11-1-電源和電流-(2019人教版必修第三冊)(原卷版)

11.1電源和電流考點(diǎn)精講考點(diǎn)1：對電源的理解1．電源的作用（1）從電荷轉(zhuǎn)移的角度看，電源的作用是使電路中的自由電荷持續(xù)地定向移動。（2）從能量轉(zhuǎn)化的角度看，搬運(yùn)電荷的過程是非靜電力做功的過程，從而將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。2.電流（1）電流的形成。①形成原因：電荷的定向移動。②形成條件：導(dǎo)體兩端有電壓。③電路中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件：電路中有電源且電路閉合。（2）電流的方向：規(guī)定正電荷定向移動的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，則負(fù)電荷定向移動的方向與電流的方向相反。3．形成電流的三種電荷形成電流的三種電荷為自由電子、正離子和負(fù)離子，其中金屬導(dǎo)體導(dǎo)電時定向移動的電荷是自由電子，液體導(dǎo)電時定向移動的電荷有正離子和負(fù)離子，氣體導(dǎo)電時定向移動的電荷有自由電子、正離子和負(fù)離子?！纠?】(2020-2021學(xué)年江蘇省南通中學(xué)高一(下)期末)關(guān)于電源和電流，下述說法正確的是()A．電源的電動勢在數(shù)值上始終等于電源正負(fù)極之間的電壓B．由公式可知，導(dǎo)體的電阻與通過它的電流成反比C．從能量轉(zhuǎn)化的角度看，電源通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能D．打開教室開關(guān)，日光燈立刻就亮了，表明導(dǎo)線中自由電荷定向運(yùn)動的速率接近光速【技巧與方法】有電源不一定得到持續(xù)的電流，要得到持續(xù)的電流需要同時滿足兩個條件：（1）電路中有電源。（2）電路還必須是閉合的，即必須用導(dǎo)體將電源連接起來?！踞槍τ?xùn)練】【變式1】(2020-2021學(xué)年佳木斯第一中學(xué)高二(上)期中)關(guān)于電源和電流，下列說法正確的是()A．電流是矢量，規(guī)定正電荷定向運(yùn)動的方向?yàn)殡娏鞯姆较駼．電源電動勢，等于非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負(fù)極移到正極所做的功C．電源是將其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置D．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)定的電勢差【變式2】(2020-2021學(xué)年鄭州市鐵六中高二期中)下列關(guān)于電流方向的說法中正確的是()A．電荷的定向移動方向即為電流的方向B．電流的方向總是從電源的正極流向負(fù)極C．電流既有大小，又有方向，是一個矢量D．在電源內(nèi)部，電流從負(fù)極流向正極【變式3】如圖所示，兩個帶絕緣柄的金屬球A、B，A帶負(fù)電，B不帶電，用導(dǎo)體棒連接A、B的瞬間，下列說法中錯誤的是()A．有瞬時電流形成，方向由A到BB．A、B兩端的電勢不相等C．導(dǎo)體棒內(nèi)的電場強(qiáng)度不等于0D．導(dǎo)體棒內(nèi)的自由電荷受電場力作用定向移動考點(diǎn)2：電流大小的計(jì)算1．金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算金屬導(dǎo)體中的自由電荷只有自由電子，運(yùn)用I＝eq\f(q,t)計(jì)算時，q是某一時間內(nèi)通過金屬導(dǎo)體橫截面的電子的電荷量。2．電解液中電流的計(jì)算電解液中的自由電荷是正、負(fù)離子，運(yùn)用I＝eq\f(q,t)計(jì)算時，q應(yīng)是同一時間內(nèi)正、負(fù)兩種離子通過橫截面的電荷量的絕對值之和。3．環(huán)形電流的計(jì)算環(huán)形電流的計(jì)算采用等效的觀點(diǎn)分析。所謂等效電流，就是把電子周期性地通過圓周上各處形成的電流看成持續(xù)不斷地通過圓周上各處時所形成的電流。對周期性運(yùn)動的電荷，常取一個周期來計(jì)算等效電流。利用I＝eq\f(q,t)＝eq\f(q,T)求等效電流?！纠?】(2020-2021學(xué)年紹興市高級中學(xué)高一月考)如圖所示是通有恒定電流的某段導(dǎo)體。在5s內(nèi)有10C的負(fù)電荷向右通過橫截面A，則導(dǎo)體內(nèi)電流的大小和方向分別是()A．2A、向右 B．2A、向左C．50A、向右 D．50A、向左【技巧與方法】求電流的技巧1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)電荷同時定向移動。2當(dāng)正、負(fù)電荷都參與定向移動時，正、負(fù)電荷對電流的形成都有貢獻(xiàn)?！