江苏省桃州中学2013高考物理一轮复习 2.1 导体中的电场和电流、电动势导学案 新人教版选修3-1

1 20132013 届桃州中学高三物理导学案届桃州中学高三物理导学案 第二章第二章 恒定电流恒定电流 课 题 2 1 导体中的电场和电流 电动势 学习目标学习目标 1 知道电源在电路中的作用 理解导线中恒定电场的建立 掌握恒定电流的概念和描述电 流强弱的物理量 电流 2 知道非静电力在电路中的作用 理解电动势的概念 知识要点知识要点 一 电流一 电流 1 形成电流的条件 1 导体中有能够的电荷 2 导体两端存在 2 电流的方向 与正电荷定向移动的方向 与负电荷定向移动的方向 电流虽然有方向 但它是 3 导线中的电场 1 形成 导线中的电场是由 导线等电路元件所积累的 共同形成的合电 场 2 特点 导线内的电场线和 电荷的分布是 导线内 的电场是沿导线切线方向的稳定电场 4 电流强度 1 定义 通过导体横截面的电荷量q和通过这些电荷量所用时间t的 叫做电 流强度 简称电流 用字母I表示 2 定义式 I 3 微观表达式 I 式中n为导体单位体积内的自由电荷数 q是自由电荷的 电荷量 v是自由电荷定向移动的速率 S为导体的横截面积 4 单位 安培 安 符号 A 1 A 1 C s 二 电动势 1 定义 力把正电荷从负极移送到正极所做的功跟被移送的电荷量的比值叫 电源的电动势 2 公式 3 物理意义 反映电源把 转化为 本领的大小 在数值上等于非静 电力把 1 C 的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功 4 方向规定 电动势 E 是标量 为研究问题方便 规定其方向为电源内部电流方向 即由 电源负极指向正极方向 说明 电动势是用比值定义的物理量 由电源中非静电力的特性决定 是电源的属性 与 移送的电荷量 q 和所做的功 w 无关 跟外电路也无关 典型例题典型例题 例题例题 1 1 2010 广东实验中学模块考试 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 每个自由电子的电荷量为 q 此时电子定向移动的 速率为 v 则在 t 时间内 通过导体横截面的自由电子数目可表示为 选修 3 1 2 A nvS t B nv t C D I t q I t Sq 例题例题 2 2 如图所示的电解池接入电路后 在 t 秒内有 n1个 1 价正离子通过溶液内截面 S 有 n2个 1 价负离子通过溶液内截面 S 设 e 为基元电荷 以下说法正确的是 A 当 n1 n2时电流强度为零 B 当 n1 n2时 电流方向从 A B 电流强度 12 Inn e t C 当 n1 n2时 电流方向从 B A 电流强度 21 Inn e t D 电流方向从 A B 电流强度 12 Inn e t 例题例题 3 3 铅蓄电池的电动势为 2V 这表示 A 电路通过 1C 的电荷量 电源把 2J 的化学能转化为电能 B 电源内电阻上的电压为 2V C 电源两极间的电压为 2V D 铅蓄电池把化学能转化为电能的本领比一节干电池的大 例题例题 4 4 下表是两个电池外壳上 的说明文字 上述进口电池的电动势是 V 上述国产电池最多可放出 mAh 的电量 若该电池 平均工作电流为 0 03A 则最多可使用 h 例题例题 5 5 2011 2011 江苏镇江模拟江苏镇江模拟 一根粗细均匀的金属导线 两端加上恒定电压 U 时 通过金 属导线的电流为 I 金属导线中自由电子定向移动的平均速率为 v 若将金属导线均匀拉长 使 其长度变为原来的 2 倍 仍给它两端加上恒定电压 U 则此时 A 通过金属导线的电流为 I 2 B 通过金属导线的电流为 I 4 C 自由电子定向移动的平均速率为 v 2 某型号进口电池 某型号国产电池 RECHARGEABLE 1 2V 500mAh STANDARD CHARGE 15h ac 50mA GNY 0 6 KR AA 1 2V 600mAh RECHARCEAHLE STANDARD CHARGE 15h ac 60mA 3 D 自由电子定向移动的平均速率为 v 4 能力训练能力训练 1 下列说法中正确的是 A 导体中只要电荷运动就形成电流 B 在国际单位制中 电流的单位是 A C 电流有方向 它是一个矢量 D 任何物体 只要其两端电势差不为零 就有电流存在 E 根据 I q t 可知 I 与 q 成正比 2 某电解池 如果在 1 秒钟内共有 5 0 1018个二价正离子和 1 0 1019个一价负离子通过某 横截面 那么通过这个横截面的电流是 A 0 A B 0 8 A C 1 6 A D 3 2 A 3 关于电流的方向 下列说法正确的是 A 在金属导体中 电流的方向是自由电子定向移动的方向 B 在电解液中 电流的方向是负离子定向移动的方向 C 无论在何种导体中 电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反 D 在电解液中 由于是正负电荷定向移动形成电流 所以电流有两个方向 4 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分布的负电荷 设棒单位长度 内所含的电荷量为q 当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时 由于棒的运动而形 成的等效电流大小为 A vq B q v C qvS D qv S 5 5 2012 2012 镇江模拟镇江模拟 用一稳压电源给装在一个圆管子内的水银通电 电流为 0 1 A 若把全 部水银倒在一个内径大一倍的管子里 那么通过水银的电流将是 A 1 6 A B 0 8 A C 0 4 A D 3 2 A 6 关于有电源的电路中导线内部的电场强度 下列说法中正确的是 A 导线内部的电场就是电源所形成的电场 B 在静电平衡时 导线内部的场强为零 而导线外部的场强不为零 所以导线内部电场不 是稳定的 C 因为导线处于电源的电场中 所以导线内部场强处处为零 D 导线内的电场是由电源 电线等电路元件所积累的电荷共同形成的 导体内的电荷处于 动态平衡状态 电荷分布是稳定的 电场也是稳定的 同 7 半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电 