（浙江專用）2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 恒定電流 2-1 電源和電流學(xué)案 新人教版選修3-1

第1節(jié)　電源和電流 [研究學(xué)考·明確要求] 知識(shí)內(nèi)容 電源和電流 考試要求 學(xué)考b 選考c 基本要求 1.知道電荷的定向移動(dòng)形成電流，知道電流方向的規(guī)定。 2．知道電流的定義式，并會(huì)用來解決導(dǎo)線中的電流問題。 發(fā)展要求 1.了解電源在電路中形成電流的作用。 2．了解恒定電場(chǎng)，知道恒定電流的定義。 3．能區(qū)別導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)速率和建立電場(chǎng)的速率。 4．能根據(jù)電流的定義式計(jì)算電荷運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的等效電流。 說明 1.不要求計(jì)算液體導(dǎo)電時(shí)的電流。 2．不要求解決與導(dǎo)線內(nèi)部自由電子定向運(yùn)動(dòng)速率相聯(lián)系的問題。 [基 礎(chǔ) 梳 理] 1．電流 (1)電流：導(dǎo)體中的自由電荷在靜電力的作用下定向移動(dòng)形成電流。 (2)電流形成的條件：①有自由移動(dòng)的電荷；②兩端有電壓。 2．電源 (1)電源是不斷地把電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極從而維持正、負(fù)極之間一定電勢(shì)差的裝置。 (2)電源的作用 電源的作用是移送電荷，維持電源正、負(fù)極間有一定的電勢(shì)差，從而保持電路中有持續(xù)電流。電源P在內(nèi)部能把電子從正極A搬運(yùn)到負(fù)極B，如圖1所示。 圖1 [典 例 精 析] 【例1】 關(guān)于電源以下說法正確的是(　　) A．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(shì)差 B．電源的作用就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 C．只要電路中有電源，電路中就一定有電流 D．電源實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)用電器，也需要外界提供能量 解析　電源的作用是維持正、負(fù)極之間恒定的電勢(shì)差，這需要電源不斷地將負(fù)電荷向負(fù)極聚集，將正電荷向正極聚集，外電路中自由電子在靜電力的作用下向正極移動(dòng)，在電源內(nèi)部，需要將正極上的電子搬運(yùn)到負(fù)極，維持電勢(shì)差不變，故A錯(cuò)誤；從能量角度來看，電源在搬運(yùn)電荷的過程中，需要克服靜電力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，B正確；電路中有電流不僅需要電源，還需要自由移動(dòng)的電荷及閉合電路，故C錯(cuò)誤；電源是為電路提供能量的裝置，故D錯(cuò)誤。 答案　B 解答本題時(shí)要把握以下三點(diǎn)： (1)明確電源在電路中的作用； (2)電源工作時(shí)能量轉(zhuǎn)化的方向； (3)形成持續(xù)電流的條件。 [即 學(xué) 即 練] 1．將一些電學(xué)元件用導(dǎo)線連接在某電源的兩端，下列描述正確的是(　　) A．電源的作用是使電源的正、負(fù)極兩端保持一定的電勢(shì)差 B．電源的作用是能為電路持續(xù)地提供自由電荷 C．導(dǎo)體中的電場(chǎng)是由電源正、負(fù)極上的電荷形成的 D．電源內(nèi)部電流的方向是從高電勢(shì)一端流向低電勢(shì)一端 解析　電源將負(fù)電荷從正極搬到負(fù)極，維持正、負(fù)極間有一定的電勢(shì)差，A正確，B錯(cuò)誤；導(dǎo)體中的電場(chǎng)是電源電場(chǎng)和導(dǎo)體中積累的電荷形成的電場(chǎng)疊加而成的，C錯(cuò)誤；電源內(nèi)部電流的方向是從低電勢(shì)一端流向高電勢(shì)一端，D錯(cuò)誤。 答案　A [基 礎(chǔ) 梳 理] 1．恒定電場(chǎng) (1)恒定電場(chǎng)：當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，導(dǎo)線中的電場(chǎng)是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。這種由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng)，叫恒定電場(chǎng)。 (2)特點(diǎn)：任何位置的電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化。 2．恒定電流 (1)定義：大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流。 (2)物理意義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。電流是表示電流強(qiáng)弱程度的物理量。 (3)定義式：I＝。 其中：I表示電流，q表示在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。 (4)單位：安培，符號(hào)：A。其他單位：毫安(mA)、微安(μA)。1 A＝103 mA＝106 μA。 (5)方向：電流是標(biāo)量，但有方向。導(dǎo)體內(nèi)正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颍措娏鞣较蚺c負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反。 [典 例 精 析] 【例2】 下列說法中正確的是(　　) A．導(dǎo)體中電荷運(yùn)動(dòng)就形成了電流 B．在國(guó)際單位制中，電流的單位是A C．電流有方向，它是一個(gè)矢量 D．