2019-2020高中物理第二章恒定电流第1节电源和电流讲义+习题(含解析)-1

1、学必求其心得，业必贵于专精1 第 1 节电源和电流1了解电流的形成，知道什么是电源，知道电源的作用。2了解导体中的恒定电场，知道什么是恒定电流，知道导体中恒定电流是如何形成的。3知道表示电流强弱程度的物理量电流，知道它的单位，并能理解和应用它的两种计算公式i错误 !和inqsv。一、电源二、恒定电流1恒定电场(1）定义：由错误 !稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。(2）形成：连接a、b导体的导线内的电场是由错误 !电源、错误 !导线等电路元件所积累的电荷共同形成的.（3）特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不会随错误 !时间变化，基本性质与错误 !静电场相同。(4）适用规律：在静电场中所讲的电

2、势、电势差及其与电场强度的关系等同样适用于恒定电场.学必求其心得，业必贵于专精2 2恒定电流错误 !大小和错误 !方向都不随时间变化的电流。3电流的强弱程度 -电流（1）电流的错误 !强弱程度用电流这个物理量表示。电流越大，单位时间内通过导体横截面的错误 !电荷量就越多。 (2）如果用i表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量，则q错误 !it。（3)国际单位制中，电流的单位是错误 !安培，简称错误 !安，符号是 a。 1 错误 !c 1 a s。常用的电流单位还有毫安(ma） 和微安（ a) 。1 ma错误 !103a，1 a错误 !106_a.（1）恒定电场就是静电场吗？提示：不是

3、，静电场是静电荷产生的电场，而恒定电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷形成的电场，但二者基本性质相同。(2)电流有方向，所以电流是矢量吗？提示：不是 ,电流的计算遵循代数运算法则，所以是标量。(1）恒定电场与静电场的基本性质相同。 （)(2)电路中有电流时， 电场的分布就会随时间不断地变化。( )(3）恒定电场的电场强度不变化，一定是匀强电场。（)(4)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。（）学必求其心得，业必贵于专精3 提示： （1）(2) （3）(4) 课堂任务电源和恒定电流仔细观察下列图片 ,认真参与“师生互动” .活动 1：如图甲 a所示，若在a、b两个导体之间连接一

4、根导线r，结果会怎样？提示：导线r中的自由电子会在静电力的作用下定向运动,b失去电子，a得到电子，a、b之间的电势差很快就消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡,如图 b 所示。活动 2:怎样才能使a、b得到持续的电流？提示：如果能有一个装置可以把运动到a的电子又搬回到失去电子的b，从而维持a、b之间的电势差，即可以得到持续的电流。活动 3：图乙中的 p是什么？有什么样的功能？提示： p 就是电源，它能源源不断地把经过导线r流到a的电子取走，补充给b,使a、b始终保持一定数量的正、 负电荷 ,这样,a、b之间便维持着一定的电势差.由于这个电势差导线中的自由电子就学必求其心得，业必贵于专精4

5、能不断地由b经过r向a定向移动，使电路中保持持续的电流。活动 4:图乙中a、b周围空间的电场只是a、b处的电荷形成的吗？提示：不是 .a、b处的电荷在a、b周围空间产生电场 ,导线等电路元件所积累的电荷也在a、b周围空间产生电场 .活动 5：如果图乙电路中各处电荷的分布是稳定的，电荷所产生的电场是稳定的吗？提示：根据电场的叠加原理可知，是的。活动 6:讨论、交流、展示，得出结论。(1)电源电源的作用：提供电压，使电路中获得持续的电流.电源有正、 负两个电极， 正极聚集正电荷，负极聚集负电荷。电源能够源源不断地把经过导线流到正极的电子取走补充到负极.(2）恒定电场电源、导线等电路元件所积累的电荷

6、在电源两极周围空间形成电场，尽管电路中电荷在运动，但有的走了，另外的又来补充,所以电荷的分布是稳定的，不随时间变化，电场的分布也不会随时间变化，因此形成的是恒定电场。由于在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化 ,所以恒定电场的基本性质与静电场相同。静电场中电势、电势差及其与电场强度的关系等在恒定电场中同样适用。学必求其心得，业必贵于专精5 （3）恒定电流的形成由于恒定电场的作用，导体中自由电荷定向运动的速率增加，而在运动过程中自由电荷会与导体中不动的粒子碰撞从而导致减速，因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化，形成持续的大小、方向都不随时间变化的恒定电流.例 1 （多选

7、)将一些电学元件用导线连接在某电源的两端,下列描述正确的是 ( ）a电源的作用是使电源的正、负极两端保持一定的电势差b电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷c导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的d导线中的电场是由电源的电场和导线等电路元件积累的电荷形成的电场叠加而形成的（1)电源的作用是什么 ?提示:在正、负极之间维持一定的电势差，使电路中保持持续的电流。（2)导线上积累的电荷在周围空间也产生电场吗？提示：是的。规范解答 电源将负电荷从负极搬到正极,维持正、负极间有一定的电势差 ,a 正确，b 错误;导线中的电场是电源电场和导线等电路元件积累的电荷形成的电场叠加而成的，c错误,d 正确.