总电荷量为 Q 现使圆环绕垂直环于所在平面且通过 4 圆心的轴以角速度 匀速转动 则对于由环产生的等效电流 应有 A 若 不变而使 Q 变为原来的 2 倍 则电流也将变为原来的 2 倍 B 若 Q 不变而使 变为原来的 2 倍 则电流也将变为原来的 2 倍 C 若使 Q 不变 将橡胶环拉伸 使环半径增大 电流将变大 D 若使 Q 不变 将橡胶环拉伸 使环半径增大 电流将变小 8 下列说法中正确的是 A 在外电路中和电源内部 正电荷都受静电力作用 所以能不断定向移动形成电流 B 静电力与非静电力都可以使电荷移动 所以本质上都是使电荷的电势能减少 C 在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力 D 静电力移动电荷做功电势能减少 非静电力移动电荷做功电势能增加 9 关于电动势 E 下列说法中正确的是 A 电动势 E 的大小 与非静电力做功 w 的大小成正比 与移送电荷量 q 的大小成反比 B 电动势 E 是由电源本身决定的 跟电源的体积和外电路均无关 C 电动势 E 的单位与电势 电势差的单位都是伏特 故三者本质上一样 D 电动势 E 是表征电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量 10 下列有关电压与电动势的说法中 正确的是 A 电压与电动势的单位都是伏特 所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法 B 只有在外电路接通时 电源电动势才等于内外电路电压之和 C 电动势公式 E w q 中的 w 与电势差公式 U W q 中的 w 是一样的 都是静电力做的功 D 电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量 11 11 如图所示 在某种带有一价离子的水溶液中 正 负离子在定向移动 方向如图所 示 如果测得 2 s 内分别有 1 0 1018个正离子和负离子通过溶液内部的横截面M 试问 溶液 中电流的方向如何 电流多大 12 来自质子源的质子 初速度为零 经一加速电压为 800 kV 的直线加速器加速 形成电流 强度为 1 mA 的细柱形质子流 已知质子电荷量e 1 60 10 19 C 这束质子流每秒打到靶上的 个数为 假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的 在质子束中与质子源相距L 和 4L的两处 各取一段极短的相等长度的质子流 其中的质子数分别为n1和n2 则 n1 n2 5 例题答案 例题答案 1 AC 此题考查对电流公式 I q t 的理解及电流的微观表达式 I nqvS 的理解 在 t 时间内 以速度 v 移动的电子在铜导线中经过的长度为 v t 由于铜导线的横截面积为 S 则 在 t 时间内 电子经过的导线体积为 v tS 又由于单位体积的导线中有 n 个自由电子 在 t 时间内 通过导线横截面的自由电子数目可表示为 nvS t 故 A 正确 由于流经导线的电 流为 I 则在 t 时间内 流经导线的电荷量为 I t 而电子的电荷量为 q 则 t 时间内通 过导线横截面的自由电子数目可表示为 故 C 也正确 I t q 5 5 BC 金属导线均匀拉长 使其长度变为原来的 2 倍 横截面积变为原来的 电阻变 1 2 为原来的 4 倍 两端加上恒定电压 U 则通过金属导线的电流为 A 错误 B 正确 根据 I 4 I nqSv 可知自由电子定向移动的平均速率为 C 正确 D 错误 v 2 反馈训练反馈训练 能力训练答案能力训练答案 1 B 自由电荷定向移动才形成电流 故选项 A 错误 形成电流的条件是导体两端保持 有一定的电势差 且必须是导体 故选项 D 错误 电流有方向 但它是标量 故选项 C 错 误 I q t 只是电流的定义式 它与 q t 皆无关 显然 E 项是错误的 正确选项为 B 2 解析 D 在电解液导电中 通过导体某横截面的电荷量为通过该截面的正 负电荷量 的绝对值之和即q 5 0 1018 2 1 0 1019 1 6 10 19C 3 2 C 所以I 3 2 A q t 3 解析 C 电流的方向为正电荷定向移动的方向 4 解析解析 在垂直棒的运动方向选取一截面 设棒长为L 则棒上所有电荷通过这一截面所 用的时间t 从而得电流I qv L v Lq t Lq L v 5 A 11 解析解析 根据电流正方向的规定可知 溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同 即根据电流正方向的规定可知 溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同 即 由由A A指向指向B B 每个离子的电荷量为每个离子的电荷量为e e 1 6 101 6 10 19C 19C 该水溶液导电时负离子由该水溶液导电时负离子由B B向向A A运动 负离运动 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的电荷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的电荷 量应该是正 负两种离子电荷量的绝对值之和 量应该是正 负两种离子电荷量的绝对值之和 I q t q1 q2 t 6 A 0 16 A 2 1 0 1018 1 6 10 19 2 答案 电流方向为A B 0 16 A 12 模型建立模型建立 粗细均匀的一段导体长为粗细均匀的一段导体长为l l 横截面积为 横截面积为S S 导体单位体积内的自由电荷数为 导体单位体积内的自由电荷数为 n n 每个自由电荷的电荷量为 每个自由电荷的电荷量为q q 当导体两端加上一定的电压时 导体中的自由电荷沿导体定 当导体两端加上一定的电压时 导体中的自由电荷沿导体定 向移向移 动的速率为动的速率为v v 1 1 导体内的总电荷量 导体内的总电荷量 Q Q nlSqnlSq 2 2 电荷通过截面电荷通过截面D D的时间 的时间 t t l l v v 3 3 电流表达式 电流表达式 I I nqSvnqSv Q Q t t 解析 1 质子流每秒