1、1電源和電流學(xué)習(xí)目標(biāo)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qIt分析相關(guān)問(wèn)題.3.從微觀的角度表示電流的大小.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，導(dǎo)線R中的自由電子便會(huì)在靜電力的作用下定向運(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

2、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).()(4)恒定電流是由恒定電場(chǎng)產(chǎn)生的.()二、電流表達(dá)式I及電流的方向?qū)W(xué)探究(1)電荷的定向移動(dòng)形成電流，如何描

3、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?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或qIt，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(A)，1 A103 mA,1 A106 A.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

4、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)

5、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)(3)InqvS知識(shí)梳理1.電流的微觀表達(dá)式：InqvS.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IneSv中的v，大小約為105 m/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3108 m/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)，

6、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105 m/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)的速率越小.()一、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(1)I是電流的定義式，InqSv是電流的決定式，故

7、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).(2)電解液中應(yīng)用I計(jì)算電流時(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.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1如圖3所示，電解池內(nèi)有一價(jià)的電解液，t s內(nèi)通過(guò)溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1，負(fù)離子數(shù)是n2，設(shè)元電荷為e，以下說(shuō)法中正確的是()圖3A.當(dāng)n1n2時(shí)電流強(qiáng)度為零B.當(dāng)n1n2時(shí)，電流方向從AB，電流強(qiáng)度為IC.當(dāng)n1n2時(shí)，電流方向從BA，電流強(qiáng)度為ID.溶液內(nèi)電流方向從AB，電流強(qiáng)度為I答案D解析正離子定向移動(dòng)方向就是電流方向，負(fù)離子定向移動(dòng)的反方向也是電流方向；有正、負(fù)離子反向經(jīng)過(guò)同一截面時(shí)，公式I中的

8、q應(yīng)是正、負(fù)離子電荷量絕對(duì)值之和，故I，電流方向由A指向B，與正、負(fù)離子的數(shù)量無(wú)關(guān)，A、B、C錯(cuò)誤，D正確.計(jì)算電流時(shí)，要分清形成電流的電荷種類，是只有正電荷或負(fù)電荷，還是正、負(fù)電荷同時(shí)定向移動(dòng).當(dāng)正、負(fù)電荷都參與定向移動(dòng)時(shí)，正、負(fù)電荷對(duì)電流的形成都有貢獻(xiàn).針對(duì)訓(xùn)練1某電解池，如果在1 s內(nèi)共有51018個(gè)二價(jià)正離子和11019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過(guò)面積為0.1 m2的某截面，那么通過(guò)這個(gè)截面的電流是()A.0 B.0.8 AC.1.6 A D.3.2 A答案D解析由題意，1 s內(nèi)通過(guò)截面正離子的電荷量為q12n1e，負(fù)離子的電荷量絕對(duì)值為q2n2e，則電流為I.將n151018個(gè)，n211019個(gè)

9、，e1.61019 C代入解得I3.2 A.故選D.二、電流的微觀表達(dá)式1.InqvS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Inqv.2.公式InqvS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2導(dǎo)線中的電流是1 A，導(dǎo)線的橫截面積為1 mm2.(1)在1 s內(nèi)，有多少個(gè)電子通過(guò)導(dǎo)線的橫截面(電子電荷量e1.61019 C)?(2)自由電子的平均移

10、動(dòng)速率是多大(設(shè)導(dǎo)體每立方米內(nèi)有8.51028個(gè)自由電子)?(3)自由電子沿導(dǎo)線移動(dòng)1 m，平均要多少時(shí)間？答案(1)6.251018個(gè)(2)7.35105 m/s(3)3.78 h解析(1)N6.251018個(gè).(2)由公式IneSv，得v m/s7.35105 m/s.(3)沿導(dǎo)線移動(dòng)1 m需用時(shí)t s3.78 h.針對(duì)訓(xùn)練2銅的摩爾質(zhì)量為m，密度為，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c B. C. D.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

11、vtS中的自由電子數(shù)，而體積為vtS的銅的質(zhì)量為vtS，摩爾數(shù)為，自由電子數(shù)為，所以電荷量q，由I得v，故A、B、C錯(cuò)，D對(duì).1.關(guān)于電源的以下說(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.電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由正極不斷地搬運(yùn)到負(fù)極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢(shì)差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，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，需要將電子由正極不斷地搬運(yùn)到負(fù)極，故A錯(cuò)，B對(duì).電路中有電流不僅需要電

12、源，還需要電路是閉合的，兩者缺一不可，故C錯(cuò).電源是對(duì)電路提供能量的裝置，故D錯(cuò).2.電路中有一電阻，通過(guò)電阻的電流為5 A，當(dāng)通電5分鐘時(shí)，通過(guò)電阻橫截面的電子數(shù)為()A.1 500個(gè) B.9.3751019個(gè)C.9.3751021個(gè) D.9.3751020個(gè)答案C解析qIt，n9.3751021個(gè).3.如圖4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4A.qv B.C.qvS D.答案A解析t s內(nèi)棒通過(guò)的長(zhǎng)度lvt，總電荷量Qqlqvt.由Iqv，故選項(xiàng)A正確.4.一

