2018年高中物理选修3-1课件：第3章 恒定电流 第1节 电 流 精品

解析：选 D．因为金属导体中已经存在大量的自由电荷，故选 项 A 错误．把导体放在匀强电场中，导体只能产生瞬间感应电 流，故选项 B 错误．只是让导体一端连接电源正极时，导体两 端无电压，此时不能形成电流，故选项 C 错误．只有让导体两 端保持恒定的电压才能产生恒定电流，故选项 D 正确．
2．(多选)关于电流的速度，下列说法正确的是( ) A．电荷的定向移动形成电流，所以电流的传导速率等于自由电 荷的定向移动的速率 B．电流的传导速率等于自由电荷的无规则热运动的速率 C．电流的传导速率等于电场的传播速率 D．电流的传导速率近似等于光速 解析：选 CD．电流的传导速率等于电场的传播速率，近似等于 光速 c，大于自由电荷定向移动的速率(数量级为 10－5 m/s)和自 由电荷无规则热运动的速率(数量级为 105 m/s)，故 A、B 均错 误，C、D 均正确．
3．电流的速度 (1)电流的速度：是电场的传播速度，它等于_3_×___1_0_8 _m/s.
(2)导体中有电流时同时存在着的三种速率
三种 电场的传播速 电子无规则热运动
电子定向移动的速率
速率 率
的速率
数值 光速_3_×__1_0_8m/s 数量级约为_1_0_5_m/s 数量级约为_1_0_－__5 m/s
金属导体中电流的方向与自由电荷的移动方向一致吗？为什 么？ 提示：不一致，电流的方向是指正电荷定向移动的方向，而金 属导体中自由电荷是电子，电子的定向移动方向与电流方向相 反．
三、电流的大小和单位
1．定义：电荷定向移动时，在单位时间内通过导体任一横截面 的__电__荷__量__称为电流，用符号 I 表示．
[解析] 导体中有大量的自由电荷，总是在不停地做无规则运动， 没有定向运动，在一段时间内，通过导体某一横截面的电荷是 双向的，数值是相等的，电荷量为零，故 A 错误．电流是一个 标量，因为其运算不符合矢量运算法则，为了便于研究电流， 人们规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，以区别于负电 荷的定向移动，故 B 错误．在国际单位制中，电流是一个基本 量，其单位安培是基本单位，故 C 正确．对于导体，其两端电 势差为零时，导体内无电场，电荷不能定向移动，故电流为零， D 正确． [答案] CD
电流的大小和方向 1．对电流的定义式 I＝qt 的理解 (1)电流指单位时间内通过导体任一横截面的电荷量，即 I＝qt ， 其中 q 是时间 t 内通过某横截面的电荷量，不是单位面积的横截 面的电荷量． (2)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＝qt 时，q 为正电荷 的总电荷量和负电荷的总电荷量的绝对值之和．
2．(1)由电流的定义式 I＝qt 可知，I 与 q 成正比，与 t 成反比．( × ) (2)方向不随时间改变的电流叫做恒定电流．( × ) (3)单位时间内通过导体横截面的电量越多，导体中的电流越 大．( √ )
电流形成条件及三种速率的理解 1．电流的形成条件 (1)回路中存在自由电荷 ①金属导体的自由电荷是电子． ②电解液中的自由电荷是正、负离子． (2)导体两端有电压：电场对电荷有力的作用，例如两个导体间 存在电势差，当用一导线连接时，导线中的自由电子会在电场 力的作用下运动，形成电流．
q 2．定义式：I＝_t_____．
3．单位 (1)国际单位制单位：安培，符号_A__． (2)其他常用单位：毫安，符号__m__A_；微安，符号__μ_A__． (3)单位间的换算关系：1 A＝_1_0_3__ mA＝__1_0_6_ μA．
4．直流电流和恒定电流 (1)直流电流：_方__向___不随时间改变的电流． (2)恒定电流：_方__向___和__强__弱__都不随时间改变的电流．
(3)在应用 I＝qt 计算时，各个物理量的单位都用国际单位． 2．方向：规定正电荷运动的方向为电流的方向．电流的方向与 负电荷定向移动的方向相反．
命题视角 1 电流方向的理解 关于电流的方向，下列叙述中正确的是( )
A．金属导体中电流的方向即自由电子定向移动的方向 B．在电解质溶液中有自由移动的正离子和负离子，电流方向不 能确定 C．不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向 D．电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电 荷定向移动的方向相同
[解析] 电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，与电子定向 移动的方向相反，A、D 错误，C 正确；在电解质溶液中正离子 和负离子定向移动形成电流的方向是相同的，都和正离子定向 移动的方向相同，故 B 错误． [答案] C
命题视角 2 电流大小的计算 如图所示的电解液接入电路后，在 t 时间内有 n1 个一价
(3)导体两端有持续电压是导体中形成持续电流的条件． 导体两端有了持续电压，导体中的自由电子就会在电场力的持 续作用下形成持续不断的电流． 2．电路中的三种速率 (1)电流的速度 电流的速度就是电场的传播速度，它等于 3.0×108 m/s.
