高中物理 第三章 恒定电流 第1节 电流知识导航素材 鲁科版选修3-1（通用）

高中物理 第三章 恒定电流 第1节 电流知识导航素材 鲁科版选修3-1（通用）

第1节 电流 ‎ 思维激活 ‎1.如果用橡胶线把充电电容器的两个极板和电流表连接起来，不会有电流通过；如果改用金属导线来连接，电流表就会有电流通过，这是为什么呢？‎ ‎2.将小灯泡接在充满电的电容器两端，看到小灯泡闪亮一下后就熄灭了，而在手电筒里的小灯泡却能持续发光，这是为什么呢？‎ 答案：1.提示:因为电流是由自由电荷的定向移动形成的，而金属原子核对电子的束缚能力较弱，电子很容易挣脱原子核的束缚成为自由电子.但在橡胶等绝缘体内，原子核对电子的束缚能力较强，很少有电子能够挣脱而成为自由电子，所以用金属导线有电流，而用橡胶线就没有电流.‎ ‎2.提示:在充满电的电容器两端接上小灯泡，电容器中的电荷通过小灯泡电路放电，正负电荷中和，放电电流瞬间消失，不能在小灯泡中形成持续的电流.而手电筒中的电池可以使电路中保持有持续的电流.‎ 自主整理 ‎1.电流的形成 ‎(1)形成电流的条件：①回路中存在__________；②导体两端有__________.‎ ‎(2)导体中形成持续电流的条件：__________.‎ ‎2.电流的速度 电流的速度是__________的传播速度，而不是电子的运动速度.‎ ‎3.电流的方向 电流的方向规定为__________定向移动的方向.‎ ‎4.电流的大小和单位 ‎(1)定义：电荷定向移动时，在__________内通过导体__________的电荷量称为电流.‎ ‎(2)定义式：__________.‎ ‎(3)单位：__________.‎ 常用单位还有__________和__________；换算关系：‎1 A=__________mA=__________μA.‎ ‎(4)直流电：物理学中把__________的电流叫做直流电.‎ ‎(5)恒定电流：方向和大小都__________的电流叫做恒定电流.‎ 答案：1.(1)自由电荷 电压 ‎(2)导体两端有持续电压 ‎2.电场 ‎3.正电荷 ‎4.(1)单位时间 任一横截面 ‎(2)I=q/t ‎(3)安培(A) 毫安(mA) 微安(μA) 1 000 106‎ ‎(4)方向不随时间改变 ‎(5)不随时间改变 高手笔记 ‎1.电流是标量，但有方向.物理学中规定正电荷移动的方向为电流方向.‎ ‎2.三种速度：导体中电荷定向移动的速度、电子的热运动速度和电流的速度不是同一概念.电荷的定向移动速度的数量级：10‎-5m/s；电子的热运动速率的数量级：‎105m/s；电场的传播速度等于电磁波的速度：3×‎108m/s.‎ ‎3.因为I=q/t，所以电流大小和通过横截面的电荷量以及时间有关，与横截面的大小无关.‎ ‎4.电流的单位为安培，简称安，国际符号为A，是国际单位制中的七个基本单位之一.‎ 名师解惑 ‎1.怎样才能使电路中有持续的电流？‎ 剖析:若有带正负电荷的两个导体A、B，用导体R将两导体连接，导线R中的自由电子便会在静电力的作用下定向移动，导体B失去电子，导体A得到电子.两导体很快变成等势体，导线R中只可能存在一个瞬时电流.如果A、B间有一个装置，在B失去电子的同时，又及时地补充电子，使A、B导体上始终保持一定数量的正、负电荷.这种能把电子从A搬运到B的装置就是电源.它的作用就是能使电路中保持持续的电流.‎ ‎2.电子移动的速度一般在10‎-6m/s—10‎-4 m/s，但为什么我们一打开开关，电路马上就会接通呢？‎ 剖析:因为电流的传导速度和电子的移动速度不同,我们接通电路时实质上是电场的传导速度.当接通电路时，电场便以光速传递到电路中，使电路中每处的自由电荷都受到静电力的作用而定向移动，形成电流.虽然各处的自由电荷定向移动速率小，但由于电路中各处电荷几乎同时受力而定向移动，故电流的传导速率很快.‎ ‎3.电流的方向规定为正电荷的移动方向，那么电流一定是正电荷的定向移动形成的吗？‎ 剖析:物理学中规定电流的方向为正电荷定向移动的方向，但电流不一定是正电荷定向移动形成的.‎ 当金属导线导电时，导线内做定向运动的是大量自由电子，也就是说，电流的方向就是电子运动的方向，而导线中的正电荷不能定向移动，而是在平衡位置附近振动.‎ 而在电解质溶液中，电流就是由能够自由移动的正、负电荷的运动形成的.‎ 讲练互动 ‎【例1】 导线中分别有‎30 C的正、负电荷，问5 min内通过导线的某一横截面的电流为多大？‎ 解析：因为导线中的电流是由于自由电子(即负电荷)的定向移动产生的，‎ 所以由公式I=q/t得 I=30/5×‎60 A=‎0.1 A.‎ 答案：‎‎0.1 A 绿色通道 本题的解题关键在理解电流形成的原因是自由电荷的定向移动.同时还要掌握电流强度的求解公式.‎ 黑色陷阱 不理解电流形成的原因，求解时容易取错电荷量的值.‎ 变式训练 ‎1.将上题中的导线改为电解液，其他条件不变，电流强度又为多大呢？‎ 解析：电解液中的电流是由于正、负电荷都定向移动产生的，所以通过截面的电流应为通过截面的正、负电荷电荷量的绝对值的和.‎ 由I=q/t得I=(30+30)/5×‎60 A=‎0.2 A.‎ 答案：‎0.2 A.‎ ‎【例2】 截面积为S的导线中通有电流I.已知导线每单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量是e，自由电子定向移动的速率是v，则在时间Δt内通过导线横截面的电子数是( )‎ A.nSvΔt B.nvΔt C.IΔt/e D.IΔt/Se 解析：电子数等于总电荷量除以每个电子的电荷量，所以求出通过截面的电荷量，即可求出电子数.而电荷量q=It，单位体积内的电子数已知，只要求出Δt时间内有多少体积的电子通过截面，即可求出电子数.‎ ‎(1)根据电流强度的定义式,可知在Δt内通过导线截面的电荷量q=IΔt 所以在这段时间内通过的自由电子数为N=q/e=IΔt/e ‎(2)自由电子定向移动的速率是v，因此在时间Δt内，位于以截面S为底、长l=vΔt的这段导线内的自由电子都能通过截面.这段导线的体积V=Sl=SvΔt，所以Δt内通过截面S的自由电子数为N=nV=nSvΔt,‎ 所以A、C正确.‎ 答案：AC 绿色通道 分析(2)中的思想方法具有很普遍的意义，对空气流、水流等连续质点流同样适用，应予以体会.‎ 体验探究 问题:你能用碘化钾、淀粉、水、电池、导线、一块金属皮和一截铝线或铜线在白纸上写出蓝色字吗？‎ 导思:碘化钾和淀粉溶液混合后会产生带负电的碘离子.若这时有闭合回路使电荷产生定向移动，便可形成规则的字迹.‎ 探究:将碘化钾和淀粉混合在一起，用水调和，把一张白纸放在这种混合液中浸湿，平铺在一块金属皮上.用导线将金属皮与电池负极相连，再用一根长导线将铝线或铜线连接在电池的正极上.当我们用手握“笔”在纸上写字时，纸上便显现出蓝色字迹.‎