【物理】2019届二轮复习恒定电流中基本概念学案（全国通用） 11页

‎2019届二轮复习 恒定电流中基本概念 学案（全国通用）‎ ‎ 一、电源、恒定电场 ‎1．电源 ‎（1）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一定电势差的装置。‎ ‎（2）电源的作用：‎ ‎①维持电路的两端有一定的电势差。‎ ‎②使电路中保持持续电流。‎ ‎2．恒定电场 ‎（1）定义：由电路中稳定分布的电荷所产生的稳定电场。‎ ‎（2）形成：当电路达到稳定时，导线中电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。‎ ‎（3）特点：任何位置的电场强度都不随时间发生变化。‎ ‎ 二、恒定电流 ‎1．电流：‎ ‎（1）概念：电荷的定向移动形成电流。‎ ‎（2）物理意义：反映了电流的强弱程度。‎ ‎（3）符号及单位：用符号I表示，单位是安培，符号为A。常用的电流单位还有mA、μA，换算关系为：1A＝103mA＝106μA。‎ ‎（4）表达式：I＝q/t。‎ ‎①I＝q/t是电流的定义式，I＝nqSv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。‎ ‎②q＝It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为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。‎ ‎（5）电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，负电荷定向移动的方向为电流的反方向。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。‎ 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。‎ ‎（6）电流的形成条件 ‎①产生电流条件：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．电流的微观解析 ‎（1）电流的微观表达式：‎ 题设：“柱体微元”模型 ‎ ‎①模型构建：带电粒子在外加电场的作用下，形成定向移动的粒子流，从中取一圆柱形粒子流作为研究对象，即为“柱体微元”模型。‎ ‎②模型特点：带电粒子在外加电场的作用下，形成定向移动的粒子流，从中取一圆柱形粒子流作为研究对象，即为“柱体微元”模型。‎ ‎③处理方法：设柱体微元的长度为L，横截面积为S，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，电荷定向移动的速率为v，则 柱体微元中的总电荷量为Q＝nLSq。‎ 电荷通过横截面的时间t＝。‎ 电流的微观表达式I＝＝nqvS。‎ ‎④适用情境：“柱体微元”模型主要解决类流体问题，如微观粒子的定向移动、液体流动、气体流动等问题。‎ ‎（2）电流微观表达式的相关说明 ‎①从微观上看，电流表达式为I＝nqSv，电流由导体中的自由电荷的密度、电荷定向移动的速率、导体的横截面积共同决定。‎ ‎②判断某个量与其他量的变化关系，可以根据公式推导出该物理量的表达式.就能看出该物理量与其他量是否有关，以及随其他量的变化如何变化等。‎ ‎③电流的微观表达式在金属导体、静电除尘、电视机显像管等问题中都有应用。‎ ‎【题1】有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q。此时电子的定向移动速度为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为 A．nvS B．nvΔt C． D． ‎【答案】C ‎【题2】一质量分布均匀的长方体金属导体，在导体的左右两端加一恒定的电压，使导体中产生一恒定电流，其电流的大小为I。已知金属导体的横截面积是S，导体单位长度的自由电子数为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，则下列说法中正确的是 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＝ ‎【答案】D ‎【解析】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n为单位体积内自由电子数，而本题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是长度为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＝，故选项D正确。‎ ‎3．三种速率的比较 电子定向移动的速率 电子热运动的速率 电流传导速率 物 理 意 义 电流是自由电荷定向移动形成的，I＝neSv，其中v就是电子定向移动速率，其大小与导体两端的电压及导体本身的因素有关。‎ 构成导体的电子在永不停息地做无规律运动，由于热运动向各个方向的机会相等，故不能形成电流。温度越高，电子热运动的平均速率越大。‎ 闭合开关瞬间，电路中各处以真空中光速建立恒定电场，在恒定电场作用下，电路中各处自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。‎ 大小 一般数量级为10－5m/s 常温下其数量级为105m/s 恒为3×108m/s ‎【特别提醒】‎ 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。‎ 公式 范围 字母含义 公式含义. .X.X. ]‎ 定义 I＝ 一切 电路 q为时间t内通过导体横截面的电荷量 I与q、t无关，I与q/t值相等 微观 I＝nqSv 一切 电路 n为导体单位体积内自由电荷数；q为每个自由电荷电荷量；S为导体横截面积；v为电荷定向移动速率。‎ 微观量n、q、S、v决定I的大小 决定 I＝ 金属、‎ 电解液 U为导体两端的电压，R为导体本身的电阻 I∝U，I∝ ‎【题3】（多选）关于电流，下列说法中正确的是 A．导线内自由电子定向移动速率远小于电流的传导速率 B．电子热运动的速率越大，电流越大 C．电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向 D．在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位安培是基本单位 ‎【答案】AD ‎【题4】（多选）横截面积为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． ‎【答案】AC ‎【解析】①根据电流的定义式可知，在Δt内通过导线横截面的电荷量q＝IΔt，‎ 在这段时间内通过的自由电子数为N＝＝ ‎②自由电子定向移动的速率是v，因此在时间Δt内，位于以横截面为底、长l＝vΔt 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V＝Sl＝SvΔt，所以Δt内通过横截面的自由电子数为N＝nV＝nSvΔt。综上可知，A、C正确。学 ‎ ‎【题5】如图的电解液接入电路后，在t时间内有n1个一价正离子通过溶液内截面S，有n2个二价负离子通过溶液内截面S，设e为元电荷，则以下关于通过该截面的电流的说法中，正确的是 A．当n1＝n2时，电流大小为零 B．当n1>n2时，电源外部电流方向由A指向B，电流I＝‎ C．当n1110V，B灯被烧毁，两灯不能正常发光。‎ 对于B电路，由于RB>RA，A灯又并联变阻器，并联电阻要小于RB，所以UB>U并，B灯烧毁。‎ 对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110V，两灯可以正常发光。比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为（IA－IB）×110，而D电路中变阻器功率为（IA＋IB）×110，所以C电路消耗电功率最小。‎ ‎【题12】把6个相同电灯接成如图甲、乙所示两电路，调节变阻器，两组电灯均能正常发光。设甲、乙两电路消耗的电功率分别为P1、P2，则 A．P1＜3P2　　 B．P1＝3P2 ‎ C．P1＞3P2 D．3P1＝P2‎ ‎【答案】B ‎【题13】一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压220 V的交流电源上（其内电阻可忽略不计），均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A，则下列说法中正确的是 A．电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω B．电饭煲消耗的电功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W C．1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍 ‎【答案】C ‎【解析】一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的电源上，电饭煲可视为纯电阻，电饭煲的电阻为R＝U/I＝44 Ω，洗衣机主要元件是电动机，不能利用欧姆定律计算线圈的电阻，选项A错误；电饭煲消耗的电功率为P＝UI＝220×5 W＝1 100 W，洗衣机电动机消耗的电功率为P＝UI＝110 W，选项B错误；1 min内电饭煲消耗的电能为Pt＝1 100 W×60 s＝6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为Pt＝110 W×60 s＝6.6×103 J，选项C正确。电饭煲发热功率是I2R＝52×44 W＝1 100 W，根据题述不能计算出洗衣机电动机内阻和发热功率，选项D错误。‎ ‎ ‎