河南省沁阳市第一中学高中物理 21 电源电流导学案 新人教版选修31.doc

河南省沁阳市第一中学2013-2014学年高二物理 2-1 电源电流导学案 新人教版选修3-1课前自主学案 一、电源使电路中保持_的电流，能把_从一个位置搬运到另一位置的装置就是电源二、恒定电场1导线中的电场是由_等电路元件所积累的电荷共同形成的2尽管这些电荷在运动，但电荷的分布是_的，这种由稳定分布的电荷所产生的_的电场，称为恒定电场三、恒定电流1把_、_都不随时间变化的电流称为恒定电流2电流：(1)定义：通过导体横截面的_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_.(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)、_ (a)，换算关系为：1 a103 ma106 a.(4)物理意义：表示电流_的物理量(5)标量：电流虽然有方向，但不是矢量，不符合矢量对方向的要求电流的方向是这样规定的：导体内_定向移动的方向为电流的方向思考感悟在电解液和金属导体中都可以形成电流，它们形成电流时有什么不同？提示：金属导体中是自由电子定向移动形成电流，而电解液中是正、负离子定向移动形成电流核心要点突破一、对电流概念的理解1电流虽有大小和方向，运算遵循代数法则，但不是矢量2qit是求电荷量的重要公式，其变形公式i求出的是电流在时间t内的平均值，对恒定电流来说，其瞬时值与平均值相等3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为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和4不能说iq，i，因为由inqsv(决定式)，可知i与q及t无关特别提醒：计算电流时，首先要分清形成电流的电荷种类，是只有正电荷或负电荷，还是正、负离子同时存在其次要注意计算电流大小时，只需代入电量的绝对值另外公式是iq/t而不是iq/(st)即时应用 1某电解池中，若在2 s内有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()a0b0.8 ac1.6 a d3.2 a解析：选d.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：q1.6101921.01019c1.6101912.01019c6.4 c由电流的定义式知：iq/t a3.2 a.图211二、电流的微观表达式1建立模型：如图211所示，ad表示粗细均匀的一段导体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.2理论推导：ad导体中的自由电荷总数：nnls.总电荷量qnqmlsq.所有这些电荷都能通过横截面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：由此可见，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三、三种速率的比较1电子定向移动的速率(1)物理意义：电流就是由电荷的定向移动形成，电流inesv，其中v就是电子定向移动的速率，一般为105 m/s的数量级(2)大小：105 m/s2电子热运动的速率(1)物理意义：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105 m/s.(2)大小：105 m/s3电流传导的速率(1)物理意义：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，在恒定电场的作用下，电路中各处的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(2)大小：3108 m/s特别提醒：由于电荷定向移动的速率很小，所以当电路闭合后，电荷并不是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做定向移动形成电流即时应用 2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解析：选b.要有持续电流必须有电压，a不对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不对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不对1下列叙述中正确的是()a导体中电荷运动就形成电流b国际单位制中电流的单位是安c电流强度是一个标量，其方向是没有意义的d对于导体，只要其两端电势差不为零，电流必定不为零2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3给一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电，下列说法正确的是()a粗的地方电流大，细的地方电流小b粗的地方电荷定向移动速率大，细的地方小c各处的电流大小相同d粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大4一个电解槽中，单位体积的正、负离子数都是n，每个离子带电荷量为q，正、负离子的平均定向运动速度都为v，电解槽的横截面积为 s，试求通过电解槽的电流一、选择题1(2011年临沂高二检测)关于电源的作用，下列说法正确的是()a电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷b电源的作用是能直接释放出电能c电源的作用就是能保持导体两端的电压，使电路中有持续的电流d电源的作用就是使自由电荷运动起来2金属导体中有电流时，自由电子定向移动的速率为v1，电子热运动速率为v2，电流的传导速率为v3，则()av1最大 