选修3-1 2.1电源和电流汇编

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1、河北师大附中 河北师大附中 李喜昌李喜昌 Unit2 恒定电流 雷鸣电闪时,强大的电流使天空 发出耀眼的闪光,但它只能存在于一 瞬间,而手电筒中的小灯泡却能持续 发光,这是为什么? 问题1：产生电流的条件是什么？ - B A - A + + + + + + _ B _ _ _ _ _ _ _ （1）存在自由电荷 金属导体自由电子 电 解 液正、负离子 （2）导体两端存在电压 当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导 体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成 电流 导体中自由电子的定向移动使导体中自由电子的定向移动使 两个带电体成为等势体，达到两个带电体成为等势体，达到 静电平衡，导线

2、静电平衡，导线R R中会产生一中会产生一 个个瞬时瞬时电流。电流。 A、B之间 有电势差 A、B电 势差为 零 问题2：导体中产生持续电流的条件是什 么？ A B 连通器 水势A 水势B 抽水机 水流 - - P - + A + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ - - 1. 能把电子从A搬运到B的装置。 2.作用:保持导体两端的电势差(电压)，使电路有 持续的电流。 这个装置就是电源。A、B就是电源的两个极。 正极 负极 电源相当于抽水机 问题3：电源的作用是什么？ 电源 + - 正极 负极 电源的作用： （1）从物理过程分析 ：就是通过非静电力把 电子从正极搬运到负极 ，

3、使电源两极间保持一 定的电势差。使电路有 持续的电流； （2）从能量转化和守 恒的角度就是电源把其 它形式的能转化为电能 。 F - - - + A + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - - 2.电场力做负功，电子的电势能增加，通过电源 把其它形式的能转化为电能. 1. 通过非静电力把电子从正极运到负极。 - - + A + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P 假设在电源正、负极之间连一 根导线，导线中的电场如何变 化，最终又会达到哪个状态？ M N E0 F Fn Ft问题4：当导体两端有恒定 的电势差，导体内建立了 何种电场? M N E0

4、 E0 E M N E 导线内很 快形成沿 导线方向 的电场 导体内的电场线保持和导线平行 导线 内的 电场 是由 电源 和导 体中 积累 的电 荷共 同形 成的 。 问题5：当导体两端的电势差恒定时，为什么导 体中产生的电场是恒定的？此时导体中的电流 为什么也是恒定的？ 尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的 又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也 稳定。 由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场。 由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率 增加;而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速, 因此自由电荷频繁地交替进行加速和减速，自由电荷定向 运动的平均速率不随时间

5、变化。如果我们在这个电路中串 联一个电流表,电流表的读数保持恒定. 大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。 恒定电场 电场强度不变 自由电荷频繁交替进行加速和减速，平均速率不变 串一个电流表,读数不会变 恒定电流 由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒 定电场. 问题6：怎样理解恒定电场和恒定电流？ 问题7：电流这个物理现象既有方向也有强弱。怎样描 述电流的强弱程度？怎样学好电流这个物理量。 2、度量方式： 4、矢量标量：标量 3、决定因素： 1、引入目的：反映了电流的强弱程度。 国际单际单 位：安培（A）5、单位换算： 6、测量方法：电流表等。 ？ 电流（物理现象）方向:正电荷定向移动的方

6、向。 在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）的定向移动方向相 反；在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离 子走向移动方向相反。 导电时，是正负离子向相反方向定向移 动形成电流，电量q表示通过截面的正 、负离子电量绝对值之和。 一段粗细均匀的导体长为一段粗细均匀的导体长为l l, ,两端加一定的电压，两端加一定的电压， 自由电荷定向移动的速率为自由电荷定向移动的速率为v v, ,设导体的横截面积为设导体的横截面积为s s， 导体每单位体积内的自由电荷数为导体每单位体积内的自由电荷数为n n，每个自由电荷量，每个自由电荷量 为为q q。 问题8：探究电流的微观表达式？ 设想在导体中

7、取两个横截设想在导体中取两个横截 面面B B和和C C，则在时间，则在时间t t内处于相距内处于相距 为为 vt vt 的两截面的两截面B B、C C间的所有自间的所有自 由电荷将通过截面由电荷将通过截面C C BC S v vt q q q q 导体中的电流与导体中单位体积内的自由电荷数、每个自 由电荷的电量、导体的横截面积和自由电荷定向运动速率四个 量成正比。 问题9：知识应用举例 例题:有一条横截面积S=1mm2的铜导线,通过的电流 I=1A,已知铜的密度=8.9103kg/m3,铜的摩尔质量 M=6.410-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.021023mol-1,电 子的电量e

8、=-1.610-19C,求铜导线中自由电子定向移动的 速率.可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子 。 S vt 问题10：既然电子的定向运动速率很小， 为什么闭合开关时电路中的电灯立刻就亮 了呢？ 闭合开关的瞬间，电路中的各个位置迅速建立了恒 定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几 乎同时开始定向移动，整个电路也就几乎同时产生了电流 。 电路接通时电灯中的电流并不是电源中的自由电子流了过 来产生，而是灯丝内部的自由电子的定向移动产生的。 电子定向移动的速率约10-5m/s， 电子热运动的平均速率105m/s 电场的传播速率3108m/s. 电流产生条件 电源 恒定电流 （1

