甘肃省崇信县高中物理 第二章 恒定电流

甘肃省崇信县高中物理 第二章 恒定电流

‎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】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ρ=8.9×‎103 kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10‎-2 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,电子的电荷量e=-1.6×10‎-19 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.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5.0×1018个二价正离子和1.0×1019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,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.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.5.0×‎1019 ‎C.1.0×1013 D.1.0×103‎ ‎6.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.vq B. 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=‎ D.溶液内电流方向A→B,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ρ,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c B. 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 s内,有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e=1.6×10‎-19 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8.5×1028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　A　I=‎ 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.C ‎2.相同　相反 ‎3.1 A ‎4.‎0.2 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ρvtS.这段导线中的原子数为n=NA.‎ 可以认为铜导线中平均每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v≈7.5×10‎-5 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3×‎108 m/s.‎ ‎【巩固练习2】‎ ‎1.B　2.C‎　3.‎‎3.2 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=4.8×10‎-6 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=8×10-6 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=8×10-6×10×10‎-3 C=8×10‎-8 C,则环中运行的电子数N==个=5×1011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内通过截面的电荷量Q=vt·q.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vt·S中的自由电子数,而体积为vtS的铜的质量为vtSρ,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 A ‎11.解析:(1)N===个=6.25×1018个.‎ ‎(2)由公式I=neSv.‎ v== m/s≈7.4×10‎-5 m/s.‎ ‎(3)以这样的速率沿导线传播‎1 m需用时 t= s≈3.8 h.‎ 答案:(1)6.25×1018　(2)7.4×10‎-5 m/s　(3)3.8 h ‎12.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=m·r,得T=‎ 解得I=.‎ 答案:‎