踞槍τ?xùn)練】【變式1】(2020-2021學(xué)年泰州市泰州中學(xué)高一(下)期中)如圖所示，在水平放置的金屬導(dǎo)體中，內(nèi)有的負(fù)電荷向右通過導(dǎo)體某一橫截面。關(guān)于導(dǎo)體內(nèi)電流的大小和方向，以下判斷正確的是()A．向右 B．向左 C．向右 D．向左【變式2】(2020-2021學(xué)年湖南師大附中高二(上)期中)安培提出了著名的分子電流假說，根據(jù)這一假說，電子繞核運(yùn)動可等效為一環(huán)形電流．設(shè)帶電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時針方向做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動,其電流的等效電流強(qiáng)度I和方向?yàn)?)A．順時針B．順時針C．逆時針D．逆時針【變式3】(2020-2021學(xué)年正定中學(xué)高二月考)一太陽能電池對一用電器供電時，在1min時間內(nèi)，通過該用電器的電荷量為1.2C，則通過用電器的電流為()A．10mA B．20mAC．40mA D．1.2A考點(diǎn)3：電流的微觀表達(dá)式1．I＝neSv與I＝eq\f(q,t)的區(qū)別I＝neSv是電流的決定式，即電流的大小由n、e、S、v共同決定，其中e是單個自由電荷的電荷量；而I＝eq\f(q,t)是電流的定義式，其中q是通過導(dǎo)體橫截面的電荷量(不是通過單位橫截面積的電荷量)。2．三種速率的比較（1）電子定向移動平均速率：電子在金屬導(dǎo)體中的平均運(yùn)動速率，也就是公式I＝neSv中的v，大小約為10－4m/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。閉合開關(guān)的瞬間，電路中各處以光速建立恒定電場，電路中各處的自由電子幾乎同時定向移動，整個電路也幾乎同時形成了電流。（3）電子熱運(yùn)動速率：電子做無規(guī)則熱運(yùn)動的速率，大小約為105m/s。由于熱運(yùn)動向各個方向運(yùn)動的機(jī)會相等，故此運(yùn)動不能形成電流?！纠?】(多選)如圖所示，將左邊的細(xì)銅導(dǎo)線與右邊的粗銅導(dǎo)線連接起來，已知粗銅導(dǎo)線的橫截面積是細(xì)銅導(dǎo)線橫截面積的兩倍，在細(xì)銅導(dǎo)線上取一個截面A，在粗銅導(dǎo)線上取一個截面B，若在1s內(nèi)垂直地通過它們的電子數(shù)相等，那么，通過這兩個截面的()A．電流相等B．電流不相等C．自由電子定向移動的速率相等D．自由電子定向移動的速率不相等【技巧與方法】用電流的微觀表達(dá)式求解問題的注意點(diǎn)1準(zhǔn)確理解公式中各物理量的意義，式中的v是指自由電荷定向移動的速率，不是電流的傳導(dǎo)速率，也不是電子熱運(yùn)動的速率。2I＝neSv是由I＝eq\f(q,t)導(dǎo)出的，若n的含義不同，表達(dá)式的形式也會不同。【針對訓(xùn)練】【變式1】(2020-2021學(xué)年福州市第一中學(xué)高二(上)期中)如圖所示為一質(zhì)量分布均勻的長方體金屬導(dǎo)體，在導(dǎo)體的左右兩端加一恒定的電壓，使導(dǎo)體中產(chǎn)生一恒定電流，其電流的大小為I。已知金屬導(dǎo)體的橫截面積是S，導(dǎo)體單位長度的自由電子數(shù)為n，金屬內(nèi)的自由電子的電荷量為e，自由電子做無規(guī)則熱運(yùn)動的速率為v0，則下列說法中正確的是()A．自由電子定向移動的速率為v0B．自由電子定向移動的速率為v＝C．自由電子定向移動的速率為真空中的光速cD．自由電子定向移動的速率為v＝【變式2】(2020-2021學(xué)年宣威市九中高二期中)某根導(dǎo)線的橫截面積為S，通過電流為I。已知該導(dǎo)線材料密度為ρ，摩爾質(zhì)量為M，電子電荷量為e，阿伏伽德羅常數(shù)為NA，設(shè)每個原子只提供一個自由電子，則該導(dǎo)線中自由電子定向移動速率為()A．eq\f(MI,ρNASe) B．eq\f(MINA,ρSe)C．eq\f(INA,MρSe) D．eq\f(INASe,Mρ)【變式3】(2020-2021學(xué)年大慶中學(xué)高二(上)期中)有一橫截面積為S的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流為I，設(shè)每單位長度中有n個自由電子，電子的電量為q，此時電子的定向移動速率為v，在t時間內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)可表示為()A．nvSt B．nvt C． D．1．下列有關(guān)電源的電路中，導(dǎo)線內(nèi)部的電場強(qiáng)度的說法正確的是()A．導(dǎo)線內(nèi)部的電場就是電源所形成的電場B．在靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)為零，而導(dǎo)體外部的場強(qiáng)不為零，所以導(dǎo)體內(nèi)部的電場不是穩(wěn)定的C．因?yàn)閷?dǎo)體處于電源的電場中，所以導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)處處為零D．