diǎn)：任何位置的電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化，其根本性質(zhì)與靜電場(chǎng)一樣三、恒定電流1定義：大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流2電流

2、的定義式：I，其物理意義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量表示電流強(qiáng)弱程度的物理量即學(xué)即用1判斷以下說(shuō)法的正誤1導(dǎo)體內(nèi)沒有電流時(shí)，就說(shuō)明導(dǎo)體內(nèi)部的電荷沒有運(yùn)動(dòng)×2電流既有大小，又有方向，是矢量×3導(dǎo)體中的電流是正電荷定向挪動(dòng)形成的×4電荷挪動(dòng)的方向就是電流的方向×5電流越大，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多2在一次閃電的過(guò)程中，流動(dòng)的電荷量大約為300 C，持續(xù)的時(shí)間大約是0.005 s，所形成的平均電流強(qiáng)度為6.0×104 A.一、電流的理解和計(jì)算導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示，在裝有導(dǎo)電液體的細(xì)管中，有正、負(fù)兩種電荷向相反的方向運(yùn)動(dòng)，在時(shí)間t內(nèi)通

3、過(guò)細(xì)管某截面的正電荷為q1，通過(guò)此截面的負(fù)電荷為q2.圖11確定通過(guò)導(dǎo)電液體中電流的方向2計(jì)算導(dǎo)電液體中電流的大小答案1電流方向?yàn)檎姾啥ㄏ蚺矂?dòng)方向或負(fù)電荷定向挪動(dòng)的反方向，故導(dǎo)電液體中電流方向?yàn)橛勺笙蛴?I知識(shí)深化1電流的方向：規(guī)定正電荷定向挪動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍敲簇?fù)電荷定向挪動(dòng)的方向與電流的方向相反2電流的大?。?定義式：I.用該式計(jì)算出的電流是時(shí)間t內(nèi)的平均值對(duì)于恒定電流，電流的瞬時(shí)值與平均值相等2兩點(diǎn)說(shuō)明電解液中正、負(fù)離子定向挪動(dòng)的方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向挪動(dòng)形成的電流方向是一樣的，應(yīng)用I求電流時(shí)，q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的絕對(duì)值之和qIt是I的變形，是求電荷量的重

4、要公式其中I是電流在時(shí)間t內(nèi)的平均值特別提醒電流雖然有方向，但它是標(biāo)量，它遵循代數(shù)運(yùn)算法那么例1如圖2所示，電解池內(nèi)有一價(jià)的電解液，t s內(nèi)通過(guò)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，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是圖2A當(dāng)n1n2時(shí)電流強(qiáng)度為零B當(dāng)n1n2時(shí)，電流方向從AB，電流強(qiáng)度為IC當(dāng)n1n2時(shí)，電流方向從BA，電流強(qiáng)度為ID溶液內(nèi)電流方向從AB，電流強(qiáng)度為I答案D解析正離子定向挪動(dòng)方向就是電流方向，負(fù)離子定向挪動(dòng)的反方向也是電流方向；有正、負(fù)離子向相反方向經(jīng)過(guò)同一截面時(shí)，公式I中的q應(yīng)是正、負(fù)離子電荷量絕對(duì)值之和，故I，電流方向由A指向B，與正、負(fù)離子的數(shù)量無(wú)關(guān)，A、B、C

5、錯(cuò)誤，D正確計(jì)算電流時(shí)，要分清形成電流的電荷種類，是只有正電荷或負(fù)電荷，還是正、負(fù)電荷同時(shí)定向挪動(dòng).當(dāng)正、負(fù)電荷都參與定向挪動(dòng)時(shí)，正、負(fù)電荷對(duì)電流的形成都有奉獻(xiàn).針對(duì)訓(xùn)練1某電解池，假如在1 s內(nèi)共有5×1018個(gè)二價(jià)正離子和1×1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過(guò)面積為0.1 m2的某截面，那么通過(guò)這個(gè)截面的電流是A0 B0.8 AC1.6 A D3.2 A答案D二、電流的微觀表達(dá)式導(dǎo)學(xué)探究如圖3所示，AD表示粗細(xì)均勻的一段長(zhǎng)為l的導(dǎo)體，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向挪動(dòng)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(gè)自由電荷的電荷量為q.那么：

