高中鲁科版 (2019)电流导学案

这是一份高中鲁科版 (2019)电流导学案，共8页。
知识点一 电流的形成及其方向与大小

(1)如图所示，用导线连接两个分别带正、负电荷的导体，导线中有无电流？为什么？如果有，这个电流能持续下去吗？
(2)如图所示，如何让导线中保持持续的电流？电源起到了什么作用？




1.电流的形成
(1)定义：电流是由自由电荷的____________移动形成的。
(2)形成电流的条件
①回路中存在____________。
②导体两端有____________。
(3)形成持续电流的条件
①导体两端有____________是导体中形成持续电流的条件。
②电源的作用是提供____________。
(4)电流的速度：等于________的传播速度，它等于________ m/s。
(5)自由电子的运动速率：常温下，金属内的自由电子大约以________的平均速率做无规则运动。
(6)电子定向移动的速率：数量级大约是________，比电场传播的速度小很多，故被形象地称为“电子漂移”。
2.电流的方向
(1)在物理学中，规定________定向移动的方向为电流的方向。
(2)在电源外部的电路中，电流的方向是从电源________流向________。
(3)在电源内部的电路中，电流的方向是从电源________流向________。
3.电流的大小和单位
(1)定义：流过导体某一横截面的____________与________之比定义为电流。
(2)定义式：I＝________。
(3)单位：国际单位：________，简称安，符号________；常用单位：mA、μA；换算关系为1 A＝________ mA＝________ μA。
(4)直流电：____________不随时间变化的电流叫做直流电。
恒定电流：________和________都不随时间变化的电流叫做恒定电流。
【思考】 电流有方向，电流就是矢量，这样说法对吗？





角度1 电流的理解
例1 (2024·遵义高二检测)关于电流，下列说法正确的是 ( )
A.只要有可以自由移动的电荷，就能存在持续电流
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
听课笔记



训练1 (2024·贵州镇远县高二期末)以下说法正确的是( )
A.有电压就一定有电流
B.导体中没有电流，就说明导体内部的电荷没有移动
C.通过导体横截面的电荷量越多，电流越大
D.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
角度2 电流的计算
例2 电解槽内有一价离子的电解溶液，溶液中插有两根碳棒A、B作为电极，将它们接在直流电源上，溶液中就有电流通过，假设时间t内通过溶液内横截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷的电荷量为e，以下解释正确的是( )
A.溶液内正负离子沿相反方向运动，电流相互抵消
B.负离子定向移动的方向是从B到A
C.溶液内电流方向从B到A，电流I＝eq \f(n1e,t)
D.溶液内电流方向从B到A，电流I＝eq \f(（n1＋n2）e,t)
听课笔记



总结提升 不同导体中电流的计算方法
训练2 (2024·山东济宁高二嘉祥县第一中学校考)在潮湿、高温、高压的情况下，绝缘体也有可能变为导体，例如，空气是绝缘体，但在一定条件下可能转变为导体。在雷电现象中，由于两云层形成的平均电流为6.4×104 A，则这次雷电转移电子的个数为( )
A.3.2×1023个 B.6.4×1024个
C.2×1023个 D.4×1023个
知识点二 电流的微观表达式
1.建立模型
如图所示，AB表示粗细均匀的一段导体，长为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平均速率为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。
2.理论推导
导体AB中的自由电荷总数N＝nlS，总电荷量Q＝Nq＝nlSq，所有这些电荷都通过横截面B所需要的时间t＝eq \f(l,v)，根据公式I＝eq \f(Q,t)可得导体AB中的电流I＝eq \f(nlSq,\f(l,v))＝nqSv。
3.结论：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、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关。
4.注意
(1)对于公式I＝nqSv，要理解每个符号所代表的物理量含义，不要死记公式。
(2)若n表示单位长度内的自由电荷数，则电流的微观表达式为I＝nqv。
【思考】 利用电流的微观表达式I＝nqSv解释，在其他条件不变的情况下，为什么导电性能好的金属导体形成的电流会更大？



例3 如图所示，来自质子源的质子(初速度为零)，经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I，质子的质量为m，其电荷量为e，那么这束质子流内单位体积的质子数n是( )
A.eq \f(I,eS)eq \r(\f(2U,m)) B.eq \f(I,eS)eq \r(\f(m,eU))
C.eq \f(I,eS)eq \r(\f(2eU,m)) D.eq \f(I,eS)eq \r(\f(m,2eU))
听课笔记