8、学必求其心得，业必贵于专精6 完美答案ad电源能在其正、负极之间维持一定的电势差,如果电路闭合且安全，电路中将会保持持续的电流。如果电路断开，即使有电源，电路中也不会有持续的电流。错误 !（多选 )在由电源、导线等电路元件所组成的电路中有持续的电流，以下说法正确的是（）a导线中的电场强度处处为零,导线处于静电平衡状态b导线中的电场是静电场的一种c沿电流方向导线内各点的电势逐渐降低d导线中的电场使自由电子不断地由电源的负极经过导线向电源正极定向移动答案cd解析导线内电场强度不是处处为零，导线不处于静电平衡状态,a 错误；导线中的电荷定向移动，导线中的电场是恒定电场，并不是静电场的一种， b 错误

9、；导线中自由电子受电场力作用,从电势低的地方流向电势高的地方,即沿电流方向导线内各点的电势逐渐降低， c 正确；导线中的电场使自由电子不断地由电源的负极经过导线向电源正极定向移动,d 正确。课堂任务电流的强弱程度电流仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。学必求其心得，业必贵于专精7 活动 1:甲、乙两图中电流的成因有什么不同？提示：甲中是金属导体导电，是电子的定向移动形成电流，只有一种电荷 (电子）的定向移动 .乙中是电解液导电， 是正、负离子向相反方向定向移动形成电流， 是两种电荷（正、负离子 )的定向移动。活动 2:根据甲、乙两图 ,如何衡量电流的强弱程度？试写出表示电流大小i的关系式，

10、并指出对于乙图应注意什么。提示：可以用单位时间通过某横截面的电荷量大小表示电流的强弱。用公式写出就是i错误 !。乙中负离子向左运动相当于等量的正离子向右运动，所以用i错误 !计算电流大小时，要注意q是正、负两种离子电荷量的总和。活动 3：甲中的电流大小i与n、s、v有什么关系？提示：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所需要的时间：t错误 !根据公式qit可得：导体ad中的电流i错误 !错误 !nqsv。活动 4：讨论、交流、展示，得出结论。学必求其心得，业必贵于专精8 （1)对公式i错误 !的理解电流的强弱程度用电流表示,符号是i。电流越大 ,单

11、位时间内流过导体横截面的电荷量就越多,即qit。由qit可得,i错误 !.公式i错误 !求出的是电流在时间t内的平均值，对于恒定电流其瞬时值与平均值相等。电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的,应用i错误 !时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和.(2)对公式inqsv的理解inqsv是电流的微观表达式 ,其中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的速率，s为导体的横截面积。导体中电流的强弱i决定于导体中单位体积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量q、自由电荷定向移动的速率v、导体的横截面积s

12、。利用inqsv分析问题时应注意使各物理量都取国际单位。(3)三种速率的比较比较项物理意义大小/ms1学必求其心得，业必贵于专精9 电子定向移动的速率金属导体内电子的定向移动形成电流， 电流与电子定向移动速率的关系为inesv1 105电流的传导速率等于光速。电路接通，导线内以光速c形成恒定电场， 各处的自由电子几乎同时开始定向移动形成电流3 108电子热运动的速率导体内电子不停地做无规则的热运动，由于向各个方向运动的机会均等，不能形成电流1 105例 2 在 nacl 溶液中 ,正、负电荷定向移动，方向如图所示，若测得 2 s内分别有 1.0 1018个 na和 cl通过溶液内部的横截面m，

13、试问：溶液中的电流方向如何？电流多大?(1)溶液中的电流是什么电荷运动形成的?提示：溶液中的电流由na、cl同时定向移动产生 .(2)计算通过溶液中某横截面的电荷量时只需要算一种电荷的电学必求其心得，业必贵于专精10 荷量吗 ?提示：不行，需要计算na、cl正负电荷量绝对值之和。规范解答nacl 溶液中的电流是靠溶液中能够自由移动的na和 cl在电场力作用下向相反方向定向移动形成，故溶液中电流方向与 na定向移动的方向相同，即由a指向b.na和 cl都是一价离子，每个离子的电荷量为e 1.6 1019c,nacl溶液导电时， na由a向b定向移动， cl由b向a运动,负离子的运动可以等效地看做

14、正离子沿相反方向的运动,所以，每秒钟通过m横截面的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和,则有i错误 !错误 !错误 !a0.16 a。完美答案溶液中的电流方向由a指向b,大小为 0。16 a.1应用if(q，t）求解电流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，q为通过横截面的自由电子的电荷量。对电解质溶液来讲，是正、负离子同时向相反方向定向移动 ,q为正、负离子电荷量的绝对值之和.2关于电流的方向理解和判断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的方向相反.金属导体中自由移动的电荷是自由电子，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。学必求其心得

15、，业必贵于专精11 电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的。在电源外部，电流从电源正极流向负极;在电源内部，电流从电源负极流向正极。错误 !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横截面,那么通过这个截面的电流是（)a0 b0.8 a c1。6 a d3.2 a答案d解析电荷的定向移动形成电流，正、负电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和，则在2 s内通过某横截面的总电荷量应为q1。 6 1019 2 1。 0 1019c 1.6 1019 1 2.0 1019c6.