6、圖31導(dǎo)體AD內(nèi)的自由電荷全部通過(guò)橫截面D所用的時(shí)間t是多少？2導(dǎo)體AD內(nèi)的自由電荷的總電荷量Q是多少？3這段導(dǎo)體上的電流是多大？答案1t2導(dǎo)體AD內(nèi)的自由電荷總數(shù)NnlS總電荷量QNqnlSq3此導(dǎo)體上的電流InqSv知識(shí)深化電流的微觀表達(dá)式InqvS1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)n、每個(gè)自由電荷的電荷量q、定向挪動(dòng)的速率大小v，還與導(dǎo)體的橫截面積S有關(guān)假設(shè)單位長(zhǎng)度的自由電荷數(shù)為n，那么電流的微觀表達(dá)式為Inqv.2v表示電荷定向挪動(dòng)的速率自由電荷在不停地做無(wú)規(guī)那么的熱運(yùn)動(dòng)，其速率為熱運(yùn)動(dòng)的速率，電流是自由電荷在熱運(yùn)動(dòng)的根底上向某一方向定向挪動(dòng)形成的延伸閱讀三種速率的比

7、較1電子定向挪動(dòng)速率：電子在金屬導(dǎo)體中的平均運(yùn)動(dòng)速率，也是公式IneSv中的v，大小約為105 m/s.2電流的傳導(dǎo)速率：電流在導(dǎo)體中的傳導(dǎo)速率等于光速，為3×108 m/s.閉合開關(guān)的瞬間，電路中各處以光速建立恒定電場(chǎng)，電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)定向挪動(dòng)，整個(gè)電路也幾乎同時(shí)形成了電流3電子熱運(yùn)動(dòng)速率：電子做無(wú)規(guī)那么熱運(yùn)動(dòng)的速率，大小約為105 m/s.由于熱運(yùn)動(dòng)向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)機(jī)相等，故此運(yùn)動(dòng)不能形成電流例2導(dǎo)線中的電流是1 A，導(dǎo)線的橫截面積為1 mm2.1在1 s內(nèi)，有多少個(gè)電子通過(guò)導(dǎo)線的橫截面電子電荷量e1.6×1019 C?2自由電子的平均挪動(dòng)速率是多大設(shè)導(dǎo)體

8、每立方米內(nèi)有8.5×1028個(gè)自由電子?3自由電子沿導(dǎo)線挪動(dòng)1 m，平均要多少時(shí)間？答案16.25×1018個(gè)27.35×105 m/s33.78 h解析1N6.25×1018個(gè)2由公式IneSv，得v m/s7.35×105 m/s.3沿導(dǎo)線挪動(dòng)1 m需用時(shí)t s3.78 h.針對(duì)訓(xùn)練2如圖4所示，一根截面積為S的均勻長(zhǎng)直橡膠棒上均勻帶有負(fù)電荷，每米電荷量為q，當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于棒運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流大小為圖4Avq B.CqvS D.答案A1對(duì)電源的理解關(guān)于電源的以下說(shuō)法，正確的選項(xiàng)是A電源的作用是在電源內(nèi)部把

9、電子由負(fù)極不斷地搬運(yùn)到正極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢(shì)差B電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由正極不斷地搬運(yùn)到負(fù)極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢(shì)差C只要電路中有電源，電路中就一定有電流D電源本質(zhì)上也是一個(gè)用電器，也需要外界提供能量答案B解析電源的作用是維持正、負(fù)極之間恒定的電勢(shì)差，外電路中自由電子在電場(chǎng)力的作用下向正極挪動(dòng)；在電源內(nèi)部，需要將電子由正極不斷地搬運(yùn)到負(fù)極，故A錯(cuò)，B對(duì)電路中有電流不僅需要電源，還需要電路是閉合的，兩者缺一不可，故C錯(cuò)電源是對(duì)電路提供能量的裝置，故D錯(cuò)2對(duì)I的理解和應(yīng)用電路中有一電阻，通過(guò)電阻的電流為5 A，當(dāng)通電5分鐘時(shí)，通過(guò)電阻橫截面的電子數(shù)為A1 500個(gè) B9.

