魯科版選修31 第3章 第1節(jié) 電 流 學(xué)案.doc

第1節(jié)電_流1回路中存在自由電荷和導(dǎo)體兩端存在電壓是形成電流的條件。2電流的速度是3108 m/s，區(qū)別于電荷定向移動(dòng)的速率。3電荷定向移動(dòng)時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體任一橫截面的電荷量稱為電流，i。且規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉?物理學(xué)中把方向不隨時(shí)間改變的電流叫直流電，方向和強(qiáng)弱都不隨時(shí)間改變的電流叫做恒定電流。一、電流的形成1形成電流的條件(1)回路中存在自由電荷；(2)導(dǎo)體兩端存在電壓。2形成持續(xù)電流的條件導(dǎo)體兩端有持續(xù)電壓。二、電流的速度1電流的速度等于電場(chǎng)的傳播速度，它等于3108 m/s。2導(dǎo)體中有電流時(shí)同時(shí)存在著的三種速率三種速率電場(chǎng)的傳播速率電子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率自由電子定向移動(dòng)的速率數(shù)值光速3108 m/s數(shù)量級(jí)約105 m/s數(shù)量級(jí)約105 m/s三、電流的方向1規(guī)定：正電荷定向移動(dòng)的方向。金屬內(nèi)部的電流方向跟負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反。2外電路中，電流總是從電源正極流向電源負(fù)極。四、電流的大小和單位1定義：電荷定向移動(dòng)時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體任一橫截面的電荷量稱為電流。2定義式：i。3單位：安培。常用單位還有ma和a；換算關(guān)系：1 a103 ma106 a。4(1)直流電：方向不隨時(shí)間改變的電流。(2)恒定電流：方向和強(qiáng)弱都不隨時(shí)間改變的電流。1自主思考判一判(1)金屬導(dǎo)體中電子定向移動(dòng)的速率很大，因?yàn)殚]合開關(guān)，燈泡馬上就亮了。()(2)加上電壓后，導(dǎo)體中的電場(chǎng)是以光速傳播的。()(3)導(dǎo)體中的自由電荷是在導(dǎo)體中的電場(chǎng)施加的電場(chǎng)力作用下做定向移動(dòng)的。()(4)電流既有大小又有方向，是矢量。()(5)由i可知，i與q成正比。()(6)安培是七個(gè)國際基本單位之一。()2合作探究議一議(1)電容器放電過程瞬間完成，不會(huì)形成持續(xù)電流，而干電池可使電路中保持持續(xù)的電流，為什么？提示電容器放電過程中正、負(fù)電荷中和，放電電流瞬間消失，不能在電路中形成持續(xù)的電流，而干電池內(nèi)部能夠通過非靜電力的作用維持電池兩極電勢(shì)差不變，使電路中保持持續(xù)的電流。(2)電流的方向是如何規(guī)定的？電流是矢量嗎？提示電流是描述電流強(qiáng)弱的物理量，規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍浑娏麟m然有方向，但它是標(biāo)量。(3)如圖311所示，在鹽水中加入兩個(gè)電極，與電源連接后可以形成電流。鹽水中形成電流時(shí)，電荷的定向移動(dòng)如何？電流的方向如何？圖311提示在電場(chǎng)中，鹽水中正離子na向左移動(dòng)，形成向左的電流，負(fù)離子cl向右移動(dòng)，形成向左的電流，故鹽水中電流方向向左。電流的理解與計(jì)算1三種速率的理解電子定向移動(dòng)的速率電子熱運(yùn)動(dòng)的速率電流傳導(dǎo)的速率物理意義電流就是由電荷的定向移動(dòng)形成的，電流inesv，其中v就是電子定向移動(dòng)的速率，一般為105 m/s的數(shù)量級(jí)構(gòu)成導(dǎo)體的電子在不停地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，由于熱運(yùn)動(dòng)向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相等，故不能形成電流，常溫下電子熱運(yùn)動(dòng)的速率數(shù)量級(jí)為105 m/s等于光速，閉合開關(guān)的瞬間，電路中各處以真空中光速c建立恒定電場(chǎng)，在恒定電場(chǎng)的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)開始定向移動(dòng)，整個(gè)電路也幾乎同時(shí)形成了電流大小105 m/s105 m/s3108 m/s2.