高中物理恒定電流電流學(xué)案魯科版31

1、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電荷定向移動時，在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體任一橫截面的電荷量稱為電流。3物理學(xué)中把方向不隨時間改變的電流叫直流電，方向和強弱都不隨時間改變的電流叫做恒定電流。電流的形成和速度1電流的形成(1)形成電流的條件：回路中存在自由電荷；導(dǎo)體兩端有電壓。(2)導(dǎo)體中形成持續(xù)電流的條件：導(dǎo)體兩端有持續(xù)電壓。(3)電流形成的原因：當(dāng)導(dǎo)體兩端加以電壓時，兩端就形成電勢差，導(dǎo)體中就有了電場，所以導(dǎo)體中的自由電荷在這個電場力的作用下發(fā)生定向移動，從而形成電流。當(dāng)在導(dǎo)體兩端施加持續(xù)的電壓時，就會形成持續(xù)的電流。2電流的速度(1)電流的速度是電場的傳

2、播速度，它等于光速為3.0×108 m/s。(2)電子熱運動的平均速率：是構(gòu)成導(dǎo)體的電子在不停地做無規(guī)則熱運動，常溫下電子熱運動的平均速率數(shù)量級為105 m/s。(3)電子定向移動速率：自由電子在電場的作用下做整體的定向移動，其移動速度相當(dāng)慢，數(shù)量級大約是105 m/s。1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速率B在金屬導(dǎo)體內(nèi)部，當(dāng)電子做定向移動時，電子的熱運動將消失C電子的漂移速度與電子熱運動的速率本質(zhì)是一樣的D電子漂移速度是自由電子在導(dǎo)體中從低電勢到高電勢定向移動的平均速度解析：電流的傳導(dǎo)速度是電場的傳播速度，等于光速，故A錯誤；在電子定向移動形成電

3、流時，熱運動并未消失，電子是在做無規(guī)則的熱運動的基礎(chǔ)上又疊加了一個定向移動，故B錯誤；電子漂移速度是電子在電場力的作用下整體向高電勢的方向運動的速度，不同于電流的速度，也不是電子的熱運動的速度，故C錯誤，D正確。答案：D電流的方向和大小1.電流的方向(1)規(guī)定：正電荷定向移動的方向。金屬內(nèi)部的電流方向跟負電荷定向移動的方向相反；(2)外電路中，電流總是從電源正極流向電源負極。2電流的大小和單位(1)定義：電荷定向移動時，在單位時間內(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)直流電：方向不隨時間改變

4、的電流。恒定電流：方向和強弱都不隨時間而改變的電流。1對電流概念的理解(1)由I來理解電流是單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。橫截面積是整個導(dǎo)體的截面積，不是單位截面積。(2)電流有方向，但電流是標(biāo)量，電流的方向和正電荷定向移動的方向相同，和負電荷定向移動的方向相反。(3)當(dāng)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時，溶液中的正、負離子沿相反方向定向移動，不能理解為正、負電荷定向移動相抵消。用qIt計算時，q為通過某一截面的正、負電荷量絕對值的和。2對電流的微觀認識電流的微觀表達式如圖311所示，AD表示粗細均勻的一段導(dǎo)體長為l，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速率為v。設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體每單

5、位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q。AD導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù)：NnlS總電荷量：QNqnlSq 圖311所有這些電荷都通過橫截面D所需要的時間：t所以，AD導(dǎo)體上的電流：InqSv。由此可見，從微觀上看，電流的大小取決于導(dǎo)體中自由電荷的密度、電荷量、定向移動速度，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)。2某電解池內(nèi)若在2 s內(nèi)各有1.0×1019個二價正離子和2×1019個一價負離子同時向相反方向通過某截面，那么通過這個截面的電流是()A0 AB0.8 AC1.6 A D3.2 A解析：電流由正、負離子的定向運動形成，則在2 s內(nèi)通過截面的總電荷量應(yīng)為：q1.6×

