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2019-2020年高二物理《電源和電流》學(xué)案 [要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)] 1.能把電子從正級搬運(yùn)到負(fù)級的裝置是__________。 2.恒定電場：導(dǎo)線內(nèi)的電場是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管導(dǎo)線中的電荷在運(yùn)動(dòng)，但有的流走，另外的又來補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也不會(huì)隨時(shí)間變化。這種由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定電場稱為恒定電場。 3．形成電流的必要條件：(1)要有能自由移動(dòng)的______。在導(dǎo)體中存在著大量的能自由移動(dòng)的電荷，如金屬導(dǎo)體中的_______，電解液中的________等。(2)導(dǎo)體兩端有______，即能產(chǎn)生驅(qū)使電荷作定向移動(dòng)的作用力——電場力。電源的作用就是保持導(dǎo)體兩端的電壓，從而使電路中有持續(xù)的電流。 4．電流的定義：通過導(dǎo)體橫截面的電量跟所用時(shí)間的比值叫電流，表達(dá)式I=q/t。電流的單位：安（A），1A＝1C/s，常用單位還有毫安（mA）、微安(μA)，1A=103mA=106μA。在國際單位制中，電流是一個(gè)基本物理量，其單位安培是基本單位之一。 5．電流的方向：規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?。在金屬?dǎo)體中，電流方向與電子定向移動(dòng)的方向_______。但電流是標(biāo)量，電流的方向表示的是電流的流向，電流的疊加是求代數(shù)和，而不是矢量和。 6．恒定電流：大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流。 7．電流的微觀表達(dá)式：I=nqvS。其中，n是導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，q是每個(gè)自由電荷的電量，v是導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速率，S是導(dǎo)體的橫截面積。 推導(dǎo)過程如下：如圖12－1－1所示，在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體AD上選取截面B和C，設(shè)導(dǎo)體的截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)電荷的電量為q，電荷的定向移動(dòng)速率為v，則在時(shí)間t內(nèi)處于相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面C。由于I=q/t可得：I=qnSvt/t=nqvS [范例精析] 例1 某電解池中，若在2 s內(nèi)各有1.01019個(gè)二價(jià)正離子和2.01019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某截面，那么通過這個(gè)截面的電流是( )． A．O B．0.8 A C．1.6 A D．3.2 A 解析：電荷的定向移動(dòng)形成電流，但“+”“一”電荷同時(shí)向相反方向定向移動(dòng)時(shí)，通過某截面的電量應(yīng)是兩者絕對值的和。故由題意可知，電流由正、負(fù)離子定向運(yùn)動(dòng)形成，則在2 s內(nèi)通過截面的總電量應(yīng)為： q=1.610-1921.01019C+1.610-1912.01019C=6.4C。 根據(jù)電流的定義式得：I=q/t=6.4/2=3.2A 拓展：電流的大小等于單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量，而正電荷的定向移動(dòng)形成電流與負(fù)電荷定向移動(dòng)形成電流是等效的。只不過負(fù)電荷定向移動(dòng)形成電流的方向與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反而已。 例2 電子的繞核運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流。若氫原子中的電子以速率v在半徑為r的軌道上運(yùn)動(dòng)，用e 表示電子的電荷量，則其等效電流等于多少？ 解析：假想電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌跡就是一個(gè)環(huán)形導(dǎo)體，在運(yùn)動(dòng)的軌跡上任取一截面，則在一個(gè)周期內(nèi)只有一個(gè)電子通過這個(gè)截面，由于電子電荷量題目已經(jīng)給出，只要求出電子運(yùn)動(dòng)的周期，就可以根據(jù)電流的定義求解。根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)可知，電子運(yùn)動(dòng)的周期為 T=2πr/v, 因此所求電流為 I=e/T=ev/2πr. 拓展：本題用到前面所學(xué)有關(guān)圓周運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí)，還用到一種等效的思維方法。