电源与电流.doc

。电源和电流学习目标1.了解电流的形成条件，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.3.从微观的角度表示电流的大小一、电源导学探究有A、B两个导体，分别带正、负电荷如果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，周围电场迅速减弱，A、B之间的电势差很快就消失怎样使A、B导体维持一定的电势差，使导线中保持持续的电流？图1答案在A、B间接一电源知识梳理电流的产生、电源(1)产生电流的条件：导体两端存在电压形成持续电流条件：导体两端存在持续电压(2)电源：定义：能把电子从正极搬运到负极的装置作用：维持电路两端有一定的电势差；使闭合电路中保持持续的电流(3)恒定电场：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，叫恒定电场特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化即学即用(多选)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二、电流表达式I及电流的方向导学探究(1)电荷的定向移动形成电流，如何描述电流的强弱？(2)电流可能是正电荷或负电荷定向移动形成的，也可能正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成的，人们是如何规定电流的方向的？答案(1)利用单位时间内通过导体横截面的电量描述电流的强弱(2)规定正电荷定向移动的方向为电流的方向知识梳理电流的定义及方向(1)恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流(2)电流定义式：I或qIt，其中：q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量(3)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(4)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绝对值之和即学即用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解析依据电流的决定式可知，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、C错误三、电流的微观表达式导学探究如图2所示，AD表示粗细均匀的一段长为l的导体，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2(1)AD导体中有多少个自由电荷？总电荷量是多少？(2)这些电荷都通过横截面D所需的时间是多少？(3)导体AD中的电流是多大？答案(1)nlSnlSq(2)(3)InqvS知识梳理对电流微观表达式和三种速率的理解(1)电流的微观表达式：InqvS.式中n为导体中单位体积内的自由电荷数、q为每个自由电荷的电荷量、v为自由电荷定向移动速率，S为导体的横截面积(2)三种速率的比较电子定向移动速率：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.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电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，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即学即用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D解析关键是理解v和n的物理意义，电流微观表达式中n为单位体积内的自由电子数，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内的自由电子数，其数量为nvt，电荷量qnvte，所以电流Inev，所以v，故正确选项为D.一、对电流的理解及电流定义式I的应用例1如图3所示的电解槽中，如果在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3(1)指出正、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？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，故本题的答案为16 C.(4)由电流的定义得I A4 A.答案(1)正离子向右运动，负离子向左运动(2)向右(3)16 C(4)4 A总结提升(1)电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反(2)电流的大小I是电流的定义式，InqSv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电解液中应用I计算电流时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和(3)电流是标量：电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则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，因为铜离子带正电荷，硫酸根离子带负电荷，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，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设铜离子的个数为n1，硫酸根离子的个数为n2，所以I A82.88 A.二、电流的微观意义例2导线中的电流是1 A，导线的横截面积为1 mm2.(1)在1 s内，有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e1.61019 C)?(2)自由电子的平均移动速率是多大(设导体每立方米内有8.51028个自由电子)?(3)自由电子沿导线移动1 m，平均要多少时间？解析(1)N6.251018个(2)由公式IneSv.v m/s7.4105 m/s.(3)以这样的速率沿导线传播1 m需用时t s3.8 h.答案(1)6.251018(2)7.4105 m/s(3)3.8 h总结提升(1)InqvS为电流的微观表达式，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电量、定向移动的速率大小，还与导体的横截面积有关若已知单位长度的自由电荷数为n，则电流的微观表达式为Inqv.(2)公式InqvS中的v表示电荷定向移动的速率自由电荷在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是电子在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的1关于电源的以下说法，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电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极之间有稳定的电势差C只要电路中有电源，电路中就一定有电流D电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量答案B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，B对电路中有电流不仅需要电源，还需要电路是闭合的，两者缺一不可，故C错电源是对电路提供能量的装置，故D错2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3计数器因射线照射，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个电子到达阳极，则计数器中的电流为()A0 B.C. D.答案D解析I，故选D.4.如图4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4Aqv B.CqvS D.答案A解析t s内棒通过的长度lvt，总电荷量Qqlqvt.由Iqv，故选项A正确一、选择题(18题为单选题，910题为多选题)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恒定电流不是由恒定电场产生的答案B1关于电流，以下说法正确的是()A通过截面的电荷量的多少就是电流的大小B电流的方向就是电荷的定向移动方向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D2以下说法正确的是()A只要有可以自由移动的电荷，就存在持续电流B金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的C电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率D在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了答案B解析要有持续电流必须有电压，A错误导体中形成电流的原因是在导体两端加上电压，于是在导体内形成了电场，导体内的自由电子在电场力作用下定向移动形成电流，B正确电流的传导速率等于光速，电子定向移动的速率很小，C错误在形成电流时电子定向移动，并不是热运动就消失了，其实电子仍然做无规则的热运动，D错误故选B.3下列说法不正确的是()A金属导体导电，只是自由电子做定向移动B电解液导电，正、负离子都做定向移动C气体导电，一定只有正离子做定向移动D气体导电，正、负离子和自由电子都做定向移动答案C解析电流是自由电荷在电压的作用下(实质是在电场的作用下)定向移动形成的不同种类的导体，其自由电荷也不同在金属导体中自由电荷是带负电荷的自由电子，在电解质溶液中自由电荷是正、负离子气体导电较复杂，其自由电荷既有自由电子又有电离产生的正、负离子4在导体中有电流通过时，下列说法正确的是()A电子定向移动速率接近光速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D解析电子定向移动的速率很小，数量级为105 m/s，自由电子只不过在速率很大的热运动上附加了一个速率很小的定向移动故D正确，A错误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105 m/s.故B、C错5如图1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为AB，负离子定向移动形成电流方向为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溶液内电流方向从A到B，电流I答案D6在示波管中，电子枪2 s发射了61013个电子，则示波管中电流的大小为()A4.8106 A B31013 AC3106 A D9.6106 A答案A解析电子枪2 s发射的电荷量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解析由于单位时间内通过乙导体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对由于InqSv，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v，故C、D错8某电解液，如果在1 s内共有51018个二价正离子和11019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流大小为()A0 B0.8 AC1.6 A D3.2 A答案D解析在电解液导电中，正、负离子定向移动的方向是相反的，因此各自形成的电流方向是相同的，根据电流的定义式I A3.2 A，故答案为D.9.如图2所示是一款MP4播放器，随着这种产品的出现，人们可以在旅途中观看电影，让原本枯燥的旅途变得充满乐趣MP4的充电电池多为锂电池，假设锂电池的充电电流为500 mA，则以下说法正确的是()图2A1 s内通过电池某一横截面的电荷量为500 CB1 s内通过电池某一横截面的电荷量为0.5 CC充电过程把其他形式的能转化为电能D充电过程把电能转化为其他形式的能答案BD解析由电流的定义式得qIt0.5 C，A错误，B正确充电过程是将电能转化为其他形式的能储存起来，C错误，D正确故选B、D.10一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设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t时间内，通过铜导线横截