6、1019×2×1019C1.6×1019×1×2×1019 C6.4 C，由電流的定義式可知：I A3.2 A，故選D。答案：D電流及電流的形成例1關(guān)于電流的概念，下列說法正確的有()A導(dǎo)體中有電荷運動就形成電流B電流是一個矢量，其方向就是正電荷定向運動的方向C在國際單位制中，電流是一個基本物理量，其單位安培是基本單位D對于導(dǎo)體，當(dāng)其兩端電勢差為零時，電流不一定為零解析導(dǎo)體中有大量的自由電荷，總在不停地做無規(guī)則運動，若沒有定向運動，在一段時間t內(nèi)，通過導(dǎo)體某一截面的電荷是雙向的，其數(shù)值也是相等的，電流為零，故A錯。電流是一個標(biāo)量，因為

7、其運算不符合矢量運算法則，為了便于研究電流，人們規(guī)定正電荷定向運動的方向為電流的方向，以區(qū)別于負電荷的定向運動，故B錯。在國際單位制中共有七個基本量，電流是其中之一，故C正確。對于導(dǎo)體，其兩端電勢差為零時，導(dǎo)體內(nèi)無電場，電荷不能定向運動，故電流為零，D錯誤。故選C。 答案C借題發(fā)揮 (1)導(dǎo)體內(nèi)電荷的無規(guī)則運動與電荷的定向移動不是一回事，導(dǎo)體兩端存在電勢差時，導(dǎo)體內(nèi)的電荷才會定向移動，但電荷的無規(guī)則運動是不需要條件的。(2)電流是描述電流強弱的物理量，它有方向，但是個標(biāo)量。1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電子運動速率越大，電流越大C單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫

8、截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流就越大D因為電流有方向，所以電流是矢量解析：由I知q大，I不一定大，還要看t的大小，故A錯；由InqSv知，電子運動的速率v大，電流不一定大，電流還與n、S有關(guān)，另外電子無規(guī)則熱運動速度很大，不能形成電流，故B錯；單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，電流越大，C對；電流雖有方向但不是矢量，因為其合成遵循代數(shù)法則，故D錯。答案：C等效電流的計算問題例2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沿逆時針勻速轉(zhuǎn)動，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流方向沿什么方向？電流多大？審題指導(dǎo)解此題的關(guān)鍵有兩點：(1)明確某截面，利用公式I計算；

9、(2)電流方向是正電荷定向移動方向。解析依據(jù)電流的定義式I，截取圓環(huán)的任一截面S，設(shè)橡膠圓環(huán)運動一周的時間T內(nèi)，通過這個截面的電荷量為Q，則I，又因為T，所以I，電流方向與正電荷移動方向相同，即沿逆時針方向。答案逆時針方向借題發(fā)揮 不管是否能形成電流，假想能形成電流，然后依據(jù)電流的定義式求電流大小。(1)若Q不變，變?yōu)樵瓉淼?倍，電流會怎樣？(2)若不變，Q變?yōu)樵瓉淼?倍且?guī)ж撾姡瑘A環(huán)沿順時針轉(zhuǎn)動，電流會怎樣？解析：(1)若變?yōu)樵瓉?倍，則T變?yōu)樵瓉淼?。?dāng)電量Q不變時，在一個周期內(nèi)的等效電流變?yōu)樵瓉淼?倍，即I。(2)時間不變Q變?yōu)?倍，則通過截面的電荷量變?yōu)?倍，等效電流變?yōu)樵瓉淼?倍，即I

10、，電流方向為逆時針。答案：(1)電流大小變?yōu)榉较驗槟鏁r針方向(2)電流大小變?yōu)榉较驗槟鏁r針方向電流的微觀應(yīng)用例3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個自由電子，每個自由電子的電荷量是e，自由電子定向移動的速率是v，則在時間t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是()AnSvt BnvtC. D.思路點撥電子數(shù)等于總電荷量除以每個電子的電荷量，所以求出通過截面的電荷量，即可求出電子數(shù)。而電荷量qIt，單位體積內(nèi)的電子數(shù)已知，只要求出t時間內(nèi)有多少體積的電子通過截面，即可求出電子數(shù)。解析(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所以在這段時間內(nèi)通過導(dǎo)線的自由電子數(shù)N。(2)