10、375×1019個(gè)C9.375×1021個(gè) D9.375×1020個(gè)答案C解析由公式qIt，n9.375×1021個(gè)3對(duì)電流微觀表達(dá)式的理解和應(yīng)用有甲、乙兩導(dǎo)體，甲的橫截面積是乙的2倍，而單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)乙導(dǎo)體橫截面的電荷量是甲的2倍，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A通過(guò)甲、乙兩導(dǎo)體的電流一樣B通過(guò)乙導(dǎo)體的電流是甲導(dǎo)體的2倍C乙導(dǎo)體中自由電荷定向挪動(dòng)的速率是甲導(dǎo)體的2倍D甲、乙兩導(dǎo)體中自由電荷定向挪動(dòng)的速率相等答案B解析由于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)乙導(dǎo)體橫截面的電荷量是甲的2倍，因此通過(guò)乙導(dǎo)體的電流是甲的2倍，故A錯(cuò)，B對(duì)由于InqSv，所以v，由于不知道甲、乙兩導(dǎo)體的性質(zhì)n

11、、q不知道，所以無(wú)法判斷v，故C、D錯(cuò)4I的理解與應(yīng)用電子的電荷量為e，質(zhì)量為m，氫原子的電子在原子核的靜電力吸引下做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么電子運(yùn)動(dòng)形成的等效電流大小為多少？答案解析根據(jù)電流大小的定義式去求解，截取電子運(yùn)動(dòng)軌道的任一截面，在電子運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間T內(nèi)，通過(guò)這個(gè)截面的電荷量Qe.那么有：I，再由庫(kù)侖力提供向心力，有：kmr得T 解得I.考點(diǎn)一對(duì)恒定電流的理解1形成持續(xù)電流的條件是A只要有電壓加在物體的兩端B必須保持導(dǎo)體兩端有電壓C只在導(dǎo)體兩端瞬時(shí)加電壓D只要有大量的自由電荷答案B2多項(xiàng)選擇關(guān)于電流的方向，以下描繪正確的選項(xiàng)是A規(guī)定正電荷定向挪動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较駼規(guī)定自由電荷定

12、向挪動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较駽在金屬導(dǎo)體中，自由電子定向挪動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆捶较駾在電解液中，由于正、負(fù)離子的電荷量相等，定向挪動(dòng)的方向相反，故無(wú)電流答案AC3以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A只要有可以自由挪動(dòng)的電荷，就存在持續(xù)電流B金屬導(dǎo)體內(nèi)的持續(xù)電流是自由電子在導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)作用下形成的C電流的傳導(dǎo)速率就是導(dǎo)體內(nèi)自由電子的定向挪動(dòng)速率D在金屬導(dǎo)體內(nèi)當(dāng)自由電子定向挪動(dòng)時(shí)，它們的熱運(yùn)動(dòng)就消失了答案B解析要有持續(xù)電流必須有電壓，A錯(cuò)誤金屬導(dǎo)體中形成持續(xù)電流的原因是在導(dǎo)體兩端加上電壓，于是在導(dǎo)體內(nèi)形成了電場(chǎng)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在電場(chǎng)力作用下定向挪動(dòng)形成電流，B正確電流的傳導(dǎo)速率等于光速，電子定向挪動(dòng)的速率很小，C錯(cuò)

