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1、第二章恒定电流1电源和电流学习目标1.了解电流的形成条件,知道电源的作用和导体中的恒定电场.2.理解电流的定义,知道电流的单位、方向的确定,会用公式qIt分析相关问题.3.从微观的角度表示电流的大小. 内容索引知识探究题型探究达标检测知识探究1一、电源一、电源导学探究导学探究有A、B两个导体,分别带正、负电荷.如果在它们之间连接一条导线R,如图1所示,导线R中的自由电子便会在静电力的作用下定向运动,B失去电子,A得到电子,周围电场迅速减弱,A、B之间的电势差很快就消失.怎样使A、B导体维持一定的电势差,使导线中保持持续的电流?在A、B间接一电源.答案图1知识梳理知识梳理1.产生电流的条件:导体
2、两端存在 .形成持续电流条件:导体两端存在 .2.电源(1)定义:能把 从正极搬运到负极的装置.(2)作用:维持电路两端有一定的 ;使闭合电路中保持持续的_.3.恒定电场(1)恒定电场:当电路达到稳定时,导线中的电场是由 等电路元件所积累的电荷共同形成的.这种由稳定分布的电荷所产生的 的电场,叫恒定电场.(2)特点:任何位置的电荷分布和 都不随时间变化.电压持续电压电子电势差电流电源、导线稳定电场强度即学即用即学即用判断下列说法的正误.(1)只要将导体置于电场中,导体内就有持续电流.( )(2)电源的作用是使闭合电路中有持续电流.( )(3)导体内没有电流时,就说明导体内部的电荷没有移动.(
3、)(4)恒定电流是由恒定电场产生的.( )二、电流表达式二、电流表达式I 及电流的方向及电流的方向导学探究导学探究(1)电荷的定向移动形成电流,如何描述电流的强弱?答案利用单位时间内通过导体横截面的电荷量描述电流的强弱.(2)电流可能是正电荷或负电荷定向移动形成的,也可能是正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成的,人们是如何规定电流方向的?答案规定正电荷定向移动的方向为电流的方向.1.恒定电流:大小、 都不随时间变化的电流.2.电流定义式:I_或q ,其中:q表示在时间t内通过导体横截面的 .3.单位: ,简称安,符号 ,常用的单位还有毫安(mA)、微安(A),1 A mA,1 A A. 4.
4、物理意义:反映了电流的 程度.知识梳理知识梳理方向It电荷量安培A103106强弱5.电流的方向:规定 定向移动的方向为电流的方向,则负电荷定向移动的方向与电流方向 .6.电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反,但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的,应用I 时,q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的 .正电荷相反绝对值之和即学即用即学即用判断下列说法的正误.(1)根据I 可知,I与q成正比.( )(2)电流既有大小,又有方向,是矢量.( )(3)单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,电流就越大.( )(4)导体中的电流,实际是正电荷定向移动形成的.( )三、电流的微观表达式三、电流的微观表
5、达式导学探究导学探究如图2所示,AD表示粗细均匀的一段长为l的导体,两端加一定的电压,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v,设导体的横截面积为S,导体每单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q.(1)AD导体中有多少个自由电荷?总电荷量是多少?答案图2nlSnlSq(2)这些电荷都通过横截面D所需的时间是多少?(3)导体AD中的电流是多大?答案 答案 1.电流的微观表达式:InqvS.式中n为导体中单位体积内的 、q为每个自由电荷的 、v为自由电荷 速率,S为导体的横截面积.2.三种速率的比较(1)电子定向移动速率:电子在金属导体中的平均运动速率,也是公式IneSv中的v,大小
6、约为105 m/s.(2)电 流 的 传 导 速 率 : 电 流 在 导 体 中 的 传 导 速 率 等 于 光 速 , 为 m/s.闭合开关的瞬间,电路中各处以光速建立恒定电场,电路中各处的自由电子几乎同时定向移动,整个电路也几乎同时形成了电流.知识梳理知识梳理自由电荷数电荷量定向移动3108(3)电子热运动速率:电子做无规则热运动的速率,大小约为105 m/s.由于热运动向各个方向运动的机会 ,故此运动不能形成电流. 相等判断下列说法的正误.(1)导体中自由电子定向移动的速率等于自由电子热运动的速率.( )(2)导体中自由电子定向移动的速率等于真空中的光速c.( )(3)粗细不均匀的通电导
