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- 2021-05-23 发布
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电源和电流
课前预习:
一、电源
1.带正、负电荷的导体通过导线放电只能形成瞬间的电流:如图所示,当用导线连接带正、负电荷的导体A、B时,导线中的自由电子便会在静电力的作用下沿导线做定向移动,带负电的导体B________电子,带正电的导体A________电子,周围电场迅速减弱,两导体间的电势差很快消失,电流是________的.
2.电源能给电路提供持续的电流:在两个导体间加一个装置P,如图所示,它能源源不断地把经导线流到A的电子取走,补充给B,使A、B始终保持一定数量的正、负电荷,A、B周围空间始终存在一定的______,A、B之间始终保持一定的______.这样电路就始终保持持续的________,这种搬运电荷的装置P就是________.
二、恒定电场
导线内的电场,是由电源、导线等电路元件所积累的________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,形成一种________平衡,这样________的分布是稳定的,形成的________也是稳定的,不随时间而改变,称为恒定电场.
三、恒定电流
1.恒定电流:由于恒定电场的作用,电路中的电流保持恒定.我们把______________都不随时间变化的电流称为恒定电流.
2.电流:(1)定义:通过导体截面的________与通过这些电荷量所用________的比值,叫做电流强度,简称电流.
(2)公式表达:I=,或写成电荷量的表达式:__________.
(3)单位:在国际单位制中是______,简称安,符号是A.更小的单位还有________ (mA)、________(μA),换算关系为:1 A=103 mA=106 μA.
课内探究:
一、电源
[问题情境]
电闪雷鸣时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光,但它只能存在一瞬间,手电筒中小灯泡能持续发光.
导体中的电流是怎样形成的?
1.导体中有电流,是因为自由电子做什么运动?
2.电路中之所以能有持续的电流,是因为电路两端维持着一定的电势差,这是什么元件在起作用?
[要点提炼]
1.要使电路中保持持续的电流,电路两端之间要有一定的________.
2.电源的作用:维持电路两端始终有一定的________,使电路中保持______________.
二、恒定电场
[问题情境]
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.这些电荷也在运动,电荷的分布却是稳定的,这是为什么?
[要点提炼]
1.由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,称为____________.
2.在恒定电场中,任何位置的电场强度都不随时间变化,所以它的基本性质与________相同.在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等,在恒定电场中________.
三、恒定电流
[问题情境]
1.什么样的电流被称为恒定电流?
2.我们用什么物理量来描述电流的强弱程度?
3.电流的传播速度是光速,电子在导线中也是以光速移动吗?
[要点提炼]
1.我们把________都不随时间变化的电流称为恒定电流.
2.________是描述电流强弱的物理量,其单位是________,电荷量q=________.
例1 某电解池中,若在2 s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面,那么通过这个截面的电流是( )
A.0 B.0.8 A
C.1.6 A D.3.2 A
例2 电子的绕核运动可等效为环形电流.若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,则其等效电流等于多少?
例3 截面积为S的导线中通有电流I.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Δt内通过导线横截面的电子数是( )
A.nSvΔt B.nvΔt C. D.
变式训练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( )
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=
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=
【课后练习】
1.关于电流的概念,下列说法正确的是( )
A.通过导体横截面的电荷量越多,电流越大
B.电子定向移动的速率越大,电流越大
C.单位时间内通过导体某横截面的电荷量越多,导体中的电流越大
D.电流的传导速率越大,电流越大
2. 如图所示,电解池内有一价的电解液,t s内通过溶液内截面S的正离子数是n1,负离子数是n2,设基元电荷为e,则以下解释中正确的是( )
A.正离子定向移动形成电流方向从A→B,负离子定向移动形成电流方向B→A
B.溶液内正负离子向相反方向移动,电流抵消
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=
3.导体中电流I的表达式为I=nqSv,其中S为导体的横截面积,n为导体每单位体积内的自由电荷数,q为每个自由电荷所带的电荷量,v是( )
A.导体运动的速率
B.电流传导速率
C.自由电荷定向移动的速率
D.电子热运动速率
4.有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的两倍,而单位时间内通过乙横截面的电荷量是甲的2倍,下列说法中正确的是( )
A.通过甲、乙两导体的电流相同
B.通过乙导体的电流是甲导体的2倍
C.乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍
D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相同
5.如图所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,设棒每米的电荷量为q,当
此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为( )
A.vq B. C.qvS D.
6.下列关于电流的说法中,正确的是( )
A.金属导体中,电流的传播速率就是自由电子定向移动的速率
B.温度升高时,金属导体中自由电子热运动加快,电流也就加大
C.电路接通后,电子就由电源出发,只要经过一个极短的时间就能到达用电器
D.通电的金属导体中,自由电子的运动是热运动和定向移动的合运动,电流的传播速率等于光速
7.通过一个导体的电流是5 A,经过4 min通过该导体一个截面的电荷量是( )
A.20 C B.50 C C.1 200 C D.2 000 C
8.某一探测器因射线照射,内部气体电离,在时间t内有n个二价正离子到达阴极,有2n个电子到达探测器的阳极,则探测器电路中的电流为( )
A.0 B. C. D.
9.银导线的横截面积为S,通一大小为I的电流,设银的密度为ρ,摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA.若每个银原子可以提供一个自由电子,则银导线每单位长度上的自由电子数的计算式为n=__________.