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1、 高二物理 第6讲 电源 电流和电动势知识点一、在电路中形成电流的条件1电流的形成电荷定向移动形成电流。 电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流(如图)2形成电流的条件（1）从整个电路看，有电源的闭合电路中存在持续的电流；（2）从一段导体来看，导体两端必须有电压才有可能有电流；（3）从微观上看，导体中有自由移动的电荷以及有电场作用在这些电荷上是形成电流的必需具备的条件。知识点二、电流的定义1电流的意义电路中的电流有强弱之分和流向的不同，为了表达电流的强弱人们定义了电流强度，简称为电流，为了便于表达电流的流向人们规定了电流的方向。2电流的定义通过导体横截面的电荷量跟通过这些电荷量所用时间的比值，
2、叫做电流。用表示。定义式：要点诠释：公式中是通过横截面的电荷量而不是单位横截面的电荷量。电荷量不等的同种电荷同向通过某一横截面时，两种电荷反向通过某一横截面时，不能相互抵消。横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关。3方向规定正电荷定向移动的方向为电流方向。要点诠释：金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。（如图）电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的。在电源外部的电路中，电流是从电源的正极流向负极；在电源内部的电路中，电流是从电源的负极流向正极。电流既有大小又有方向；但它不是矢量，而是标量。4单位在国际单位制中它的单位是安培，简称安
3、（）。它是国际单位制中七个基本单位之一，常用的单位还有毫安、微安；注意：电流的单位是规定的，而电量的单位是导出的，即5直流：方向不随时间变化的电流 恒定电流：方向和强弱都不随时间变化的电流 知识点三、电流形成的原因及恒定电流1恒定电场的产生恒定电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。2恒定电场的作用恒定电场的作用是使构成电路的导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动，形成电流。3恒定电流自由电荷受到的电场力、它运动过程中与其它微观粒子碰撞所受到的阻力，这两个力共同的作用效果使自由电荷做匀速运动，形成恒定电流。要点诠释：如果电源发生变化，恒定电场就会发生变化，电流的大小和方向都可能发
4、生变化，此时电路中的电流不再是恒定电流（以后将要学习的脉动电流或交流电就属此种情况）。电荷定向移动的速度和我们通常所说的电流的速度不是一回事！电荷定向移动的速度很小，在的铜导线中的电流，自由电子定向移动的速度才是。而电流的速度是电场的传播速度,接近光速4三种速率的区别 （1）电流的传导速率等于光速 （2）电子的定向移动速率，其大小与电流强度有关（3）电子无规则的热运动速率，与温度有关.知识点四、电源及电动势1电源（1）定义：电源是把其它形式能转化为电能的装置。例如：干电池和蓄电池是把化学能转化为电能，水轮发电机是把机械能转化为电能。（2）作用：电源有正、负两个极，两极间有一定的电压，将一段导体
5、（或一段电路）接到电源两极间，导体（或一段电路）两端就有了一定的电压，可见电源能在导体（或电路）两端保持一定的电压。注意：不同的电源，两极间的电压不同，这是由电源本身性质不同。2非静电力（1）定义：电流在电源内部是从低电势流向高电势的，这不是静电力的作用，而是在电源内部存在着从低电势指向高电势的某种力，它驱使正电荷逆着静电力从低电势流向高电势，这种力称为非静电力。（2）种类：干电池、钮扣电池、蓄电池等的非静电力是一种化学作用；发电机的非静电力是磁场对运动导体的作用；光电池的非静电力来源于光电效应。注意：非静电力做功将其它形式的能转化为电能。3电动势（1）定义：非静电力把正电荷从负极移送到正极所
