2018-2019学年人教版物理选修3-1学案：第二章 第1节 电源和电流 Word版含解析

第1节电源和电流1.电源的作用是能保持导体两端的电压，使电路中有持续电流。

2．电流的大小为I＝qt，方向规定为正电荷定向移动的方向。

负电荷定向移动的方向与电流方向相反。

3．恒定电流是指大小和方向都不随时间变化的电流。

一、电源1．概念在电路中把在电场力作用下移动到导体A的电子搬运到导体B的装置。

2．作用(1)在导体A、B两端维持一定的电势差。

(2)使电路中保持持续的电流。

二、恒定电流1．恒定电场(1)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。

(2)形成：导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。

(3)特点：导线内的电场线与导线平行，电荷的分布是稳定的，导线内的电场是沿导线切线方向的恒定电场。

(4)恒定电场与静电场的关系：在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，因此其基本性质与静电场相同，在静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系，在恒定电场中同样适用。

2．电流(1)概念：电荷的定向移动形成电流。

(2)物理意义：表示电流强弱程度的物理量。

(3)符号及单位：电流用符号I表示，单位是安培，符号为A。

常用单位还有毫安(mA)和微安(μA)，1 A＝103mA＝106μA。

(4)表达式：I＝qt(q是在时间t内通过导体某一横截面上的电荷量)。

(5)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。

3．恒定电流(1)概念：大小、方向都不随时间变化的电流。

(2)形成：恒定电场使自由电荷速率增加，自由电荷与导体内不动的粒子的碰撞，使自由电荷速率减小，最终表现为平均速率不变。

1．自主思考——判一判(1)电路中有电流时，电场的分布就会随时间不断地变化。

(×)(2)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。

(√)(3)恒定电场的电场强度不变化，一定是匀强电场。

(×)(4)电流既有大小，又有方向，是矢量。

(×)(5)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。

(√)(6)导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的。

(×)2．合作探究——议一议(1)如何使电路中存在持续电流？提示：首先保持电路闭合，其次是电路中接有电源，保持电路存在一定的电势差。

(2)有同学认为“只有导体中才可有电流”，谈一谈你的认识。

提示：电荷定向移动形成电流，不论是导体内还是其他空间只要有电荷定向移动就可形成电流，如氢原子中核外电子做匀速圆周运动时，形成了一环形电流等。

1．电流的形成电荷的定向移动形成电流。

当把导体和电源连接后，导体中形成恒定电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动形成电流。

(1)产生电流的条件：导体两端有电压。

(2)形成持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。

2．电流的方向规定正电荷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的方向相反，金属导体中自由移动的电荷是自由电子，故电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。

3．电流的大小(1)I ＝q t是电流的定义式，I ＝neS v 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)公式I ＝qt求出的是电流在时间t 内的平均值，对于恒定电流其瞬时值与平均值相等。

(3)电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，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 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。

(4)q ＝It 是求电荷量的重要公式。

4．电流是标量电流虽然有方向，但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量而是标量。

1．下列关于电流方向的说法中正确的是()A ．电荷的定向移动方向即为电流的方向B ．电流的方向总是从电源的正极流向负极C ．电流既有大小，又有方向，是一个矢量D ．在电源内部，电流从负极流向正极解析：选D 正电荷的定向移动方向与电流方向相同，负电荷的定向移动方向与电流方向相反；电流虽有方向，但不符合矢量运算法则，不是矢量，而是标量；外电路中电流从正极流向负极，电源内部电流从负极流向正极，故A 、B 、C 错，D 正确。

2．某电解池中，若在2s 内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是()A ．0B ．0.8 AC ．1.6 AD ．3.2 A解析：选D 电荷的定向移动形成电流，但“＋”“－”电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和。

在2 s 内通过截面的总电荷量应为q ＝1.6×10－19×2×1.0×1019 C ＋1.6×10－19×1×2.0×1019 C ＝6.4 C 。

由电流的定义式知：I ＝q t ＝6.42A ＝3.2 A 。

2．安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核的运动可等效为环形电流。

设电荷量为e 的电子以速率v 绕原子核沿顺时针方向做半径为r 的匀速圆周运动，关于该环形电流的说法，正确的是()A ．电流大小为ve2πr ，电流方向为顺时针B ．电流大小为ver ，电流方向为顺时针C ．电流大小为ve2πr ，电流方向为逆时针D ．电流大小为ver，电流方向为逆时针解析：选C 电流大小I ＝q t ＝e 2πr v＝ve2πr，方向与电子运动的方向相反，即沿逆时针方向，选项C 正确。