训练3 (多选)有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线内有n个自由电子，电子的电荷量为e，此时电子定向移动的平均速率为v，在t时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为( )
A.nvSt B.nvt C.eq \f(It,e) D.eq \f(It,Se)
随堂对点自测
1.(电流的方向)下列关于电流方向的说法中正确的是( )
A.电荷的定向移动方向即为电流的方向
B.电流的方向总是从电源的正极流向负极
C.在电源内部，电流从负极流向正极
D.电流既有大小，又有方向，是一个矢量
2.(电流的大小)在某电解槽中，如果在1秒内共有5.0×1018 个2价正离子和1.0×1019 个 1 价负离子通过某截面，已知e＝1.6×10－19 C，那么通过这个截面的电流大小为( )
A.2.4 A B.0.8 A
C.3.2 A D.0
3.(等效电流的计算)北京正负电子对撞机的储存环可近似看作周长为240 m的圆形轨道，在整个环中运行的电子数目为5×1011个，电子的速度是3×107m/s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，则环中的等效电流是( )
A.10 mA B.1 mA
C.0.1 mA mA
4.(电流的微观表达式)一根横截面积为S的铜导线，通过的电流为I。已经知道铜的密度为ρ，铜的摩尔质量为M，电子电荷量为e，阿伏加德罗常数为NA，设每个铜原子只提供一个自由电子，则铜导线中自由电子定向移动速率为( )
A.eq \f(MI,ρNASe) B.eq \f(MNA,ρSe)
C.eq \f(NA,MρSe) D.eq \f(NASe,Mρ)
第1节 电 流
知识点一
导学
提示 (1)A、B之间有电势差，能形成电流，但不能持续下去。
(2)产生持续的电流的条件是导体两端始终存在电势差，电源的作用就是移送电荷，保持导体两端的电势差。
知识梳理
1.(1)定向 (2)①自由电荷 ②电压 (3)①持续电压 ②持续电压
(4)电场 3.0×108 (5)105 m/s (6)10－5m/s 2.(1)正电荷
(2)正极 负极 (3)负极 正极 3.(1)电荷量 所用时间
(2)eq \f(q,t) (3)安培 A 103 106 (4)方向 大小 方向
[思考]
提示 不对，电流虽然有方向，但是电流是标量，运算遵循代数法则。
例1 B [产生电流的条件为：有可以自由移动的电荷及导体两端有持续电压，故只有自由电荷不能形成持续电流，故A错误；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，故B正确；电流的传导速率为电场的传播速率，与自由电子的定向移动速率无关，故C错误；电子定向移动的同时，热运动同样存在，故D错误。]
训练1 D [若电压加在绝缘体两端，有电压也不会产生电流，A错误；导体中没有电流但有电荷的热运动，B错误；根据I＝eq \f(q,t)可知，通过导体横截面的电荷量多时，若时间也很长，则电流可能很小，C错误；电流单位安培是国际单位制中七个基本单位之一，D正确。]
例2 D [溶液内正负离子沿相反方向运动，电流是叠加的，A错误；A棒为负极，B棒为正极，电场由B棒指向A棒，则负离子定向移动的方向是从A到B，B错误；电流方向从B到A，电流大小为I＝eq \f(q,t)＝eq \f(（n1＋n2）e,t)，C错误，D正确。]
训练2 C [由电流的定义式得q＝It＝6.4×104×0.5 C＝3.2×104 C，这次雷电转移电子的个数为n＝eq \f(q,e)＝eq \f(3.2×104,1.6×10－19)个＝2×1023个，故C正确。]
知识点二
[思考]
提示 其他条件不变的情况下，导电性能好的金属导体在单位体积内的自由电荷数更多，所以形成的电流会更大。
例3 D [质子加速过程有eU＝eq \f(1,2)mv2，根据电流的微观定义式有I＝neSv，解得n＝eq \f(I,eS)eq \r(\f(m,2eU))，故D正确。]
训练3 AC [通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为单位体积的自由电子数乘以体积，即N＝nV＝nvSt，A正确，B错误；根据电流的定义式I＝eq \f(q,t)＝eq \f(Ne,t)，则通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为N＝eq \f(It,e)，C正确，D错误。]
随堂对点自测
1.C [规定正电荷定向移动方向即为电流的方向，负电荷定向移动的方向为电流的反方向，外电路中电流的方向是从电源的正极流向负极，在电源内部，电流从负极流向正极，电流是标量，故C正确。]
2.C [1 s内通过截面正离子的电荷量为q1＝2n1e，负离子的电荷量绝对值为q2＝n2e，则电流为I＝eq \f(q1＋q2,t)＝eq \f(（2n1＋n2）e,t)＝3.2 A，故C正确。]
3.A [5×1011个电子的总电荷量为q＝5×1011×1.6×10－19C＝8×10－8C，电子运动的周期为T＝eq \f(2πr,v)＝eq \f(240,3×107) s＝8×10－6s，则环中电流为I＝eq \f(q,T)＝eq \f(8×10－8,8×10－6) A＝10 mA，故A正确，B、C、D错误。]
4.A [设自由电子定向移动的速率为v，导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t，每个铜原子可提供一个自由电子，则铜原子数目与自由电子的总数相等，为n＝eq \f(ρSvt,M)NA，t时间内通过导体截面的电荷量为q＝ne，则电流为I＝eq \f(q,t)＝eq \f(ρSveNA,M)，解得v＝eq \f(MI,ρSNAe)，故A正确。]
金属导体
自由电荷只有自由电子，运用I＝eq \f(q,t)计算时，q是t时间内通过金属导体横截面的电子的总电荷量，电流方向与电子的运动方向相反
电解液
自由电荷是正、负离子，运用I＝eq \f(q,t)计算时，q是在时间t内通过电解液横截面的正、负两种离子的电荷量的绝对值之和，电流方向与正离子的运动方向相同
电离状态
的气体
空气是绝缘体，但空气被电离后就成了导体，其中自由电荷既有正、负离子，也有自由电子，利用公式I＝eq \f(q,t)求气体导电电流时，q应是在时间t内通过横截面的三种带电粒子的电荷量的绝对值之和，电流方向与正离子的运动方向相同