人教版高中物理选修3-1第二章 第一节《电源和电流》 (2)
高中物理 第二章 恒定电流 第1节 电源和电流学案 新人教版选修3-1-新人教版高二选修3-1物理学
第1节 电源和电流1．理解电源的作用． 2．理解恒定电场的形成过程． 3．理解恒定电流的概念，会用公式q ＝It 分析相关问题． 4．知道电流形成的微观实质．一、电源1．定义：能把电子从正极搬运到负极的装置． 2．作用(1)维持电路两端有一定的电势差． (2)使闭合电路中保持持续的电流． 二、恒定电流 1．恒定电场(1)恒定电场：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线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稳定的电场，叫恒定电场．(2)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化． 2．恒定电流(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流．(2)公式：I ＝q t或q ＝It ，其中：I 表示电流，q 表示在时间t 内通过导体横截面的电荷量．(3)单位：安培，简称安，符号A ；常用的电流单位还有毫安(mA)、微安(μA)． 1 A ＝103mA ；1 A ＝106μA．判一判 (1)有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的电流除电路中有电源外，电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接起来．( )(2)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，从而使电源两极之间有稳定的电势差，电路中形成持续的电流．( )(3)金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子．( )(4)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，电场线与导线表面垂直．( )(5)公式I ＝qt中，q 是通过导体横截面的电荷量，当导体中有正、负电荷同时向相反方向定向移动形成电流时，公式中的q 应为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量的绝对值之和．( )提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√想一想 电流的方向一定是电荷的定向移动方向吗？方向不变的电流一定是恒定电流吗？提示：不一定．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．恒定电流是指大小和方向都不变的电流，方向不变、大小改变的电流不是恒定电流．做一做 如图所示，一根截面积为S 的均匀长直橡胶棒上均匀地带有负电荷，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 ．vqB ．q vC ．vqSD ．qv S提示：选A ．经过时间t ，通过右端横截面的电荷量Q ＝qvt ，根据I ＝Q t得I ＝vq ，A 正确．对电流的理解1．电流的形成(1)形成原因：电荷的定向移动． (2)形成条件：导体两端有电压．(3)电路中产生持续电流的条件：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．3．电流的大小(1)定义式：I ＝qt．用该式计算出的电流是时间t 内的平均值．对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等．(2)两点说明①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 ＝q t求电流时，q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和．②q ＝It 是I ＝q t的变形，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．命题视角1 对电流定义的理解(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运动的方向C ．在国际单位制中，电流是一个基本物理量，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[解析] 导体中有大量的自由电子，总在不停地做无规则运动，没有定向运动，在一段时间t 内，通过导体某一截面的电荷是双向的，其数值又是相等的，电流为零，故A 错误；电流是一个标量，因为其运算不符合矢量运算规则，为了便于研究电流，人们规定正电荷定向运动的方向为电流的正方向，以区别于负电荷的定向运动，故B 错误；在国际单位制中，共有七个基本量，电流是其中之一，故C 正确；对于导体，其两端电势差为零时，导体内无电场，电子不能定向运动，故电流为零，D 正确．[答案] CD命题视角2 定义式I ＝q t的应用(2018·重庆校级期中)如图所示，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n 1，负离子数是n 2，设元电荷为e ，以下解释中正确的是( )A ．当n 1＝n 2时电流强度为零B ．当n 1>n 2时，电流方向从A →B ，电流强度为I ＝（n 1－n 2）e tC ．当n 1<n 2时，电流方向从B →A ，电流强度为I ＝（n 2－n 1）etD ．溶液内电流方向A →B ，电流强度I ＝（n 1＋n 2）e t[解析] 正电荷定向移动方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，A 、B 错误；有正、负电荷反向经过同一截面时，I ＝qt公式中q 应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故I ＝n 1e ＋n 2et，电流方向由A 指向B ，与正、负电荷的数量无关，C 错误，D 正确． [答案] D不同导体中电流的计算方法(1)金属导体：自由电荷只有自由电子，运用I ＝q t计算时，q 是某一时间内通过金属导体横截面的电子的电荷量．(2)电解液：自由电荷是正、负离子，运用I ＝q t计算时，q 应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和．(3)电离状态的气体：自由电荷既有正、负离子，也有自由电子，利用公式I ＝q t求气体导电电流时，q 应是三种带电粒子通过横截面的电荷量的绝对值之和．(4)环形电流：有些电流，并不是导体内电荷的定向移动形成的，如电子绕核运动，经电场加速的粒子流、带电体的运动等，可以通过等效方法用I ＝q t求解等效电流．【题组突破】1．下列有关电源的电路中，导线内部的电场强度的说法正确的是( ) A ．导线内部的电场就是电源所形成的电场B ．在静电平衡时，导线内部的场强为零，而导线外部的场强不为零，所以导线内部的电场不是稳定的C ．因为导线处于电源的电场中，所以导线内部的场强处处为零D ．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，导线内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的解析：选D ．导线内部的电场是电源和导线积累电荷所形成的两部分电场的矢量和，稳定后不同于静电平衡(内部场强处处为零)，而是场强大小恒定，方向与导线切线一致，是一种动态的平衡，故A 、B 、C 错，D 对．2．某一探测器因射线照射，内部气体电离，在时间t 内有n 个二价正离子到达阴极，有2n 个电子到达探测器的阳极，则探测器电路中的电流为( )A ．0B ．2ne tC ．3ne tD ．4ne t解析：选D ．由题意可知，在时间t 内通过某横截面的电荷量为n ·2e ＋2n ·e ＝4ne ，故根据电流的定义可知探测器电路中的电流为I ＝q t ＝4net，故选项D 正确． 电流的微观解释1．建立“柱体微元”模型：如图所示，AD 表示粗细均匀的一段导体l ，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 ＝Q t＝nlSql /v＝nqSv ． 3．影响因素：从微观上看，电流取决于导体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和导体的横截面积．4．结论：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、自由电荷定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关．5．两个公式的比较I ＝q tI ＝nqSv公式性质 定义式 决定式 电流的意义 时间t 内的平均电流 某时刻的瞬时电流 描述的角度大量电荷定向移动的宏观表现形成电流的微观实质联系 由I ＝q t可导出I ＝nqSv 【题组过关】1．