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1、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
2、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
3、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
4、】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=8.9103 kg/m3,铜的摩尔质量M=6.410-2 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.021023 mol-1,电子的电荷量e=-1.610-19 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
5、.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5.01018个二价正离子和1.01019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,
6、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61013个电子,则示波管中电流的大小为()A.4.810-6 AB.310-13 AC.9.610-6 AD.310-6 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
7、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()A.5.01011B.5.01019C.1.01013D.1.01036.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.qvS D.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AB,负离子定向移动形成电流方向从BAB.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AB
8、,电流I=D.溶液内电流方向AB,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,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
9、s内,有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e=1.610-19 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8.51028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?参考答案自主探究1.电子2.电源导线导线3.稳定4.大小方向5.强弱正电荷安培AI=合作探究【提出问题】问题1:电荷的定向移动形成电流.问题2:导体的两端存在电势差.问题3:导体两端有电势差.【要点提炼】一、电源1.电势差2.电势差持续的电流二、恒定电场问题:电
10、荷的分布是稳定的,电场的分布也是稳定的.【要点提炼】1.恒定电场2.静电场同样适用【合作探究】大小、方向都不随时间变化三、恒定电流1.大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.2.用通过导体横截面的电荷量q与通过这些电荷量所用时间t的比值来描述电流的强弱.【巩固练习1】1.C2.相同相反3.1 A4.0.2 A和结论:电荷量电荷量时间【例题】解:设自由电子在导线内定向移动的速率是v,取一段导线(如图).导线左端的自由电子经过时间t到达右端,自由电子从它的左端定向移动到右端所用的时间记为t,则这段导线的长度为vt,体积为vtS,质量为vtS.这段导线中的原子数为n=NA.可以认为铜导线中平均每
11、个铜原子贡献一个自由电子(一般条件下铜可视作一价元素),则这段导线中的自由电子数目与铜原子的数目相等,也等于n.由于时间t内这些电子全部通过右端横截面,因此通过横截面的电荷量是q=ne=NAe把这个式子代入I=,得I=从中解出v=代入数值后得v7.510-5 m/s.【合作探究】电子的定向移动速率与导线中电流的传播速率不同.电子定向移动的速率约10-5 m/s,电子热运动的平均速率约105 m/s,电流的传播速率约3108 m/s.【巩固练习2】1.B2.C3.3.2 A课堂检测1.C解析:电源并不是产生电荷的装置,它的作用是保持导体两端有一定的电势差,从而使电路中有持续的电流产生,故只有C项
12、正确.2.C解析:电场传播的速率(或电流的传导速率)等于光速,而电子无规则热运动的速率,常温下数量级为105 m/s,自由电子定向移动的速率数量级一般为10-5 m/s,所以C项正确.3.A解析:I= A=4.810-6 A.4.B解析:由I=知A项错误,B项正确;由I=nqSv得:v甲=v乙,所以C、D两项错误.5.A解析:电子运动一周所需要的时间t= s=810-6 s,在圆形轨道上任取一横截面,则在t时间内整个环中运行电子的电荷量q=It=810-61010-3 C=810-8 C,则环中运行的电子数N=个=51011个.故A项正确.6.A解析:在运动方向假设有一横截面,在时间t内通过截
13、面的电荷量Q=vtq.等效电流I=vq,故A项正确.7.D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、负离子向相反方向移动,电流不能抵消,故A、B两项错误.由于溶液内的电流是正、负离子共同形成的,故C项错误,D项正确.8.B解析:设质子源与靶间的质子数为n,则I=,t=,则n=.9.D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vtS中的自由电子数,而体积为vtS的铜的质量为vtS,摩尔数为,所以电荷量q=.因电流I=,于是得:v=.10.解析:10 s内通过某一横截面的电荷量是10 C,所以I=1 A.答案:1 A11.解析:(1)N=个=6.251018个.(2)由公式I=neSv.v= m/s7.410-5 m/s.(3)以这样的速率沿导线传播1 m需用时t= s3.8 h.答案:(1)6.251018(2)7.410-5 m/s(3)3.8 h12.解析:取电子运动轨道的任一横截面,在电子运动一周的时间T内,通过这个横截面的电荷量q=e,则有:I=再由库仑力提供向心力有:k=mr,得T=解得I=.答案:9