2020学年高中物理 2.1 电源和电流 学案（人教版选修3-1） 10页

‎2.1 电源和电流 学案（人教版选修3-1） ‎ 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1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．‎ 图1‎ ‎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2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________．‎ 图2‎ 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.‎ 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 听课记录：　‎ ‎　‎ ‎　‎ 变式训练1　如图3所示，电解池内只含有一种CuCl2电解质的电解液，t s内通过溶液内截面S的铜离子数是n，设基元电荷为e，试分析电解液中电流的方向和大小怎样？‎ 图3‎ 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？‎ 变式训练2　如图4所示，一个半径为r的细橡胶圆环，均匀地带上负电荷Q，当它以角速度ω绕中心轴线逆时针匀速转动时，环中等效电流的大小为(　　)‎ 图4‎ A．Q B. C. D. 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. 听课记录：　‎ ‎　‎ ‎　‎ 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＝ ‎【即学即练】‎ ‎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5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(　　)‎ 图 5‎ 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6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(　　)‎ 图6‎ A．vq B. C．qvS D. 参考答案 课前自主学习 一、1.失去　得到　瞬时　2.电场　电势差　电流　电源 二、电荷　动态　电荷　电场 三、1.大小和方向　2.(1)电荷量q　时间t　(2)q＝It (3)安培　毫安　微安 核心知识探究 一、‎ ‎[问题情境]　1.定向　2.电源 ‎[要点提炼]‎ ‎1．电势差　2.电势差　持续的电流 二、‎ ‎[问题情境]‎ 电荷虽然也在流动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的．‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．恒定电场　2.静电场　同样适用 三、‎ ‎[问题情境]‎ ‎1．大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流．‎ ‎2．“电流”这一物理量来描述电流的强弱程度.3.电子在导线中移动速度很慢(见课本例1)，不是光速．‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．大小和方向　2.电流　安培　It 解题方法探究 例1　D　[电荷的定向移动形成电流，但正、负电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和．故由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2 s内通过截面的总电荷量应为：q＝1.6×10‎ ‎－19×2×1.0×‎1019C＋1.6×10－19×1‎ ‎×2.0×‎1019C＝‎6.4 C．根据电流的定义式得：I＝＝ A＝‎3.2 A．]‎ 变式训练1　正离子定向移动方向为电流方向，负离子定向移动方向和电流方向相反，所以电解液中的电流方向由A向B.因电解液中只含电解质CuCl2，二价正离子数为n，则一价负离子数为2n.电解液中是正、负两种离子的定向移动形成电流，故t s内流过某截面的正、负离子的总电荷量为4ne，所以电流I＝4ne/t.‎ 例2　 解析　假想电子绕核运动的轨迹就是一个环形导体，在运动的轨迹上任取一截面，则在一个周期内只有一个电子通过这个截面，由于电子电荷量题目已经给出，只要求出电子运动的周期，就可以根据电流的定义求解．根据圆周运动的知识可知，电子运动的周期为T＝，因此电流为I＝＝＝.‎ 变式训练2　C　[由电流的定义式得I＝＝＝.]‎ 例3　AC　[电荷量q＝It，单位体积内的电子数已知，要求出Δt时间内有多少电子通过截面，才能求出电子数．‎ ‎(1)根据电流的定义式可知，在Δt内通过导线截面的电荷量q＝IΔt. 所以在这段时间内通过的自由电子数为N＝＝，选项C正确．‎ ‎(2)自由电子定向移动的速率是v，因此在时间Δt内，位于以截面S为底、长l＝vΔt的这段导线内的自由电子都能通过截面．这段导线的体积V＝Sl＝SvΔt，所以Δt内通过截面S的自由电子数为N＝nV＝nSvΔt，选项A正确．]‎ 变式训练3　D　[本题考查的是对电流微观表达式I＝nqSv的理解，关键是理解v和n的物理意义，式中的n为单位体积内自由电子数，v为自由电子定向移动的速率，而本题中n为单位长度内的自由电子数，t时间内通过导体某一横截面的自由电子数为长度是vt内的自由电子，其数量为nvt，电荷量q＝nvte，所以电流I＝＝nev，所以v＝，故正确答案为D.]‎ 即学即练 ‎1．BC　[A选项中没有考虑时间的因素．B选项易漏选，当电子的定向移动的速率越大时，单位时间内通过导体横截面的电荷量越大，故电流越大．D选项中，电流的传导速率是定值，为光速c.]‎ ‎2．D　[正离子的定向移动方向就是电流方向，负离子定向移动的反方向也是电流方向，有正负离子反向经过同一截面时，I＝公式中q应该是正、负离子所带电荷量的绝对值之和．故I＝，电流方向由A指向B，故选项D正确．‎ 本题易错原因：对电解液导电问题与金属导电原理易混；避免方法：准确审题，看清导电物质是金属还是电解质．]‎ ‎3．C　[从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、电荷量、定向移动速率，还与导体的横截面积有关．电荷的定向移动形成电流，这个定向移动的速率就是电流微观表达式I＝nqSv中的v，故选C.]‎ ‎4．B　[由于单位时间内通过乙横截面的电荷量是甲的2倍，因此通过乙导体的电流是甲的2倍，故A错，B正确．由于I＝nqSv(n是单位体积中的自由电荷数，q是自由电荷的电荷量，S是导体的横截面积，v是自由电荷定向移动的速率)，所以v＝，由于不知道甲、乙两导体的性质(n、q不知道)，所以无法判断甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率的大小，故C、D错．]‎ ‎5．A　[在垂直棒的运动方向选取某一横截面，设棒长为L，则棒上所有电荷通过这一横截面所用的时间为t＝.由电流定义式I＝可得I＝＝qv，故选项A正确．]‎