高一物理第二章 学案1.docx

1、高一物理第二章 学案1学案1电源和电流目标定位 1.了解形成电流的条件，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qIt分析相关问题一、电源问题设计有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间接一电源要点提炼1产生电流的条件：导体两端存在电压2形成持续电流条件：导体两端存在持续电压3电源(1)定义：能把电子从正极搬运到负极的

2、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4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延伸思考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？答案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二、电流表达式I及其方向问题设计对电流表达式I，有人认为“I与q成正比，

3、与t成反比”，对吗？I与q、t有关吗？答案不对；I与q、t无关要点提炼1恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流2电流定义式：I或qIt，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，符号A；常用的电流单位还有：毫安(mA)、微安(A)1 A103 mA；1 A106 A.4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5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时，q为正电荷的总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和延伸思考有的同学说：“电流有方向，电流就是矢量”对吗？

4、答案不对，电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量是标量三、电流的微观表达式问题设计如图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.试证明：导体内的电流可表示为InqSv.图2答案AD导体中的自由电荷总数：NnlS总电荷量QNqnlSq所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t根据公式QIt可得：导体AD中的电流InqSv.要点提炼1从微观上看，电流InqSv，即I决定于导体中单位体积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量q、自由电荷定向移

5、动速率v，导体的横截面积S.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IneSv的v，大小约为105 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3108 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一、对电流的理解及电流定义式I的应用例1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

6、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；电流是一个标量，因为其运算不符合矢量运算法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；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例2某电解池中，若在2 s内各有1.010

7、19个二价正离子和2.01019个一价负离子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流是()A0 B0.8 AC1.6 A D3.2 A解析电荷的定向移动形成电流，但正、负电荷同时向相反方向定向移动时，通过某横截面的电荷量应是两者绝对值的和在2 s内通过横截面的总电荷量应为q1.6101921.01019 C1.6101912.01019 C6.4 C由电流的定义式知：IA3.2 A.答案D针对训练一硫酸铜电解槽的横截面积为2 m2，在0.04 s内若相向通过同一横截面的铜离子和硫酸根离子分别为5.6251018个和4.7351018个，则电解槽中的电流是多大？方向如何？答案82.88 A，方向与

8、铜离子定向移动的方向相同解析电解槽中的电流是铜离子和硫酸根离子分别向相反的方向运动形成的，因为铜离子带正电荷，硫酸根离子带负电荷，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，所以电流的方向与铜离子定向移动的方向相同铜离子和硫酸根离子都是二价离子，每个离子的电荷量为q1q221.61019 C设铜离子的个数为n1，硫酸根离子的个数为n2，所以IA82.88 A.二、电流的微观表达式InqSv例3铜的摩尔质量为M，密度为，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，电子平均定向移动速率为()A光速c B. C. D. 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

9、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vtS，物质的量为，所以电荷量q，I，于是得：v.答案D三、三个速率的区别例4在横截面积为1.0 mm2铜导线中通过1.0 A的电流铜在单位体积中的自由电子数为8.51028个，电子的电荷量为1.61019C.试计算这时自由电子的定向移动速率为多少？而常温下金属中自由电子热运动的平均速率约为105 m/s，通过有关资料，我们还可知道：形成电流的速率不是自由电子的定向移动速率，而是电场的传播速率，且电场的传播速率是光速，为3.0108 m/s，就这些知识，你能否描述一下电路接通后金属导体中自由电子运动的情景解析由I，且

10、qnSvte，则IneSv，所以v，可算出自由电子的定向移动速率v约为7.4105 m/s.金属导体中各处都是自由电子，电路一旦接通，导线中便以电场的传播速率3.0108 m/s在各处迅速地建立起电场，在这个电场的作用下，导线各处的自由电子几乎同时开始以很小的定向移动速率7.4105 m/s做定向移动，整个电路几乎同时形成了电流，但同时由于金属中自由电子热运动的平均速率约为105 m/s，显然这个速率远大于自由电子的定向移动速率，所以金属导体通电后，导体各处的自由电子几乎同时开始在原本速率巨大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动答案见解析1(对电流的理解)关于电流的方向，下列叙述中正确

11、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答案C解析电流的方向是人为规定的，物理上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一定与电流的方向相反2(公式I的应用)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()A1 500个 B9.3751019个C9.3751021个 D9.3751020个答案C解析qIt，n9.3751021个3(电流的微观表

