（浙江專用）2018-2019學年高中物理 第二章 恒定電流 2-1 電源和電流學案 新人教版選修3-1

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1、第1節(jié)　電源和電流 [研究學考·明確要求] 知識內(nèi)容 電源和電流 考試要求 學考b 選考c 基本要求 1.知道電荷的定向移動形成電流，知道電流方向的規(guī)定。 2．知道電流的定義式，并會用來解決導線中的電流問題。 發(fā)展要求 1.了解電源在電路中形成電流的作用。 2．了解恒定電場，知道恒定電流的定義。 3．能區(qū)別導體中自由電子的定向移動速率和建立電場的速率。 4．能根據(jù)電流的定義式計算電荷運動所產(chǎn)生的等效電流。 說明 1.不要求計算液體導電時的電流。 2．不要求解決與導線內(nèi)部自由電子定向運動速率相聯(lián)系的問題。 [基 礎 梳 理] 1．電流 (1)電流：

2、導體中的自由電荷在靜電力的作用下定向移動形成電流。 (2)電流形成的條件：①有自由移動的電荷；②兩端有電壓。 2．電源 (1)電源是不斷地把電子從正極搬運到負極從而維持正、負極之間一定電勢差的裝置。 (2)電源的作用 電源的作用是移送電荷，維持電源正、負極間有一定的電勢差，從而保持電路中有持續(xù)電流。電源P在內(nèi)部能把電子從正極A搬運到負極B，如圖1所示。 圖1 [典 例 精 析] 【例1】 關于電源以下說法正確的是(　　) A．電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負極不斷地搬運到正極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢差 B．電源的作用就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 C．只要電路中有

3、電源，電路中就一定有電流 D．電源實質(zhì)上也是一個用電器，也需要外界提供能量 解析　電源的作用是維持正、負極之間恒定的電勢差，這需要電源不斷地將負電荷向負極聚集，將正電荷向正極聚集，外電路中自由電子在靜電力的作用下向正極移動，在電源內(nèi)部，需要將正極上的電子搬運到負極，維持電勢差不變，故A錯誤；從能量角度來看，電源在搬運電荷的過程中，需要克服靜電力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，B正確；電路中有電流不僅需要電源，還需要自由移動的電荷及閉合電路，故C錯誤；電源是為電路提供能量的裝置，故D錯誤。 答案　B 解答本題時要把握以下三點： (1)明確電源在電路中的作用； (2)電源工作時能量

4、轉(zhuǎn)化的方向； (3)形成持續(xù)電流的條件。 [即 學 即 練] 1．將一些電學元件用導線連接在某電源的兩端，下列描述正確的是(　　) A．電源的作用是使電源的正、負極兩端保持一定的電勢差 B．電源的作用是能為電路持續(xù)地提供自由電荷 C．導體中的電場是由電源正、負極上的電荷形成的 D．電源內(nèi)部電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端 解析　電源將負電荷從正極搬到負極，維持正、負極間有一定的電勢差，A正確，B錯誤；導體中的電場是電源電場和導體中積累的電荷形成的電場疊加而成的，C錯誤；電源內(nèi)部電流的方向是從低電勢一端流向高電勢一端，D錯誤。 答案　A [基 礎 梳 理] 1．恒

5、定電場 (1)恒定電場：當電路達到穩(wěn)定時，導線中的電場是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的。這種由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場，叫恒定電場。 (2)特點：任何位置的電荷分布和電場強度都不隨時間變化。 2．恒定電流 (1)定義：大小、方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流。 (2)物理意義：單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量。電流是表示電流強弱程度的物理量。 (3)定義式：I＝。 其中：I表示電流，q表示在時間t內(nèi)通過導體橫截面的電荷量。 (4)單位：安培，符號：A。其他單位：毫安(mA)、微安(μA)。1 A＝103 mA＝106 μA。 (5)方向：電流是標量，但