任何物體，只要其兩端電勢(shì)差不為零，就有電流存在 解析　電荷定向移動(dòng)才形成電流，僅有電荷運(yùn)動(dòng)但不是定向移動(dòng)則不會(huì)形成電流，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；形成電流的條件是導(dǎo)體除了兩端有電勢(shì)差外，還應(yīng)有可自由移動(dòng)的電荷，因此必須是導(dǎo)體而非任何物體，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤；電流有方向，但它是標(biāo)量，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。 答案　B 導(dǎo)體內(nèi)電荷的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)與電荷的定向移動(dòng)不是一回事。導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的電荷才會(huì)定向移動(dòng)，但電荷的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)是不需要條件的。電流是描述電流強(qiáng)弱的物理量，它有方向但是個(gè)標(biāo)量。 [即 學(xué) 即 練] 2．電路中每分鐘有60萬億個(gè)自由電子通過橫截面積為0.64×10－6 m2的導(dǎo)線，那么電路中的電流是(電子帶電量為1.6×10－19 C)(　　) A．0.016 μA B．1.6 mA C．16 μA D．0.16 μA 解析　由電流的定義式I＝可知，電流大小與橫截面積無關(guān)，代入數(shù)據(jù)可求得電路中的電流為0.16 μA。 答案　D 1．下列對(duì)公式I＝的理解正確的是(　　) A．I的大小與q成正比，與t成反比 B．電路中的電流越大，表示通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多 C．導(dǎo)體的通電時(shí)間越短，則形成的電流越大 D．在相同時(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 答案　D 2．將圖2中的銅導(dǎo)線和右邊的鋁導(dǎo)線連接起來，已知截面積S鋁＝2S銅。在銅導(dǎo)線上取一截面A，在鋁導(dǎo)線上取一截面B，若在1 s內(nèi)垂直地通過它們的電子數(shù)相等。那么，通過這兩截面的電流的大小關(guān)系是(　　) 圖2 A．IA＝IB B．IA＝2IB C．IB＝2IA D．不能確定 解析　這個(gè)題目中有很多干擾項(xiàng)，例如兩個(gè)截面的面積不相等，導(dǎo)線的組成材料不同等等。但關(guān)鍵是在單位時(shí)間內(nèi)通過兩截面的電子數(shù)相等，根據(jù)I＝可知通過兩截面的電流相等。 答案　A 3．關(guān)于電流，以下說法正確的是(　　) A．通過截面的電荷量多少就是電流的大小 B．電流的方向就是電荷定向移動(dòng)的方向 C．在導(dǎo)體中，只要自由電荷在運(yùn)動(dòng)，就一定會(huì)形成電流 D．導(dǎo)體兩端沒有電壓就不能形成電流 解析　根據(jù)電流的概念，電流是單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，知A項(xiàng)錯(cuò)誤；規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?，知B項(xiàng)錯(cuò)誤；自由電荷定向移動(dòng)才會(huì)形成電流，C項(xiàng)錯(cuò)誤；形成電流的條件是導(dǎo)體兩端有電壓，故選項(xiàng)D正確。 答案　D 4．電路中有一電阻，通過電阻的電流為5 A，當(dāng)通電5分鐘時(shí)，通過電阻橫截面的電子數(shù)為(　　) A．1 500個(gè) B．9.375×1019個(gè) C．9.375×1021個(gè) D．9.375×1020個(gè) 解析　q＝It，n＝＝＝9.375×1021個(gè)。 答案　C 1．關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是(　　) A．金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動(dòng)的方向 B．在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負(fù)離子，電流方向不能確定 C．不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向 D．電流的方向有時(shí)與正電荷定向移動(dòng)的方向相同，有時(shí)與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相同 解析　電流是有方向的，電流的方向是人為規(guī)定的。物理上規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍瑒t負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向一定與電流的方向相反。 答案　C 2．關(guān)于有源電路導(dǎo)線內(nèi)部的電場(chǎng)，下列說法正確的是(　　) A．導(dǎo)線內(nèi)部的電場(chǎng)就是電源所形成的電場(chǎng) B．在靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為零，而導(dǎo)體外部的場(chǎng)強(qiáng)不為零，所以導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)不是穩(wěn)定的 C．因?yàn)閷?dǎo)體處于電源的電場(chǎng)中，所以導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零 D．