高中物理第3章恒定电流第1节电流教学案鲁科选修3-1

第1节电_流

1．回路中存在自由电荷和导体两端存在电压是形成电流的条件。

2．电流的速度是3×108 m/s，区别于电荷定向移动的速率。

3．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，I＝

q

t

。且规定正电荷定向

移动的方向为电流的方向。

4．物理学中把方向不随时间改变的电流叫直流电，

方向和强弱都不随时间改变的电流叫做恒定电流。

一、电流的形成

1．形成电流的条件

(1)回路中存在自由电荷；

(2)导体两端存在电压。

2．形成持续电流的条件

导体两端有持续电压。

二、电流的速度

1．电流的速度

等于电场的传播速度，它等于3×108 m/s。

2．导体中有电流时同时存在着的三种速率

三种速率电场的传播速率电子无规则热运

动的速率

自由电子定向移动的速

率

数值光速3×108 m/s数量级约105 m/s 数量级约10－5 m/s

1．规定：正电荷定向移动的方向。

金属内部的电流方向跟负电荷定向移动的方向相反。

2．外电路中，电流总是从电源正极流向电源负极。

四、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。 2．定义式：I ＝q t

。 3．单位：安培。 常用单位还有mA 和μA；

换算关系：1 A ＝103

mA ＝106

μA。 4．(1)直流电：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。

1．自主思考——判一判

(1)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。(×) (2)加上电压后，导体中的电场是以光速传播的。(√)

(3)导体中的自由电荷是在导体中的电场施加的电场力作用下做定向移动的。(√) (4)电流既有大小又有方向，是矢量。(×) (5)由I ＝q

t

可知，I 与q 成正比。(×) (6)安培是七个国际基本单位之一。(√) 2．合作探究——议一议

(1)电容器放电过程瞬间完成，不会形成持续电流，而干电池可使电路中保持持续的电流，为什么？

[提示] 电容器放电过程中正、负电荷中和，放电电流瞬间消失，不能在电路中形成持续的电流，而干电池内部能够通过非静电力的作用维持电池两极电势差不变，使电路中保持持续的电流。

(2)电流的方向是如何规定的？电流是矢量吗？

[提示] 电流是描述电流强弱的物理量，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向；电流虽然有方向，但它是标量。

(3)如图3­1­1所示，在盐水中加入两个电极，与电源连接后可以形成电流。盐水中形成电流时，电荷的定向移动如何？电流的方向如何？

图3­1­1

[提示] 在电场中，盐水中正离子Na＋向左移动，形成向左的电流，负离子Cl－向右移动，形成向左的电流，故盐水中电流方向向左。

电流的理解与计算

1．三种速率的理解

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

电流就是由电荷的定

向移动形成的，电流I

＝neSv，其中v就是

电子定向移动的速

率，一般为10－5 m/s

的数量级

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，常

温下电子热运动的速率数

量级为105 m/s

等于光速，闭合开关的瞬间，

电路中各处以真空中光速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/s

2.对I＝

t

的理解

电流定义式电流方向

(1)I＝

q

t

是单位时间内通过导体横截面的电

荷量，横截面是整个导体的横截面，不是单

位截面积

(2)当电解质溶液导电时，q为通过某一横截

面的正、负电荷量绝对值的和

(3)I与q、t均无关

电流方向与正电荷定向移动方向相同，和负

电荷定向移动方向相反(金属导体中电流的

方向与自由电子定向移动方向相反)

[典例] 如图3­1­2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，则溶液中的电流方向如何？电流为多大？

图3­1­2

[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，所以溶液中电流方向与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运动，可见，2 s 内通过横截面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 2t ＝1.0×1018×1.6×10－19＋1.0×1018×1.6×10－19

2

A

＝0.16 A ，方向由A 向B 。

[答案] 电流方向由A 向B ，大小为0.16 A

应用公式I ＝q

t

需注意的三个问题

(1)公式I ＝q t

反映的是在时间t 内电流的平均值，对恒定电流来说，平均值等于瞬时值。 (2)计算电流大小时，要注意通过截面的电荷量的计算(q 、q 1、q 2均表示电荷量的绝对值)，常见的情况有以下两种：

①同种电荷同向通过某一截面时，电荷量q ＝q 1＋q 2

②异种电荷反向通过某一截面时，若q 1为正电荷，q 2为负电荷，电荷量q ＝q 1＋|q 2| (3)电解液导电时电流的计算，在时间t 内，有m 个a 价正离子通过溶液内截面S ，有n 个b 价负离子通过溶液内截面S ，则电流的大小I ＝

ma ＋nb e

t

。

1．(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和自由电荷无规则热运动的速率，故选项A 、B 错误，选项C 、D 正确。