2017届高中物理第3章恒定电流第1讲电流学案鲁科版选修.docx

第1讲电流目标定位1.知道持续电流产生的条件，并能进行微观解释.2.了解电流速度(传导速度)、自由电子热运动的平均速度和电子漂移速度(即电子定向移动速度).3.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、电流的形成1形成电流的条件：(1)自由电荷；(2)电压2形成持续电流的条件：导体两端有持续电压二、电流的速度1电流的速度：等于电场的传播速度，它等于3.0108m/s.2自由电子的运动速率：常温下，金属内的自由电子以105_m/s的平均速率在无规则的运动3电子定向移动的速率：数量级大约是105m/s，被形象的称为“电子漂移”想一想导线内自由电子的定向移动速率等于电流的传导速率吗？为什么？答案不等于，事实上电子定向移动的速率是很慢的，而且跟导体材料有关，只是导体中自由电子的定向移动是产生电流的原因电流的速率可以认为等于光速三、电流的方向1电流的方向：正电荷的定向移动的方向规定为电流的方向；2在电源外部的电路中电流的方向：从电源正极流向负极；在电源内部的电路中电流的方向：从电源负极流向正极想一想金属导体中电流的方向与自由电荷的移动方向一致吗？为什么？答案不一致，电流的方向是指正电荷定向移动的方向，而金属导体中自由电荷是电子，电子的定向移动方向与电流方向相反四、电流的大小和单位1定义：在单位时间内通过导体任一横截面的电荷量称为电流2定义式：I.3单位：国际单位：安培，符号A；常用单位：mA、A换算关系为1A103mA106A.4直流电：方向不随时间改变的电流叫做直流电恒定电流：方向和强弱都不随时间改变的电流叫做恒定电流想一想电流是有大小和方向的物理量，电流是矢量吗？答案不是电流的计算不满足平行四边形定则.一、电流形成条件及三种速率的理解1电流的形成条件(1)回路中存在自由电荷金属导体的自由电荷是电子电解液中的自由电荷是正、负离子(2)导体两端有电压：电场对电荷有力的作用，例如两个导体间存在电势差，当用一导线连接时，导线中的自由电子会在电场力的作用下运动，形成电流(3)导体两端有持续电压是导体中形成持续电流的条件导体两端有了持续电压，导体中的自由电子就会在电场力的持续作用下形成持续不断的电流2电路中三种速率的比较(1)电子热运动的速率：构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动的速率数量级为105m/s.(2)电子定向移动的速率：电子定向移动的速率很小，数量级为105m/s.自由电子在很大的无规则热运动的速率上又叠加上了一个很小的定向移动的速率(3)电流传导速率：等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速c建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动而形成了电流例1在导体中有电流通过时，下列说法正确的是()电子定向移动速率很小电子定向移动速率即是电场传导速率电子定向移动速率是电子热运动速率在金属导体中，自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动ABCD答案D解析电子定向移动的速率很小，数量级为105m/s，自由电子只不过在速率很大的热运动上附加了很小的定向移动的速率故、正确电场的传导速率为光速c3108 m/s，无规则热运动速率的数量级为105m/s.故、错误，故选D.借题发挥电荷定向移动的速率很小，当电路闭合后，并不是电荷瞬间从电源运动到用电器，而是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形成电流二、电流的表达式1电流虽然有方向但是标量2I是电流的定义式，电流与电量无正比关系，电流与时间也无反比关系3在应用I计算时注意：要分清形成电流的自由电荷的种类对金属来讲，是自由电子的定向移动，电量q为通过横截面的自由电子的电量对电解液来讲，是正、负离子同时向相反方向定向移动，电量q为正、负离子电荷量绝对值之和例2在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子在定向移动，方向如图1所示如果测得2s内分别有1.01018个正离子和1.01018个负离子通过溶液内部的横截面M，则溶液中电流的方向如何？电流多大？图1答案由A指向B0.16A解析水溶液中导电的是自由移动的正、负离子，它们在电场的作用下向相反方向定向移动电学中规定，电流的方向为正电荷定向移动的方向，所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，即由A指向B.每个离子的电荷量是e1.601019C该水溶液导电时负离子由B向A运动，负离子的定向移动可以等效看做是正离子反方向的定向移动所以，一定时间内通过横截面M的电荷量应该是正、负两种离子电荷量的绝对值之和IA0.16A.借题发挥电流的定义式I中，q是时间t内通过某一截面的电荷量，而不是单位截面积内的电荷量三、电流强度的微观表达式1建立模型：如图2所示，导体长为l，两端加一定的电压，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.图22理论推导：AD导体中的自由电荷总数：NnlS.总电荷量QNqnlSq.所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t.根据公式qIt可得：导体AD中的电流：InqSv.3结论：从微观上看，电流决定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、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关例3一段粗细均匀的金属导体的横截面积为S，导体单位体积内的自由电子数为n，金属导体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，以下说法中正确的有()A自由电子定向移动的速率为v0B自由电子定向移动的速率为vC自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD自由电子定向移动的速率为v答案B解析InevS，所以vv为自由电子定向移动的速率.