6、做的功跟被移送的电荷量的比值叫做电源的电动势，用表示。（2）公式：。（3）单位：伏特（），简称伏。（4）物理意义：反映电源把其它形式的能转化为电能本领的大小，在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。（5）方向：电动势E是标量，但是有方向。为研究问题方便，规定其方向为电源内部电流方向，即由电源负极指向正极。（6）电动势的测量： 要点诠释：电源电动势是电源的属性，与移动的电荷量和它所做的功无关；电源电动势的大小取决于非静电力的性质，与电源的大小无关。例如干电池无论是号、号、号，其电动势都是；在不同的电源中，非静电力不同，其做功本领也不同，即把相同数量的正电荷在电源内
7、部从负极搬运到正极，非静电力做功多少不同，则转化成电能的多少也不同。4电源的内阻和容量（1）电源的内阻定义：电源的内部也是由导体组成的，所以也有电阻，这个电阻叫做电源的内阻。意义：内阻和电动势同为电源的重要参数。要点诠释：电源的内阻在使用过程中变化较大，使用时间越长，内阻越大；电源的内阻决定了电源的负载能力，内阻越小，它所能负载的用电器功率越大。（2）电源的容量定义：电源的容量就是电源放电时能输出的总电荷量，通常以安培时（）或毫安时（）为单位。特点：电源的容量与放电状态有关，同样的电源，小电流、间断性放电要比大电流连续放电的电容量大。对于同一种电池来说，体积越大，电池的容量越大，内阻越小。知识
8、点五、规律与方法指导1要注意把静电场对电荷施加力的作用以及移动电荷做功的有关知识，运用到恒定电路中的恒定场中来分析问题，要重视从能的转化方面理解电源的作用以及电动势的定义。2掌握电流的计算方法取一截面取一段恰当的时间 求出时间内通过截面的电量 由求解。3常见的几种电流金属导体中电流；做匀速圆周运动的电荷形成的等效电流（为周期） 电解液中的电流（和分别为正负离子在时间内通过电解液某截面的总电量）4电源非静电力移动电荷做的功5决定电流大小的微观量在加有电压的一段粗细均匀的导体上选取两个截面和，设导体的横截面积为导体每单位体积内的自由电荷数为，每个电荷的电荷量为，电荷的定向移动速率为，则在时间内处于
9、相距为 的两截面、间的所有自由电荷将通过截面 . .题型一、电流的微观解释例1 如图所示，表示粗细均匀的一段金属导体，两端加一定的电压，设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为，单位体积中自由电子的数量是，求导体中电流的表达。变式1一段粗细均匀的金属导体的横截面积是，导体单位长度内的自由电子数为，金属内的自由电子的电荷量为，自由电子做无规则热运动的速率为，导体中通过的电流为。则下列说法中正确的有A自由电子定向移动的速率为B自由电子定向移动的速率为C自由电子定向移动的速率为真空中的光速D自由电子定向移动的速率为变式2关于电流强度，下列说法中正确的是（ ） A导线内自由电子定向移动速率等于电流的传
10、导速率； B电子运动的速率越大，电流强度越大； C电流强度是一个矢量，其方向就是正电荷定向运动方向； D在国际单位制中，电流强度是一个基本物理量，其单位安培是基本单位变式3一长为的横截面积为的均匀导体，在其两端加上电压，于是导体中就有匀强电场，在电场力的作用下，导体中的自由电子(电量是)被加速，电子运动过程中又与做热运动的阳离子相撞而使电子受到阻力，如果认为阻力的大小与电子运动的平均速度成正比，其大小可写成 (是常数)当电场力与阻力平衡时电子便以恒定的速率做定向移动，的值应是多大? 题型二、等效电流的计算例3电子绕核运动可等效为一环形电流，设氢原子中的电子以速率在半径为的轨道上运动，用表示电子
11、电荷量，则其等效电流为多少？变式 已知电子的电荷量为，质量为。氢原子的电子在核的静电力吸引下做半径为的匀速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少？例4某电解槽横截面积为，若内沿相反方向通过横截面的正、负离子的电荷量均为，则电解液中的电流_。变式1 在电解液导电中，若在内分别有的正离子和的负离子通过电解槽中与电流方向垂直的截面，则电路中的电流是多少？若内有的正、负离子分别在阴极和阳极放电，则电路中的电流是多少？变式2如图所示，电解硝酸银()时，在内从阴极上析出的银，已知银的摩尔质量，求：(1)安培表的示数； (2)在内通过电解液中间横截面的银离子的总电量题型三、对电源电动势的理解例5关于电
