2020年高中物理(人教选修3-1)配套学案：第2章--学案1-电源和电流.docx

学案1电源和电流学习目标定位 1.了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场.2.理解电流的定义，知道电流的单位、方向的确定，会用公式qIt分析相关问题一、电源1定义：能把电子从正极搬运到负极的装置2作用： (1)维持电路两端有确定的电势差(2)使闭合电路中保持持续的电流二、恒定电流1恒定电场(1)恒定电场：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫恒定电场(2)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化2恒定电流(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流(2)公式：I或qIt，其中：I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量(3)单位：安培，符号A；常用的电流单位还有：毫安(mA)、微安(A)1 A103 mA；1 A106 A.一、电源问题设计有A、B两个导体，分别带正、负电荷假如在它们之间连接一条导线R，如图1所示，导线R中的自由电子便会在静电力的作用下定向运动，B失去电子，A得到电子，四周电场快速减弱，A、B之间的电势差很快就消逝怎样使A、B导体维持确定的电势差，使导线中保持持续的电流？图1答案在A、B间接一电源要点提炼1产生电流的条件：导体两端存在电压2形成持续电流条件：导体两端存在持续电压3电源的作用：维持电路两端始终有确定的电势差，使电路中保持持续的电流延长思考电容器放电过程瞬间完成，不会形成持续电流，而干电池可使电路中保持持续的电流，为什么？答案电容器放电过程中正、负电荷中和，放电电流瞬间消逝，不能在电路中形成持续的电流，而干电池内部能够通过非静电力的作用维持电池两极电势差不变，使电路中保持持续的电流，这正是干电池内部非静电力作用的结果二、电流表达式I及其方向问题设计对电流表达式I，有人认为“I与q成正比，与t成反比”，对吗？I与q、t有关吗？答案不对；I与q、t无关要点提炼1电流指单位时间内通过导体任一横截面的电荷量，即I，其中q是时间t内通过某截面的电荷量2电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I时，q为正电荷的总电荷量和负电荷总电荷量的确定值之和3在应用I计算时留意：(1)各个物理量的单位都用国际制单位电流的国际单位安培(A)是国际单位制中七个基本单位之一(2)电量q与时间t要对应4电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流方向相反延长思考有的同学说：“电流有方向，电流就是矢量”对吗？答案不对，电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量是标量三、电流的微观表达式问题设计如图2所示，AD表示粗细均匀的一段长为l的导体，两端加确定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，导体每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.试证明：导体内的电流可表示为InqSv.图2答案AD导体中的自由电荷总数：NnlS总电荷量QNqnlSq全部这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t依据公式QIt可得：导体AD中的电流InqSv.要点提炼1从微观上看，电流InqSv，即I打算于导体中单位体积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量q、自由电荷定向移动速率v，导体的横截面积S.2电流的形成是电子在速率很大的无规章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，使导体中全部自由电荷在电场力的作用下共同定向移动，并不是电荷瞬间从电源运动到用电器3三种速率的比较(1)电子定向移动速率：电子在金属导体中的平均运动速率，也是公式IneSv的v，大小约为105 m/s(2)电流的传导速率：电流在导体中的传导速率等于光速，为3108 m/s.闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流(3)电子热运动速率：电子做无规章热运动的速率，大小约为105 m/s.由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流一、对电源作用的理解例1现代生活离不开电源，电子表、照相机、移动电话、计算器及很多电子产品，都需要配备各式各样的电源，关于电源，以下说法正确的是()A电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差B电源的作用就是将其他形式的能转化为电能C只要电路中有电源，电路中就确定有电流D电源实质上也是一个用电器，也需要外界供应能量解析电源的作用是维持正、负极之间恒定的电势差，这需要电源不断地将其内部的负电荷向负极聚集，将正电荷向正极聚集，外电路中自由电子在电场力的作用下向正极移动，在电源内部，需要将正极上的电子搬运到负极，维持电势差不变，故A错；从能量角度来看，电源在搬运电