1電源和電流知識(shí)內(nèi)容電源和電流考試要求必考加試bc課時(shí)要求1.了解電流的形成條件，知道電源的作用和導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng).2.理解電流的定義，知道電流的單位、方向的確定，會(huì)用公式q＝It分析相關(guān)問(wèn)題.3.能區(qū)別自由電子的定向移動(dòng)速率和建立電場(chǎng)的速率.一、電源[導(dǎo)學(xué)探究]有A、B兩個(gè)導(dǎo)體，分別帶正、負(fù)電荷．如果在它們之間連接一條導(dǎo)線R，如圖1所示，自由電子便會(huì)在靜電力的作用下沿導(dǎo)線做定向運(yùn)動(dòng)，B失去電子，A得到電子，周圍電場(chǎng)迅速減弱，A、B之間的電勢(shì)差很快就消失．怎樣使A、B導(dǎo)體維持一定的電勢(shì)差，使導(dǎo)線中保持持續(xù)的電流？圖1答案在A、B間接一電源．[知識(shí)梳理]1．產(chǎn)生電流的條件：導(dǎo)體兩端存在電壓．形成持續(xù)電流條件：導(dǎo)體兩端存在持續(xù)電壓．2．電源：(1)定義：能把電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極的裝置．(2)作用：維持電路兩端有一定的電勢(shì)差；使閉合電路中保持持續(xù)的電流．3．恒定電場(chǎng)：(1)恒定電場(chǎng)：當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，導(dǎo)線中的電場(chǎng)是由電源、導(dǎo)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(chǎng)，叫恒定電場(chǎng)．(2)特點(diǎn)：任何位置的電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化．[即學(xué)即用]判斷下列說(shuō)法的正誤．(1)只要將導(dǎo)體置于電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)就有持續(xù)電流．(×)(2)電源的作用是使閉合電路中有持續(xù)電流．(√)(3)導(dǎo)體內(nèi)沒(méi)有電流時(shí)，就說(shuō)明導(dǎo)體內(nèi)部的電荷沒(méi)有移動(dòng)．(×)二、電流表達(dá)式I＝eq\f(q,t)及電流的方向[導(dǎo)學(xué)探究](1)電荷的定向移動(dòng)形成電流，如何描述電流的強(qiáng)弱？(2)電流可能是正電荷或負(fù)電荷定向移動(dòng)形成的，也可能是正、負(fù)電荷同時(shí)向相反的方向定向移動(dòng)形成的，人們是如何規(guī)定電流方向的？答案(1)利用單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量描述電流的強(qiáng)弱．(2)規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍甗知識(shí)梳理]1．恒定電流：大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流．2．電流定義式：I＝eq\f(q,t)或q＝It，其中：q表示在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量．3．單位：安培，簡(jiǎn)稱安，符號(hào)A，常用的單位還有毫安(mA)、微安(μA)，1A＝103mA,1A＝106μA.4．物理意義：反映了電流的強(qiáng)弱程度．5．電流的方向：規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，則負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向與電流方向相反．6．電解液中正、負(fù)離子定向移動(dòng)方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是相同的，應(yīng)用I＝eq\f(q,t)時(shí)，q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的絕對(duì)值之和．[即學(xué)即用]判斷下列說(shuō)法的正誤．(1)根據(jù)I＝eq\f(q,t)可知，I與q成正比．(×)(2)電流既有大小，又有方向，是矢量．(×)(3)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流就越大．(√)(4)導(dǎo)體中的電流，實(shí)際是正電荷定向移動(dòng)形成的．(×)三、電流的微觀表達(dá)式[導(dǎo)學(xué)探究]如圖2所示，AD表示粗細(xì)均勻的一段長(zhǎng)為l的導(dǎo)體，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速率為v，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q.圖2(1)AD導(dǎo)體中有多少個(gè)自由電荷？總電荷量是多少？(2)這些電荷都通過(guò)橫截面D所需的時(shí)間是多少？(3)導(dǎo)體AD中的電流是多大？答案(1)nlSnlSq(2)eq\f(l,v)(3)I＝eq\f(Q,t)＝eq\f(nlSq,\f(l,v))＝nqvS[知識(shí)梳理]1．電流的微觀表達(dá)式：I＝nqvS.式中n為導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、q為每個(gè)自由電荷的電荷量、v為自由電荷定向移動(dòng)速率，S為導(dǎo)體的橫截面積．