(多选)有一横截面积为S 的铜导线，流经其中的电流为I ；设单位体积的导线中有n 个自由电子，电子的电荷量为e ，此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可表示为( )A ．nvS ΔtB ．nv ΔtC ．I ΔteD ．I ΔtSe解析：选AC ．因为I ＝q Δt ，所以q ＝I ·Δt ，自由电子数目为N ＝q e ＝I Δte，C 正确，D错误；又因为电流的微观表达式为I ＝nevS ，所以自由电子数目为N ＝q e ＝I Δt e ＝nevS Δte＝nvS Δt ，A 正确，B 错误．2．(2018·广东佛山一中高二月考)在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝中不断放出的电子进入电压为U 的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S 、电流为I 的电子束．已知电子的电荷量为e 、质量为m ，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl 的电子束内的电子个数是( )A ．I ΔleS m 2eU B ．I Δle m 2eU C ．I eSm 2eUD ．IS Δlem 2eU解析：选B ．设电子刚射出电场时速度为v ，长为Δl 的电子束内的电子数为n ，则eU ＝12mv 2 ①I ＝ne Δt ②Δt ＝Δl v③由①②③式解得n ＝I Δle m2eU，故B 正确．[随堂检测]1．现代生活离不开电源，电子表、照相机、移动电话、计算器及许多电子产品，都需要配备各式各样的电源．以下关于电源的说法正确的是( )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 ．电源的作用就是将其他形式的能转化为电能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解析：选B ．电源的作用是维持正、负极之间有一定的电势差，这需要电源不断地将其内部的负电荷向负极聚集，将正电荷向正极聚集．外电路中自由电子在电场力的作用下向正极移动；在电源内部，需要将正极上的电子搬运到负极，维持电势差不变，故A 错误．从能量转化的角度来看，电源在搬运电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其他形式的能转化为电能，故B 正确．若要电路中有电流，不仅需要有电源，还需要电路是闭合的，两者缺一不可，故C 错误．电源是对电路提供能量的装置，故D 错误．2．(多选)如图所示，将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来，已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍，在铜导线上取一个截面 A ，在铝导线上取一个截面B ，若在1秒内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的( )A ．电流相等B ．电流不相等C ．自由电子定向移动的速率相等D ．自由电子定向移动的速率不相等解析：选AD ．由电流定义知I ＝q t ＝net，A 正确，B 错误．由电流的微观表达式I ＝nSqv 知，I 、n 、q 均相等，因为S A <S B ，所以v A >v B ，C 错误，D 正确．3．(高考上海卷)重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射＋5价重离子束，其束流强度为1．2×10－5A ，则在1 s 内发射的重离子个数为(e ＝1．6×10－19C)( )A ．3．0×1012B ．1．5×1013C ．7．5×1013D ．3．75×1014答案：B4．已知铜导线中的电流为1 A ，铜导线的横截面积为1 mm 2，求：(1)在1 s 内，有多少个电子通过铜导线的横截面？(电子电荷量e ＝1．6×10－19C)(2)自由电子的平均移动速率多大？(设铜导线中每立方米含有8．5×1028个自由电子) 解析：(1)1 s 内通过铜导线横截面的电荷量为q ＝It ＝1 C ．所以1 s 内通过铜导线横截面的电子个数N ＝q e ＝11．6×10－19(个)＝6．25×1018(个)．(2)由电流的微观表达式I ＝nqSv 得自由电子的平均移动速率v ＝I nqS＝18．5×1028×1．6×10－19×1×10－6 m/s ≈7．35×10－5m/s ． 答案：(1)6．25×1018个 (2)7．35×10－5m/s[课时作业] [学生用书P129(单独成册)]一、单项选择题1．关于电流的说法中正确的是( ) A ．根据I ＝q t，可知I 与q 成正比B ．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C ．电流有方向，电流是矢量D ．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位解析：选D ．依据电流的定义式可知，电流与q 、t 皆无关，选项A 错误；虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以选项B 、C 错误；选项D 正确．2．金属导体内电流增强，是因为( ) A ．导体内单位体积的自由电子数增多 B ．导体内自由电子定向移动的速率增大 C ．导体内电场的传播速率增大 D ．导体内自由电子的热运动速率增大解析：选B ．对于确定的金属导体，单位体积内的自由电子数是一定的，而且导体内电场的传播速率也是一定的，所以A 、C 错误；导体内电流增强是由于自由电子定向移动的速率增大，使得单位时间内穿过导体横截面的电荷量增大，B 正确；导体内自由电子的热运动与电流的大小无直接关系，D 错误．3．一段粗细均匀的铜导线的横截面积是S ，导线单位长度内的自由电子数为n ，铜导线内的自由电子所带的电荷量为e ，自由电子做无规则热运动的速率为v 0，导线中通过的电流为I ．则下列说法中正确的是( )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 ＝I neSC ．自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD ．自由电子定向移动的速率为v ＝I ne解析：选D ．v 0为电子做无规则热运动的速率，非定向移动速率，故A 错误．对于电流微观表达式I ＝nqSv ，式中n 为单位体积内的自由电子数，而本题中n 为单位长度内的自由电子数，t 时间内通过导线某一横截面的自由电子数为nvt ，电荷量Q ＝nvte ，所以电流I ＝Q t ＝nev ，所以v ＝I ne，故B 、C 错误，D 正确．4．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 ．9．375×1019个 C ．9．375×1021个 D ．9．375×1020个解析：选C ．q ＝It ，n ＝q e ＝It e＝9．375×1021个． 5．如图所示的电解池，在1 s 的时间内，共有3 C 的正离子和3 C 的负离子通过截面xy ，则这个电路中的电流是( )A ．0 AB ．1．5 AC ．3 AD ．6 A解析：选D ．电解液中的正、负离子定向移动的方向相反，故它们产生同向的电流，由公式I ＝q t 得，电路中的电流I ＝3＋31A ＝6 A ，故D 正确．6．(2018·重庆市万州二中高二期中)北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m 的近似圆形轨道．当环中电子以光速的110流动而形成10 mA 的电流时，环中运行的电子数目为(已知光速c ＝3×108m s ，电子电荷量e ＝1．6×10－19C)( )A ．5×1010B ．5×1011C ．1×102D ．1×104解析：选B ．电子运动一周所需要的时间：t ＝240110×3×108 s ＝8×10－6s在圆形轨道上任取一横截面，则在t 时间内整个环中的电子刚好都通过该截面，故环中具有电子的电量为：q ＝It ＝10×10－3×8×10－6 C ＝8×10－8 C环中具有电子数N ＝q e ＝8×10－81．6×10－19个＝5×1011个．7．铜的摩尔质量为m ，密度为ρ，每摩尔铜原子有n 个自由电子，今有一根横截面积为S 的铜导线，当通过的电流为I 时，电子平均定向移动速率为( )A ．光速cB ．I neS C ．IρneSmD ．mIneSρ解析：选D ．假设电子定向移动的速率为v ，那么在t 时间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vtSρ，摩尔数为vtSρm，所以电量q ＝vtSρne m ，I ＝q t ＝vSρne m ，于是得：v ＝ImneSρ． 二、多项选择题8．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．9．给一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电，下列说法正确的是( )A ．粗的地方电流大，细的地方电流小B ．粗的地方电荷定向移动速率大，细的地方小C ．