(2)三种速率的比较
导体中有电流时同时存在着三种速率，比较如下表．
[解析] 电荷的定向移动形成电流．电流在金属导体中的传导速 率等于光速，与电流大小无关．而金属导体中自由电子的定向 移动速率比光速小得多．故选项 A、B、C 错误，D 正确． [答案] D
[题组过关] 1．对于金属导体，能在导体中产生恒定电流还必须满足的条件 是( ) A．有可以自由移动的电荷 B．把导体放在匀强电场中 C．让导体某一端连接电源正极 D．导体两端加有恒定的电压
三种速率
物理意义
大小
自由电荷定向移动形成电流，由于受 自由电荷定
到阻碍，自由电荷定向移动的速率非 1×10－5 m/s 向移动速率
常缓慢
三种速率
物理意义
大小
导体内的自由电子在永不停息地做无
电子热 规则运动．由于热运动，自由电子向各 1×105 m/s
运动速率 个方向运动的机会相等，故不能形成电
流，常温下电子热运动速率是很大的
[题组过关] 1．(多选)关于电流的方向，下列说法中正确的是 ( ) A．电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低 电势一端 B．电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端 C．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同 D．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反
解析：选 AD．在电源的外部电路中，电流从正极流向负极，在 电源内部，电流从负极流向正极，电源正极电势高于负极电势， 所以 A 正确，B 错误；电子带负电，电子运动形成的电流方向 与电子运动的方向相反，C 错误，D 正确．
1 ． (1) 只 要 闭 合 回 路 中 存 在 自 由 电 子 ， 就 可 以 形 成 持 续 的 电 流．( × ) (2)金属导体中电子定向移动的速率很大，因为闭合开关，灯泡 马上就亮了．( × ) (3)加上电压后，导体中的电场是以光速传播的．( √ )
二、电流的方向
1．电流的方向 (1)在物理学中，人们规定_正__电__荷___定向移动的方向为电流的方 向． (2)在 电源 外部的 电路中 ，电流 的方向 是从电 源 _正__极___流向 __负__极__． 2．电流是_标__量___，虽有方向，但其运算不符合平行四边形定则．
正离子通过溶液内横截面 S，有 n2 个二价负离子通过溶液内横 截面 S，设 e 为元电荷，则下列关于通过该截面的电流的说法中 正确的是( )
A．当 n1＝n2 时，电流大小为零 B．当 n1>n2时，电源外部电流方向由 A 指向 B，电流 I＝(n1－t2n2)e C．当 n1<n2 时，电源外部电流方向由 B 指向 A，电流 I＝ (2n2－n1)e
命题视角 2 电流速度的理解 下列关于电流的说法中，正确的是( )
A．金属导体中，电流的传导速率就是自由电子定向移动的速率 B．导体两端电势差增大时，电流增大，电流的传导速率也增大 C．电路接通后，自由电子由电源出发只要经过一个极短的时间 就能到达用电器 D．通电金属导体中，电流的传导速率比自由电子的定向移动速 率大得多
3．(多选)如图所示，验电器 A 带负电，验电器 B 不带电，用导 体棒连接 A、B 的瞬间，下列叙述中正确的是( )
A．有瞬时电流形成，方向由 A 到 B B．A、B 两端的电势不相等 C．导体棒内的电场强度不等于零 D．导体棒内的自由电荷受电场力作用做定向运动
解析：选 BCD．A、B 两个导体，由于 A 带负电，在 A 导体周 围存在指向 A 的电场，故 B 端所在处的电势应高于 A 端电势； 另外导体棒中的自由电荷在电场力的作用下，发生定向移动， 由于导体棒中的自由电荷为电子，故移动方向由 A 指向 B，电 流方向应由 B 到 A.