6、有方向。導體內(nèi)正電荷定向移動的方向為電流方向，即電流方向與負電荷定向移動的方向相反。 [典 例 精 析] 【例2】 下列說法中正確的是(　　) A．導體中電荷運動就形成了電流 B．在國際單位制中，電流的單位是A C．電流有方向，它是一個矢量 D．任何物體，只要其兩端電勢差不為零，就有電流存在 解析　電荷定向移動才形成電流，僅有電荷運動但不是定向移動則不會形成電流，故選項A錯誤；形成電流的條件是導體除了兩端有電勢差外，還應有可自由移動的電荷，因此必須是導體而非任何物體，故選項D錯誤；電流有方向，但它是標量，故選項C錯誤。 答案　B 導體內(nèi)電荷的無規(guī)則運動與電荷的定向移動不是

7、一回事。導體兩端存在電勢差時，導體內(nèi)的電荷才會定向移動，但電荷的無規(guī)則運動是不需要條件的。電流是描述電流強弱的物理量，它有方向但是個標量。 [即 學 即 練] 2．電路中每分鐘有60萬億個自由電子通過橫截面積為0.64×10－6 m2的導線，那么電路中的電流是(電子帶電量為1.6×10－19 C)(　　) A．0.016 μA B．1.6 mA C．16 μA D．0.16 μA 解析　由電流的定義式I＝可知，電流大小與橫截面積無關，代入數(shù)據(jù)可求得電路中的電流為0.16 μA。 答案　D 1．下列對公式I＝的理解正確的是(　　) A．I的大小與q成正比，與t成反比

8、 B．電路中的電流越大，表示通過導體橫截面的電荷量越多 C．導體的通電時間越短，則形成的電流越大 D．在相同時間內(nèi)，通過導體橫截面的電荷量越多，導體中的電流就越大 答案　D 2．將圖2中的銅導線和右邊的鋁導線連接起來，已知截面積S鋁＝2S銅。在銅導線上取一截面A，在鋁導線上取一截面B，若在1 s內(nèi)垂直地通過它們的電子數(shù)相等。那么，通過這兩截面的電流的大小關系是(　　) 圖2 A．IA＝IB B．IA＝2IB C．IB＝2IA D．不能確定 解析　這個題目中有很多干擾項，例如兩個截面的面積不相等，導線的組成材料不同等等。但關鍵是在單位時間內(nèi)通過兩截面的電子數(shù)相等，根據(jù)I＝

9、可知通過兩截面的電流相等。 答案　A 3．關于電流，以下說法正確的是(　　) A．通過截面的電荷量多少就是電流的大小 B．電流的方向就是電荷定向移動的方向 C．在導體中，只要自由電荷在運動，就一定會形成電流 D．導體兩端沒有電壓就不能形成電流 解析　根據(jù)電流的概念，電流是單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量，知A項錯誤；規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向，知B項錯誤；自由電荷定向移動才會形成電流，C項錯誤；形成電流的條件是導體兩端有電壓，故選項D正確。 答案　D 4．電路中有一電阻，通過電阻的電流為5 A，當通電5分鐘時，通過電阻橫截面的電子數(shù)為(　　) A．1 500個

10、 B．9.375×1019個 C．9.375×1021個 D．9.375×1020個 解析　q＝It，n＝＝＝9.375×1021個。 答案　C 1．關于電流的方向，下列敘述中正確的是(　　) A．金屬導體中電流的方向就是自由電子定向移動的方向 B．在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負離子，電流方向不能確定 C．不論何種導體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向 D．電流的方向有時與正電荷定向移動的方向相同，有時與負電荷定向移動的方向相同 解析　電流是有方向的，電流的方向是人為規(guī)定的。物理上規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，則負電荷定向移動的方向一定與電流的方向相反

11、。 答案　C 2．關于有源電路導線內(nèi)部的電場，下列說法正確的是(　　) A．導線內(nèi)部的電場就是電源所形成的電場 B．在靜電平衡時，導體內(nèi)部的場強為零，而導體外部的場強不為零，所以導體內(nèi)部電場不是穩(wěn)定的 C．因為導體處于電源的電場中，所以導體內(nèi)部場強處處為零 D．導線內(nèi)的電場是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的，導體內(nèi)的電荷處于動態(tài)平衡，電荷分布是穩(wěn)定的，電場也是穩(wěn)定的 解析　導體內(nèi)部有恒定電場，這是由電源、導線等元件共同作用形成的，而且此恒定電場是一種動態(tài)平衡的電場。 答案　D 3．我國北京正、負電子對撞機的儲存環(huán)是周長為240 m的近似圓形軌道，電子電荷量e＝1.