各处的电流大小相同D ．粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大解析：选CD ．同一根导线上的电流相等，故C 对；由I ＝nqSv 可得v ＝I nqS ，故D 对． 10．(2018·福建宁德一中高二检测)半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电，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满足( )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，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大D ．若使ω、Q 不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小解析：选AB ．截取圆环的任一截面S ，如图所示，在橡胶圆环运动一周的时间 T 内，通过这个截面的电荷量为Q ，则有：I ＝q t ＝Q T ，又 T ＝2πω，所以I ＝Qω2π．分析各选项可知本题选A 、B ． 三、非选择题11．如图所示，在NaCl 溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图中所示，若测得2 s 内分别有1．0×1018个Na ＋和Cl －通过溶液内部的横截面M ，溶液中的电流方向如何？电流为多大？解析：NaCl 溶液导电是靠自由移动的Na ＋和Cl －，它们在电场力作用下向相反方向运动．因为电流方向为正电荷定向移动的方向，故溶液中电流方向与Na ＋定向移动的方向相同，即由A 流向B ．Na ＋和Cl －都是一价离子，每个离子的电荷量为e ＝1．6×10－19 C ，NaCl 溶液导电时，Na ＋由A 向B 定向移动，Cl －由B 向A 定向移动，负离子的运动可以等效地看做正离子沿相反方向的运动，可见，每秒钟通过横截面M 的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和，则有I ＝q t ＝|q 1|＋|q 2|t＝ 1．0×1018×1．6×10－19＋1．0×1018×1．6×10－192 A ＝0．16 A ．答案：由A 流向B 0．16 A12．某品牌手机在待机工作状态时，通过的电流是4微安，则该手机一天时间内通过的电荷量是多少？通过的自由电子个数是多少？解析：通过的电荷量为：q ＝It ＝4×10－6×24×3 600 C ≈0．35 C通过的电子个数为：N ＝q e ＝0．351．6×10－19个≈2．19×1018个． 答案：0．35 C 2．19×1018个。
人教版高中物理选修3-1+第二章+第1节+电源和电流+课件2(共27张PPT)
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5.以下说法正确的是( ) A．自由电子定向移动速率就是电 子热运动速率 B．自由电子只不过在速率很大的 无规则热运动上附加了一个速率 很小的定向移动 C．电场的传导速率就是导体内自 由电子的定向移动速率 D．在金属导体内当自由电子定向 移动时，它们的热运动就消失了
A
抽水机
B
水池
措施：可将B中的水用抽水机抽到 A 中，保持水池 A 、 B 的水面有一 定的高度差。
怎样才能使水管中有源源不断 的水流呢？
问题探究3
如果在A、B之间接上一个装置P， 它能把经过导线 R 流到 A 的电子 取走，补充给B，使A、B始终保 持一定数量的正、负电荷，情况
-
+ + + + A + + + +
v v v
总电量 电荷总数
v
v
l
Nq nlSq = = nqSv I= = t l/v l/v
Q
课堂训练
AC
解析：
q 因为 I＝ ，所以 q＝I·Δt，自由电子数目为： Δt
q IΔt N＝e ＝ e ，则选项 C 正确．又因为电流的微观表达式为 I q IΔt nevSΔt ＝nevS，所以自由电子数目为 N＝ e ＝ e ＝ e ＝nvSΔt.
通过的电量q是多少？
2、某电解槽横截面积为0.5m2，
若 10s 内沿相反方向通过横截面 的正负离子的电量均为 10C ，则 正离子电荷量是多少？负 离子电荷量是多少？ 总电荷量是多少？
电解液中的电流为_______A ． 2
三、电流的微观表达式 推导：一段粗细均匀的导体长为 l，两端加一定的电压，自由电荷定 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，每个自由电荷量为q。
学人教版高中物理选修3-1学案2-1电源和电流2
第二章恒定电流1 电源和电流学习目标1.了解电源的形成过程.2.掌握恒定电场和恒定电流的形成过程.自主探究1.电源是能把电路中的从正极搬到负极的装置.2.导线中的电场是由、等电路元件所积累的电荷在导线内共同形成的,导线内的电场保持和平行.3.由分布的电荷所产生的稳定的电场,称为恒定电场.4.把、都不随时间变化的电流称为恒定电流.5.电流的程度用电流这个物理量表示;规定定向移动的方向为电流的方向;电流的单位是,符号是;公式为.合作探究【提出问题】问题1:电流形成的条件是什么?问题2:导体中产生电流的条件是什么?问题3:如何使电路中有持续电流?【要点提炼】一、电源1.要使电路中保持持续的电流,电路两端之间要有一定的.2.电源的作用:维持电路两端始终有一定的,使电路中保持.二、恒定电场问题:在有电源的电路中,导线内部的电场强度有什么特点呢?【要点提炼】1.由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,称为.2.在恒定电场中,任何位置的电场强度都不随时间变化,所以它的基本性质与相同.在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系,在恒定电场中.【合作探究】问题:在恒定电场中自由电荷会受到电场力的作用,而发生定向运动,从而形成电流,恒定电场中的电流有什么特点呢?三、恒定电流问题:1.什么样的电流被称为恒定电流?2.我们用什么物理量来描述电流的强弱程度?【巩固练习1】1.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就是自由电子定向移动的方向B.在电解质溶液中有自由的正离子和负离子,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2.电流方向与正电荷定向移动的方向,与负电荷定向移动的方向.3.在金属导体中,若10 s内通过横截面的电荷量为10 C,则导体中的电流为.结论:电流等于通过导体横截面的与通过这些所用的比值.4.某电解槽横截面积为0.5 m2,若10 s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电荷量均为1 C,则电解液中的电流为.在电解液中,电荷量是通过截面的正、负离子电荷量绝对值的.【例题】有一条横截面积S=1 mm2的铜导线,通过的电流I=1 A.已知铜的密度ρ=8.9×103 kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2 kg/mol,阿伏加德罗常数N A=6.02×1023 mol-1,电子的电荷量e=-1.6×10-19 C.求铜导线中自由电子定向移动的速率.【合作探究】问题:你认为计算出的电子定向运动速率与我们的生活经验是否相符?怎样解释?【巩固练习2】1.下列叙述中正确的有()A.导体中电荷运动就形成电流B.电流的单位是安C.电流是一个标量,其方向是没有意义的D.对于导体,如果两端电势差不为零,则电流一定不为零2.关于电流,下列说法正确的是()A.根据I=qt可知I与q成正比B.如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等,则导体中的电流是恒定电流C.电流有方向,是标量D.电流的单位“安培”不是国际单位制单位3.某电解质溶液,如果在1 s内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面,那么通过电解质溶液的电流是多大?课堂检测一、选择题1.关于电源的作用,下列说法正确的是()A.电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷B.电源的作用是能直接释放出电能C.电源的作用就是能保持导体两端的电压,使电路中有持续的电流D.电源的作用就是使自由电荷运动起来2.金属导体中有电流时,自由电子定向移动的速率为v1,电子热运动速率为v2,电流的传导速率为v3,则()A.v1最大B.v2最大C.v3最大D.无法确定3.在示波管中,电子枪2 s内发射了6×1013个电子,则示波管中电流的大小为().8×10-6×10-13.6×10-6×10-6 A4.有甲、乙两个由同种金属材料制成的导体,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两倍,以下说法中正确的是()A.通过甲、乙两导体的电流相同B.通过乙导体的电流是通过甲导体电流的两倍C.乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体中的两倍D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等5.某正负电子对撞机的储存环是长为240 m的近似圆形轨道,当环中的电流为10 mA时,若电子的速率为十分之一光速,则在整个环中运行的电子数目为().0×1011.0×1019.0×1013.0×1036.如图所示,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率为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.vqB.C.qvSD.7.如图所示,电解池内有一价的电解液,t时间内通过溶液内截面S的正离子数是n1,负离子数是n2,设元电荷为e,以下解释中正确的是()A.正离子定向移动形成电流方向从A→B,负离子定向移动形成电流方向从B→AB.溶液内正负离子向相反方向移动,电流抵消C.溶液内电流方向从A→B,电流I=D.溶液内电流方向A→B,电流I=8.来自质子源的质子(初速度为零),经一直线加速器加速,形成电流为I的细柱形质子流.已知质子源与靶间的距离为d,质子电荷量为e,假定分布在质子源到靶之间的加速电场是匀强电场,质子到达靶时的速度为v,则质子源与靶间的质子数为()A. B. C. D.9.铜的原子量为m,密度为ρ,每摩尔铜原子有n个自由电子,现有一根横截面为S的铜导线,当通过的电流为I时,电子定向移动的平均速率为()A.光速cB.C.D.二、计算题10.在金属导体中,若10 s内通过横截面的电荷量为10 C,则导体中的电流为多少?11.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e=1.6×10-19 C)?(2)自由电子的平均移动速率是多大(设导体每立方米内有8.5×1028个自由电子)?(3)自由电子沿导线移动1 m,平均要多少时间?12.已知电子的电荷量为e,质量为m,氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为r 的匀速圆周运动,则电子运动形成的等效电流大小为多少?。
【精准解析】高中物理人教版选修3-1教师用书：第2章+1 电源和电流+Word版含解析
[学习目标] 1.[物理观念]了解电流的形成，知道电源的作用和导体中的恒定电场。
2.[物理观念]知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流。
(重点)3.[科学思维]理解电流形成的微观实质。
(难点)一、电源1．定义：电源是能不断把电子从正极搬运到负极的装置。
2．作用(1)移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差。
(2)保持电路中有持续的电流。
二、恒定电场1．定义：由电路中稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。
2．形成：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。
3．特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化。
三、恒定电流1．电流(1)概念：电荷的定向移动形成电流。
(2)物理意义：反映了电流的强弱程度。
(3)符号及单位：符号是I，单位有安培、毫安、微安(单位符号分别为A、mA、μA)。
(4)表达式：I＝qt(5)电流的方向：规定正电荷定向移动方向或负电荷定向移动的反方向为电流方向。
2．恒定电流(1)定义：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．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)恒定电场与静电场基本性质相同，两者没有区别。
(×)(2)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。
(√)(3)电流既有大小，又有方向，是矢量。
(×)(4)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。
(√)(5)导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的。
(×)2．下列说法中正确的是()A．导体中电荷运动就形成了电流B．在国际单位制中，电流的单位是AC．电流有方向，它是一个矢量D．任何物体，只要其两端的电势差不为零，就有电流存在B[自由电荷定向移动才形成电流，仅有电荷移动但不是定向移动则不能形成电流，故选项A错误；形成电流的条件是导体两端有电势差，且必须是导体而非任何物体，故选项D错误；电流有方向，但它是标量，故选项C错误。
人教版高中物理选修3-1第二章第1节电源和电流同步教学设计
2.1《电源和电流》教学设计一、教学概述所教学科：高中物理课题来源：人教版选修3-1第二章《恒定电流》第一节所需课时：1课时二、教学内容分析本节教材内容处于学完电场之后，开始学习电路知识之前，是电场与电路两部分知识的衔接章节，起承上启下作用。
这节课主要围绕“电流”这个概念的理解铺展开来，从“电流的形成”和“电流的大小”作为整节课的两大主线条。
与初中相比，本节课对电流的理解更要从微观角度来理解，属于理论层次，研究的内容学生看不见，也不容易理解，很抽象，对学生的综合应用能力要求比较高。
三、学生分析学生在学完静电场后，对电场力、电场力做功、电势（电势差）、电势能的概念已经有较深刻认识，除外也学过等势体上电荷的分布和转移情况，，此时引导学生理解电流式怎么形成的、电源的作用、引出恒定电流的定义及大小的描述符合学生心理特点。
基于思考怎样使抽象的知识变得更形象、可见、学生容易接受、且符合学生的特点，本节课我设计了“讲授与探究”的教学方式、类比的方法、形象直观的实验来激发学生的求知欲和学习物理的兴趣，同时也设计了两个矛盾冲突点让学生更深入理解微观电流的表达式，以及培养学生敢于质疑和敢于创新的精神。
四、教学目标（一）基本知识与技能1．知道电流产生的三种效应；2．知道电流形成的条件和机制；3．知道什么是恒定电流，记住电流的单位、方向的规定。
4．能够推导出电流的微观表达式。
（二）过程与方法1．通过自制的“电动驱车”和电容器的放电，引出本节课的课题以及电流产生的效应。
2．通过电容器放电使小灯泡发光及传感器对电流和电压的采集进行探究、讨论，得到电流的产生机制，并在实际问题求解中反思。
3．通过类比和探讨，得出计算电流的表达式，再通过给定情景和立体模型的建立，计算出电流的微观表达式。
4．通过两个矛盾冲突点的设置和实验的演示，使学生更深入地理解电流和导体中的电荷运动以及电场建立的关系。
（三）情感态度与价值观1．运用已有静电学知识对实际问题进行反思，从中体会得到结论和解释问题的快乐。
人教版高中物理选修3-1第二章 第一节《电源和电流》.docx
高中物理学习材料桑水制作选修3-1第二章 第一节《电源和电流》课堂检测 （10分钟）1．下列叙述中，产生电流的条件是 （ ）A ．有自由电子B ．导体两端存在电势差C ．任何物体两端存在电压D ．导体两端有恒定电压2．下列说法中正确的有 （ ）A ．导体中电荷运动就形成了电流B ．电流强度的单位是安培C ．电流强度有方向，它是一个矢量D ．一切导体，只要其两端电势差为零，则电流强度就为零3.电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积为0.64×10－6m 2的导线，那么电路中的电流是( )A ．0.016μAB ．1.6mAC ．16μAD ．0.16μA 4．通过一个导体电流是5A,经过4min 通过该导体一个截面的电量是( )A ．20CB ．50C C ．1200CD ．2000C5．(多选)有一横截面积为S 的铝导线，当有电压加在该导线上时，导线中的电流强度为I 。
设每单位体积的导线中有n 个自由电子，电子电量为e ，此时电子定向移动的速度为v ，则在△t 时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为（ ）A ．nvS △tB ．nv △tC ． e t I ∆D ．Set I ∆ 6．有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的两倍，而乙在单位时间内通过导体截面的电荷量是甲的2倍，以下说法中正确的是( )A ．甲、乙两导体的电流相同B ．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度是甲导体的2倍D ．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速度大小相等二、填空题7.银导线的横截面积S ，通以大小为I 的电流，设银的密度为ρ，摩尔质量为M ，阿伏伽德罗常数为N A .若每个银原子可以提供一个自由电子，则银导线每单位长度上的自由电子数的计算式n=________。