1．建立模型如图所示，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 。

2．理论推导AD 导体中的自由电荷总数：N ＝nlS 。

总电荷量Q ＝Nq ＝nlSq 。

所有这些电荷都通过横截面D 所需要的时间：t ＝lv。

根据公式q ＝It 可得：导体AD 中的电流：I ＝Qt ＝nlSqlv＝nqS v 。

3．结论由此可见，从微观上看，电流取决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、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关。

[典例][多选]一横截面积为S 的铜导线，流过的电流为I ，设每单位体积的导线中有n 个自由电子，电子的电荷量为q ，此时电子的定向移动速率为v ，在Δt 时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为()A ．n v S ΔtB ．n v Δt C.I Δt qD.I Δt Sq[思路点拨]计算自由电子数目有以下两条思路：(1)Δt 时间内通过导线横截面的自由电子数目等于Δt 时间内通过导线横截面的电荷量I Δt 与自由电子电荷量q 的比值。

(2)Δt 时间内通过导线横截面的自由电子数目等于导线v Δt 长度内所含的自由电子数。

[解析]由I ＝Qt 可得，在Δt 时间内通过导线横截面的电荷量Q ＝I Δt ，所以在这段时间内通过的自由电子数为N ＝Q q ＝I Δtq ，所以C 对、D 错；由于自由电子定向移动的速率是v ，所以在时间Δt 内，位于横截面积为S 、长为l ＝v Δt 的这段导线内的自由电子都能通过横截面，这段导线的体积V ＝Sl ＝S v Δt ，所以Δt 内通过横截面的自由电子数为N ＝nV ＝n v S Δt ，A 对、B 错。

[答案]AC利用I ＝nqS v 分析问题应注意的三个方面1．各个物理量都要用国际单位。

2．正确理解各符号的意义，特别是n 表示导体中单位体积内的自由电荷数，v 表示自由电荷定向移动速度的大小。

3．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I ＝nq v 。

1．一根横截面积为S 的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为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()A ．q vB.qvC ．q v S D.qv S解析：选A 时间t 内通过垂直于棒运动方向某一横截面的电荷量Q ＝q v t ，依电流的定义式可得I ＝Qt＝q v ，故A 正确。

2．关于电流的概念，下列说法中正确的是() A ．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大B ．电子的定向移动速率越大，电流越大C ．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大D ．横截面积越大，电流越大解析：选C 根据I ＝qt 可知，通过导体横截面的电荷量越多，电流不一定越大，选项A 错误；根据I ＝neS v 可知，电子的定向移动速率越大，电流不一定越大，选项B 错误；根据I ＝qt 可知，单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大，选项C 正确；根据I ＝neS v 可知，横截面积越大，电流不一定越大，选项D 错误。

2．有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过导体横截面的电荷量，乙是甲的2倍，下列说法中正确的是() A ．通过甲、乙两导体的电流相同 B ．通过乙导体的电流是甲导体的2倍C ．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍D ．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相同解析：选B 由于单位时间内通过乙横截面的电荷量是甲的2倍，因此乙导体中的电流是甲的2倍，故A 错误，B 正确；又I ＝nqS v ，则v ＝InqS，由于不知道甲、乙两导体的性质(n 、q 不知道)，所以v 的关系无法判断，C 、D 错误。

1．一根导线，分别通以不同电流，并保持温度不变，当电流较大时，以下说法正确的是()A ．单位体积内自由电子数较多B ．自由电子定向移动的速率较大C ．自由电子的热运动速率较大D ．电流的传导速度较大解析：选B 对同一根导线单位体积内的自由电子数是一样的，A 错误；电流和自由电子的定向移动的速率有关，与自由电子的热运动速率无关，故B 正确，C 错误；电流的传导速度是电场的形成速度等于光速c ，和电流的大小无关，选项D 错误。

2．[多选]一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S ，导体单位长度内的自由电子数为n ，金属内的自由电子的电荷量为e ，自由电子做无规则热运动的速率为v 0，导体中通过的电流为I ，则下列说法中正确的有()A ．自由电子定向移动的速率为v 0B ．自由电子定向移动的速率为v ＝IneS C ．电场传播的速率为真空中的光速c D ．自由电子定向移动的速率为v ＝Ine解析：选CD 对电流微观表达式I ＝nqS v 式中n 为单位体积内自由电荷数，而本题中n 为单位长度内的自由电子数，t 时间内通过导体某一横截面的自由电子数为长度是v t 内的自由电子，其数量为n v t ，电荷量q ＝n v te ，所以电流I ＝q t ＝ne v ，所以v ＝Ine，电场是以光速传播的，故C 、D 正确。

1．关于电流的概念，下列说法中正确的是() A ．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大B ．某一导体内电子运动的速率越大，电流越大C ．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流越大D ．电流的传导速率越大，电流越大解析：选C 由电流的定义式I ＝qt及电流的微观表达式I ＝neS v 可知，选项C 正确。