導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)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)的電荷處于動(dòng)態(tài)平衡，電荷分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)也是穩(wěn)定的 解析　導(dǎo)體內(nèi)部有恒定電場(chǎng)，這是由電源、導(dǎo)線等元件共同作用形成的，而且此恒定電場(chǎng)是一種動(dòng)態(tài)平衡的電場(chǎng)。 答案　D 3．我國(guó)北京正、負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的儲(chǔ)存環(huán)是周長(zhǎng)為240 m的近似圓形軌道，電子電荷量e＝1.6×10－19 C，在整個(gè)環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目為5×1011個(gè)，設(shè)電子的運(yùn)行速度是3×107 m/s，則環(huán)中的電流是(　　) A．10 mA B．1 mA C．0.1 mA D．0.01 mA 解析　電子運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間為T＝，在T時(shí)間內(nèi)通過任意橫截面的電量為：q＝ne， 電流為：I＝＝ ＝ A＝10 mA。 答案　A 4．關(guān)于電流的說法中正確的是(　　) A．根據(jù)I＝，可知I與q成正比 B．如果在任何相等的時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量相等，則導(dǎo)體中的電流是恒定電流 C．電流有方向，電流是矢量 D．電流的單位“安培”是國(guó)際單位制中的基本單位 解析　依據(jù)電流的定義式可知，電流與q、t皆無關(guān)，顯然選項(xiàng)A錯(cuò)誤；雖然電流是標(biāo)量，但是卻有方向，因此在任何相等的時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量雖然相等，但如果方向變化，電流也不是恒定電流，所以，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤。 答案　D 5．來自質(zhì)子源的質(zhì)子(初速度為零)，經(jīng)一直線加速器加速，形成電流為I的細(xì)柱形質(zhì)子流，已知質(zhì)子源與靶間的距離為d，質(zhì)子電荷量為e，假定分布在質(zhì)子源到靶之間的加速電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)，質(zhì)子到達(dá)靶時(shí)的速度為v，則質(zhì)子源與靶間的質(zhì)子數(shù)為(　　) A. B. C. D. 解析　設(shè)質(zhì)子源與靶間的質(zhì)子數(shù)為n，則電荷量q＝ne，打到靶上所用時(shí)間t＝，又I＝解得：n＝，故B正確。 答案　B 6．關(guān)于電流的方向，下列描述正確的是(　　) A．規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较? B．規(guī)定自由電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较? C．在金屬導(dǎo)體中，自由電子定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较? D．在電解液中，由于正、負(fù)離子的電荷量相等，定向移動(dòng)的方向相反，故無電流 解析　規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，故A正確，B錯(cuò)誤；金屬導(dǎo)體中定向移動(dòng)的是自由電子，電子帶負(fù)電，故電子定向移動(dòng)的方向與電流的方向相反，C錯(cuò)誤；在電解液中，正、負(fù)離子的電荷量相等，定向移動(dòng)的方向相反，但有電流，電流的大小等于正、負(fù)離子電荷量的絕對(duì)值之和與時(shí)間的比值，D錯(cuò)誤。 答案　A 7．下列關(guān)于電源的說法正確的是(　　) A．電源就是電壓 B．電源的作用是使電源的正、負(fù)極保持一定量的正、負(fù)電荷，維持一定的電勢(shì)差 C．與電源相連的導(dǎo)線中的電場(chǎng)是由電源正、負(fù)極上的電荷形成的 D．在電源內(nèi)部正電荷由正極流向負(fù)極，負(fù)電荷由負(fù)極流向正極 解析　在電源內(nèi)部由非靜電力將正電荷由負(fù)極搬到正極，將負(fù)電荷由正極搬到負(fù)極，使正、負(fù)極維持一定的電勢(shì)差，電源不是電壓，故A、D錯(cuò)誤，B正確；導(dǎo)線中的電場(chǎng)是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的，故C錯(cuò)誤。 答案　B 8．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，電流可達(dá)50 A，每秒鐘放電150次，其放電情況可近似看做如圖1所示的圖線。則放電1秒鐘非洲電鰩放出的電荷量為(　　) 圖1 A．25 C B．50 C C．150 C D．250 C 解析　由題圖象可得1秒鐘該魚的放電時(shí)間為0.5 s，根據(jù)電流的定義式I＝，可得q＝It＝50×0.5 C＝25 C，故A正確。 答案　A 9．一個(gè)半徑為R的絕緣圓盤，繞垂直圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)軸以角速度ω沿逆時(shí)針方向做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤邊緣上均勻地分布著一圈電荷，電性均為負(fù)，單位圓弧上所帶的電荷量為q。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，求這些電荷所形成的電流大小并說明電流的方向如何。 解析　設(shè)周期為T，則T＝，I＝＝＝＝ωRq。由于電荷電性為負(fù)，所以電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針方向。 答案　ωRq　順時(shí)針 7