8.电子绕核运动可等效为一环形电流.设氢原子中的电子沿半径为r 的圆形轨道运动，已知电子的质量为m ，电子的电量为e ，则其等效电流的大小等于________.课堂检测参考答案1．B 2．B 3. D 4.C 5.AC 6.B 7.M SN A ρ 8.mr 2K e 2π 课后巩固提升（40分钟）一、选择题(每小题6分，共60分)1.关于电流的说法中正确的是( )A ．根据I ＝q /t ，可知I 与q 成正比B ．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C ．电流有方向，电流是矢量D ．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位2．电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积为0.64×10－6 m 2的导线，那么电路中的电流是(电子带电量为1.6×10－19 C)( ) A ．0.016 μAB ．1.6 mAC ．16 μAD ．0.16 μA3．金属导体内电流增强，是因为( )A ．导体内单位体积的自由电子数增多B ．导体内自由电子定向移动的速率增大C ．导体内电场的传播速率增大D ．导体内自由电子的热运动速率增大4．如果在导体中产生了电流，则下列说法中正确的是( )A ．导体两端的电压为0，导体内部的场强不为0B ．导体两端的电压为0，导体内部的场强为0C ．导体两端的电压不为0，导体内部的场强不为0D．导体两端的电压不为0，导体内部的场强为05．如图所示，福娃欢欢带正电，福娃贝贝带负电，用导体棒连接的瞬间，就一系列问题两人发生争执，你认为下列说法不正确的是( )A．福娃欢欢说，电流计指针偏转，有瞬时电流B．福娃贝贝说，电流计指针不偏转，无电流C．福娃欢欢说，最终我们是等势体D．福娃贝贝说，最终导体棒内的电场强度等于零6．关于导体中的恒定电场，下列说法中正确的是( )A．导体中的电场是由电源两极在空间直接形成的B．导体中的电场是导体内自由电荷形成的C．导体中的电场线始终和导线平行D．导体中的电场分布随电荷的移动而随时间改变7．如图所示，一根截面积为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．vq B.q vC．qvS D．qv/S8．关于电流的方向，下列说法中正确的是( )A．在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．电容器充电时，电流从负极板流出，流入正极板9．下列关于电流的叙述正确的是( )A．只要将导体置于电场中，导体内就有持续的电流B．电源的作用是使闭合电路中有持续的电流C．通常导体内没有电流时，就说明导体内的电荷没有移动D．导体中的电流可以是正、负电荷同时沿相反方向移动而形成的10．半径为R的橡胶圆环均匀带正电，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，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小三、非选择题(共20分)11．(10分)如图是静电除尘器示意图，A接高压电源正极，B接高压电源的负极，AB之间有很强的电场，空气被电离为电子和正离子，电子奔向正极A的过程中，遇到烟气的煤粉，使煤粉带负电，吸附到正极A上，排出的烟就成为清洁的了，已知每千克煤粉会吸附m mol 电子，每昼夜能除尘n kg，计算高压电源的电流强度I，电子电量设为e，阿伏加德罗常数为N A，一昼夜时间为t.12．(10分) 如图所示，在NaCl溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图所示，若测得2s 内有1.0×1018个Na＋和Cl－通过溶液内部的横截面M，试问：溶液中的电流方向如何？电流多大？课后巩固提升参考答案1．D 依据电流的定义式可知，电流与q、t皆无关，显然选项A是错误的；虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，方向变化，电流也不是恒定电流，所以，选项B也是错误的．电流是标量，故选项C也不对．2．D 由电流的定义式I＝qt可知，电流大小与横截面积无关，代入数据可求得电路中的电流为0.16 μA.3．B 对于确定的金属导体，单位体积内的自由电子数是一定的，而且导体内电场的传播速率也是一定的，所以A 、C 错，导体内电流增强是由于自由电子定向移动的速率增大，使得单位时间内穿过导体横截面的电荷量增大，B 正确，导体内自由电子的热运动速率增大会阻碍电流增强，D 错误。
高中物理(人教)选修3-1《精品课件》第2章 第1节-电源和电流
• 特别提醒： • 稳恒电流的电路中的电场是稳定电场，即 电路中的电荷分布是稳定的，但不是静态 的绝对稳定，而是动态稳定．就电路中任 一微元来讲，流走多少电荷，就补充多少 电荷．和静电场一样，其电场分布不随时 间改变，静电场的基本规律这里都适用． 和静电场不同的是：产生稳定电场的电荷 是运动的，但电荷分布不随时间变化，所 以其本质为动态稳定.
• I＝nqvS. • 式中n为单位体积内的自由电荷数，q为每 个自由电荷所带的电荷量，v是自由电荷沿 导体定向移动的速率，S为导体的横截面积 ．
• 铜的原子量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子 有n个自由电子，今有一根横截面为S的铜 导线，当通过的电流为I时，电子平均定向 移动的速率为 ( ) •
• 解析：假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vt· S中的自由电子数，而体积为 vt· S的铜的质量为vtSρ，摩尔数为 以电荷量q＝ 于是得： 因电流 ，所
• 二个电路：串并联电路和逻辑电路 • 本章内容可分为三部分：第一部分以部分 电路欧姆定律为中心，主要研究直流电路 的基本参量、串并联电路的规律、伏安法 测电阻、电功和电热等问题；第二部分以 闭合电路的欧姆定律为中心，主要研究了 电源作用、闭合电路中功率的分配和能量 转化关系、电路的分析和计算等问题；第 三部分以电流表、电压表、滑动变阻器等 电工仪表的使用为中心，结合学生实验， 研究了仪器的选择和使用，数据的处理和 误差分析等问题．
I＝
安培
体横截面积的电荷量，则有： 正、负离子
的单位：
，电流 和
，简称安，用符号A表示．
• 维持导体两端有一定电压的装置是电源． 电路中的电源能把其它形式的能转化为电 能，从而保持电源正负极之间有持续的电 压.
人教版高中物理选修3-1 2.1 电源和电流 课件 (共29张PPT)
下列关于电源的说法正确的是( ) A．电源是将其他形式的能转化为电能的装置 B．电源的作用是使电源的正负极保持一定量的正、负电 荷，维持一定的电势差 C．与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电 荷形成的 D．在电源内部正电荷由负极流向正极，负电荷由正极流向负极 解析：在电源内部由非静电力做功(如洛伦兹力等后面将学到) 将正电荷由负极搬到正极，将负电荷由正极搬到负极，使正、 负极维持一定的电势差；同时将其他形式的能转化为电能， 故A、B、D正确．导线中的电场是由电源、导线等电路元件 所积累的电荷共同形成的，故C错． 答案：ABD
1．瞬时 电势差 电源 2．电源 导线 稳定 稳定 3．电荷 电场 同样4．大小、方向 5．q＝It
平行
知识解惑
一、电源 1．导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动形成电流 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，如下图(a)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，两导体成为一个等势体， 达到静电平衡．如下图(b)所示
2．电源可使电路中保持持续电流 在上述情况中，导线R中的电流只是一个瞬时电流．倘若在 A、B之间连接一个装置P，它能源源不断地把经过导线R流 到A的电子取走，补充给B，使A、B始终保持一定数量的正、 负电荷，这样，A、B周围空间(包括导线之中)始终存在一定 的电场，A、B之间便维持着一定的电势差．由于这个电势差， 导线中的自由电子就能不断地在静电力作用下由B经过R向A定 向移动，使电路中保持持续的电流．如下图所示，能把电子从 A搬运到B的装置P就是电源．
2．恒定电场 导线与电源连通后，导线内部很快形成沿导线切线方向的电场， 这个电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的． 尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以 电荷的分布是稳定的，电场的分布也不会随时间变化．这种由稳 定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场． 由于在恒定电场中，任何位置的电场强度都不随时间变化，所以 它的基本性质与静电场相同．在静电场中所讲的电势、电势差及 其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用．
人教版高二物理选修3-1 第二章 第一节 电源和电流(共30张PPT)
对于不同的电源，非静电力的本质 不同.