12、动势的说法中正确的是（ ）A电动势的大小，与非静电力所做的功的大小成正比，与移送电荷量的大小成反比B电动势是由电源本身决定的，跟电源的体积和外电路均无关C电动势是表征电源把其它形式的能转化为电能本领的物理量D电动势的单位与电势差的单位相同，故两者在本质上相同变式关于电源的电动势，下面说法正确的是（ ）A电动势是表征电源把其它形式的能转化为电能本领的物理量B电动势在数值上等于电路中通过电量时电源提供的能量C电源的电动势跟电源的体积有关，跟外电路有关D电动势有方向，因此电动势是矢量题型四、静电力与非静电力的区别例6以下说法中正确的是（ ）A在外电路中和电源内部，正电荷都受静电力作用，所以能不断地定
13、向移动形成电流B静电力与非静电力都可以使电荷移动，所以本质上都是使电荷的电势能减少C在电源内部正电荷能从负极到达正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力D静电力移动电荷做功电势能减少，非静电力移动电荷做功电势能增加变式关于电动势下列说法中正确的是()A在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加B对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大C电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送单位电荷量做功越多D电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送电荷量越多题型五、电源中的能量转化例7移动电话中的锂电池电动势为，某次通话时，电流为，时间
14、为，那么此次通话过程有多少化学能转化为电能？变式将电动势为的电源接入电路中，测得电源两极间的电压为，当电路中有的电荷流过时，求：(1)有多少其他形式的能转化为电能(2)外电路中有多少电能转化为其他形式的能(3)内电路中有多少电能转化为其他形式的能要点梳理要点一、电流自由电荷物体内部可自由运动的电荷自由电子金属内部可自由运动的电子电流电荷的定向流动在导体的两端加上电压，导体中才有电流，那么，导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢？下面我们通过实验来探究这个问题。实验电路： 分压电路：可以提供从零开始连续变化的电压。数据记录作图像分析这些数据 要点二、电阻1定义：导体两端的电压与通过导体的电流大
15、小之比叫导体的电阻2定义式：.3单位：欧姆，常用的还有，且有.4物理意义：反映导体对电流阻碍作用的大小5注意电阻的定义式提供了一种量度电阻大小的方法，但导体对电流的这种阻碍作用是由导体本身性质决定的，与所加的电压和通过的电流无关，绝不能由而误认为“与成正比，与成反比”要点三、欧姆定律1内容：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比这就是欧姆定律2表达式：.3适用条件：金属导电和电解液导电要点诠释：欧姆定律公式中的必须对应同一导体或同一段纯电阻电路(不含电源、电动机、电解槽等电器的电路)欧姆定律不适用于气体导电4对于欧姆定律的表达为，可以通过数学变换写成和，从数学上讲，这三个式子只是用
16、于求不同的物理量，没有什么本质上的差别但从物理角度讲，这三个式子有着不同的物理意义，要在学习的过程中注意加深理解和学会不同情况下正确使用它们是定律的数学表达式，表示通过导体的电流与电压成正比，与电阻成反比，常用于计算一段电路加上一定电压时产生的电流，适用条件是金属或电解液导电(纯电阻电路)是电阻的定义式，比值表示一段导体对电流的阻碍作用，常利用的值表示一段电路的等效电阻这种表达不仅对于线性元件适用，对于其他任何的一种导体都是适用的，对给定的导体，它的电阻是一定的，和导体两端是否加电压，导体中是否有电流无关因此，不能说电阻与电压成正比，与电流成反比是电势降落的计算式，用来表示电流经过一电阻时的电
