1、优质文档优质文档第 1 节 电源和电流1.电源的作用是能保持导体两端的电压，使电路中有持续电流。2恒定电流是指大小和方向都不随时间变化的电流，产生电流的条件是导体内有自由电荷，且导体两端存在电压。3电流的大小为 I ，方向规定为正电荷定向移动qt的方向。负电荷定向移动的方向与电流方向相反。电 源自 学 教 材 (1)如图 211 所示，带有正、负电荷的 A、B 两个导体，若用一条导线连接，则导线 中的自由电子在静电力的作用下定向移动，B 失去电子，A 得到电子，A、B 之间的电势差很快消失，两导体成为等势体，在导线中形成瞬时电流。(2)电源：就是在 A、B 两个导体之间连接的一个装置，它能源
2、图 211源不断地把经过导线流到 A 的电子取走补给 B，使 A、B 两个导体 始终保持一定数量的正、负电荷，维持一定的电势差，使电路中形成持续的电流。电源就是把电子从 A 搬到 B 的装置。(3)形成电流的条件：一是要有自由移动的电荷；二是导体两端存在 电势差。重 点 诠 释 1电源的作用(1)从电荷转移的角度看，电源的作用是使电路中的自由电荷持续地定向移动。(2)从能量转化的角度看，搬运电荷的过程是非静电力做功的过程，从而将其他形式的优质文档优质文档能转化为电能。2形成电流的三种电荷形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子，其中金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，液体导电时定向移动
3、的电荷有正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子。特别提醒 有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的电流需要同时满足两个条件：(1)电路中有电源。(2)电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接起来。所以只有电源，电路不闭合也不会有持续电流。1现代生活离不开电源，电子表、照相机、移动电话、计算器及许多电子产品，都需要配备各式各样的电源，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
4、量解析：电源的作用是维持正、 负极之间恒定的电势差， 这需要 电源不断地将其内部的负电荷向负极聚集，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。答案：B恒定电流自 学 教 材 1恒定电场(1)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。(2)形成：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。
5、(3)特点：导线内的电场线与导线平行；电荷的分布是稳定 的；导线内的电场是沿导线切线方向的恒定电场。(4)恒定电场与静电场的关系：在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随优质文档优质文档时间变化，因此其基本性质与静电场相同，在静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系，在恒定电场中同样适用。2恒定电流(1)概念：大小、方向都不随时间变化的电流。(2)形成：恒定电场使自由电荷速率增加，自由电荷与导体内不动的粒子的碰撞，使自由电荷速率减小，最终表现为平均速率不变。3电流(1)物理意义：表示电流强弱程度的物理量。(2)符号及单位：电流用符号 I 表示，单位是安培，符号为 A。(3)表达式
6、：I q/t(q 是在时间 t 内通过导体某一横截面上的电荷量) 。(4)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。重 点 诠 释 1电流的微观表达式(1)电流的微观表达式：InqS v。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荷量， 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 212 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，每个电荷的电荷量为 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
7、通过截面 C。可得：I nqvS。qnSvtt图 212来源:学科网(2)根据电流的微观表达式可以看出，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、定向移动的速度，还与导体的横截面积有关。(3)由 I nqSv 可以看出，同种导体横截面积越大的位置，电荷定向移动的速率越小。特别提醒 若已知单位长度的自由电荷数为 n，则电流的微观表达式为 Ivnq。2.理解电流的三个注意点(1)公式 I 中， q 是通过横截面的电荷量，而不是通过单位横截面积的电荷量。qt(2)当导体中有正、负电荷同时向相反方向定向移动形成电流时，公式中的 q 应为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量的绝对值之和。
8、优质文档优质文档(3)横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关 。3三种速率的区别三种速率比较内容 电子定向移动的速率 电子热运动的速率 电流传导的速率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大小 105 m/s 10