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其他形式的能转化为电能，B对；电路中有电流不仅需要电源，还需要电路是闭合的，故C错；电源是对电路供应能量的装置，故D错答案B二、对电流的理解及计算例2关于电流的概念，下列说法中正确的是()A导体中有电荷运动就形成电流B电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向运动的方向C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D对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零解析导体中有大量的自由电子，总在不停地做无规章运动，没有定向运动，在一段时间t内，通过导体某一截面的电荷是双向的，其数值又是相等的，电流为零，故A错；电流是一个标量，由于其运算不符合矢量运算法则为了便于争辩电流，人们规定正电荷定向运动的方向为电流的正方向，以区分于负电荷的定向运动，故B错；在国际单位制中，共有七个基本量，电流是其中之一，故C正确；对于导体，其两端电势差为零时，导体内无电场，电子不能定向运动，故电流为零，D正确答案CD例3某电解池中，若在2 s内各有1.01019个二价正离子和2.01019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是()A0 B0.8 AC1.6 A D3.2 A解析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确定值的和在2 s内通过截面的总电荷量应为q1.6101921.01019 C1.6101912.01019 C6.4 C由电流的定义式知：I A3.2 A.答案D针对训练一硫酸铜电解槽的横截面积为2 m2，在0.04 s内若相向通过同一横截面的铜离子和硫酸根离子分别为5.6251018个和4.7351018个，则电解槽中的电流是多大？方向如何？答案82.88 A，方向与铜离子定向移动的方向相同解析电解槽中的电流是铜离子和硫酸根离子分别向相反的方向运动形成的所以电流的方向与铜离子定向移动的方向相同铜离子和硫酸根离子都是二价离子，每个离子的电荷量为q1q221.61019 C所以I A82.88 A方向与铜离子定向移动的方向相同1(对电源作用的理解)关于电源，下列说法中正确的是()A电源的作用是使绝缘材料体变成导体B电源是将电能转化为其他形式能的装置C电源是为电路产生并供应自由电荷的装置D电源是将其他形式的能转化为电能的装置答案D2(对电流的理解)关于电流的方向，下列叙述中正确的是()A金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定C不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同答案C解析电流是有方向的，电流的方向是人为规定的物理上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向确定与电流的方向相反3(公式I的应用)电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为()A1 500个B9.3751019个C9.3751021个D9.3751020个答案C解析qIt，n9.3751021个4(电流的微观表达式)导体中电流I的表达式为InqSv，其中S为导体的横截面积，n为导体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电流传导的速率C电子热运动的速率 D自由电荷定向移动的速率答案D解析从微观上看，电流打算于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量和定向移动速率，还与导体的横截面积有关，故选D.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InqSv中的v.题组一对电源、电流概念的理解及导线中电场的生疏1下列关于电源的说法正确的是()A电源就是电压B电源的作用是使电源的正、负极保持确定量的正、负电荷，维持确定的电势差C与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的D在电源内部正电荷由负极流向正极，负电荷由正极流向负极答案BD解析在电源内部由非静电力将正电荷由负极搬到正极，将负电荷由正极搬到负极，使正、负极维持确定的电势差，电源不是电压，故A错，B、D正确导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，故C错2关于电流的说法中正确的是()A依据Iq/t，可知I与q成正比B假如在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C电流有方向，电流是矢量D电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位答案D解析依据电流的定义式可知，电流与q、t皆无关，明显选项A错误虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但假如方向变化，电流也不是恒定电流，所以，选项B、C错误3关于电流的方向，下列说法中正确的是()A电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端B电