12、达式)导体中电流I的表达式为InqSv，其中S为导体的横截面积，n为导体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电流传导的速率C电子热运动的速率D自由电荷定向移动的速率答案D解析从微观上看，电流决定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和定向移动速率，还与导体的横截面积有关，故选D.电荷的定向移动形成电流，这个定向移动的速率就是电流微观表达式InqSv中的v.4(三个速率的区别)在导体中有电流通过时，下列说法正确的是()A电子定向移动速率很小B电子定向移动速率即是电场传导速率C电子定向移动速率是电子热运动速率D在金属导体中，自由电子只不过在

13、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答案AD解析电子定向移动的速率很小，数量级为105 m/s，自由电子只不过在速率很大的热运动上附加了很小的定向移动，故A、D正确电场的传导速率为光速c3108 m/s，无规则热运动速率的数量级为105 m/s，故B、C错题组一对电源、电流概念的理解1下列关于电源的说法正确的是()A电源就是电压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答案BD解析在电源内部由非静电力将正电荷由负极搬到正极，将负电荷由正极搬到

14、负极，使正、负极维持一定的电势差，电源不是电压，故A错，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2下列关于电流的说法中正确的是()A根据I，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答案D解析依据电流的定义式可知，电流与q、t皆无关，显然选项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

15、播速率就是电场的传导速率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答案AD题组二对公式I的理解和应用4在示波管中，电子枪2 s发射了61013个电子，则示波管中电流的大小为()A4.8106 A B31013 AC3106 A D9.6106 A答案A解析电子枪2 s发射的电荷量q610131.61019 C9.6106 C，所以示波管中的电流大小为IA4.8106 A，故A正确，B、C、D错误5我国北京正、负电子对撞机的储存环是

16、周长为240 m的近似圆形轨道，电子电荷量e1.61019 C，在整个环中运行的电子数目为51011个，设电子的运行速度是3107 m/s，则环中的电流是()A10 mA B1 mAC0.1 mA D0.01 mA答案A解析电子运动一周的时间为T，在T时间内通过任意横截面的电荷量为：qne，电流为：IA10 mA.题组三电流的微观表达式InqSv6一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v0，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v0B自由电子定向移动的速率为vC自由电子

17、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答案D解析解决本题的关键是理解v和n的物理意义，电流微观表达式中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时间内通过导体某一横截面的自由电子数为长度是vt内的自由电子数，其数量为nvt，电荷量qnvte，所以电流Inev，所以v，故正确选项为D.7一横截面积为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q.此时电子的定向移动速度为v，在t时间内，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为()AnvSt BnvtC. D. 答案AC解析在t时间内，通过铜导线横截面的电荷量为It，通过

18、铜导线横截面的自由电子数目可表示为N，故C正确，D错误；把InqSv代入N可得NnvSt，故A正确，B错误8有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的2倍，而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，以下说法正确的是()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等答案B解析由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，因此通过乙导体的电流是甲的2倍，故A错，B对由于InqSv，所以v，由于不知道甲、乙两导体的性质(nq不知道)，所以无法判断v，故C、D错题组四综合应用9非洲电鳐的捕猎方式是放电电

19、死猎物，它放电的电压可达100 V，电流可达50 A，每秒钟放电150次，其放电情况可近似看做如图1所示的图线则放电1秒钟非洲电鳐放出的电荷量为()图1A25 C B50 CC150 C D250 C答案A解析由题图象可得1秒钟该鱼的放电时间为0.5 s，根据电流的定义式I，可得qIt500.5 C25 C，故A正确10如果导线中的电流为1 mA，那么1 s内通过导体横截面的自由电子数是多少？若“220 V60 W”的白炽灯正常发光时的电流为273 mA，则20 s内通过灯丝的横截面的自由电子数目是多少个？答案6.251015个3.41019个解析qIt11031 C1103 C设自由电子数目为n，则n6.251015个当“220 V60 W”的白炽灯正常发光时，I273 mA.qIt27310320 C5.46 C设自由电子数目为N，则N3.41019个11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？答案解析根据电流大小的定义式去求解，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Qe，则有：I，再由库仑力提供向心力，有：kmr得T解得I