13、誤在形成電流時(shí)電子定向挪動(dòng)，并不是熱運(yùn)動(dòng)就消失了，其實(shí)電子仍然做無(wú)規(guī)那么的熱運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò)誤應(yīng)選B.4在導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A電子定向挪動(dòng)速率接近光速B電子定向挪動(dòng)速率即是電場(chǎng)傳導(dǎo)速率C電子定向挪動(dòng)速率即是電子熱運(yùn)動(dòng)速率D在金屬導(dǎo)體中，自由電子只不過(guò)在速率很大的無(wú)規(guī)那么熱運(yùn)動(dòng)上附加了一個(gè)速率很小的定向挪動(dòng)答案D解析電子定向挪動(dòng)的速率很小，數(shù)量級(jí)為105 m/s，在金屬導(dǎo)體中，自由電子只不過(guò)在速率很大的熱運(yùn)動(dòng)上附加了一個(gè)速率很小的定向挪動(dòng)故A錯(cuò)誤，D正確電場(chǎng)的傳導(dǎo)速率為光速c3×108 m/s，無(wú)規(guī)那么熱運(yùn)動(dòng)速率的數(shù)量級(jí)為105 m/s.故B、C錯(cuò)考點(diǎn)二I的理解與應(yīng)用5

14、在示波管中，電子槍2 s內(nèi)發(fā)射了6×1013個(gè)電子，那么示波管中電流的大小為A4.8×106 A B3×1013 AC3×106 A D9.6×106 A答案A解析電子槍2 s發(fā)射的電荷量q6×1013×1.6×1019 C9.6×106 C，所以示波管中的電流大小為I A4.8×106 A，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤6北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的儲(chǔ)存環(huán)是周長(zhǎng)為240 m的近似圓形軌道當(dāng)環(huán)中電子以光速的流動(dòng)而形成10 mA的電流時(shí)，環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目為光速c3×108 m/s，電子電荷量e1.6

15、×1019 CA5×1010個(gè) B5×1011個(gè)C1×102個(gè) D1×104個(gè)答案B解析電子運(yùn)動(dòng)一周所需要的時(shí)間：t s8×106 s在圓形軌道上任取一橫截面，那么在t時(shí)間內(nèi)通過(guò)該截面的電荷量為：qIt10×103×8×106 C8×108 C環(huán)中具有電子數(shù)N個(gè)5×1011個(gè)7某一探測(cè)器因射線照射，內(nèi)部氣體電離，在時(shí)間t內(nèi)有n個(gè)二價(jià)正離子到達(dá)陰極，有2n個(gè)電子到達(dá)探測(cè)器的陽(yáng)極，那么探測(cè)器電路中的電流為A0 B. C. D.答案D解析由于正、負(fù)電荷的定向挪動(dòng)對(duì)電流的形成都有奉獻(xiàn)，故由I，

16、得I.8.如圖1所示，將左邊的銅導(dǎo)線和右邊的鋁導(dǎo)線連接起來(lái)，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，假設(shè)在1 s 內(nèi)垂直地通過(guò)它們的電子數(shù)相等，那么通過(guò)這兩個(gè)截面的電流的大小關(guān)系是圖1AIAIB BIA2IBCIB2IA D不能確定答案A解析這個(gè)題目中有很多干擾項(xiàng)，例如兩個(gè)截面的面積不相等、導(dǎo)線的組成材料不同等但解題關(guān)鍵是通過(guò)兩截面的電子數(shù)在單位時(shí)間內(nèi)相等，根據(jù)I可知電流相等考點(diǎn)三InqvS的理解與應(yīng)用9多項(xiàng)選擇給一粗細(xì)不均勻的同種材料制成的導(dǎo)體通電，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A粗的地方電流大，細(xì)的地方電流小B粗的地方電荷定向挪動(dòng)速率大，細(xì)的地方小C各處的電流大小一樣D粗的地方電荷定向挪動(dòng)速率小，細(xì)的地方大答案CD解析同一根導(dǎo)線上的電流相等，故C正確，A錯(cuò)誤由InqSv可得v，粗的地方電荷定向挪動(dòng)速率小，細(xì)的地方大，故D正確，B錯(cuò)誤10多項(xiàng)選擇一橫截面積為S的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流為I，設(shè)單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子，電子的電荷量為q.此時(shí)電子的定向挪動(dòng)速率為v，在t時(shí)間內(nèi)，通過(guò)銅導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為AnvSt BnvtC. D.答案AC解析在t時(shí)間內(nèi)，通過(guò)銅導(dǎo)線橫截面的電荷