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端C电子定向移动形成的等效电流方向与电子定向移动方向相同D电子定向移动形成的等效电流方向与电子定向移动方向相反答案AD解析在电源的外部电路中，电流从正极流向负极，在电源内部，电流从负极流向正极，电源正极电势高于负极电势，所以A正确，B错误；电子带负电，电子定向移动形成的电流方向与电子定向移动的方向相反，C错误，D正确题组二对公式I的理解和应用4关于电流，下列叙述正确的是()A只要将导体置于电场中，导体内就有持续电流B电源的作用可以使电路中有持续电流C导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有移动D恒定电流是由恒定电场产生的答案BD解析电流在形成时有瞬时电流和恒定电流，瞬时电流是电荷的瞬时移动形成的，而恒定电流是导体两端有稳定的电场形成的，电源的作用就是在导体两端加上稳定的电压，从而在导体内部毁灭稳定的电场，可见本题答案应选B、D.5关于导线中的电场，下列说法正确的是()A导线内的电场线可以与导线相交B导线内的电场E是由电源电场E0和导线侧面积累电荷形成的电场E叠加的结果C导线侧面积累电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态D导线中的电场是静电场的一种答案B解析导线内的电场线与导线是平行的，故A错；导线中的电场是电源电场和导线侧面积累电荷形成的电场叠加而成的，故B对；导线内电场不为零，不是静电平衡状态，导线中的电场是恒定电场，并非静电场的一种，故C、D错；故正确答案为B.6在示波管中，电子枪2 s放射了61013个电子，则示波管中电流的大小为()A4.8106 AB31013 AC3106 AD9.6106 A答案A解析电子枪2 s放射的电荷量q610131.61019 C9.6106 C，所以示波管中的电流大小为I A4.8106 A，故A正确，B、C、D错误7我国北京正、负电子对撞机的储存环是周长为240 m的近似圆形轨道，电子电荷量e1.61019 C，在整个环中运行的电子数目为51011个，设电子的运行速度是3107 m/s，则环中的电流是()A10 mA B1 mAC0.1 mA D0.01 mA答案A解析电子运动一周的时间为T，在T时间内通过任意横截面的电量为：qne，电流为：I A10 mA.8.如图1所示的电解池，在1 s的时间内，共有3 C的正离子和3 C的负离子通过截面xy，则这个电路中的电流是()图1A0 AB1.5 AC3 AD6 A答案D解析电解液中的正、负离子定向移动的方向相反，故它们产生同向的电流，由公式I得，电路中的电流I A6 A，故D正确9假如导线中的电流为1 mA，那么1 s内通过导体横截面的自由电子数是多少个？若“220 V60 W”的白炽灯正常发光时的电流为273 mA，则20 s内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个？答案6.251015个3.41019个解析qIt11031 C1103 C，设电子的数目为n，则：n个6.251015个当“220 V60 W”的白炽灯正常发光时，I273 mA.qIt27310320 C5.46 C.设电子的数目为N，则N个3.41019个10非洲电鳐的捕猎方式是放电电死猎物，它放电的电压可达100 V，电流50 A，每秒钟放电150次，其放电状况可近似看做以如图2所示的图线则放电1秒钟非洲电鳐放出的电量为()图2A25 C B50 C C150 C D250 C答案A解析由题图象可得1秒钟该鱼的放电时间为0.5 s，依据电流的定义式I，可得qIt500.5 C25 C，故A正确11.盛夏的入夜，正值大地由吵闹归于沉睡之际，天空却不甘孤独地施放着大自然的烟火，上演着一场精彩的闪电交响曲某摄影爱好者拍摄到的闪电如图3所示，闪电产生的电压、电流是不稳定的，假设这次闪电产生的电压可等效为2.5107 V、电流可等效为2105 A、历时1103 s，则：图3(1)若闪电定向移动的是电子，这次闪电产生的电荷量以0.5 A的电流给小灯泡供电，能维持多长时间？(2)这次闪电释放的电能是多少？答案(1)400 s(2)5109 J解析(1)依据电流的定义式I，可得qIt2105103C200 C，供电时间t s400 s(2)这次闪电释放的电能为EqU2002.5107 J5109 J12已知电子的电荷量为e，质量为m，氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少？答案解析依据电流大小的定义式去求解，截取电子运动轨道的任一截面，在电子运动一周的时间T内，通过这个截面的电荷量Qe.则有：I，再由库仑力供应向心力，有：kmr得T 解得I13.如图4所示的电解槽中，假如在4 s内各有8 C的正、负电荷通过面积为0.8 m2的横截面AB，那么图4(1)在图中标出正、负离子定向移动的方向；(2)电解槽中的电流方向如何？(3)4 s内通过横截面AB的电荷量为多少？(4)电解槽中的电流为多大？答案(1)见解析(2)向右(3)16 C(4)4 A解析(1)电源与电解槽中的两极相连后，左侧电极电势高于右侧电极，由于在电极之间建立电场，电场方向由左指向右，故正离子向右移动，负离子向左移动(2)电解槽中的电流方向向右(3)8 C的正电荷向右通过横截面AB，而8 C的负电荷向左通过该横截面，相当于又有8 C正电荷向右通过横截面，故4 s内通过横截面AB的电荷量为16 C.(4)由电流的定义I A4 A.