2．三種速率的比較(1)電子定向移動(dòng)速率：電子在金屬導(dǎo)體中的平均運(yùn)動(dòng)速率，也是公式I＝neSv中的v，大小約為10－5m/s.(2)電流的傳導(dǎo)速率：電流在導(dǎo)體中的傳導(dǎo)速率等于光速，為3×108m/s.閉合開(kāi)關(guān)的瞬間，電路中各處以光速建立恒定電場(chǎng)，電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)定向移動(dòng)，整個(gè)電路也幾乎同時(shí)形成了電流．(3)電子熱運(yùn)動(dòng)速率：電子做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率，大小約為105m/s.由于熱運(yùn)動(dòng)向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相等，故此運(yùn)動(dòng)不能形成電流．[即學(xué)即用]判斷下列說(shuō)法的正誤．(1)導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng)的速率等于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的速率．(×)(2)導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng)的速率等于真空中的光速c.(×)(3)粗細(xì)不均勻的通電導(dǎo)線，電流處處相等，則越粗的位置，電子定向移動(dòng)的速率越?。?√)一、對(duì)電源作用的理解例1現(xiàn)代生活離不開(kāi)電源，電子表、照相機(jī)、移動(dòng)、計(jì)算器及許多電子產(chǎn)品，都需要配備各式各樣的電源，關(guān)于電源，以下說(shuō)法正確的是()A．電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負(fù)極不斷地搬運(yùn)到正極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢(shì)差B．電源的作用就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能C．只要電路中有電源，電路中就一定有電流D．電源實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)用電器，也需要外界提供能量答案B解析電源的作用是維持正、負(fù)極之間恒定的電勢(shì)差，這需要電源不斷地將其內(nèi)部的負(fù)電荷向負(fù)極聚集，將正電荷向正極聚集，外電路中自由電子在電場(chǎng)力的作用下向正極移動(dòng)，在電源內(nèi)部，需要將正極上的電子搬運(yùn)到負(fù)極，維持電勢(shì)差不變，故A錯(cuò)；從能量角度來(lái)看，電源在搬運(yùn)電荷的過(guò)程中，需要克服電場(chǎng)力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，B對(duì)；電路中有電流不僅需要電源，還需要電路是閉合的，故C錯(cuò)；電源是對(duì)電路提供能量的裝置，故D錯(cuò)．二、電流的理解和計(jì)算1．電流的方向與正電荷定向移動(dòng)的方向相同，與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反．金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反．2．電流的大小I＝eq\f(q,t)是電流的定義式，I＝nqSv是電流的決定式，故電流的大小與通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量以及通電時(shí)間無(wú)關(guān)．3．電流是標(biāo)量：電流雖然有方向但是它遵循代數(shù)運(yùn)算法則．例2關(guān)于電流的概念，下列說(shuō)法中正確的是()A．導(dǎo)體中有電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流B．電流是一個(gè)矢量，其方向就是正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向C．導(dǎo)體中的電流一定是由正、負(fù)電荷同時(shí)向相反方向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的D．對(duì)于導(dǎo)體，只要其兩端電勢(shì)差為零，電流也必為零答案D解析導(dǎo)體中有大量的自由電子，總在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有定向運(yùn)動(dòng)，在一段時(shí)間t內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)體某一截面的電荷是雙向的，其數(shù)值又是相等的，電流為零，故A錯(cuò)；電流是一個(gè)標(biāo)量，因?yàn)槠溥\(yùn)算不符合矢量運(yùn)算法則．為了便于研究電流，人們規(guī)定正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯恼较?，以區(qū)別于負(fù)電荷的定向運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)；導(dǎo)體中的電流可能是只有正電荷定向移動(dòng)形成，可能是只有負(fù)電荷定向移動(dòng)形成，也可能是正負(fù)電荷同時(shí)向相反方向運(yùn)動(dòng)形成，C錯(cuò)；對(duì)于導(dǎo)體，其兩端電勢(shì)差為零時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)無(wú)電場(chǎng)，電子不能定向運(yùn)動(dòng)，故電流為零，D正確．