物理选修31 电源和电流学案

这是一份物理选修31 电源和电流学案，共5页。学案主要包含了电源，恒定电场，恒定电流等内容，欢迎下载使用。
课标定位
学习目标：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，初步体会动
态平衡的思想．
2．理解电流的定义，知道电流的单位、方向的规定；理解恒定电流，会用公式
q＝It分析相关问题．
3．能从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系．
重点难点：导体中电流的形成原因．
课前预习案
一、电源
使电路中保持____的电流，能把____从一个位置搬运到另一位置的装置就是电源．
二、恒定电场
1．导线中的电场是由____________等电路元件所积累的电荷共同形成的．
2．尽管这些电荷在运动，但电荷的分布是_____的，这种由稳定分布的电荷所产生的______的电场，称为恒定电场．
三、恒定电流
1．把______、______都不随时间变化的电流称为恒定电流．
2．电流：(1)定义：通过导体横截面的_______与通过这些电荷量所用_____的比值，叫做电流强度，简称电流．
(2)公式表达： I＝_______.
(3)单位：在国际单位制中是_____，简称安，符号是A.
更小的单位还有______ (mA)、_____ (μA)，换算关系为：1 A＝103 mA＝106 μA.
(4)物理意义：表示电流_____的物理量．
(5)标量：电流虽然有方向，但不是矢量，不符合矢量对方向的要求．电流的方向是这样规定的：导体内______定向移动的方向为电流的方向．
课堂探究案
一．在电解液和金属导体中都可以形成电流，它们形成电流时有什么不同？
1．某电解池中，若在2 s内有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是( )
A．0 B．0.8 A
C．1.6 A D．3.2 A
二、电流的微观表达式
1．建立模型：如图2－1－1所示，AD表示粗细均匀的一段导体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2－1－1
三、三种速率的比较
1．电子定向移动的速率
(1)物理意义：电流就是由电荷的定向移动形成，电流I＝neSv，其中v就是电子定向移动的速率，一般为10－5 m/s的数量级．
(2)大小：10－5 m/s
2．电子热运动的速率
(1)物理意义：构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动的速率数量级为105 m/s.
(2)大小：105 m/s
3．电流传导的速率
(1)物理意义：等于光速，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，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流．
(2)大小：3×108 m/s
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．以下说法正确的是( )
A．只要有可以自由移动的电荷，就存在持续电流
B．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的
C．电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率
D．在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了
课堂互动讲练
1. 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 V 60 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电子数目是多少个？
2．半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速率ω沿逆时针匀速转动，则由环产生的等效电流方向沿什么方向？电流多大？
3. 半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流应有( )
A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍
B．若电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍
C．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大
D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小
(2011年包集高二检测)如图2－1－2所示，将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来，已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍，在铜导线上取一个截面 A，在铝导线上取一个截面B，若在1秒内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的( )
A．电流相等
B．电流不相等
C．自由电子定向移动的速率相等
D．自由电子定向移动的速率不相等
4. (2011年包集高二检测)如图2－1－2所示，将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来，已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍，在铜导线上取一个截面 A，在铝导线上取一个截面B，若在1秒内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的( )
A．电流相等
B．电流不相等
C．自由电子定向移动的速率相等
D．自由电子定向移动的速率不相等
课堂检测验收
1．下列叙述中正确的是( )
A．导体中电荷运动就形成电流
B．国际单位制中电流的单位是安
C．电流强度是一个标量，其方向是没有意义的
D．对于导体，只要其两端电势差不为零，电流必定不为零
2．关于电源以下说法正确的是( )
A．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差
B．电源的作用就是将其他形式的能转化为电能
C．只要电路中有电源，电路中就一定有电流
D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量
3．给一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电，下列说法正确的是( )
A．粗的地方电流大，细的地方电流小
B．粗的地方电荷定向移动速率大，细的地方小
C．各处的电流大小相同
D．粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大
4．一个电解槽中，单位体积的正、负离子数都是n，每个离子带电荷量为q，正、负离子的平均定向运动速度都为v，电解槽的横截面积为 S，试求通过电解槽的电流．
课后训练案
一、选择题
1．(2011年临沂高二检测)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，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6×1013个电子，则示波管中电流的大小为( )
A．4.8×10－6 A B．3×10－13 A
C．9.6×10－6 A D．3×10－6 A
＝4.8×10－6 A.
4．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．甲、乙两导体的电流相同
B．乙导体的电流是甲导体的两倍
C．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的两倍
D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等
5．北京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．5.0×1011 B．5×1019
C．1.0×1013 D．1.0×103
6．如图2－1－3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( )
图2－1－3
A．vq B.eq \f(q,v)
C．qvS D．qv/S
7．如图2－1－4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n1，负离子数是n2，设基元电荷为e，以下解释中正确的是( )
图2－1－4
A．正离子定向移动形成电流方向从A→B，负离子定向移动形成电流方向从B→A
B．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A→B，电流I＝eq \f(n1＋n2e,2t)
D．溶液内电流方向A→B，电流I＝eq \f(n1＋n2e,t)
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.eq \f(Id,ev) B.eq \f(2Id,ev)
C.eq \f(Id,v) D.eq \f(2Id,v)
9．铜的原子量为m，密度为ρ，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，电子平均定向移动的速率为( )
A．光速c B.eq \f(I,neS)
C.eq \f(ρI,neSm) D.eq \f(mI,neSρ)
二、计算题
10．(1)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安？
(2)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10 C，则电解液中的电流为多少安？
11．导线中的电流是1 A，导线的横截面积为1 mm2.
(1)在 1 s 内，有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量 e＝1.6×10－19C)?
(2)自由电子的平均移动速率是多大(设导体每立方米内有8.5 ×1028 个自由电子)?
(3)自由电子沿导线移动 1 cm，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？