电流形成条件及三种速率的理解1关于电流，以下说法正确的是()A通过截面的电荷量多少就是电流的大小B电流的方向就是电荷定向移动的方向C在导体中，只要自由电荷在运动，就一定会形成电流D导体两端没有电压就不能形成电流答案D解析根据电流的概念，电流是单位时间内通过截面的电荷量，知A项错规定正电荷定向移动的方向为电流方向，知B项错自由电荷持续的定向移动才会形成电流，知C错、D对2在导体中有电流通过时，下列说法正确的是()A电子定向移动速率很小B电子定向移动速率即是电场传导速率C电子定向移动速率是电子热运动速率D在金属导体中，自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动答案AD解析电子定向移动的速率很小，数量级为105m/s，自由电子只不过在速率很大的热运动上附加了速率很小的定向移动故A、D正确电场的传导速率为光速c3108 m/s，无规则热运动速率的数量级为105m/s.故B、C错公式I的理解与应用3电路中有一电阻，通过电阻的电流为5A，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为()A1500个B9.3751019个C9.3751021个D9.3751020个答案C解析qIt，n9.3751021个电流强度的微观表达4如图3所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为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3AqvB.CqvSD.答案A解析ts内棒通过的长度lvt，总电荷量Qqlqvt.由Iqv，故选项A正确题组一对电流的理解1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电源的作用是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BD2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电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同D电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反答案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，电子运动形成的电流方向与电子运动的方向相反，C错误，D正确3关于电流的方向，下列描述正确的是()A规定正电荷定向移动的方向为电流的方向B规定自由电荷定向移动的方向为电流的方向C在金属导体中，自由电子定向移动的方向为电流的反方向D在电解液中，由于正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，故无电流答案AC解析规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，故A对，B错；金属导体中定向移动的是自由电子，电子带负电，故电子运动的方向与电流的方向相反，C正确；在电解液中，正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，产生的电流的方向相同，故D错误题组二公式I的理解与应用4关于电流的说法中正确的是()A根据I，可知I与q成正比B如果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，显然选项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，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以，选项B错误电流是标量，故选项C错误5如图1所示，电解池内有一价的电解液，ts内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，则以下解释中正确的是()图1A正离子定向移动形成电流方向从AB，负离子定向移动形成电流方向BAB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ID溶液中电流方向从A到B，电流I答案D解析正电荷的定向移动方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，有正负电荷反向经过同一截面时，I公式中q应该是正、负电荷量绝对值之和故I，电流方向由A指向B，故选项D正确6如图2所示，将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来，已知截面积S铝2S铜在铜导线上取一截面A，在铝导线上取一截面B，若在1s内垂直地通过它们的电子数相等那么，通过这两截面的电流的大小关系是()图2AIAIBBIA2IBCIB2IAD不能确定答案A解析这个题目中有很多干扰项，例如两个截面的面积不相等，导线的组成材料不同等等但关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等，根据I可知电流强度相等题组三电流强度的微观表达式7导体中电流I的表达式InqSv，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导体传导的速率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，电流决定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、定向移动速率，还与导体的横截面积有关，公式InqSv中的v就是自由电荷定向移动的速率故选D.8金属导体内电流增强，是因为()A导体内单位体积的自由电子数增多B导体内自由电子定向移动的速率增大C导体内电场的传播速率增大D导体内自由电子的热运动速率增大答案B解析对于确定的金属导体，单位体积内的自由电子数是一定的，而且导体内电场的传播速率也是一定的，所以A、C错导体内电流增强是由于自由电子定向移动的速率增大，使得单位时间内穿过导体横截面的电荷量增大，B正确导体内自由电子的热运动速率增大会阻碍电流增强，D错误9有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的2倍，而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，以下说法正确的是()A甲、乙两导体的电流相同B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等答案B解析