例3電路中，每分鐘有6×1013個(gè)自由電子通過(guò)橫截面積為0.64×10－6m2的導(dǎo)線，那么電路中的電流是多少？答案0.16μA解析電流是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量．電流的大小是通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量與所用的時(shí)間的比值，即：I＝eq\f(q,t)＝eq\f(6×1013×1.6×10－19,60)A＝0.16μA.三、電流的微觀表達(dá)式1．I＝nqvS為電流的微觀表達(dá)式，從微觀上看，電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個(gè)自由電荷的電荷量、定向移動(dòng)的速率大小，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)．若已知單位長(zhǎng)度的自由電荷數(shù)為n，則電流的微觀表達(dá)式為I＝nqv.2．公式I＝nqvS中的v表示電荷定向移動(dòng)的速率．自由電荷在不停地做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，其速率為熱運(yùn)動(dòng)的速率，電流是電子在熱運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上向某一方向定向移動(dòng)形成的．例4導(dǎo)線中的電流是1A，導(dǎo)線的橫截面積為1mm2.(1)在1s內(nèi)，有多少個(gè)電子通過(guò)導(dǎo)線的橫截面(電子電荷量e＝1.6×10－19C)?(2)自由電子的平均移動(dòng)速率是多大(設(shè)導(dǎo)線每立方米內(nèi)有8.5×1028個(gè)自由電子)?(3)自由電子沿導(dǎo)線移動(dòng)1m，平均要多少時(shí)間？答案(1)6.25×1018個(gè)(2)7.35×10－5m/s(3)3.78h解析(1)N＝eq\f(q,e)＝eq\f(It,e)＝6.25×1018個(gè)．(2)由公式I＝neSv，得v＝eq\f(I,neS)＝eq\f(1,8.5×1028×1.6×10－19×10－6)m/s≈7.35×10－5m/s.(3)沿導(dǎo)線移動(dòng)1m需用時(shí)t＝eq\f(1,7.35×10－5)s≈3.78h.針對(duì)訓(xùn)練銅的摩爾質(zhì)量為m，密度為ρ，每摩爾銅原子有n個(gè)自由電子，每個(gè)自由電子的電荷量為e，今有一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線，通過(guò)電流為I時(shí)，電子定向移動(dòng)的平均速率為()A．光速cB.eq\f(I,neS)C.eq\f(ρI,neSm)D.eq\f(mI,neSρ)答案D解析設(shè)電子定向移動(dòng)的速率為v，那么在t秒內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)相當(dāng)于在體積vt·S中的自由電子數(shù)，而體積為vtS的銅的質(zhì)量為vtSρ，摩爾數(shù)為eq\f(vtSρ,m)，自由電子數(shù)為eq\f(vtSρn,m)，所以電荷量q＝eq\f(vtSρne,m)，由I＝eq\f(q,t)＝eq\f(vSρne,m)得v＝eq\f(Im,neSρ)，故A、B、C錯(cuò)，D對(duì).1．下列對(duì)公式I＝eq\f(q,t)的理解正確的是()A．I的大小與q成正比，與t成反比B．電路中的電流越大，表示通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多C．導(dǎo)體的通電時(shí)間越短，則形成的電流越大D．在相同時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流就越大答案D2．關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是()A．金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動(dòng)的方向B．在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負(fù)離子，電流方向不能確定C．不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向D．電流的方向有時(shí)與正電荷定向移動(dòng)的方向相同，有時(shí)與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相同答案C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(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，則負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向一定與電流的方向相反．3．電路中有一電阻，通過(guò)電阻的電流為5A，當(dāng)通電5分鐘時(shí)，通過(guò)電阻橫截面的電子數(shù)為()A．1500個(gè) B．9.375×1019個(gè)C．9.375×1021個(gè) D．9.375×1020個(gè)答案C解析q＝It，n＝eq\f(q,e)＝eq\f(It,e)＝9.375×1021個(gè)．