對(duì)i的理解電流定義式電流方向(1)i是單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，橫截面是整個(gè)導(dǎo)體的橫截面，不是單位截面積(2)當(dāng)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時(shí)，q為通過某一橫截面的正、負(fù)電荷量絕對(duì)值的和(3)i與q、t均無關(guān)電流方向與正電荷定向移動(dòng)方向相同，和負(fù)電荷定向移動(dòng)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)方向相反)典例如圖312所示，在nacl溶液中，正、負(fù)電荷定向移動(dòng)，方向如圖中所示，若測(cè)得2 s內(nèi)分別有1.01018個(gè)na和cl通過溶液內(nèi)部的橫截面m，則溶液中的電流方向如何？電流為多大？圖312解析nacl溶液導(dǎo)電是靠自由移動(dòng)的na和cl，它們?cè)陔妶?chǎng)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。因?yàn)殡娏鞣较驗(yàn)檎姾啥ㄏ蛞苿?dòng)的方向，所以溶液中電流方向與na定向移動(dòng)的方向相同，即由a流向b。na和cl都是一價(jià)離子，每個(gè)離子的電荷量為e1.61019 c，nacl溶液導(dǎo)電時(shí)，na由a向b定向移動(dòng)，cl由b向a定向移動(dòng)，負(fù)離子的運(yùn)動(dòng)可以等效地看做正離子沿相反方向運(yùn)動(dòng)，可見，2 s內(nèi)通過橫截面m的電荷量為兩種離子電荷量的絕對(duì)值之和，則有i a0.16 a，方向由a向b。答案電流方向由a向b，大小為0.16 a應(yīng)用公式i需注意的三個(gè)問題(1)公式i反映的是在時(shí)間t內(nèi)電流的平均值，對(duì)恒定電流來說，平均值等于瞬時(shí)值。(2)計(jì)算電流大小時(shí)，要注意通過截面的電荷量的計(jì)算(q、q1、q2均表示電荷量的絕對(duì)值)，常見的情況有以下兩種：同種電荷同向通過某一截面時(shí)，電荷量qq1q2異種電荷反向通過某一截面時(shí)，若q1為正電荷，q2為負(fù)電荷，電荷量qq1|q2|(3)電解液導(dǎo)電時(shí)電流的計(jì)算，在時(shí)間t內(nèi)，有m個(gè)a價(jià)正離子通過溶液內(nèi)截面s，有n個(gè)b價(jià)負(fù)離子通過溶液內(nèi)截面s，則電流的大小i。 1(多選)關(guān)于電流的速度，下列說法正確的是()a電荷的定向移動(dòng)形成電流，所以電流的傳導(dǎo)速率等于自由電荷定向移動(dòng)的速率b電流的傳導(dǎo)速率等于自由電荷的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率c電流的傳導(dǎo)速率等于電場(chǎng)的傳播速率d電流的傳導(dǎo)速率近似等于光速解析：選cd電流的傳導(dǎo)速率等于電場(chǎng)的傳播速率，近似等于光速c，大于自由電荷定向移動(dòng)的速率和自由電荷無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率，故選項(xiàng)a、b錯(cuò)誤，選項(xiàng)c、d正確。2(多選)以下說法正確的有()a只要有可以移動(dòng)的電荷，就存在著持續(xù)電流b只要導(dǎo)體兩端沒有電壓，就不能形成電流c只要導(dǎo)體中無電流，其內(nèi)部自由電荷就停止運(yùn)動(dòng)d金屬導(dǎo)體內(nèi)持續(xù)電流是自由電子在導(dǎo)體兩端的持續(xù)電壓下形成的解析：選bd形成電流的條件是回路中存在自由電荷，導(dǎo)體兩端有電壓；形成持續(xù)電流的條件是回路中存在自由電荷，導(dǎo)體兩端有持續(xù)的電壓，故選項(xiàng)b、d正確；無論導(dǎo)體兩端有無電壓，其中的自由電荷均做永不停息的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)體兩端加上持續(xù)電壓后，在電場(chǎng)力作用下，自由電荷在熱運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)定向移動(dòng)，從而形成持續(xù)電流，故選項(xiàng)a錯(cuò)誤；導(dǎo)體中無電流時(shí)，自由電荷不做定向移動(dòng)但仍做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)c錯(cuò)誤。3一個(gè)半徑為r的細(xì)橡膠圓環(huán)，均勻地帶上電荷量為q的負(fù)電荷，當(dāng)它以角速度繞中心軸線順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，環(huán)中等效電流的大小為()aqb.c. d.解析：選c截取圓環(huán)上任一截面，在橡膠圓環(huán)運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間t內(nèi)，通過這個(gè)截面的電荷量為q，則有i，又因?yàn)閠，所以i，故c正確。