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，導(dǎo)體內(nèi)的電荷處于平衡狀態(tài)，電荷分布是穩(wěn)定的，電場也是穩(wěn)定的2．金屬導(dǎo)體內(nèi)電流增強(qiáng)，是因?yàn)?)A．導(dǎo)體內(nèi)單位體積的自由電子數(shù)增多B．導(dǎo)體內(nèi)自由電子定向移動的速率增大C．導(dǎo)體內(nèi)電場的傳播速率增大D．導(dǎo)體內(nèi)自由電子的熱運(yùn)動速率增大3．關(guān)于電流的方向，下列說法正確的是()A．在金屬導(dǎo)體中，電流的方向是自由電子定向移動的方向B．在電解液中，電流的方向?yàn)樨?fù)離子定向移動的方向C．無論在何種導(dǎo)體中，電流的方向都與負(fù)電荷定向移動的方向相反D．在電解液中，由于是正、負(fù)電荷定向移動形成電流，所以電流有兩個方向4．關(guān)于導(dǎo)線中的電場，下列說法正確的是()A．導(dǎo)線內(nèi)的電場線可以與導(dǎo)線相交B．導(dǎo)線內(nèi)的電場E是由電源電場E0和導(dǎo)線側(cè)面堆積的電荷形成的電場E′疊加的結(jié)果C．導(dǎo)線側(cè)面堆積電荷分布是穩(wěn)定的，故導(dǎo)線處于靜電平衡狀態(tài)D．導(dǎo)線中的電場是靜電場的一種5．關(guān)于電流，下列說法正確的是()A．導(dǎo)體中無電流的原因是其內(nèi)部自由電荷停止了運(yùn)動B．同種材料制成的兩個金屬導(dǎo)體都通電，則電流大的那個導(dǎo)體內(nèi)自由電荷定向移動速率大C．由于電荷做無規(guī)則熱運(yùn)動的速率比電荷定向移動的速率大得多，故電荷做無規(guī)則熱運(yùn)動形成的電流也就大得多D．電荷做無規(guī)則熱運(yùn)動不形成電流6．一個半導(dǎo)體收音機(jī)，電池供電的電流是8mA，也就是說()A．1h電池供給1C的電荷量B．1000s電池供給8C的電荷量C．1s電池供給8C的電荷量D．1min電池供給8C的電荷量7．我國北京正負(fù)電子對撞機(jī)的儲存環(huán)是周長為240m的近似圓形軌道，當(dāng)環(huán)中的電流是10mA時(設(shè)電子的速度是3×107m/s)，在整個環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目為(電子電荷量e＝1.6×10－19C)()A．5×1011 B．5×1010C．1×102 D．1×1048.如圖所示，一根橫截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻地帶有負(fù)電荷，每米電荷量為q，當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動時，由于棒運(yùn)動而形成的等效電流大小為()A．vqB．eq\f(q,v)C．vqSD．eq\f(qv,S)9．在研究長度為l、橫截面積為S的均勻?qū)w中的電流時，在導(dǎo)體兩端加上電壓U，于是導(dǎo)體中有勻強(qiáng)電場產(chǎn)生，在導(dǎo)體中移動的自由電子受勻強(qiáng)電場的作用而加速，但又和做熱運(yùn)動的陽離子碰撞而減速，這樣邊反復(fù)碰撞邊向前移動?？梢哉J(rèn)為阻礙電子向前運(yùn)動的阻力大小與電子移動的平均速率v成正比，其大小可以表示成kv(k為恒量)。電場力和碰撞的阻力平衡時，導(dǎo)體中的電子移動的平均速率v為一定值，這一定值是()A．eq\f(ekU,l) B．eq\f(eU,kl)C．eq\f(elU,k) D．elkU10．(多選)半徑為R的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在平面且通過圓心的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流下列說法正確的是()A．若ω不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍B．若電荷量Q不變而使ω變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍C．若使ω、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變大D．若使ω、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變小11．“氫火焰離子化監(jiān)測器”可以檢測出無機(jī)物氣體中極其微量的有機(jī)分子的含量，其裝置如圖所示，在氫火焰的作用下，有機(jī)物的分子電離為一價正離子和自由電子，而無機(jī)物的分子不會電離。設(shè)單位時間內(nèi)有n摩爾被檢測氣體進(jìn)入檢測器，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使得電流表的示數(shù)逐漸變大，直到達(dá)到最大值I，求有機(jī)物分