4.如圖3所示，一根橫截面積為S的均勻長(zhǎng)直橡膠棒上帶有均勻的負(fù)電荷，每單位長(zhǎng)度上電荷量為q，當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于棒運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流大小為()圖3A．qvB.eq\f(q,v)C．qvS D.eq\f(qv,S)答案A解析ts內(nèi)棒通過(guò)的長(zhǎng)度l＝vt，總電荷量Q＝ql＝qvt.由I＝eq\f(Q,t)＝eq\f(qvt,t)＝qv，故選項(xiàng)A正確.一、選擇題(每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中只有一個(gè)是符合題目要求的)1．關(guān)于電流，以下說(shuō)法正確的是()A．通過(guò)截面的電荷量的多少就是電流的大小B．電流的方向就是電子定向移動(dòng)的方向C．在導(dǎo)體中，只要自由電荷在運(yùn)動(dòng)，就一定會(huì)形成電流D．導(dǎo)體兩端沒(méi)有電壓就不能形成電流答案D2．以下說(shuō)法正確的是()A．只要有可以自由移動(dòng)的電荷，就存在持續(xù)電流B．金屬導(dǎo)體內(nèi)的持續(xù)電流是自由電子在導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)作用下形成的C．電流的傳導(dǎo)速率就是導(dǎo)體內(nèi)自由電子的定向移動(dòng)速率D．在金屬導(dǎo)體內(nèi)當(dāng)自由電子定向移動(dòng)時(shí)，它們的熱運(yùn)動(dòng)就消失了答案B解析要有持續(xù)電流必須有電壓，A錯(cuò)誤．導(dǎo)體中形成電流的原因是在導(dǎo)體兩端加上電壓，于是在導(dǎo)體內(nèi)形成了電場(chǎng)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)形成電流，B正確．電流的傳導(dǎo)速率等于光速，電子定向移動(dòng)的速率很小，C錯(cuò)誤．在形成電流時(shí)電子定向移動(dòng)，并不是熱運(yùn)動(dòng)就消失了，其實(shí)電子仍然做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò)誤．故選B.3．在導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A．電子定向移動(dòng)速率接近光速B．電子定向移動(dòng)速率即是電場(chǎng)傳導(dǎo)速率C．電子定向移動(dòng)速率即是電子熱運(yùn)動(dòng)速率D．在金屬導(dǎo)體中，自由電子只不過(guò)在速率很大的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)上附加了一個(gè)速率很小的定向移動(dòng)答案D解析電子定向移動(dòng)的速率很小，數(shù)量級(jí)為10－5m/s，自由電子只不過(guò)在速率很大的熱運(yùn)動(dòng)上附加了一個(gè)速率很小的定向移動(dòng)．故D正確，A錯(cuò)誤．電場(chǎng)的傳導(dǎo)速率為光速c＝3×108m/s，無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)速率的數(shù)量級(jí)為105m/s.故B、C錯(cuò)．4．對(duì)電流概念的正確理解是()A．通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大B．導(dǎo)體的橫截面越大，電流越大C．單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大D．導(dǎo)體中的自由電荷越多，電流越大答案C解析由I＝eq\f(q,t)可知電流不但與q有關(guān)，還與通過(guò)q所用的時(shí)間有關(guān)，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤；電流與橫截面積無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．5．“Sony”四個(gè)字母的品牌價(jià)值，近幾年在電子業(yè)務(wù)上呈現(xiàn)弱勢(shì)，但索尼過(guò)去所創(chuàng)造出神話般的輝煌歷史，仍然沒(méi)有因?yàn)橄M(fèi)性電子業(yè)務(wù)低迷而失去消費(fèi)者的青睞．現(xiàn)有一臺(tái)“Sony”牌收音機(jī)，電池供電的電流是8mA，也就是說(shuō)()A．1h電池供給1C的電量B．1000s電池供給8C的電量C．1s電池供給8C的電量D．1min電池供給8C的電量答案B解析由電流的定義可知，q＝It，因電池供電的電流是8mA，所以1000s電池供給8C的電量，B正確．6．在示波管中，電子槍2s發(fā)射了6×1013個(gè)電子，則示波管中電流的大小為()A．4.8×10－6A B．3×10－13AC．3×10－6A D．9.6×10－6A答案A解析電子槍2s發(fā)射的電荷量q＝6×1013×1.6×10－19C＝9.6×10－6C，所以示波管中的電流大小為I＝eq\f(q,t)＝eq\f(9.6×10－6,2)A＝4.8×10－6A，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．7．有甲、乙兩導(dǎo)體，甲的橫截面積是乙的2倍，而單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)乙導(dǎo)體橫截面的電荷量是甲的2倍，以下說(shuō)法正