2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册11.1 电源和电流 讲义(word版教案)

高中物理必修第三册
第十一章 电路及其应用
11.1 电源和电流（知识点、同步练习）
知识点
一、电源
1．定义
(1)定义1：能把电子在电源内部从电源正极搬运到负极的装置．
(2)定义2：能把其它形式的能转化为电能的装置。这是判断一个装置是否为电源的本质定义。
2．作用：移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差，保持电路中有持续电流．
二、恒定电流
1．恒定电场
(1)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场．
(2)形成：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的．
(3)特点：任何位置的电荷分布和电场分布都不随时间变化，其基本性质与静电场相同．
2．恒定电流
(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，电流的强弱程度用电流这个物理量表示．电路中形成恒定电流时，电路中的电场是恒定电场，导体中任何位置的电荷分布和电场分布都不随时间变化。同一导体上的电流处处相等。
(2)定义公式：I＝，其中：I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量．如果导体的横截面同时有正负电荷通过，则q为横截面通过的正负电量的绝对值之和。利用该定义公式求电流时，如t为一段时间，则求得的电流为为平均电流，在q-t图像中切线的斜率表示的是瞬时电流的大小。
(3)单位：安培，简称安，符号是A；常用的电流单位还有毫安(mA)、微安(μA)．
1 A＝103 mA；1 A＝106 μA.
(4)电流的方向：规定正电荷定向运动的方向为电流方向，负电荷定向运动的方向与电流的方向相反。
(5)电流的标矢性：电流是标量，但有方向。
3．电流的微观表达式
(1)电流的微观表达式及推导：如下图所示，一段粗细均匀的导体，在导体两端加一定的电压，导体中产生的电流强度为I，设导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，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.则经历时间t，长度为vt的一段导体中的自由电荷全部通过导体横截面S，通过横截面的电荷量为nvtSq，根据电流强度的定义公式有：I=nqvS。该式就是电流强度的微观表达式。
(2)金属导体中自由电子定向移动速度的大小：
①电子定向移动速率：即公式I＝nevS中的v，大小约为10－4 m/s.
②电流的传导速率：即导体中建立电场的速率，等于光速，为3×108 m/s.在电路路，当开关闭合时，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子定向移动在电场力作用下开始定向运动，于是在整个电路形成了电流．如果导线比较短，可以认为在开关闭合的瞬间电路中就形成了电流。
③电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105 m/s.由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流．
基础针对练习
【1】(多选)关于电源的说法正确的是(　BC　)
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．电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极之间有稳定的电势差
C．太阳能电池是电源，它是将太阳能转化为电能的装置
D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量
【2】关于电流，下列说法中正确的是(　B　)
A．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大
B．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大
C．在电解液中，由于正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，故无电流
D．因为电流有方向，所以电流是矢量
【3】关于电流，下列说法正确的是(　B　)
A．只有正电荷的定向移动才能形成电流
B．把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向
C．金属导体导电的时候，自由电子定向移动的方向和电流方向相同
D．方向不变的电流叫恒定电流
【4】在导体中有电流通过时，下列说法正确的是(　D　)
A．电子定向移动速率接近光速
B．电子定向移动速率即是电场传导速率
C．电子定向移动速率即是电子热运动速率
D．在金属导体中，自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动
【5】某一探测器因射线照射，内部气体电离，在时间t内有n个二价正离子到达阴极，有2n个电子到达探测器的阳极，则探测器电路中的电流为(　B　)
A．0 B. C. D.
【6】某电解池，如果在1 s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1 m2的某横截面，那么通过这个横截面的电流是(　D　)
A．0 B．0.8 A
C．1.6 A D．3.2 A
【7】在NaCl溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图所示，若测得2 s内各有1.0×1018个Na＋和Cl－通过溶液内部的横截面M，试问：溶液中的电流方向如何？电流多大？
答案　方向由A指向B　0.16 A
【8】(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中有n个自由电子，电子的电荷量为e，电子的定向移动速率为v，则在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为(　AC　)
A．nvSΔt B．nvΔt C. D.
【9】有一阴极射线管，电子枪2 s内发射了6×1013个电子，则阴极射线管中形成的电流的大小为(　A　)
A．4.8×10－6 A B．3×10－13 A C．3×10－6 A D．9.6×10－6 A
【10】(多选)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(　CD　)
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．各处的电流大小相等
D．粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大
【11】如图所示为一质量分布均匀的长方体金属导体，在导体的左右两端加一恒定的电压，使导体中产生一恒定电流，其电流的大小为I.已知导体左侧的横截面积为S，导体中单位长度的自由电子数为n，自由电子热运动的速率为v0，自由电子的电荷量用e表示，真空中的光速用c表示．假设自由电子定向移动的速率为v，则(　D　)
A．v＝v0 B．v＝ C．v＝c D．v＝
【12】如图所示是一根粗细均匀的橡胶棒，其横截面积为S，由于与毛皮发生摩擦而均匀带负电，若已知该橡胶棒每米所带的电荷量为q，则当该棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，形成的等效电流为(　A　)
A．qv B. C．qvS D.
综合提升练习
【1】如图所示，将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来，已知横截面积S铝＝2S铜．在铜导线上取一横截面A，在铝导线上取一横截面B，若在1 s 内垂直地通过它们的电子数相等，那么通过这两个横截面的电流的大小关系是(　A　)
A．IA＝IB B．IA＝2IB
C．IB＝2IA D．不能确定
【2】北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m的近似圆形轨道．当环中电子以光速的流动而形成10 mA的电流时，环中运行的电子数目为(已知光速c＝3×108 m/s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C)(　B　)
A．5×1010个 B．5×1011个
C．1×102个 D．1×104个
【3】(多选)如图所示是一款MP4播放器，随着这种产品的出现，人们可以在旅途中观看电影，让原本枯燥的旅途变得充满乐趣．MP4的充电电池多为锂电池，假设锂电池的充电电流为500 mA，则以下说法正确的是(　D　)
A．1 s通过电池某一横截面的电量为500 C
B．1 s通过电池某一横截面的电量为0.5 C
C．充电过程把其他形式的能转化为电能
D．充电过程把电能转化为其他形式的能
【4】电子绕核运动可等效为一环形电流．设处于基态氢原子的电子绕核运动的半径为R，电子质量为m，电量为e，求此环形电流的大小(已知静电力常量为k)．
答：