16、4 c由电流的定义式知：i错误 !错误 !a3。2 a。错误 !已知铜导线中的电流为1 a，铜导线的横截面积为1 mm2，求：（1)在 1s内，有多少个电子通过铜导线的横截面（电子电荷量e1。 6 1019 c）?(2）自由电子的平均移动速率多大(设铜导线中每立方米含有8。5 1028个自由电子 )？学必求其心得，业必贵于专精12 答案（1） 6.25 1018个（2）7。 35 105m/s解析（1）1 s内通过铜导线横截面的电荷量为qit1 c，所以 1 s内通过铜导线横截面的电子个数为n错误 !错误 !6。 25 1018（个)。（2）由电流的微观表达式inqsv得自由电子的平均移动速率

17、v错误 !错误 !m/s 7.35 105m/s.a 组：合格性水平训练1(电源)下列关于电源的说法正确的是( )a电源就是电压b电源的作用是使电源的正、负极保持一定量的正、负电荷，维持一定的电势差c在电源内部电子由负极被搬向正极d只要有电源 ,电路中就能产生持续的电流答案b解析电源能在其正、负极间维持一定的电压，但是电源不是电压,a 错误， b 正确；在电源内部电子由电源正极被搬向负极，在电源外部 ,电子由电源负极流向正极，c 错误；有电源且电路闭合，才能产生持续的电流， d 错误。学必求其心得，业必贵于专精13 2 （电流方向 )(多选 )关于电流的方向，下列说法中正确的是( )a电源供电

18、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，电子运动形成的等效电流方向与电子运动的方向相反， c 错误， d 正确。3。错误 !关于电流的说法中正确的是( ）a根据i错误 !，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

19、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 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学必求其心得，业必贵于专精14 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，b 错误;电流是标量，故 c 错误.4.错误 !如图所示，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 1 s 内垂直地通过它们的电子数相等，那么通过这两个截面的电流的大小关系是 ( )aiaibbia2ibcib2iad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

20、的面积不相等、导线的组成材料不同等，但解题关键是通过两横截面的电子数在单位时间内相等，根据i错误 !可知电流相等。5.错误 !在示波管中 ,电子枪 2 s发射了 6 1013个电子，则示波管中电流的大小为（）a 4.8 106 a b 3 1013 ac 3 106 a d9。 6 106 a答案a解析电子枪 2 s 发射的电荷量q 6 1013 1.6 1019 c9。6 106c，所以示波管中的电流大小为i错误 !错误 !a4。 8 10学必求其心得，业必贵于专精15 6 a,故 a 正确，b、c、d 错误。6。错误 !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

21、截面的电子数为( )a1500个b 9.375 1019个c 9.375 1021个d 9.375 1020个答案c解析qit，n错误 !错误 ! 9.375 1021个。7。错误 !我国北京正、负电子对撞机的储存环是周长为240 m 的近似圆形轨道， 电子电荷量e1。6 1019 c，在整个环中运行的电子数目为 5 1011个，设电子的运行速度是3 107 m/s，则环中的电流是（）a10 ma b1 mac0.1 ma d0.01 ma答案a解析电子运动一周的时间为t错误 !,在t时间内通过任意横截面的电荷量为：qne,电流为 :i错误 !错误 !错误 !a10 ma。8 （电流微观表达式

22、的应用)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 倍学必求其心得，业必贵于专精16 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 错误， b 正确；由于inqsv， 所以v错误 !,由于不知道甲、乙两导体的性质 (nq不知道） ，所以无法判断自由电荷定向移动的速率v，故 c、d 错误。b 组：等级性水平训练9(综合）非洲电鳐

23、的捕猎方式是放电电死猎物，它放电的电压可达 100 v，电流可达 50 a,每秒钟放电 150次，其放电情况可近似如图所示 ,则放电 1 秒钟非洲电鳐放出的电荷量为（）a25 c b50 c c150 c d250 c答案a解析由题图可得 1 秒钟非洲电鳐的放电时间为0.5 s，根据电流的定义式i错误 !，可得qit 50 0.5 c 25 c，故 a 正确。10。错误 !如图所示，电解池内有一价的电解质溶液,ts 内通过溶液内部截面s的正离子数是n1,负离子数是n2，设元电荷为e,则以下学必求其心得，业必贵于专精17 说法中正确的是（)a正离子定向移动形成的电流方向为ab，负离子定向移动形成

24、的电流方向为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,电流为i错误 !d溶液中电流方向从a到b,电流为i错误 !答案d解析正电荷定向移动的方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向。正、负离子经过同一截面时,i错误 !公式中q应该是正、负离子电荷量的绝对值之和， 故i错误 !，电流方向由a指向b，故 d 正确。11（电流微观表达式的应用）（多选 )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，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为( ）anvstbnvtc.错误 !d.错误 !答案ac学必求其心得，业必贵于专精18 解析在t时间内 ,通过铜导线横截面的电荷量为