2018版高中物理第3章恒定电流第1节电流学案鲁科版3-1!

第1节电流
[先填空]
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：导体两端有持续电压．
3．电流的速度
(1)电流的速度：
等于电场的传播速度，它等于3.0×108 m/s.
(2)导体中有电流时同时存在着的三种速率：
1．只要有可以自由移动的电荷，就有电流．(×)
2．任何物体，只要两端有电压，就有电流．(×)
3．在金属导体内，当自由电子定向移动时，它们的热运动不会消失．(√)
[后思考]
电荷的定向移动形成电流，而电荷定向移动的速度数量级大约是10－5m/s，为何电流的速度却是3.0×108 m/s?
【提示】电路闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速c建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动而形成电流，故电流的传导速率等于光速．
1．(多选)以下说法正确的有( )
A．只要有可以移动的电荷，就存在着持续电流
B．只要导体两端没有电压，就不能形成电流
C．只要导体中无电流，其内部自由电荷就停止运动
D．金属导体内持续电流是自由电子在导体两端的持续电压下形成的
【解析】形成电流的条件是：导体两端有电压；形成持续电流的条件是：导体两端有持续的电压，故B、D对；无论导体两端有无电压，其中的自由电荷均做永不停息的无规则热运动，当导体两端加上持续电压后，在电场力作用下，自由电荷在热运动的基础上叠加一个定向移动，从而形成持续电流，故A错；导体中无电流时，自由电荷不做定向移动但仍做热运动，故C错．
【答案】BD
2．对于金属导体，在导体中产生恒定的电流必须满足的条件是( )
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即能产生电流
D．导体两端加有恒定的电压
【解析】金属导体中已经存在大量的自由电荷，这不是金属导体导电的必须条件，A 错误；把导体放在匀强电场中，导体由于静电感应只能产生瞬间感应电流，B错误；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，C错误；只有让导体两端保持恒定的电压才能产生恒定的电流，D正确．
【答案】 D
3．下列关于电流的说法中，正确的是( )
A．金属导体中，电流的传播速率就是自由电子定向移动的速率
B．温度升高时，金属导体中自由电子热运动加快，电流也就加大
C．电路接通后，电子就由电源出发，只要经过一个极短的时间就能到达用电器
D．通电的金属导体中，自由电子的运动是热运动和定向移动的合运动，电流的传播速率等于光速
【解析】区别三种速率，电流的速度为光速，电流的大小与自由电子定向移动的速度有关，与热运动的速率无关．通电瞬间完成，不是电子从电源出发到达用电器．【答案】 D
电流的速度
由于电荷定向移动的速率很小，所以当电路闭合后，电荷并不是瞬间从电源运动到用电器，而是瞬间在系统中形成电场，使导体中所有自由电荷同时做定向移动形成电流．
[先填空] 1．电流的方向
(1)规定：正电荷定向移动的方向．
(2)金属内部的电流方向跟负电荷定向移动的方向相反． (3)外电路中，电流总是从电源正极流向电源负极． 2．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：A,1 A ＝1 C/s ，
常用单位还有mA 和μΑ；换算关系：1 A ＝103
mA ＝106
μA. (4)直流电：方向不随时间改变的电流． 恒定电流：方向和强弱都不随时间改变的电流． [再判断]
1．电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多．(√) 2．电路中的电流越大，表示通过导体横截面的电荷量越多．(×) 3．电流有方向，所以电流是矢量．(×) [后思考]
金属导体中电流是怎样形成的？电流方向怎样？
【提示】 金属导体中电流是自由电子定向移动形成的，电流方向与自由电子定向移动方向相反．
[合作探讨]
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．
图3­1­1
探讨1：盐水中形成电流时，电荷的定向移动如何？ 【提示】 在电场中，盐水中Na ＋
向左移动，Cl －
向右移动． 探讨2：盐水中电流的方向如何？ 【提示】 电流方向向左． [核心点击]
1．对电流I ＝q t
的理解
(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． 2．电流的微观表达式 (1)建立模型
如图3­1­2所示，AD 表示粗细均匀的一段导体，长为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 .
图3­1­2
(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S
所需要的时间t ＝l v .
根据公式I ＝q t
可得 导体AD 中的电流为I ＝Q t ＝
nlSq
l
v
＝nqSv .
即电流的微观表达式为I ＝nqSv .
(3)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、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关．
4．电解池内有一价的电解液，时间t 内通过溶液内截面S 的正离子数是n 1，方向是从
A →
B ，负离子数是n 2，方向是从B →A ，设基元电荷为e ，以下解释中正确的是( )
【导学号：34022021】
A ．正离子定向移动形成的电流方向是从A →
B ，负离子定向移动形成的电流方向是从
B →A
B ．溶液内正负离子向相反方向定向移动，电流抵消
C ．溶液内电流方向从A →B ，电流I ＝ n 1＋n 2 e
2t
D ．溶液内电流方向从A →B ，电流I ＝ n 1＋n 2 e
t
【解析】 正离子定向移动方向为电流方向，负离子定向移动方向和电流方向相反，正、负离子向相反方向定向移动，电流不能抵消，故A 、B 错误；由于溶液内的电流是正、负离子共同形成的，故其大小为I ＝ n 1＋n 2 e t
，C 错误，D 正确．
【答案】 D
5．某电解池内若在2 s 内各有1.0×1019
个二价正离子和2×1019
个一价负离子同时向相反方向通过某截面，那么通过这个截面的电流是( )
A ．0 A
B ．0.8 A
C ．1.6 A
D ．3.2 A
【解析】 电流由正、负离子的定向运动形成，则在2 s 内通过截面的总电荷量应为：
q ＝1.6×10－19×2×1019 C ＋1.6×10－19×1×2×1019 C ＝6.4 C ，由电流的定义式可知：
I ＝q t ＝6.4
2
A ＝3.2 A ，故选D. 【答案】 D
6．(多选)横截面积为S 的导线中通有电流I ，已知导线每单位体积中有n 个自由电子，每个自由电子的电荷量是e ，自由电子定向移动的速率是v ，则在时间Δt 内通过导线横截面的电子数是( )
A ．nSv Δt
B ．nv Δt C.
I Δt
e D.
I Δt
Se
【解析】 ①根据电流的定义式可知，在时间Δt 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 e ＝
I Δt
e
.
②自由电子定向移动的速率是v ，因此在时间Δt 内，位于以横截面积为S 、长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 ＝Sv Δt ，所以时间Δt 内通过横截面S 的自由电子数为N ＝nV ＝nSv Δt .综上可知，A 、C 正确．
【答案】 AC
通过截面的电荷量的计算
(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|.。