高中物理 电源和电流同步练习8 新人教版选修3

1 一 电源和电流一 电源和电流 要点导学要点导学 1 能把电子从正级搬运到负级的装置是 2 恒定电场 导线内的电场是由电源 导线等电路元件所积累的电荷共同形成的 尽 管导线中的电荷在运动 但有的流走 另外的又来补充 所以电荷的分布是稳定的 电场 的分布也不会随时间变化 这种由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称为恒定电场 来 3 形成电流的必要条件 1 要有能自由移动的 在导体中存在着大量的能自 由移动的电荷 如金属导体中的 电解液中的 等 2 导体两端有 即能产生驱使电荷作定向移动的作用力 电场力 电源的作用就是保持导体两 端的电压 从而使电路中有持续的电流 4 电流的定义 通过导体横截面的电量跟所用 时间的比值叫电流 表达式 I q t 电 流的单位 安 A 1A 1C s 常用单位还有毫安 mA 微安 A 1A 103mA 106 A 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之 一 5 电流的方向 规定正电荷定向移动的方向为电流方向 在金属导体中 电流方向与 电子定向移动的方向 但电流是标量 电流的方向表示的是电流的流向 电流的 叠加是求代数和 而不是矢量和 6 恒定电流 大小和方向都不随时间变化的电流 7 电流的微观表达式 I nqvS 其中 n 是导体每单位体积内的自由电荷数 q 是每 个自由电荷的电量 v 是导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率 S 是导体的横截面积 推导过程如下 如图12 1 1所示 在加有电压的一段粗细均匀的导体 AD 上选取截 面 B 和 C 设导体的截面积为 S 导体每单位体积内的自由电荷数为 n 每个电荷的电量为 q 电荷的定向移动速率为 v 则在时间 t 内处于相距为 vt 的两截面 B C 间的所有自由电 荷将通过截面 C 由于 I q t 可得 I qnSvt t nqvS 范例精析范例精析 例例1 1 某电解池中 若在2 s 内各有1 0 1019个二价正离子和2 0 1019个一价负离子通过 某截面 那么通过这个截面的电流是 A O B 0 8 A C 1 6 A D 3 2 A 解析 解析 电荷的定向移动形成电流 但 一 电荷同时向相反方向定向移动时 通过 某截面的电量应是两者绝对值的和 故由题意可知 电流由正 负离子定向运动形成 则 在2 s 内通过截面的总电量应为 q 1 6 10 19 2 1 0 1019C 1 6 10 19 1 2 0 1019C 6 4C 根据电流的定义式得 I q t 6 4 2 3 2A 拓展 拓展 电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电量 而正电荷的定向移动形成电 2 流与负电荷定向移动形成电流是等效的 只不过负电荷定向移动形成电流的方向与负电荷 定向移动的方向相反而已 例例2 2 电子的绕核运动可等效为环形电流 若氢原子中的电子以速率 v 在半径为 r 的轨道 上运动 用 e 表示电子的电荷量 则其等效电流等于多少 解析 解析 假想电子绕核运动的轨迹就是一个环形导体 在运动的轨迹上任取一截面 则在 一个周期内只有一个电子通过这个截面 由于电子电荷量题目已经给出 只要求出电子运 动的周期 就可以根据电流的定义求解 根据圆周运动的知识可知 电子运动的周期为 T 2 r v 因此所求电流为 I e T ev 2 r 拓展 拓展 本题用到前面所学有关圆周运动的基本知识 还用到一种等效的思维方法 由于 没有直观经验 对于不少学生来说 采用这个思维方法是有一定难度的 因此本题作为一 种类型 希望学生通过练习积累这种解题思路 在今后解决类似问题时可以采用相近的思 维方法 例如 一电子沿一圆周顺时针方向高速运动 周期为10 10s 则等效电流大小为 A 电流方向是 填 顺时针 或 逆时针 答案 1 6 10 9 逆时针 例例3 有一横截面积为 s 的铜导线 流经其中的电流强度为 I 设每单位体积的导线中有 n 个自由电子 电子的电量为 e 此电子的定向移动速率为 v 在 t 时间内 通过导线横截 面的自由电子数可表示为 A nvs t B nv t C I t e D I t se 解析 解析 因为 I q t 所以 q I t 自由电子数目为 N q e I t e 则选项 C 正确 又因为电流强度的微观表达式为 I nev s 所以自由电子数目为 N q e I t e nevs t e nvs t 则选项 A 正确 拓展 拓展 本题主要考查电流强度的定义式和微观表达式的应用计算 求解此题的关键是对 电流的本质要有深刻的认识 依据电流强度的宏观和微观表达式 灵活运用解题 能力训练能力训练 1 1毫安 安 1微安 安 1 10 3 1 10 6 2 把 规定为电流的方向 在金属导体中 电流方向与自 由电子定向移动的方向 在电解质溶液中 电流的方向与正离子定向移动的方向 与负离子定向移动的方向 正电荷定向移动的方向 相反 相同 相反 3 关于电源的作用 下列说法正确的是 BCD A 电源的作用是能为电流提供自由电子 B 电源的作用是使导体中形成电场 C 电源的作用是能够保持导体两端的电压 D 电源的作用是使自由电荷定向移动起来 4 下列叙述正确的是 BD 3 A 导体中电荷运动就形成电流 B 电流的国际单位是安培 C 因为电流强度有方向 所以电流强度是矢量 D 导体中有电流通过时 导体内部场强不为零 5 关于电流的方向 下列说法正确的是 C 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 电流的方向为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的电流 所以电流有两个方向 6 关于电流的说法正确的是 BD A 根据 I q t 可知 I 与 q 成正比 B 如果在任何相等时间内通过导体横截面积的电量相等 则导体中的电流是恒定电 流 C 电流强度是一个标量 其方向是没有意义的 D 电流强度的单位 安培 是国际单位制中的基本单位 7 以下对导体中的电场理解正确的是 ABD A 导体内的电场在稳定时是和导线平行的 B 导体内的电场由电源 导线等电路元件所积累的电荷共同形成 C 导线中电场始终随时间而变化 D 导体内的电场是一种动态的稳定 8 通过一根金属导线的电流为16mA 则10s 内通过这根导线横截面的自由电子数为 B A 1 0 1017 B 1 0 1018 C 1 0 1019 D 1 0 1020 9 在某次闪电中 持续时间为0 005 s 所形成的平均电流为6 0 104A 若闪电过程 中产生的电荷以0 5A 的电流通过电灯 试求可供电灯照明的时间 10 银导线的横截面积 S 4mm