山东省专用2018_2019学年高中物理第二章恒定电流第1节电源和电流讲义含解析新人教版选修3_.pdf
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1、第 1 节电源和电流第 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 电流的大小为I , 方向规定为正电荷定向移动的 q t 方向。负电荷定向移动的方向与电流方向相反。 3恒定电流是指大小和方向都不随时间变化的电流。 一、电源 1概念 在电路中把在电场力作用下移动到导体A的电子搬运到导体B的装 置。 2作用 (1)在导体A、B两端维持一定的电势差。 (2)使电路中保持持续的电流。 二、恒定电流 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。 (3)特点:导线内的电场线
2、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电流 (1)概念:电荷的定向移动形成电流。 (2)物理意义:表示电流强弱程度的物理量。 (3)符号及单位:电流用符号I表示,单位是安培,符号为 A。常用单位还有毫安(mA)和 微安(A),1 A103mA106A。 (4)表达式:I (q是在时间t内通过导体某一横截面上的电荷量)。 q t (5)方向:规定正电荷定向移动的方向
3、为电流方向。 3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。 1自主思考判一判 (1)电路中有电流时,电场的分布就会随时间不断地变化。() (2)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。() (3)恒定电场的电场强度不变化,一定是匀强电场。() (4)电流既有大小,又有方向,是矢量。() (5)电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。() (6)导体中的电流,实际是正电荷的定向移动形成的。() 2合作探究议一议 (1)如何使电路中存在持续电流? 提示:首
4、先保持电路闭合,其次是电路中接有电源,保持电路存在一定的电势差。 (2)有同学认为“只有导体中才可有电流” ,谈一谈你的认识。 提示:电荷定向移动形成电流,不论是导体内还是其他空间只要有电荷定向移动就可形 成电流,如氢原子中核外电子做匀速圆周运动时,形成了一环形电流等。 对电流的理解 1电流的形成 电荷的定向移动形成电流。当把导体和电源连接后,导体中形成恒定电场,导体中的自 由电荷在电场力的作用下定向移动形成电流。 (1)产生电流的条件:导体两端有电压。 (2)形成持续电流的条件:电路中有电源且电路闭合。 2电流的方向 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
5、反, 金属导体中自由移动的电荷是自由电子,故电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。 3电流的大小 (1)I 是电流的定义式,IneSv是电流的决定式,故电流的大小与通过导体横截面的 q t 电荷量以及通电时间无关。 (2)公式I 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。 q t (3)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 时,q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 q t (4)qIt是求电荷量的重要公式。 4电流是标量 电流虽然有方向,但是它遵循代数运算法则,所以电流不是矢量而是标量。 1下列关于
6、电流方向的说法中正确的是( ) A电荷的定向移动方向即为电流的方向 B电流的方向总是从电源的正极流向负极 C电流既有大小,又有方向,是一个矢量 D在电源内部,电流从负极流向正极 解析:选 D 正电荷的定向移动方向与电流方向相同,负电荷的定向移动方向与电流方向 相反;电流虽有方向,但不符合矢量运算法则,不是矢量,而是标量;外电路中电流从正极 流向负极,电源内部电流从负极流向正极,故 A、B、C 错,D 正确。 2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 A C1.6 AD3.2 A 解析
7、 : 选 D 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 1921.01019 C1.6101912.01019 C6.4 C。由电流的定义式知:I q t 6.4 2 A3.2 A。 2安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核的运动可等效为环形电流。 设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动,关于该环 形电流的说法,正确的是( ) A电流大小为,电流方向为顺时针 ve 2r B电流大小为,电流方向为顺时针 ve r C电流大小为,电流方向为逆
8、时针 ve 2r D电流大小为,电流方向为逆时针 ve r 解析 : 选 C 电流大小I , 方向与电子运动的方向相反, 即沿逆时针方向, q t e 2r v ve 2r 选项 C 正确。 电流的微观表达式 1建立模型 如图所示,AD表示粗细均匀的一段长为l的导体,两端加一定的 电压,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v,设导体的横截面 积为S, 导体每单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q。 2理论推导 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D所需要的时间:t 。 l v 根据公式qIt可得:导体AD中的电流:I nqSv
9、。 Q t nlSq l v 3结论 由此可见,从微观上看,电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的 电荷量、定向移动速率的大小,还与导体的横截面积有关。 典例 多选一横截面积为S的铜导线,流过的电流为I,设每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率为v,在 t时间内,通过导线横 截面的自由电子数目可表示为( ) AnvSt Bnvt C. D. It q It Sq 思路点拨 计算自由电子数目有以下两条思路: (1)t时间内通过导线横截面的自由电子数目等于 t时间内通过导线横截面的电荷量 It与自由电子电荷量q的比值。 (2)t时间内通过导线横
10、截面的自由电子数目等于导线vt长度内所含的自由电子数。 解析 由I 可得,在 t时间内通过导线横截面的电荷量QIt,所以在这段时 Q t 间内通过的自由电子数为N ,所以 C 对、D 错;由于自由电子定向移动的速率是v, Q q It q 所以在时间 t内,位于横截面积为S、长为lvt的这段导线内的自由电子都能通过横截 面, 这段导线的体积 VSlSvt, 所以 t内通过横截面的自由电子数为NnVnvSt, A 对、B 错。 答案 AC 利用InqSv分析问题应注意的三个方面 1各个物理量都要用国际单位。 2正确理解各符号的意义,特别是n表示导体中单位体积内的自由电荷数,v表示自由 电荷定向移
11、动速度的大小。 3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Inqv。 1一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米电荷量为q,当此棒沿 轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为( ) Aqv B. CqvS D. q v qv S 解析:选 A 时间t内通过垂直于棒运动方向某一横截面的电荷量Qqvt,依电流的定 义式可得I qv,故 A 正确。 Q t 2关于电流的概念,下列说法中正确的是( ) A通过导体横截面的电荷量越多,电流越大 B电子的定向移动速率越大,电流越大 C单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,导体中的电流越大 D横截面积越大
12、,电流越大 解析:选 C 根据I 可知,通过导体横截面的电荷量越多,电流不一定越大,选项 A q t 错误 ; 根据IneSv可知,电子的定向移动速率越大,电流不一定越大,选项 B 错误 ; 根据I 可知,单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,导体中的电流越大,选项 C 正确 ; 根据I q t neSv可知,横截面积越大,电流不一定越大,选项 D 错误。 2有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的两倍,而单位时间内通过导体横截面的电荷量, 乙是甲的 2 倍,下列说法中正确的是( ) A通过甲、乙两导体的电流相同 B通过乙导体的电流是甲导体的 2 倍 C乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的 2
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