• 化学电源：非静电力为化学作用. 化学能转化为电势能
• 发电机：非静电力为电磁作用(洛 伦兹力)，机械能转化为电势能.
电源是通过非静电力做功把其他
形式的能转化为电势能的装置.(能量
守恒定律，电能不能凭空产生，无不能
生有)
8
非静电力将电子从正极移到负极， 类似于抽水机将水从低处抽到高处.不同 抽水机工作本领大小不同，与此类似， 不同电源中非静电力做功的能力也不同.
叉和莱顿瓶的作用相同，是外部
电流作用的效果.
伏打用金属叉使青蛙痉挛
14
经过大量研究，1800年，伏打正式发表 他的研究成果，第一次公布伏打电堆的发明.
“我把一块金属板，如湿盘银板，水平放在一张 桌子上，在这块板上面银锌板板，再放第二块板—— 锌板，再在第二块板上湿盘放一层湿盘.接着又放 一块银板，又置一块锌银锌板板板，在其上再放一块 湿盘.”
A
++-
B
但数量不同.若从A到B的电子数
+-
目多，那么A带正电，B带负电.
+-
两侧的正负电荷激发电场，阻碍 不同金属的界面
电子继续向B运动，直至平衡.
16
四.导线中的电场
Ft
N
假设在电源正、负
F
极之间连一根导线
Fn M
E0
+ ++ + A+
+ +- +
_ __
_ _
B _
_ _
P
-
N
E0
E′M
E E0
导线内很 N 快形成沿
导线方向 的电场
高二物理人教版选修31讲义第二章第1节电源和电流
一、电源┄┄┄┄┄┄┄┄①1．定义：能不断把电子从正极搬运到负极的装置。
2．作用(1)移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差。
(2)保持电路中有持续的电流。
[注意]有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的电流需要同时满足两个条件：(1)电路中有电源。
(2)电路必须是闭合的，即必须用导线将电源接通。
①[判一判]1．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(√)2．只要电路中有电源，电路中就一定有电流(×)3．电源实质上也是一个用电器(×)二、恒定电流┄┄┄┄┄┄┄┄②1．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．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定向运动的速率增加，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。
3．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＝103 mA＝106μA。
(4)表达式：I＝qt(q是在时间t内通过导体某一横截面的电荷量)。
(5)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
[说明]理解电流概念的几个要点(1)公式I＝qt中，q是通过导体横截面的电荷量，而不是通过导体单位横截面积的电荷量。
(2)当导体中有正、负电荷同时向相反方向定向移动形成电流时，公式中的q应为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量的绝对值之和。
物理选修3-1第二章第一节电源和电流
若P42例题改为： 导体中单位体积內的自由电荷数是n， 每个自由电荷的电荷量为q ， 自由电荷的定向运动速率为v ， 导体的橫截面积为s，请推导出该导体中的电流I的大小
I=nqsv
对比：I=ρvSNAq/M与I=nqsv相同吗？ 相同。∵ n =ρ NA/ M
三、按电流随時间变化规律的不同分类：
1、恒定电流：I=f（t）=不变（含大小和“方向”）
2、交变电流：电流的大小和方向都随時间作周期性变化
（如日常生活与生产中用的正弦交变电）
3、脉动直流电：电流的大小随時间作周期性变化， 但“方向”不随時间作周期性变化 [
但日常中，直流电通常指恒定电流]
四、P42[例题1] ——本节注重点： 1、从I=q/t推导导体中电流I的微观表达式 2、电流I的微观表达式：I=ρvSNAq/M 其中：
3、注意： ①导体中无电场时， 自由电荷仅有无规则运动，不会形成电流 ②电源是维持两个导体间有一定电势差的装置 （有别于电容的放电） ③真空中的电流又是如何形成？ （如示波管中电子枪射出的电子流）
二、物理量——电流强度(简称电流): 1、意义：表示电流的強弱程度
2、大小定义式：
I=q/t（国际单位：安
q为每个自由电荷的电荷量(若自由电荷为自由电子,q=e)
s为导体的橫截面积， v为自由电荷的定向运动速率； ρ是密度 ，NA是阿伏加德罗常数， M是摩尔质量） 3、区分两种速率：
※导体中有电流时，自由电荷的定向运动速率：
数量级为10
- 5m/s
※电场的传导速率：3× 108m/s（真空中光速）
题
如图，电解硝酸银(AgNO3)时，在t=5s内从阴极上析出
第二章
恒 定 电
1、电源
高中物理选修新课标人教版选修3-1第二章2 1 电源和电流 教案
第二章恒定电流2.1电源和电流【教学目标】1．知道电源在直流电路中的作用2．知道恒定电流的定义、单位3．从微观角度理解导体中电荷定向移动与电流之间的关系。
重点：电流的概念难点：从微观角度理解导体中电荷定向移动与电流之间的关系。
【自主预习】1.电源观察教材P41的图2.1-1，A、B分别带正负电荷，如果在它们之间连接一条导线R，导线R自由电子会在静电力的作用下定向移动(电流)，电子移动方向为（填A→B 或B→A），若要保持持续的定向移动(电流)，A、B需有一个装置，使A、B周围的空间始终存在一定的电场，能使A、B间维持一定的电势差的装置称为。
2.恒定电场导线内的电场是由、等电路元件所积累的电荷共同形成的，电荷的分布是稳定的，电场的分布也不会。
由的电荷所产生的的电场，称为恒定电场，3.恒定电流由于的作用，导体中自由电荷定向运动的速率，而运动过程中会与导体内不动的粒子从而减速，总体来说自由电荷定向运动的不随时间变化。
把、都不随时间的电流称为恒定电流。
I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量，它们间的关系式为。
电流的单位为，简称，符号是，常用的电流单位还有和。
【典型例题】一、形成电流的条件【例1】如图验电器A带负电，验电器B不带电，用导体棒连接A、B的瞬间，下列叙述中错误的是（）A、有瞬时电流形成，方向由A到BB、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移动一、电流的定义【例2】已知电子的电荷量为e，质量为m，氢原子的核外电子在原子核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少？二、电流的微观表达式【例3】有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流强度为I，设每单位体积导线有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子定向移动的速度为v，在Δt时间里，通过导线横截面的自由电子数目可表示为( )A．Δt B．ΔtC．IΔ D．IΔ【例4】如图所示的电解槽中，如果在4s内各有8c的正、负电荷通过面积为0.8㎡的横截面，那么⑴在图中标出正、负离子定向移动的方向；⑵电解槽中的电流方向如何？⑶4s内通过横截面的电量为多少？⑷电解槽中的电流为多大？【课后练习】1.形成持续电流的条件是( )A.只要有电压加在物体的两端B.必须保持导体两端有电压C.只在导体两端瞬时加电压D.只要有大量的自由电荷2.在由电源、导线等电路元件所形成的电路中，以下说法正确的是（）A.导线中的电场强度处处为零B.导线中的电场强度方向跟导线方向平行C.导线内各点的电势相等D.导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低3.以下说法正确的是（）A.导体中的电流是正电荷的定向移动形成的B.电荷定向移动的速率等于电流的传导速率C.单位时间内通过导体横截面的电荷数越多电流越大D.导体中越粗的地方单位时间内通过导体横截面的电荷数越多电流越大4.某电解池，如果在1s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1m2的某截面，那么通过这个截面的电流是( )A.0B.0.8AC.1.6AD.3.2A5.导体中电流I的表达式为I＝，其中S为导体的横截面积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷所带的电荷量，v是( )A．导体运动的速率B．电流传导速率C．自由电荷定向移动的速率D．电子热运动速率6．下列说法中不正确的是( )A．导体中有电荷运动就形成电流B．电流的方向一定与负电荷的定向移动方向相反C．对于导体，只要其两端有电压就有电流D．国际单位制中电流的单位是安7.