電流的微觀表達(dá)式1建立模型如圖313所示，ad表示粗細(xì)均勻長(zhǎng)為l的一段導(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3132理論推導(dǎo)ad導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù)：nnls?？傠姾闪浚簈nqnlsq。所有這些電荷都通過橫截面s所需要的時(shí)間：t。根據(jù)公式i可得：導(dǎo)體ad中的電流：inqsv。3結(jié)論從微觀上看，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)速率的大小，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)。1導(dǎo)體中電流i的表達(dá)式為inqsv，其中s為導(dǎo)體的橫截面積，n為導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，q為每個(gè)自由電荷所帶的電荷量，v是()a導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的速率 b電流傳導(dǎo)的速率c電子熱運(yùn)動(dòng)的速率 d自由電荷定向移動(dòng)的速率解析：選dinqsv中v是自由電荷定向移動(dòng)的速率。2(多選)橫截面積為s的導(dǎo)線中通有電流i。已知導(dǎo)線每單位體積中有n個(gè)自由電子，每個(gè)自由電子的電荷量是e，自由電子定向移動(dòng)的速率是v，則在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是()ansvt bnvtc. d.解析：選ac(1)根據(jù)電流的定義式，可知在t內(nèi)通過導(dǎo)線截面的電荷量qit。所以在這段時(shí)間內(nèi)通過的自由電子數(shù)為n。(2)自由電子定向移動(dòng)的速率是v，因此在時(shí)間t內(nèi)，位于以截面s為底、長(zhǎng)lvt的這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電子都能通過截面。這段導(dǎo)線的體積vslsvt，所以t內(nèi)通過截面s的自由電子數(shù)為nnvnsvt，所以選項(xiàng)a、c正確。3在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進(jìn)入電壓為u的加速電場(chǎng)，設(shè)其初速度為零，經(jīng)加速后形成橫截面積為s、電流為i的電子束。已知電子的電荷量為e，質(zhì)量為m，則在剛射出加速電場(chǎng)時(shí)，一小段長(zhǎng)度為l的電子束內(nèi)的電子個(gè)數(shù)為()a. b. c. d. 解析：選b設(shè)電子束單位體積內(nèi)含有n個(gè)電子，由電流的微觀表達(dá)式可知inesv所以n電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，滿足eumv2由以上各式解得n 所以長(zhǎng)度為l的電子束內(nèi)的電子個(gè)數(shù)為nnsl，選項(xiàng)b正確。1對(duì)于金屬導(dǎo)體，還必須滿足下列哪個(gè)條件才能在導(dǎo)體中產(chǎn)生恒定的電流()a有可以自由移動(dòng)的電荷b把導(dǎo)體放在勻強(qiáng)電場(chǎng)中c讓導(dǎo)體某一端連接電源正極即能產(chǎn)生電流d導(dǎo)體兩端加有恒定的電壓解析：選d因?yàn)榻饘賹?dǎo)體中已經(jīng)存在大量的自由電荷，故a錯(cuò)。把導(dǎo)體放在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，導(dǎo)體只能產(chǎn)生瞬間感應(yīng)電流，故b錯(cuò)。只是讓導(dǎo)體一端連接電源正極時(shí)，導(dǎo)體兩端無電壓，此時(shí)不能形成電流，故c錯(cuò)。只有讓導(dǎo)體兩端保持恒定的電壓才能產(chǎn)生恒定電流，故d正確。2關(guān)于電流，下列說法中正確的是()a通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大b電子運(yùn)動(dòng)速率越大，電流越大c單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流就越大d因?yàn)殡娏饔蟹较?，所以電流是矢量解析：選c由i知，q大，i不一定大，還要看t的大小，故a錯(cuò)。由inqsv知，電子定向運(yùn)動(dòng)的速率v大，電流大小不一定大，電流大小還與n、q、s有關(guān)，另外電子做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，速率很大，但不能形成電流，故b錯(cuò)。單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大，c對(duì)。電流雖有方向，但不是矢量，故d錯(cuò)。3關(guān)于電流的方向，下列說法正確的是()a電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较騜因?yàn)殡娏饔蟹较?