9、5 m/s 3108 m/s特别提醒 电流的形成是电子在速率很大的无 规则热运动上附加一个速率很小的定向移动，电路闭合时，瞬间在系统中形成电场，使导体中所有自由电荷在电场力的作用下共同定向移动，并不是电荷瞬间从电源运动到用电器。2关于电流的概念，下列说法中正确的是( )A导体中有电荷运动就形成电流B电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向运动的方向C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D对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零解析：导体中有大量的自由电子， 总在不停地做无规则运 动，没有定向运 动，在一段时间 t 内，通过导体某一截面的电荷是双向的，其数值又是相等的，电流
10、为零，故 A 错；电流是一个标量，因为其运算不符合矢量运算法 则。 为了便于研究 电流，人们规定正电荷定向运动的方向为电流的正方向，以区 别于负电荷的定向运动，故 B 错；在国际单位制中，共有七个基本量，电流是其中之一，故 C 正确；对于导体，其两端电势差为零时，导体内无电场， 电子不能定向运动，故电流为零，D 正确。答案：CD优质文档优质文档对电流的理解及计算例 1 某电解池中，若在 2 s 内各有 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( )A0 B0.8 AC1.6 A D3.2 A思路点拨 电解液导电时，正、负电荷都参与定向移动
11、，正、负电荷对电流的形成都有贡献。解析 电荷的定向移动形成电流，但 “” “”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。在 2 s 内通过截面的总电荷量应为q1.610 19 21.01019 C1.610 19 12.01019 C6.4 C。由电流的定义式知：I A3.2 A。qt 6.42答案 D借题发挥 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。qt一硫酸铜电解槽的横截面积为 2 m2，在 0.04 s 内若相向通过同一横截面的铜离子和硫酸根离子分别为
12、5.6251018 个和 4.7351018 个，则电解槽中的电流是多大？ 方向如何？解析：电解槽中的电流是铜离子和硫酸根离子分别向相反的方向运动形成的。所以电流的方向与铜离子定向移动的方向相同。铜离子和硫酸根离子都是二价离子，每个离子的电荷量为q1q 221.610 19 C。所以 I qt n1q1 n2q2t A5.6251018 4.735101821.610 190.0483 A。方向与铜离子定向移动的方向相同。答案：83 A，方向与铜离子定向移动的方向相同电流微观表达式的应用例 2 截面积为 S 的导线中通有电流 I。已知导线每单位体积中有 n 个自由电子，每个自由电子的电荷量是
13、e，自由电子定向移动的速率是 v，则在时间 t 内通过导线横截面的电子数是( )优质文档优质文档AnSvt BnvtC. D.Ite ItSe思路点拨 电子数等于总电荷量 除以每个电子的电荷量，所以求出通过截面的电荷量，即可求出电子数。解析 电荷量 qIt ，单位体积内的电子数已知，只要求出 t 时间内有多少体积的电子通过截面，即可求出电子数。(1)根据电流强度的定义式，可知在 t 内通过导线截面的电荷量 qI t。所以在这段时间内通过的自由电子数为 Nq/ eIt/ e。(2)自由电子定向移动的速率是 v，因此在时间 t 内，位于以截面 S 为底、长 lvt 的这段导线内的自由电子都能通过截
14、面。 这段导线的体积 VSlSvt，所以 t 内通过截面 S 的自由电子数为 NnVnSvt，所以 A、C 正确。答案 AC借题发挥 计算电流问题时要注意两个公式的结合：即(1)I ，(2)InqSv。应用时要明确公式中qt各量的意义。在本例题中，如果导线上均匀带有负电荷，每米电荷量为 q，当此导线沿轴线方向做速度为 v 的匀速直线运动时，由于导线运动而形成的等效电流大小为( )Avq B. 图 213qvCqvS Dqv/S解析：在运动方向上假设有一截面， 则在 t 时间内通过截面的电荷量为 Qvt q，等效电流 I vq，故 A 正确。Qt答案：A随堂基础巩固1关于电流，以下说法正确的是(
15、 )A通过截面的电荷量的多少就是电流的大小优质文档优质文档B电流的方向就是电荷定向移动的方向C在导体中，只要自由电荷在运动，就一定会形成电流D导体两端没有电压就不能形成电流解析：根据电流的概念，电流是 单位时间内通过截面的电 荷量，知 A 项错；规定正电荷定向移动的方向为电流方向，知 B 项 错；自由电荷持续的定向移动才会形成电流，C 错 D 对。答案：D2关于电流的方向，下列叙述中正确的是( )A金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定C不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，
16、有时与负电荷定向移动的方向相同解析：电流是有方向的，电流的方向是人 为规定的。物理上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 动的方向一定与电流的方向相反。答案：C3关于导线中的电场，下列说法正确的是( )A导线内的电场线可以与导线相交B导线内的电场 E 是由电源电场 E0 和导线侧面堆积电荷形成的电场 E叠加的结果C导线侧面堆积电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态D导线中的电场是静电场的一种解析：导线内的电场线与导线是平行的，故 A 错；导线中的电场是电源电场和导线侧面堆积电荷形成的电场叠加而成的，故 B 对；导线内电场不为 零，不是静电平衡状态，导线中的电场是恒定电场，并非
17、静电场 的一种，故 C、D 错；故正确答案为 B。答案：B4已知电子的电荷量为 e、质量为 m，氢原子的电子在原子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？解析：截取电子运动轨道的任一截面，在 电子运动一周的 时间 T 内，通 过这个截面的电荷量 qe，则有 I ，再有 库仑力提供向心力有 k m rqt eT e2r2 42T2由以上两式解得 I 。e22r2mkmr答案：e22r2mkmr优质文档优质文档课时跟踪训练(满分 50 分 时间 30 分钟)一、选择 题(本大题共 8 个小题，每小题 4 分，共计 32 分。每小题至少有一个选项正确，把正确