11、自由電子定向移動的速率是v，因此在時間t內(nèi)，位于以截面S為底、長lvt的這段導(dǎo)線體內(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A正確。答案A借題發(fā)揮 根據(jù)例3“思路點撥”中的思想方法，可以得出電流的微觀解釋：設(shè)每個電荷的電荷量為e，則在t時間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的總電荷量qenSvt，所以IneSv。導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、自由電荷的帶電荷量、導(dǎo)體的橫截面積以及自由電荷的定向移動速率有關(guān)。2已知某金屬的摩爾質(zhì)量為m，密度為，每摩爾金屬原子有n個自由電子。若把該金屬制作成一個橫截面積為S的導(dǎo)線，則當(dāng)通過它的電流為I時，電子

12、平均定向移動速度為()A光速c B.C. D.解析：由電流的定義式INSve得，電子的平均移動速度v，其中N為單位體積內(nèi)的自由電子個數(shù)，而題目中的n是每摩爾金屬原子的自由電子個數(shù)，所以要轉(zhuǎn)化為單位體積內(nèi)的電子個數(shù)，N，代入v得v。答案：D隨堂基礎(chǔ)鞏固1金屬導(dǎo)體中有電流時，自由電子定向移動的速率為v1，電子熱運動速率為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：電場傳播速率(或電流傳導(dǎo)速率)等于光速，而電子無規(guī)則熱運動的速率，其數(shù)量級約為105 m/s，自由電子定向移動速率數(shù)量級為105 m/s，所以C正確。答案：C2關(guān)于電流的方向，下列說法正確的是()A電

13、荷定向移動的方向為電流方向B因為電流有方向，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極D在電路中電荷的定向移動方向總是沿著高電勢到低電勢的方向解析：電流的方向是正電荷定向移動的方向，在電源外部從電源正極流向負極，故A錯，C對；電流是標(biāo)量，故B錯；外電路中正電荷從高電勢處向低電勢處移動，但負電荷從低電勢處向高電勢處移動，故D錯。答案：C3在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進入電壓為U的加速電場，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時，一小段長為l的電子束內(nèi)的電子個數(shù)為()A. B. C

14、. D. 解析：設(shè)在形成的電子束中，單位體積內(nèi)的電子個數(shù)為n，由電流的微觀表達式InSve得：n。而電子經(jīng)過加速電場時，滿足eUmv2，兩式聯(lián)立解得：n ，而長度為l的電子束內(nèi)的電子個數(shù)為NnVnSl ，故B正確。答案：B4.如圖312所示的電解槽內(nèi)，2 s內(nèi)共有2 C正電荷向右通過截面MN，同時又有2 C負電荷向左通過截面MN，問：(1)電流方向如何？ 圖312 (2)電路中電流多大？解析：本題考查電流的形成、大小計算及電流的方向。(1)因規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，故電解液中電流方向向右。(2)電解液中電流應(yīng)是正、負電荷定向移動的共同效果，因此通過截面MN的電荷量應(yīng)是兩種電荷遷移

15、量之和。所以I A2 A。答案：(1)方向向右(2)2 A課時跟蹤訓(xùn)練(滿分50分時間30分鐘)一、選擇題(本題共8小題，每小題4分，共32分)1對于金屬導(dǎo)體，還必須滿足下列哪個條件才能在導(dǎo)體中產(chǎn)生恒定的電流()A有可以自由移動的電荷B把導(dǎo)體放在勻強電場中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：因為金屬導(dǎo)體中已經(jīng)存在大量的自由電荷，故A錯。把導(dǎo)體放在勻強電場中，導(dǎo)體只能產(chǎn)生瞬間感應(yīng)電流，故B錯。只是讓導(dǎo)體一端連接電源正極時，導(dǎo)體兩端無電壓，此時不能形成電流，故C錯。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。答案：D2關(guān)于電源的作用，下列說法中正確的是(