13、根銅導(dǎo)線的橫截面積為2 mm2，其中的自由電子密度為8.51028個(gè)/m3，當(dāng)此銅導(dǎo)線通過(guò)2 A的電流時(shí)，求：(1)1 s內(nèi)有多少個(gè)電子通過(guò)銅導(dǎo)線的橫截面？(電子電荷量e1.61019 C)(2)電子定向移動(dòng)的速率多大？答案(1)1.251019個(gè)(2)7.35105m/s解析(1)1 s內(nèi)通過(guò)銅導(dǎo)線橫截面的電荷量qIt2 C所以1 s內(nèi)通過(guò)銅導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)n1.251019個(gè)(2)由電流的微觀表達(dá)式InqSv得：v m/s7.35105 m/s.一、選擇題(16題為單選題，78題為多選題)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

14、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

15、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105 m/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c3108 m/s，無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)速率的數(shù)量級(jí)為105 m/s.故B、C錯(cuò).4.在示波管中，電子槍2 s發(fā)射了61013個(gè)電子，則示波管中電流的大小為()A.

16、4.8106 A B.31013 AC.3106 A D.9.6106 A答案A解析電子槍2 s發(fā)射的電荷量q610131.61019 C9.6106 C，所以示波管中的電流大小為I A4.8106 A，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤.5.北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的儲(chǔ)存環(huán)是周長(zhǎng)為240 m的近似圓形軌道.當(dāng)環(huán)中電子以光速的流動(dòng)而形成10 mA的電流時(shí)，環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目為(已知光速c3108 m/s，電子電荷量e1.61019 C)()A.51010個(gè) B.51011個(gè)C.1102個(gè) D.1104個(gè)答案B解析電子運(yùn)動(dòng)一周所需要的時(shí)間：t s8106 s在圓形軌道上任取一橫截面，則在t時(shí)間內(nèi)整個(gè)環(huán)中的電子剛

17、好都通過(guò)該截面，故環(huán)中具有電子的電荷量為：qIt101038106 C8108 C環(huán)中具有電子數(shù)N個(gè)51011個(gè).6.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)法正確的是()A.甲、乙兩導(dǎo)體的電流相同B.乙導(dǎo)體的電流是甲導(dǎo)體的2倍C.乙導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率是甲導(dǎo)體的2倍D.甲、乙兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率大小相等答案B解析由于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)乙導(dǎo)體橫截面的電荷量是甲的2倍，因此通過(guò)乙導(dǎo)體的電流是甲的2倍，故A錯(cuò)，B對(duì).由于InqSv，所以v，由于不知道甲、乙兩導(dǎo)體的性質(zhì)(n、q不知道)，所以無(wú)法判斷v，故C、D錯(cuò).7.一橫截面積為S

18、的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流為I，設(shè)單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子，電子的電荷量為q.此時(shí)電子的定向移動(dòng)速率為v，在t時(shí)間內(nèi)，通過(guò)銅導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為()A.nvSt B.nvtC. D.答案AC解析在t時(shí)間內(nèi)，通過(guò)銅導(dǎo)線橫截面的電荷量為It，通過(guò)銅導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為N，故C正確，D錯(cuò)誤；把InqSv代入N可得NnvSt，故A正確，B錯(cuò)誤.8.通常一次閃電歷時(shí)約0.20.3 s，它由若干個(gè)相繼發(fā)生的閃擊構(gòu)成，每個(gè)閃擊持續(xù)時(shí)間僅4080 s，電荷轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在第一個(gè)閃擊過(guò)程中.在某一次閃電前云、地之間的電勢(shì)差約為1109 V，云、地間距離約為1 km；第一個(gè)閃擊過(guò)程中云、地間轉(zhuǎn)移的電荷量約為6 C，閃擊持續(xù)時(shí)間約為60 s.假定閃電前云、地間的電場(chǎng)是均勻的.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，下列判斷正確的是()A.閃電電流的瞬時(shí)值可達(dá)到1105 AB.整個(gè)閃電過(guò)程的平均功率約為11014 WC.閃電前云、地間的電場(chǎng)強(qiáng)度約為1106 V/mD.整個(gè)閃電過(guò)程向外釋放的能量約為6106 J答案AC解析由I A1105 A知，A對(duì)；由E V/m1106 V/m知，C對(duì)；由WqU61109 J6109 J知，D錯(cuò)； W31010 W，B錯(cuò).二、非選擇題9.在一次閃電的過(guò)程中，流動(dòng)的電荷量大約為300 C，持續(xù)