18、选项前的字母填在题后的括号内)1关于电流，下列叙述正确的是( )A只要将导体置于电场中，导体内就有持续电流B电源的作用可以使电路中有持续电流C导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有移动D恒定电流是由恒定电场产生的解析：电流在形成时有瞬时电流和恒定电流，瞬 时电流是 电荷的瞬时移动形成的，而恒定电流是导体两端有稳定的电场形成的， 电源的作用就是在 导体两端加上稳定的电压，从而在导体内部出现稳定的电场，可 见本题答案应选 B、D。答案：BD2关于电源的作用，下列说法正确的是( )A电源的作用是为电路持续地提供自由电荷B电源的作用是能直接释放电能C电源的作用就是保持导体两端的电压，使电路中有持续
19、的电流D电源的作用就是使自由电荷运动起来解析：电源是提供能量的装置， 电源供电的过程就是将其他形式的能 转化为电能的过程，故 A、B 错误 ；电源能使导体两端保持稳定的电压，从而使导体中保持持续的电流，故 C正确，D 错误。答案：C3金属导体内电流增强，是因为( )A导体内单位体积的自由电子数增多B导体内自由电子定向移动的速率增大C导体内电场的传播速率增大D导体内自由电子的热运动速率增大解析：对于确定的金属导体， 单位体积内的自由电子数是一定的，而且导体内电场的传播速率也是一定的，所以 A、C 错；导体内电流增强是由于自由 电子定向移动的速率增大，使得单位时间内穿过导体横截面的电荷量增大， B
20、 正确；导体内自由电子的热运动速率增大会阻碍电流增强，D 错误。答案：B4如图 1 所示的电解池，在 1 s 的时间内，共有 3 C 的正离子和 3 C 的负离子通过截面 xy，则这个电路中的电流是( ) 来源:Zxxk.Com优质文档优质文档图 1A0 A B1.5 AC3 A D6 A解析：电解液中的正、负离子定向移 动的方向相反，故它 们产 生同向的电流，由公式I 得， 电路中的电流 I A6 A，故 D 正确。qt 3 31答案：D5有甲、乙两导体，甲的横截面是乙的 2 倍，而单位时间内通过横截面的电荷量，乙是甲的 2 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
21、是甲导体的 2 倍来源:Zxxk.ComC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度大小相等解析：由于单位时间内通过乙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 错而 B 正确；由于 InqSv(n 为单位体积中的自由 电荷数，q 为自由电荷的电荷量，S 为横截面积，v 为定向移动速率)，所以 v ，由于不知道甲、乙两导体的性质InqS(n、q 不知道) ，所以无法判断。答案：B6.如图 2 所示，将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来，已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍，在铜导线上取一个截面 A，在铝导线上取一个
22、截面 B，若在 1 秒内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的( ) 图 2A电流相等来源:Zxxk.ComB电流不相等C自由电子定向移动的速率相等D自由电子定向移动的速率不相等解析：由电流定义知 I ，故 A 正确，B 错误；由电流的微观表达式 InSqv 知，qt netI、n、q 均相等，因为 SAvB，故 C 错误， D 正确。优质文档优质文档答案：AD7一段粗细均匀的金属导体的横截面积是 S，导体单位长度内的自由电子数为 n，金属内的自由电子的电荷量为 e，自由电子做无规则热运动的速率为 v0，导体中通过的电流为 I，则下列说法中正确的有( )A自由电子定向移动的速率为
23、v0B自由电子定向移动的速率为 vIneSC自由电子定向移动的速率为真空中的光速 cD自由电子定向移动的速率为 vIne解析：对电流微观表达式 I nqSv 式中 n 为单位体积内自由电荷数，而本题中 n 为单位长度内的自由电子数，t 时间内通过导体某一横截面的自由 电子数为长度是 vt 内的自由电子，其数量为 nvt，电荷量 qnvte，所以 电流 I nev，所以 v ，故正确答案 为 D。qt Ine答案：D8在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为 U 的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为 S、电流为 I 的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为 m，则在
24、刚射出加速电场时，一小段长为 l 的电子束内的电子个数是( )A. B. IleS m2eU Ile m2eUC. D. IeS m2eU ISle m2eU解析：经加速电场加速后，eU mv2，v ，电子束的电流为 IneSv，n ，l12 2eUm IeSv长的一小段的电子束内的电子个数为 NnSl 。Ile m2eU答案：B二、非选择题(本题共 2 小题，共 18 分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)9(9 分) 如果导线中的电流为 1 mA，那么 1 s 内通过导体横截面的自由电子数是多少个？若“220 V 60 W”的白炽灯正常发光时的电流为 273 mA，则 20 s 内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个？解析：qIt 1103 1 C 1103 C，设电子的数目为 n，则：