16、)A電源的作用是能為電路持續(xù)地提供自由電荷B電源的作用是使電路中的電荷發(fā)生定向移動C電源的作用就是能保持導(dǎo)體兩端的電壓，使電路中有持續(xù)的電流D電源的作用就是使自由電荷運動起來解析：電源的作用是保持導(dǎo)體兩端的電壓，在導(dǎo)體內(nèi)建立恒定電場，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷就會在電場力作用下定向移動形成電流。答案：BC3在金屬導(dǎo)體中有電流通過時，下列說法正確的是()A自由電子定向移動速率很小B自由電子定向移動速率即是電場傳播速率C自由電子定向移動速率是電子熱運動速率D自由電子只不過在速率很大的無規(guī)則熱運動上附加一個速率很小的定向移動解析：電場傳播速率為光速(3×108 m/s)；自由電荷定向移動速率其數(shù)量級

17、為104105 m/s；無規(guī)則熱運動速率數(shù)量級約為105 m/s，故B、C錯誤。答案：AD4電路中每分鐘有60萬億個自由電子通過橫截面積為0.64×106 m2的導(dǎo)線，那么電路中的電流是()A0.016 A B1.6 mAC16 A D0.16 A解析：據(jù)I得I A1.6×107 A0.16 A答案：D5有甲、乙兩個由同種金屬材料制成的導(dǎo)體，甲的橫截面積是乙的兩倍，而單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，乙是甲的兩倍，以下說法中正確的是()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的速率大小

18、相等解析：由I可知，I乙2I甲，B正確，A錯誤；由InvSq可知，同種金屬材料制成的導(dǎo)體，n相同，因S甲2S乙，故有v甲v乙14，C、D均錯誤。答案：B6關(guān)于電流的方向，下面敘述正確的是()A金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動的方向B在電解液中有自由的正離子和負離子，電流的方向不能確定C不論何種導(dǎo)體，電流方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向D電流的方向有時與正電荷定向移動的方向相同，有時與負電荷定向移動的方向相同解析：電流是有方向的，電流的方向是人為規(guī)定的。物理上規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，則負電荷定向移動的方向一定與電流的方向相反。答案：C7如圖1所示，電解池內(nèi)有一價的電解液，t

19、s內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1，負離子數(shù)是n2，設(shè)元電荷為e，以下解釋中正確的是() 圖1A正離子定向移動形成的電流方向從AB，負離子定向移動形成的電流方向從BAB溶液內(nèi)正負離子向相反方向移動，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：正電荷定向移動的方向就是電流的方向，負電荷定向移動的反方向也是電流方向，有正、負電荷反向經(jīng)過同一截面時，公式I中q應(yīng)該是正、負電荷電荷量絕對值之和，故I，電流方向由A指向B，故選項D正確。答案：D8如圖2所示，一根截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻帶有負電荷，每米長度所帶電荷量為q，當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運動時，由于棒運動而形成的等效電流大小為() 圖2Avq B.CqvS D.解析：根據(jù)電流定義式，則時間t內(nèi)通過某一截面的電荷量qvtq，則Ivq。答案：A二、非選擇題(本題共2小題，共18分)9(8分)來自質(zhì)子源的質(zhì)子(初速度為零)，經(jīng)一加速電壓為800 kV的直線加速器加速，形成電流為1 mA的細柱形質(zhì)子流。(1)已知質(zhì)子的電荷量e1.60×1019 C。這個質(zhì)子流每秒鐘打到靶上的質(zhì)子數(shù)為_。(2)假定分布在質(zhì)子源到靶之間的電場是均勻的，在質(zhì)子束中與質(zhì)子源相距L和4L的兩處，各取一段極短的相等長度的質(zhì)子流，其中的質(zhì)子數(shù)分別為N1和N2，則_。解