由于沒有直觀經(jīng)驗(yàn)，對于不少學(xué)生來說，采用這個(gè)思維方法是有一定難度的，因此本題作為一種類型，希望學(xué)生通過練習(xí)積累這種解題思路，在今后解決類似問題時(shí)可以采用相近的思維方法。例如：一電子沿一圓周順時(shí)針方向高速運(yùn)動(dòng)，周期為10－10s，則等效電流大小為——————A,電流方向是——————————（填“順時(shí)針”或“逆時(shí)針” ）。 [答案：1.610- 9，逆時(shí)針] 例3 有一橫截面積為s的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流強(qiáng)度為I；設(shè)每單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子，電子的電量為e，此電子的定向移動(dòng)速率為v，在Δt時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)可表示為（ ） A．nvs Δt B．nvΔt C．IΔt /e D． IΔt /se 解析：因?yàn)镮=q/Δt，所以q=IΔt 自由電子數(shù)目為：N=q/e= IΔt /e，則選項(xiàng)C正確。 又因?yàn)殡娏鲝?qiáng)度的微觀表達(dá)式為I=nevs，所以自由電子數(shù)目為 N=q/e= IΔt /e =nevsΔt/e=nvs Δt 則選項(xiàng)A正確。 拓展：本題主要考查電流強(qiáng)度的定義式和微觀表達(dá)式的應(yīng)用計(jì)算。求解此題的關(guān)鍵是對電流的本質(zhì)要有深刻的認(rèn)識(shí)，依據(jù)電流強(qiáng)度的宏觀和微觀表達(dá)式，靈活運(yùn)用解題。 [能力訓(xùn)練] 1．1毫安=__________安，1微安=__________安。110-3 110-6 2．把 規(guī)定為電流的方向，在金屬導(dǎo)體中，電流方向與自由電子定向移動(dòng)的方向 。在電解質(zhì)溶液中，電流的方向與正離子定向移動(dòng)的方向 ,與負(fù)離子定向移動(dòng)的方向 。 正電荷定向移動(dòng)的方向；相反；相同；相反 3．關(guān)于電源的作用,下列說法正確的是 (BCD) A.電源的作用是能為電流提供自由電子 B.電源的作用是使導(dǎo)體中形成電場 C.電源的作用是能夠保持導(dǎo)體兩端的電壓 D.電源的作用是使自由電荷定向移動(dòng)起來 4．下列敘述正確的是（BD） A．導(dǎo)體中電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流 B．電流的國際單位是安培 C．因?yàn)殡娏鲝?qiáng)度有方向，所以電流強(qiáng)度是矢量 D．導(dǎo)體中有電流通過時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)不為零 5．關(guān)于電流的方向，下列說法正確的是（ C ） A．在金屬導(dǎo)體中，電流的方向是自由電子定向移動(dòng)的方向 B．在電解液中，電流的方向?yàn)樨?fù)離子定向移動(dòng)的方向 C．無論在何種導(dǎo)體中，電流的方向都與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反 D．在電解液中，由于是正負(fù)電荷定向移動(dòng)形成的電流，所以電流有兩個(gè)方向 6．關(guān)于電流的說法正確的是（BD） A．根據(jù)I=q/t可知，I與q成正比 B．如果在任何相等時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面積的電量相等，則導(dǎo)體中的電流是恒定電流 C．電流強(qiáng)度是一個(gè)標(biāo)量，其方向是沒有意義的 D．電流強(qiáng)度的單位“安培”是國際單位制中的基本單位 7．以下對導(dǎo)體中的電場理解正確的是（ABD） A．導(dǎo)體內(nèi)的電場在穩(wěn)定時(shí)是和導(dǎo)線平行的 B．導(dǎo)體內(nèi)的電場由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成 C．導(dǎo)線中電場始終隨時(shí)間而變化 D．導(dǎo)體內(nèi)的電場是一種動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定 8．通過一根金屬導(dǎo)線的電流為16mA．則10s內(nèi)通過這根導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)為（ B） A．1.01017 B．1.01018 C．1.01019 D．1.01020 9．在某次閃電中，持續(xù)時(shí)間為0.005 s所形成的平均電流為6.0104A，若閃電過程中產(chǎn)生的電荷以0.5A的電流通過電燈，試求可供電燈照明的時(shí)間。 6103 10.銀導(dǎo)線的橫截面積S=4mm2，通以I=2A的電流，若每個(gè)銀原子可以提供一個(gè)自由電子，試推導(dǎo)銀導(dǎo)線單位長度上的自由電子數(shù)的計(jì)算公式,并計(jì)算結(jié)果.(已知銀的密度ρ=10.5103kg/m3,摩爾質(zhì)量M=108g/mol,阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.021023mol-1,計(jì)算結(jié)果取1位小數(shù)) ρNAS/M，21023