将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来，已知截面积S铝＝2S铜．在铜导线上取一截面A，在铝导线上取一截面B，若在1 s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截面的电流的大小关系是( )A．＝B．＝2C．＝2 D．不能确定8．在示波管中，电子枪2 s内发射了6×1013个电子，则示波管中电流的大小为( ) A．4.8×10－6 A B．3.0×10－13 AC．9.6×10－16 A D．3.0×10－6 A9．一个半径为r(米)的细橡胶圆环，均匀地带上Q(库仑)的负电荷，当它以角速度ω(弧度/秒)绕中心轴线顺时针匀速转动时，环中等效电流的大小为( )A．Q10．关于导线中的电场，下列说法正确的是( )A．导线内的电场线可以与导线相交B．导线内的电场E是电源电场E0和导线侧面堆积电荷形成的电场E′叠加的结果C．导线侧面堆积电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态D．导线中的电场是静电场的一种11．半径为R的橡胶圆环均匀带正电，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判断正确的是( ) A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则等效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，则等效电流也将变为原来的2倍C．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变大D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变小12．在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束．已知电子的电荷量为e、质量为m.求在刚射出加速电场时，一小段长为ΔL的电子束内电子个数是多少？答案：例1.答案解析所谓等效电流，就是把电子绕核运动单位时间内的电荷量通过圆周上各处看成是持续运动时所形成的电流，根据电流强度的定义即可算出等效电流的大小．截取电子运动轨道的任一截面，在电子运动一周的时间T内，通过这个截面的电荷量q ＝e.则有：I＝＝再由库仑力提供向心力，有：＝r得T＝解得I ＝例2答案解析 此题考查对电流强度公式I ＝的理解及电流强度的微观表达式I ＝的理解．在Δt 时间内，以速度v 移动的电子在铜导线中经过的长度为v Δt ，由于铜导线的横截面积为S ，则在Δt 时间内，电子经过的导线体积为v Δ.又由于单位体积的导线有n 个自由电子，在Δt 时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为Δt ，故A 正确．由于流经导线的电流为I ，则在Δt 时间内，流经导线的电荷量为I Δt ，而电子的电荷量为q ，则Δt 时间内通过导线横截面的自由电子数目可表示为I Δ，故C 也正确.例3解析：⑴电源与电解槽中的两极相连后，左侧电极电势高于右侧电极，由于在电极之间建立电场，电场方向由左指向右，故正离子向右移动，负离子向左移动⑵电解槽中的电流方向向右⑶8C 的正电荷向右通过横截面，而8C 的负电荷向左通过该横截面，相当于又有8C 正电荷向右通过横截面，故本题的答案为16C ⑷由电流强度的定义416 t Q 4A 课后检测1。
【高中物理】高中物理(人教版)选修3-1同步教师用书： 第2章 1 电源和电流
1 电源和电流学习目标知识脉络1.了解电流的形成，知道电源的作用和导体中的恒定电场．2．知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流．(重点)3．理解电流形成的微观实质．(难点)电源和恒定电场[先填空]1．电源2．恒定的电场(1)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场．(2)形成：连接A、B导体的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：任何位置的电荷分布和电场强度都不会随时间变化，基本性质与静电场相同．(4)适用规律：在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系同样适用于恒定电场．[再判断]1．恒定电场与静电场基本性质相同，两者没有区别．(×)2．电路中有电流时，电场的分布就会随时间不断地变化．(×)3．电源的作用就是将其他形式的能转化为电能．(√)4．恒定电场的电场强度不变化，一定是匀强电场．(×)[后思考]恒定电场就是静电场，对吗？【提示】静电场是静电荷产生的电场，而恒定电场是由电源、导线等电路元件累积电荷形成的电场，但二者基本性质相同．[合作探讨]如图2-1-1所示，电闪雷鸣时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光．图2-1-1探讨1：电闪雷鸣时，耀眼的闪光为什么只持续一瞬间？【提示】因为云层与大地或云层之间的电压在电闪瞬间减小，不能再维持强大电流的存在．探讨2：电闪雷鸣过程中发生怎样的能量转化？【提示】电能转化为光能、热能等．[核心点击]1．电源的作用(1)从电荷转移的角度看，电源的作用是使电路中的自由电荷持续地定向移动．(2)从能量转化的角度看，搬运电荷的过程是非静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为电能．2．形成电流的三种电荷形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子，其中金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子．1．关于电流，下列叙述正确的是()A．只要将导体置于电场中，导体内就有持续电流B．电源的作用可以使电路中有持续电流C．导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有移动D．持续电流是由静电场产生的【解析】电流在形成时有瞬时电流和恒定电流，瞬时电流是电荷的瞬时移动形成的，而持续电流是导体两端有稳定的电场形成的，电源的作用就是在导体两端加上稳定的电压，从而在导体内部出现稳定的电场，可见本题答案应选B.【答案】 B2．(多选)在由电源、导线等电路元件所组成的电路中，以下说法正确的是()【导学号：34522019】A．导线中的电场强度处处为零B．导线中的电场强度方向跟导线方向平行C．导线处于静电平衡状态D．导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低【解析】在电源和导线中感应电荷的共同作用下，垂直导线方向的电场相互抵消，在导体中形成了沿导线方向的电场，即导线中的电场强度方向跟导线方向平行，B正确，A错误；导体内有电场，说明导体不是静电平衡状态，C错误；沿电场方向电势逐渐降低，电场方向就是正电荷的受力方向，也就是电流的方向，即导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低，D正确．【答案】BD电路中有持续电流的两个条件(1)电路中有电源．(2)电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接起来．恒定电流[先填空]1．电流概念(1)概念：电荷的定向移动形成电流．(2)物理意义：反映了电流的强弱程度．(3)符号及单位：符号是I，单位有安培、毫安、微安(单位符号分别为A、mA、μA)．(4)表达式：I＝q t.(5)电流的方向：规定正电荷定向移动方向或负电荷定向移动的反方向为电流方向．2．恒定电流大小和方向都不随时间变化的电流．[再判断]1．电流既有大小，又有方向，是矢量．(×)2．电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多．(√)3．导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的．(×)[后思考]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．[合作探讨]如图2-1-2所示，把电源用导线连接在插入食盐水中的两个金属电极上，电路中形成电流．图2-1-2探讨1：盐水中的电流和金属导线中的电流形成机制有什么不同？【提示】盐水中的电流是Cl－离子和Na＋离子同时反向定向移动形成的，金属导线中的电流是自由电子定向移动形成的．探讨2：盐水中的电流沿什么方向？【提示】左．探讨3：假设t s内有N个Cl－和N个Na＋通过图中虚面，则电路中的电流多大？【提示】I＝2 Ne t.[核心点击]1．理解电流概念注意的四个要点(1)公式I＝qt中，q是通过导体横截面的电荷量，而不是通过导体单位横截面积的电荷量．