12、6×10－19 C，在整個環(huán)中運行的電子數(shù)目為5×1011個，設電子的運行速度是3×107 m/s，則環(huán)中的電流是(　　) A．10 mA B．1 mA C．0.1 mA D．0.01 mA 解析　電子運動一周的時間為T＝，在T時間內(nèi)通過任意橫截面的電量為：q＝ne， 電流為：I＝＝ ＝ A＝10 mA。 答案　A 4．關于電流的說法中正確的是(　　) A．根據(jù)I＝，可知I與q成正比 B．如果在任何相等的時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量相等，則導體中的電流是恒定電流 C．電流有方向，電流是矢量 D．電流的單位“安培”是國際單位制中的基本單位 解析　依據(jù)電流的定義式可知，

13、電流與q、t皆無關，顯然選項A錯誤；雖然電流是標量，但是卻有方向，因此在任何相等的時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量雖然相等，但如果方向變化，電流也不是恒定電流，所以，選項B、C錯誤。 答案　D 5．來自質(zhì)子源的質(zhì)子(初速度為零)，經(jīng)一直線加速器加速，形成電流為I的細柱形質(zhì)子流，已知質(zhì)子源與靶間的距離為d，質(zhì)子電荷量為e，假定分布在質(zhì)子源到靶之間的加速電場是勻強電場，質(zhì)子到達靶時的速度為v，則質(zhì)子源與靶間的質(zhì)子數(shù)為(　　) A. B. C. D. 解析　設質(zhì)子源與靶間的質(zhì)子數(shù)為n，則電荷量q＝ne，打到靶上所用時間t＝，又I＝解得：n＝，故B正確。 答案　B 6．關于電流的方向，下

14、列描述正確的是(　　) A．規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向 B．規(guī)定自由電荷定向移動的方向為電流的方向 C．在金屬導體中，自由電子定向移動的方向為電流的方向 D．在電解液中，由于正、負離子的電荷量相等，定向移動的方向相反，故無電流 解析　規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，故A正確，B錯誤；金屬導體中定向移動的是自由電子，電子帶負電，故電子定向移動的方向與電流的方向相反，C錯誤；在電解液中，正、負離子的電荷量相等，定向移動的方向相反，但有電流，電流的大小等于正、負離子電荷量的絕對值之和與時間的比值，D錯誤。 答案　A 7．下列關于電源的說法正確的是(　　) A．電源就是

15、電壓 B．電源的作用是使電源的正、負極保持一定量的正、負電荷，維持一定的電勢差 C．與電源相連的導線中的電場是由電源正、負極上的電荷形成的 D．在電源內(nèi)部正電荷由正極流向負極，負電荷由負極流向正極 解析　在電源內(nèi)部由非靜電力將正電荷由負極搬到正極，將負電荷由正極搬到負極，使正、負極維持一定的電勢差，電源不是電壓，故A、D錯誤，B正確；導線中的電場是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的，故C錯誤。 答案　B 8．非洲電鰩的捕獵方式是放電電死獵物，它放電的電壓可達100 V，電流可達50 A，每秒鐘放電150次，其放電情況可近似看做如圖1所示的圖線。則放電1秒鐘非洲電鰩放出的電荷量為(　　) 圖1 A．25 C B．50 C C．150 C D．250 C 解析　由題圖象可得1秒鐘該魚的放電時間為0.5 s，根據(jù)電流的定義式I＝，可得q＝It＝50×0.5 C＝25 C，故A正確。 答案　A 9．一個半徑為R的絕緣圓盤，繞垂直圓盤的轉(zhuǎn)動軸以角速度ω沿逆時針方向做勻速轉(zhuǎn)動，圓盤邊緣上均勻地分布著一圈電荷，電性均為負，單位圓弧上所帶的電荷量為q。當圓盤轉(zhuǎn)動時，求這些電荷所形成的電流大小并說明電流的方向如何。 解析　設周期為T，則T＝，I＝＝＝＝ωRq。由于電荷電性為負，所以電流的方向為順時針方向。 答案　ωRq　順時針 7