，所以電流是矢量c在電源外部電路中，電流的方向是從電源的正極流向負(fù)極d在電路中電荷的定向移動(dòng)方向總是沿著高電勢(shì)到低電勢(shì)的方向解析：選c電流的方向是正電荷定向移動(dòng)的方向，在電源外部從電源正極流向負(fù)極，故a錯(cuò)，c對(duì)；電流是標(biāo)量，故b錯(cuò)；外電路中正電荷從高電勢(shì)處向低電勢(shì)處移動(dòng)，但負(fù)電荷從低電勢(shì)處向高電勢(shì)處移動(dòng)，故d錯(cuò)。4金屬導(dǎo)體中有電流時(shí)，自由電子定向移動(dòng)的速率為v1，電子熱運(yùn)動(dòng)速率為v2，電流的傳導(dǎo)速率為v3，則()av1最大bv2最大cv3最大 d無法確定解析：選c電場(chǎng)傳播速率(或電流傳導(dǎo)速率)等于光速，而電子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率，其數(shù)量級(jí)約為105 m/s，自由電子定向移動(dòng)速率數(shù)量級(jí)為105 m/s，所以c正確。5非洲電鰩的捕獵方式是放電電死獵物，它放電的電壓可達(dá)100 v，電流50 a，每秒鐘放電150次，其放電情況可近似看做如圖1所示的規(guī)律。則放電1秒鐘非洲電鰩放出的電量為()圖1a25 c b50 cc150 c d250 c解析：選a由圖像可得1秒鐘電鰩的放電時(shí)間為0.5 s，根據(jù)電流的定義式i，可得qit500.5 c25 c，故a正確。6(多選)以下說法正確的是()a電流的傳導(dǎo)速率就是導(dǎo)體內(nèi)部自由電子的定向移動(dòng)速率b在金屬導(dǎo)體內(nèi)部，當(dāng)電子做定向移動(dòng)時(shí)，電子的熱運(yùn)動(dòng)并未消失c電子定向移動(dòng)速度與電子熱運(yùn)動(dòng)的速率本質(zhì)是一樣的d電子定向移動(dòng)速度是自由電子在導(dǎo)體中從低電勢(shì)到高電勢(shì)定向移動(dòng)的平均速度解析：選bd電流的傳導(dǎo)速率是電場(chǎng)的傳播速度，等于光速，故a錯(cuò)誤；在電子定向移動(dòng)形成電流時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)并未消失，電子是在做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上又疊加了一個(gè)定向移動(dòng)，故b正確；電子定向移動(dòng)速度是電子在電場(chǎng)力的作用下整體向高電勢(shì)的方向運(yùn)動(dòng)的速度，不同于電流的速度，也不是電子的熱運(yùn)動(dòng)的速度，故c錯(cuò)誤，d正確。7.如圖2所示，電解池內(nèi)有一價(jià)的電解液，t s內(nèi)通過溶液內(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，以下解釋中正確的是()圖2a正離子定向移動(dòng)形成的電流方向從ab，負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向從bab溶液內(nèi)正負(fù)離子向相反方向移動(dòng)，電流抵消c溶液內(nèi)電流方向從ab，電流id溶液內(nèi)電流方向從ab，電流i解析：選d正電荷定向移動(dòng)的方向就是電流的方向，負(fù)電荷定向移動(dòng)的反方向也是電流方向，有正、負(fù)電荷反向經(jīng)過同一截面時(shí)，公式i中q應(yīng)該是正、負(fù)電荷電荷量絕對(duì)值之和，故i，電流方向由a指向b，故選項(xiàng)d正確。8.如圖3所示，一根截面積為s的均勻長(zhǎng)直橡膠棒上均勻帶有負(fù)電荷，每米長(zhǎng)度所帶電荷量為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3avq b.cqvs d.解析：選a根據(jù)電流定義式，則時(shí)間t內(nèi)通過某一截面的電荷量qvtq，則ivq。9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)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，乙是甲的2倍，則下列說法中正確的是()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)的速率大小相等解析：選b由于單位時(shí)間內(nèi)通過乙橫截面的電荷量是甲的2倍，因此通過乙導(dǎo)體的電流是甲的2倍，故a錯(cuò)誤，b正確。由于inqsv(n是單位體積中的自由電荷數(shù)，q是自由電荷的電量，s是橫截面積，v是自由電荷定向移動(dòng)速率)，由于不知道甲、乙兩導(dǎo)體的性質(zhì)(n、q不知道)，所以無法比較兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率大小。10電路中每分鐘有60萬億個(gè)自由電子通過