17、势降落，常用于进行电路分析时，计算沿电流方向上的电势降落，是欧姆定律的变形，所以适用条件与欧姆定律的适用条件相同要点四、导体的伏安特性曲线1定义建立平面直角坐标系，用纵轴表示电流，用横轴表示电压，画出的导体的图线叫做导体的伏安特性曲线2线性元件伏安特性是通过坐标原点的直线，表示电流与电压成正比，如图所示，其斜率等于电阻的倒数，即.所以曲线的斜率越大，表示电阻越小要点诠释：当导体的伏安特性为过原点的直线时，即电流与电压成正比例的线性关系，具有这种伏安特性的元件称为线性元件，直线的斜率表示电阻的倒数，所以斜率越大，电阻越小，斜率越小，表示电阻越大欧姆定律适用于纯电阻，或由若干纯电阻构成的一段电路从
18、能量转化的角度看，电流通过时，电能只转化成内能的用电器或电路，是纯电阻电路某些电阻在电流增大时，由于温度升高而使电阻变化，这种情况下作出的伏安特性曲线不是直线，但对某一状态，欧姆定律仍然适用3非线性元件伏安特性曲线不是直线的，即电流与电压不成正比的电学元件，如下图，是二极管的伏安特性曲线二极管具有单向导电性加正向电压时，二极管电阻较小，通过二极管的电流较大；加反向电压时，二极管的电阻较大，通过二极管的电流很小二极管由半导体材料制成，其电阻率随温度的升高而减小，故其伏安特性曲线不是直线要点诠释：由图看出随电压的增大，图线的斜率在增大，表示其电阻随电压的升高而减小，即二极管的伏安特性曲线不是直线，
19、这种元件称为非线性元件气体导电的伏安特性曲线是非线性的气体导电和二极管导电，欧姆定律都不适用要点五、实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线1实验目的(1)掌握伏安法测电阻的电路设计(关键是内、外接法的特点)(2)理解小灯泡的伏安特性曲线为什么不是过原点的一条直线2实验原理由于电流增大，小灯泡的功率也增大，温度升高，由电阻定律可知，温度升高，电灯丝材料的电阻率增大，因此电灯丝的电阻增大，所以灯丝电阻并不是一个定值，电流与电压成正比在此并不适用由于电流越大，灯丝电阻越大，它的伏安特性曲线(图线)并不是一条直线，其图线应大至如上图所示，在该曲线上，任意一点与原点连线的斜率表示该点(在此电压电流下)的电阻的倒
20、数，斜率越小，电阻越大3实验器材或的小灯泡，学生电源(或个电池组)，的滑动变阻器，的电压表，的电流表，开关一个、导线若干4实验步骤 (1)选取适合的仪器按如图所示的电路连接好(2)将滑动变阻器滑到A端后，闭合开关(3)使滑动变阻器的值由小到大逐渐改变在灯泡额定电压范围内读取数组不同的电压值和电流值，并制表记录(4)断开开关，拆下导线，将仪器恢复原状(5)以为纵轴，为横轴，画出曲线并进行分析5注意选项(1)本实验中，因被测小灯泡电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接(2)因本实验要作图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此变阻器采用分压接法(3)开关闭合前变阻器滑片移到所分电压为零处(
21、4)在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要用平滑曲线将各数据点连接起来.类型一、对导体电阻和欧姆定律的理解例1下列说法正确的是()A由知道，一段导体的电阻跟它两端的电压成正比，跟通过它的电流成反比B比值反映了导体阻碍电流的性质，即电阻C导体电流越大，电阻越小D由知道，通过一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比变式1如图所示对应的两个导体：（1）电阻关系为_；（2）若两个导体中的电流强度相等（不为零）时，电压之比=_；（3）若两个导体两端的电压相等（不为零）时，电流强度之比=_变式2关于欧姆定律的适用条件，
22、下列说法正确的是（ ）A欧姆定律是在金属导体导电的基础上总结出来的，对于其他导体不适用B欧姆定律也适用于电解液导电C欧姆定律对于气体导电也适用D欧姆定律适用于一切导体例2某电阻两端电压为，在内通过电阻横截面的电量为，此电阻为多大？内有多少个电子通过它的横截面？变式某灯泡两端的电压为时,其电流为,当电压为时,其电流为,那么电压为时,则（ ）A. 其电流一定为B. 其电流一定大于而小于C. 其电流一定大于而小于D. 以上说法均不对类型二、欧姆定律的应用例3若加在某导体两端的电压变为原来的时，导体中的电流减小了如果所加电压变为原来的倍，则导体中的电流多大？变式1如图所示，在、两端加一恒定不变的电压，