(2)当导体中有正、负电荷同时向相反方向定向移动形成电流时，公式中的q 应为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量的绝对值之和．(3)横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关．(4)电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，它与负电荷定向移动的方向相反．在电源外部的电路中，电流的方向是从电源的正极流向负极；在电源的内部，电流是从电源的负极流向正极．电流虽然有大小和方向，但电流是标量，而不是矢量．因此电流的合成不遵循平行四边形定则．2．电流的微观表达式I＝nqS v(1)建立模型如图2-1-3所示，AB表示粗细均匀的一段导体，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.设导体的长度为L，横截面积为S，导体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 .图2-1-3(2)理论推导导体AB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导体横截面所需要的时间t＝L v根据公式I＝qt可得，导体AB中的电流I＝Qt＝nLSqLv＝nqS v.(3)结论由此可见，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动的速率以及导体的横截面积．3．三种速率的区别电子定向移动的速率电子热运动的速率电流传导的速率物理意义电流是由电荷的定向移动形成的，电流I＝nqS v，其中v就是电子定向移动的速率.构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流.闭合开关的瞬间，电路中各处以光速c建立恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流大小10－5 m/s105 m/s3×108 m/s3．铜的相对原子质量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动的速率为()【导学号：34522020】A．光速c B.I neSC.ρIneSm D.mIneSρ【解析】假设电子定向移动的速率为v，那么在t时间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vtSρ，摩尔数为vtSρm，所以电荷量q＝v tSρnem，因电流I＝qt＝vSρnem，于是得到v＝mIneSρ.【答案】 D4．一根横截面积为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 v B．q/vC．q v S D．q v/S【解析】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．【答案】 A计算电流大小的三种方法1．金属导体中电流的计算金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用I＝qt计算时，q是某一时间内通过金属导体横截面的电子的电荷量．2．电解液中电流的计算电解液中的自由电荷是正、负离子，运用I＝qt计算时，q应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和．3．环形电流的计算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．对周期性运动的电荷，常取一个周期来计算等效电流．利用I＝qt＝qT求等效电流．高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上，时间就是我们致胜的法宝，与其犹犹豫豫不知如何落笔，倒不如多学习答题技巧。
高中物理选修3-1第二章知识点归纳
高中物理选修3-1第二章知识点第1节电源和电流一、电源电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。
(从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置)二、电流1. 电流：电荷的定向移动形成电流。
2. 产生电流的条件(1)导体中存在着能够自由移动的电荷金属导体——自由电子电解液——正、负离子(2)导体两端存在着电势差三、恒定电场和恒定电流1. 恒定电场：由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场。
2. 恒定电流: 大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。
四、电流(强度)1. 电流：通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流，即：单位：安培(A) 常用单位：毫安(mA)、微安(μA)2、电流是标量，但有方向?规定正电荷定向移动方向为电流方向注意：(1)在金属导体中，电流方向与自由电荷(电子)的定向移动方向相反;(2)在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子走向移动方向相反,导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量q表示通过截面的正、负离子电量绝对值之和。
第2节电动势一、电动势(1)定义：在电源内部，非静电力所做的功W与被移送的电荷q的比值叫电源的电动势。
(2)定义式：E=W/q(3)单位：伏(V)(4)物理意义：表示电源把其它形式的能(非静电力做功)转化为电能的本领大小。
电动势越大，电路中每通过1C电量时，电源将其它形式的能转化成电能的数值就越多。
二、电源(池)的几个重要参数(1)电动势：它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质，与电池的大小无关。
(2)内阻(r):电源内部的电阻。
(3)容量：电池放电时能输出的总电荷量。
其单位是：A·h，mA·h.第3节欧姆定律一、导体的电阻(1)定义：导体两端电压与通过导体电流的比值，叫做这段导体的电阻。
(2)公式：R=U/I(定义式)说明：A、对于给定导体，R一定，不存在R与U成正比，与I成反比的关系，R 只跟导体本身的性质有关。
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A ．电流相等
B ．电流不相等
C ．自由电子定向移动的速率相等
D ．自由电子定向移动的速率不相等
6.有一横截面积为s 的铜导线，流经其中的电流强度为I ；设每单位体积的导线中有n 个自由电子，电子的电量为e ，此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可表示为 ( )
A. nvs Δt
B. nvΔt
C. IΔt /e
D. IΔt /se
7. 在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U 的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S ，电流为I 的电子束. 已知电子的电荷量为e 、质量为m ，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl 的电子束内电子个数是( )
A. eU 2m eS l
I ∆ B. eU 2m e l I ∆ C. eU 2m eS I D. eU 2m e l IS ∆
8. 某电解池中，若在2 s 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. 0
B. 0.8 A
C. 1.6 A
D. 3.2 A
9．某品牌手机在待机工作状态时，通过的电流是4微安，则该手机待机一天时间内通过的电荷量是多少？通过的自由电子个数是多少？
10.在某次闪电中，持续时间为0.005 s 所形成的平均电流为6.0×104A ，若闪电过程中产生的电荷以0.5A 的电流通过电灯，试求可供电灯照明的时间。
11．一根长为L ＝2m ，横截面积S ＝1×10－3m 2的铜棒，两端电势差为U ＝5.44×10－2V ，铜棒的电阻R ＝2×10－5Ω，铜内自由电子的密度为n ＝8.5×1029个·m －
3，求： (1)通过铜棒的电流；
(2)铜棒内电场强度；
(3)自由电子定向移动速率．
12.夏季某日午后，某地区距地面约1km 的空中有两块乌云，相距3km ，它们因与空气摩擦带电，致使两块乌云之间的电势差能保持约为3×109V 不变。
已知空气的电场击穿场强为3×106V/m 。
请对以下问题进行估算。
(1)当两块乌云相距多少米时会发生电闪雷鸣？
(2)当电闪雷鸣时，若两块乌云之间通过的电量为500C ，可释放多少能量？
(3)这次放电现象历时约0.01s ，则其平均电流约为多大？。