7、线,电流处处相等,则越粗的位置,电子定向移动的速率越小.( )即学即用即学即用2题型探究一、电流的理解和计算1.电流的方向电流的方向与正电荷定向移动的方向相同,与负电荷定向移动的方向相反.金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反.2.电流的大小电流的大小(1)I 是电流的定义式,InqSv是电流的决定式,故电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关.(2)电解液中应用I 计算电流时,q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和.3.电流是标量电流是标量电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则.例例1如图3所示,电解池内有一价的电解液,t s内通过溶液内截面S的正离子数是n1,负离
8、子数是n2,设元电荷为e,以下说法中正确的是A.当n1n2时电流强度为零答案解析图3特别提醒特别提醒计算电流时,要分清形成电流的电荷种类,是只有正电荷或负电荷,还是正、负电荷同时定向移动.当正、负电荷都参与定向移动时,正、负电荷对电流的形成都有贡献.针针对对训训练练1某电解池,如果在1 s内共有51018个二价正离子和11019个一价负离子通过面积为0.1 m2的某截面,那么通过这个截面的电流是A.0 B.0.8 AC.1.6 A D.3.2 A答案解析由题意,1 s内通过截面正离子的电荷量为q12n1e,负离子的电荷量绝对值为q2n2e,将n151018个,n211019个,e1.61019
9、 C代入解得I3.2 A.故选D.二、电流的微观表达式1.InqvS为电流的微观表达式,从微观上看,电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动的速率大小,还与导体的横截面积有关.若已知单位长度的自由电荷数为n,则电流的微观表达式为Inqv.2.公式InqvS中的v表示电荷定向移动的速率.自由电荷在不停地做无规则的热运动,其速率为热运动的速率,电流是电子在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的.例例2导线中的电流是1 A,导线的横截面积为1 mm2.(1)在1 s内,有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e1.61019 C)?答案解析6.251018个(2)自由电
10、子的平均移动速率是多大(设导体每立方米内有8.51028个自由电子)?答案解析7.35105 m/s由公式IneSv,得(3)自由电子沿导线移动1 m,平均要多少时间?答案解析3.78 h沿导线移动1 m需用时 针针对对训训练练2铜的摩尔质量为m,密度为,每摩尔铜原子有n个自由电子,每个自由电子的电荷量为e,今有一根横截面积为S的铜导线,通过电流为I时,电子定向移动的平均速率为答案解析设电子定向移动的速率为v,那么在t秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vtS中的自由电子数,而体积为vtS的铜的质量为vtS,摩尔数为 自由电子数为 所以电荷量 由达标检测31.关于电源的以下说法,正确的是
11、A.电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极,从而保持两 极之间有稳定的电势差B.电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极,从而保持两 极之间有稳定的电势差C.只要电路中有电源,电路中就一定有电流D.电源实质上也是一个用电器,也需要外界提供能量1234答案解析2.电路中有一电阻,通过电阻的电流为5 A,当通电5分钟时,通过电阻横截面的电子数为A.1 500个 B.9.3751019个C.9.3751021个 D.9.3751020个1234答案解析3.如图4所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷,每单位长度上电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为答案解析t s内棒通过的长度lvt,总电荷量Qqlqvt.由 故选项A正确.1234图412344.一根铜导线的横截面积为2 mm2,其中的自由电子密度为8.5 1028个/m3,当此铜导线通过2 A的电流时,求:(1)1 s内有多少个电子通过铜导线的横截面?(电子电荷量e1.61019 C)答案解析1.251019个1 s内通过铜导线横截面的电荷量qIt2 C所以1 s内通过铜导线横截面的电子数n 1.251019个1234(2)电子定向移动的速率多大?答案解析7.35105 m/s本课结束