第3章 恒定电流
第1节 电 流
第3章 恒定电流
1.知道产生持续电流的条件，并能做出微观解释． 2.了 解电流速度(传导速率)，自由电子热运动的平均速率，电子定向 移动速率的区别． 3.知道电流的大小、方向和单位，理解电流 的定义式 I＝qt ，并能运用它进行有关的计算．
一、电流的形成和速度
1．形成电流的条件 (1)回路中存在_自__由__电__荷___； (2)导体两端有_电__压___． 2．导体中形成持续电流的条件是导体两端有_持__续__电__压___．
环形电流的计算采用等效的观点分析，所谓等效电流，就是把 电子周期性地通过圆周上各处形成的电流看成持续不断地通过 圆周上各处时所形成的电流． (1)对周期性运动的电荷或带电体，常取一个周期来计算等效电 流． (2)对于库仑力作用下绕核旋转的情况，利用库仑定律算出库仑 力，库仑力提供向心力，求出电荷量，代入 I＝qt ＝Tq即可求得＝(n1＋t 2n2)e [思路点拨] 解此题注意两点：
(1)正确理解 I＝qt 中 q 的意义． (2)不同带电离子的“价位”及相应电荷量．
[解析] 电流的方向就是正电荷定向移动的方向，在电源外部电 流方向由 A 指向 B，在电源内部电流方向由 B 指向 A，与 n1、 n2 的大小无关，I＝qt ＝(n1＋t2n2)e，选项 D 正确． [答案] D
电解液导电与金属导体导电不同，金属导体中的自由电荷只有 自由电子，而电解液中的自由电荷是正、负离子，运用 I＝qt 计 算时，q 是同一时间内正、负两种离子通过某一横截面的电荷量 的绝对值之和．
命题视角 3 等效电流强度的计算 (多选)半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电荷，总电荷量为 Q，
现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度 ω 匀速转 动，则由环产生的等效电流应有( ) A．若 ω 不变而使电荷量 Q 变为原来的 2 倍，则电流也将变为 原来的 2 倍 B．若电荷量 Q 不变而使 ω 变为原来的 2 倍，则电流也将变为 原来的 2 倍 C．若使 ω、Q 不变，将橡胶圆环拉伸，使环半径增大，电流将 变大 D．若使 ω、Q 不变，将橡胶圆环拉伸，使环半径增大，电流将 变小
三种速率
物理意义
大小
闭合开关的瞬间，电路中各处以真空
电场传播速 中光速建立恒定电场，在恒定电场的
率(或电流传 作用下，电路中各处的自由电子几乎 3×108 m/s
导速率) 同时开始定向运动，整个电路也几乎
同时形成了电流
命题视角 1 电流的概念 (多选)关于电流的概念，下列说法中正确的是( )
A．导体中有电荷运动就形成电流 B．电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向 C．在国际单位制中，电流是一个基本量，其单位安培是基本单 位 D．对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零
[思路点拨] 计算等效电流的关键是在电荷定向移动方向上取一 个横截面作为研究对象，分析时间 t 内通过该横截面的电荷量， 由公式 I＝qt 计算．
[解析] 截取圆环的任一横截面 S，如图所示，在橡胶圆环运动 一周的时间 T 内，通过这个横截面的电荷量为 Q，则有 I＝qt ＝QT 又 T＝2ωπ 所以 I＝Q2πω 故选项 A、B 正确． [答案] AB