2017_2018学年高中物理第二章恒定电流1电源和电流学案新人教版选修3_1

1 电源和电流

[学习目标] 1.了解电流的形成条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场.2.理解电流的定义，知道电流的单位、方向的确定，会用公式q＝It分析相关问题.3.从微观的角度表示电流的大小.

一、电源

[导学探究] 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，如图1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.怎样使A、B导体维持一定的电势差，使导线中保持持续的电流？

图1

答案在A、B间接一电源.

[知识梳理]

1.产生电流的条件：导体两端存在电压.

形成持续电流条件：导体两端存在持续电压.

2.电源

(1)定义：能把电子从正极搬运到负极的装置.

(2)作用：维持电路两端有一定的电势差；使闭合电路中保持持续的电流.

3.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.

[即学即用] 判断下列说法的正误.

(1)只要将导体置于电场中，导体内就有持续电流.(×) (2)电源的作用是使闭合电路中有持续电流.(√)

(3)导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有移动.(×) (4)恒定电流是由恒定电场产生的.(√) 二、电流表达式I ＝q

t

及电流的方向

[导学探究] (1)电荷的定向移动形成电流，如何描述电流的强弱？

(2)电流可能是正电荷或负电荷定向移动形成的，也可能是正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成的，人们是如何规定电流方向的？

答案 (1)利用单位时间内通过导体横截面的电荷量描述电流的强弱. (2)规定正电荷定向移动的方向为电流的方向. [知识梳理]

1.恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流.

2.电流定义式：I ＝q t

或q ＝It ，其中：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 ，常用的单位还有毫安(mA)、微安(μA)，1 A ＝103

mA,1 A ＝106

μA.

4.物理意义：反映了电流的强弱程度.

5.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方向相反.

6.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 ＝q t

时，q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和. [即学即用] 判断下列说法的正误. (1)根据I ＝q t

可知，I 与q 成正比.(×) (2)电流既有大小，又有方向，是矢量.(×)

(3)单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流就越大.(√) (4)导体中的电流，实际是正电荷定向移动形成的.(×) 三、电流的微观表达式

[导学探究] 如图2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 .

图2

(1)AD 导体中有多少个自由电荷？总电荷量是多少？ (2)这些电荷都通过横截面D 所需的时间是多少？ (3)导体AD 中的电流是多大？ 答案 (1)nlS nlSq (2)l v

(3)I ＝Q t ＝

nlSq

l

v

＝nqvS

[知识梳理]

1.电流的微观表达式：I ＝nqvS .式中n 为导体中单位体积内的自由电荷数、q 为每个自由电荷的电荷量、v 为自由电荷定向移动速率，S 为导体的横截面积.

2.三种速率的比较

(1)电子定向移动速率：电子在金属导体中的平均运动速率，也是公式I ＝neSv 中的v ，大小约为10－5

m/s.

(2)电流的传导速率：电流在导体中的传导速率等于光速，为3×108

m/s.闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流.

(3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105

m/s.由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流. [即学即用] 判断下列说法的正误.

(1)导体中自由电子定向移动的速率等于自由电子热运动的速率.(×) (2)导体中自由电子定向移动的速率等于真空中的光速c .(×)

(3)粗细不均匀的通电导线，电流处处相等，则越粗的位置，电子定向移动的速率越小.(√)

一、电流的理解和计算 1.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.金属导体中电流的方向与自由

电子定向移动的方向相反. 2.电流的大小

(1)I ＝q t

是电流的定义式，I ＝nqSv 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)电解液中应用I ＝q t

计算电流时，q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和. 3.电流是标量

电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则.

例1 如图3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 ，以下说法中正确的是( )

图3

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

t

C.当n 1＜n 2时，电流方向从B →A ，电流强度为I ＝ n 2－n 1 e t

D.溶液内电流方向从A →B ，电流强度为I ＝ n 1＋n 2 e t

答案 D

解析 正离子定向移动方向就是电流方向，负离子定向移动的反方向也是电流方向；有正、负离子反向经过同一截面时，公式I ＝q t

中的q 应是正、负离子电荷量绝对值之和，故I ＝ n 1＋n 2 e

t

，电流方向由A 指向B ，与正、负离子的数量无关，A 、B 、C 错误，D 正确.

计算电流时，要分清形成电流的电荷种类，是只有正电荷或负电荷，还是正、负电荷同时定向移动.当正、负电荷都参与定向移动时，正、负电荷对电流的形成都有贡献.

针对训练1 某电解池，如果在1 s 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0.1 m 2

的某截面，那么通过这个截面的电流是( ) A.0

B.0.8 A