9、）存在自由电荷（2 ）导体两端存在电压。 产生持续电流提供持续电流压 （1）通过非静电力把电子从正极搬运到 负极；（2）把其它形式的能转化为电能 。 产生恒定电场 导体内的电场线保持和导线平行 产生 一、电流（物理现象） 问题11：总结本节课所学内容。 1、方向：规定正电荷定向运动的方向为电流方向 2、大小：用电流强度I（简称电流）来描述。 自由电荷频繁交替进行加速和减速，平均速率不变 问题11：总结本节课所学内容。 二、电流 2、度量方式： 4、矢量标量：标量 3、决定因素： 1、引入目的：反映了电流的强弱程度。 国际单际单 位：安培（A）5、单位换算： 6、测量方法：电流表等。 （1）宏观

10、： 只适用纯电阻电路（不包含电源） （2）微观： BC S v vt 流体的柱 形模型 怎样学好电流这个物理量？ A A组能力训练题组能力训练题1 1 1 1mA=_A， 1A=_A。 110110-3 -3 110110-6 -6 A A组能力训练题组能力训练题2 2 2把 规定为电流的方 向，在金属导体中，电流方向与自由电子定向 移动的方向 。在电解质溶液中，电流的 方向与正离子定向移动的方向 ，与负离 子定向移动的方向 。 相反相反 正电荷定向移动的方向正电荷定向移动的方向 相反相反 相同相同 在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相 同，与负离子走向移动方向相反。导电时，是正 负离子

11、向相反方向定向移动形成电流，电量q表示 通过截面的正、负离子电量绝对值之和。 A A组能力训练题组能力训练题3 3 3、一电电子沿一圆圆周顺时针顺时针 方向高速运动动，周期 为为10-10s，则则等效电电流大小为为 A， 电电流方向是 （填“顺时针顺时针 ”或“逆时针时针 ” ） 1.610 1.610 - 9 - 9 逆时针逆时针 A A组能力训练题组能力训练题4 4 4关于电电源的作用,下列说说法正确的是 ( ) A.电电源的作用是能为电为电 路提供自由电电子 B.电电源的作用是使导导体中形成电场电场 C.电电源的作用是能够够保持导导体两端的电压电压 D.电电源的作用是使自由电电荷定向移动

12、动起来 BCDBCD A A组能力训练题组能力训练题5 5 5下列叙述正确的是 （ ） A导导体中电电荷运动动就形成电电流 B电电流的国际单际单 位是安培 C因为电为电 流强度有方向,所以电电流强度是矢量 D导导体中有电电流通过时过时 ,导导体内部场场强不为为 零 BDBD A A组能力训练题组能力训练题6 6 6关于电电流的方向,下列说说法正确的是 （ ） A在金属导导体中，电电流的方向是自由电电子定向移动动的 方向 B在电电解液中，电电流的方向为负为负 离子定向移动动的方向 C无论论在何种导导体中，电电流的方向都与负电负电 荷定向移 动动的方向相反 D在电电解液中，由于是正负电负电 荷定向

13、移动动形成的电电流 ，所以电电流有两个方向 C C A A组能力训练题组能力训练题7 7 7关于电电流的说说法正确的是 （ ） A根据I=q/t可知，I与q成正比 B如果在任何相等时间时间 内通过导过导 体横截面积积的 电电量相等，则导则导 体中的电电流是恒定电电流 C电流强度的方向规定为正电荷定向移动的方 向 D电电流强度的单单位“安培”是国际单际单 位制中的基 本单单位 BDBD mm、kgkg、s s、A A、molmol、T T、cdcd A A组能力训练题组能力训练题8 8 8以下对导对导 体中的电场电场 理解正确的是（ ） A导导体内的电场电场 在稳稳定时时是和导线导线 平行的 B

14、导导体内的电场电场 由电电源、导线导线 等电电路元件所积积 累的电电荷共同形成 C导线导线 中电场电场 始终终随时间时间 而变变化 D导导体内的电场电场 是一种动态动态 的稳稳定 ABDABD A A组能力训练题组能力训练题9 9 9通过过一根金属导线导线 的电电流为为16mA则则10s 内通过这过这 根导线导线 横截面的自由电电子数为为（ ） A1.01017 B1.01018 C1.01019 D1.01020 解：解：n=It/e=1610-310/1.610-19=1.01018 B B A A组能力训练题组能力训练题1010 10在一次闪电闪电 中，持续时间为续时间为 0.005 s

15、所 形成的平均电电流为为6.0104A，若闪电过闪电过 程 中产产生的电电荷以0.5A的电电流通过电过电 灯，试试 求可供电电灯照明的时间时间 。 解解：Q=I1t1=I2t2 ， t2= I1t1/I2=600s B B组能力训练题组能力训练题1 1 1有一横截面积为积为 S的铜导线铜导线 ，流经经其中的电电流强 度为为I；设设每单单位体积积的导线导线 中有n个自由电电子，电电 子的电电量为为e，此电电子的定向移动动速率为为v，在t时时 间间内，通过导线过导线 横截面的自由电电子数可表示为为 （ ） AnvS t Bnvt CIt /e D It /eS ACAC N=q/e= It /e， 又因为电流强度的微观表达式为又因为电流强度的微观表达式为I=nevS， N=q/e= It /e =nevSt/e=nvSt 则选项则选项A A正确。正确。 解：因为解：因为I=q/t，所以所以q=It 则选项则选项C C正确。正确。 所以自由电子数目为所以自由电子数目为 自由电子数目为：自由电子数目为： B B组能力训练题组能力训练题2 2 2金属导导体的密度是，横截面积积是S，原子量 是M，每摩尔这这种金属可提供N个自由电电子， 当该导该导 体中的电电流为为 I 时时，导导体中自由电电子的 定向移动动的速率是 。 答：答： B B组能力训