bv2最大cv3最大 d无法确定3在示波管中，电子枪2 s内发射了61013个电子，则示波管中电流的大小为()a4.8106 ab31013 ac9.6106 a d3106 a4有甲、乙两个由同种金属材料制成的导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过导体横截面的电荷量，乙是甲的两倍，以下说法中正确的是()a甲、乙两导体的电流相同b乙导体的电流是甲导体的两倍c乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的两倍d甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等5北京正负电子对撞机的储存环是长为240 m的近似圆形轨道，当环中的电流为10 ma时，若电子的速率为十分之一光速，则在整个环中运行的电子数目为()a5.01011 b51019c1.01013 d1.01036如图213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，每米电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速率为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()avq b.cqvs dqv/s7如图214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，以下解释中正确的是()a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从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ab，电流i d溶液内电流方向ab，电流i 图2148来自质子源的质子(初速度为零)，经一直线加速器加速，形成电流为i的细柱形质子流已知质子源与靶间的距离为d，质子电荷量为e，假定分布在质子源到靶之间的加速电场是匀强电场，质子到达靶时的速度为 v，则质子源与靶间的质子数为()a. b.c. d.9铜的原子量为m，密度为，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面为s的铜导线，当通过的电流为i时，电子平均定向移动的速率为()a光速c b.c. d.二、计算题10(1)在金属导体中，若10 s 内通过横截面的电荷量为10 c，则导体中的电流为多少安？(2)某电解槽横截面积为0.5 m2，若10 s 内沿相反方向通过横截面的正、负离子的电荷量均为10 c，则电解液中的电流为多少安？11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 e1.61019c)?(2)自由电子的平均移动速率是多大(设导体每立方米内有8.5 1028 个自由电子)?(3)自由电子沿导线移动 1 cm，平均要多少时间？12已知电子的电荷量为e，质量为m，氢原子的电子在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：同步测控1、解析：选bd.电流产生的条件包括两个方面：一是有自由电荷；二是有电势差导体中有大量的自由电子，因此只需其两端具有电势差即可产生电流，在国际单位制中电流的单位为安2、解析：选b.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错电源是对电路提供能量的装置，故d错3、解析：选cd.同一根导线上的电流相等，故c对由inqsv知，d对4、解析：在电解槽中，在垂直于v的方向上我们取一横截面，在单位时间内通过这个横截面的正、负离子数均为nvsn，由于正负离子形成的电流同向，所以，电解槽中的电流为：i2nqsv.答案：2nqsv课时训练1、解析：选c.电源并不是产生电荷的装置，它的作用是保持导体两端有一定的电势差，从而使电路中有持续的电流产生，故只有c正确2、解析：选c.电场传播的速率(或电流的传导速率)等于光速，而电子无规则热运动的速率，常温下数量级为105 m/s，自由电子定向移动的速率数量级一般为105 m/s，所以c选项正确3、解析：选a.i a4.8106 a.4、 解析：选b.由i知a错b对；由inqsv得：v甲v乙，所以c、d错5、解析：选a.电子运动一周所需要的时间：t s8106 s在圆形轨道上任取一横截面，则在t时间内整个环中的电子刚好都通过该截面，故环中具有电子的电量为：qit810610103 c8108 c环中具有电子数n个51011个故a对6、 解析：选a.在运动方向假设有一截面，在t时间内通过截面的电量qvtq.等效电流ivq，故a项正确7、解析：选d.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，正、负离子向相反方向移动，电流不能抵消，故a、b错由于溶液内的电流是正、负离子共同形成的，故c错，d对8、解析：选b.设质子源与靶间的质子数为n，则i，n.9、解析：选d.假设电子定向移动的速率为v，那么在t秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vts中的自由电子数，而体积为vts的铜的质量为vts，摩尔数为，所以电量q.因电流i，于是得：v.10、解析：(1)10 s内通过某一横截面的电量是10 c，所以 i1 a(2)正电荷形成的电流为i11 a负电荷形成的电流为i21 a因负电荷形成的电流方向与其定向移动