23、电阻为，若将短路，中的电流增大到原来的倍，则为（ ）ABCD变式2某导体两端的电压减少了时，通过此导体的电流减少了，则当导体两端电压为时，通过导体的电流为多少？类型三、实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线例4为探究小灯泡的伏安特性，连好图示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光。由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的图象应是 （ ） 变式小灯泡通电后其电流随所加电压变化的图线如图所示，为图线上一点，为图线过点的切线，为轴的垂线，为 轴的垂线。则下列说法中正确的是 （ ）A随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小B对应点，小灯泡的电阻为C对应点，小灯泡
24、的电阻为D对应点，小灯泡的电阻为例5在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,使用的小灯泡为“”,其他可供选择的器材有:电压表 (量程,内阻) 电压表 (量程,内阻)电流表 (量程,内阻)电流表 (量程,内阻)变阻器变阻器学生电源开关及导线若干.实验中要求电压表在范围内读取并记录下组左右不同的电压值和对应的电流值,以便作出伏安特性曲线,在上述器材中,电流表应选用 , 电压表应选用 ,变阻器应选用 。在图所示的方框中画出实验的原理图.变式表格中所列数据是测量小灯泡关系的实验数据：（1）分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图_（填“甲”或“乙”）；（2）在方格纸内画出小灯泡的曲线，分析曲线可知小灯
25、泡的电阻随变大而 （填“变大”、“变小”或“不变”）； （3）如图丙所示，用一个定值电阻和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计，电动势为的电源上。已知流过电阻的电流是流过灯泡电流的两倍，则流过灯泡的电流约为 。 第6讲 带电粒子在电场中的运动作业1关于电源，下列说法中正确的是（ ） A电源是将电能转化为其他形式能的装置 B电源是将其他形式能转化为电能的装置 C电源是把自由电子从正极搬运到负极的装置 D电源是把自由电子从负极搬运到正极的装置2关于有源电路导线内部的电场，下列说法正确的是（ ） A导线内部的电场就是电源所形成的电场 B在静电平衡时，导体内部的场强为零，而导体外部的场强不为零
26、，所以导体内部电场不是稳定的 C因为导体处于电源的电场中，所以导体内部场强处处为零 D导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导体内的电荷处于动态平衡，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的3关于电流的方向，下列描述正确的是（ ） A规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 B规定自由电荷定向移动的方向为电流的方向 C在金属导体中，自由电子定向移动的方向为电流的反方向 D在电解液中，由于正、负离子相等，定向移动的方向相反，故无电流4在某电解池中，若在2 s内各有1.01019个2价正离子和2.01019个1价负离子通过某一横截面，那么通过这个截面的电流是（ ） A0 B0.8 A C1.6 A D3.2 A5关于电流，下列说法中正确的是（ ） A通过导体横截面的电荷量越多，电流越大 B电子运动速率越大，电流越大 C单位时间内通过导线横截面的电荷量越多，导体中的电流就越大 D因为电流有方向，所以电流是矢量第 14 页 共 14 页学科网（北京）股份有限公司