11.1电源和电流（表格式）

电源和电流教案
课 题 电源和电流
教学目标 1.知道电路中形成电流的条件。
教学过程
1．电场中A、B两点间的电势差为U，将电荷q的点电荷从电场中的A点移到B点，则电场力所做的功为（　　） A． B． C．qU D． 答案：C　 2．一匀强电场的方向平行于xOy平面，已知平面内的O、a、b、c四点电势分别为1V、10V、17V、26V．则可知（　　） A．电场的方向沿x轴负向 B．电场的方向沿y轴负向 C．电子在b点的电势能比在a点的高7 eV D．电子从b点运动到c点，电场力做功为9 eV 答案：D　 3．关于静电场的描述，下列结论成立的是（　　） A．电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关 B．电场强度大的地方电势高，电场强度小的地方电势低 C．将正点电荷从场强为零的一点移动到场强为零的另一点，电场力一定不做功 D．在正电荷或负电荷产生的静电场中，场强方向都指向电势降低最快的方向 答案：D　 4．1878年英国科学家克鲁克斯发明了接近真空的“克鲁克斯管”，即阴极射线管，为X射线的发现提供了基本实验条件．如图所示是一个阴极射线管的结构示意图，要使射线管发出射线，须在P、Q两电极间加上几万伏的直流高压，使用时以下说法正确的是（　　） A．阴极射线是负离子，高压电源正极应接在P点 B．阴极射线是负离子，高压电源正极应接在Q点 C．阴极射线是正离子，高压电源正极应接在P点 D．阴极射线是正离子，高压电源正极应接在Q点 答案：A　 5．如图所示，有一定质量的带电小球用绝缘丝线悬挂于O点，并处在水平向左的匀强电场E中，小球静止时丝线与竖直方向夹角为θ，若剪断丝线，则带电小球将（　　） A．仍保持静止 B．水平向左作匀速直线运动 C．竖直向下作自由落体运动 D．沿绳斜向下作匀加速直线运动 答案：D 6．带电粒子以速度v0沿竖直方向垂直进入匀强电场E中，如图示，经过一段时间后，其速度变为水平方向，大小仍为v0，则下列说法错误的是（　　） A．电场力与重力大小相等 B．粒子运动的水平位移大小等于竖直位移大小 C．电场力所做的功一定等于克服重力所做的功 D．电势能的减少一定大于重力势能的增加 答案：D　 精讲1 电源和电流 知识点1 电流的产生及电源 1.电流的产生：导体中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动形成电流； 2.电流形成的条件：①导体中有自由移动的电荷；②导体两端有电压（有电源）。 3.电源及其作 ①从电荷移动的角度看：电源是通过非静电力做功不断地把负电荷从正极搬运到负极，从而维持正、负极之间存在一定的电势差； ②从能量转化的角度看：搬运电荷的过程中，非静电力做功将其他形式的能转化为电能； 知识点2 恒定电流 1.恒定电场 （1）导线中电场的形成：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，导线内部的电场方向沿导线的切线方向； （2）恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。导线中的电场是恒定电场，不是静电场。由于在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同。在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。 2.恒定电流 （1）电流：指单位时间内通过导体横截面的电荷量，是表示电流强弱程度的物理量，一般用“I”表示； （2）公式：，I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量； （3）单位：安培，简称安，符号A； （4）方向：规定正电荷正向移动的方向为电流方向； （5）恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，方向不随时间改变的电流称为直流电，通常所说的直流电往往是指恒定电流。 知识点3 电流的微观解释 1.模型：如图所示，AD表示粗细均匀且长为l的一段导体，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.公式：AD中的电流 3.结论：从微观上看，电流的大小取决于导体中自由电荷的密度、自由电荷的电荷量以及自由电荷的定向移动速度，还与导体的横截面积有关。 4.导体内三种速率的比较 自由电荷定向移动速率电流是由自由电荷的定向移动形成的，可以证明电流，其中v就是自由电荷定向移动的速率，数量级一般为10-5m/s。电子热运动的平均速率导体中的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动速率的数量级为105m/s（比自由电荷定向移动的速率大得多）。电流传导速率闭合开关瞬间，电路中各处以近似光速的速度建立恒定电场。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。
出题角度1：基本概念 【例1】关于电流的概念，下列说法中正确的是（ ） A.导体中有电荷运动就形成电流 B.在国际单位制，电流是一个基本物理量，其单位安培是基本单位 C.电流是矢量，其方向是正电荷定向运动的方向 D.对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零 答案：B 【变式1】关于电流方向，下列说法正确的是（ ） A.电荷定向移动的方向为电流方向 B.在电路中电荷的定向移动方向总是沿着高电势到低电势的方向 C. 因为电流有方向，所以电流是矢量 D.在电源外部电路中，电流的方向是从电源的正极流向负极 答案：D 【变式2】关于电流，以下说法正确的是（ ） A.通过截面的电荷量多少就是电流的大小 B.电流的方向就是电荷定向移动的方向 C.在导体中，只要自由电荷在运动，就一定会形成电流 D.导体两端没有电压就不能形成电流 答案：D 【例2】现代生活离不开电源，电子表、照相机、移动电话、计算器及许多电子产品，都需要配备各式各样的电源，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 答案：B 【变式1】关于导线中的电场，下列说法正确的是（ ） A.导线内的电场线可以与导线相交 B.导线内的电场E是由电源电场E0和导线侧面堆积电荷形成的电场E’叠加的结果 C.导线侧面的堆积电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态 D.导线中的电场是静电场的一种 答案：B 【变式2】如图所示，两个带绝缘柄的金属球A、B，A带负电，B不带电，用导体棒连接A、B瞬间，下列说法中错误的是（ ） A.有瞬时电流形成，方向由A到B B.A、B两端的电势不相等 C.导体棒内的电场强度不等于零 D.导体棒内的自由电荷受电场力作用做定向移动 答案：A 出题角度2：电流的计算 【例1】有两个完全相同的小球A和B，A带+Q的电荷量，B带-Q的电荷量，用导线将A、B球连接，经时间t导线中不再有电荷定向移动，求导线中的平均电流. 答案：Q/t 【变式1】（多选）通常一次闪电过程历时约0.2～0.3s，它由若干个相继发生的闪击构成。每个闪击持续时间仅40～80μs，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0×109V，云地间距离约为1km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6C，闪击持续时间约为60μs。假定闪电前云地间的电场是均匀的。根据以上数据，下列判断正确的是（ ） A.闪电电流的瞬时值可达到1×105A B.整个闪电过程的平均功率约为1×1014W C.闪电前云地间的电场强度约为1×106V/m D.整个闪电过程向外释放的能量约为6×106J 答案：AD 【例2】在电解液导电中，若在5s内分别有5C的正离子和5C的负离子通过电解槽中与电流方向垂直的截面，则电路中的电流是多少 若5s内各有5C的正、负离子分别在阴极和阳极放电，则电路中的电流是多少 答案：2A;1A 【变式1】如图所示，在NaCl溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图中所示，若测得2s内分别有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？电流有多大？ 答案：电流方向向右，即由A指向B；0.16A 【例3】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？ 答案： 出题角度3：电流微观表达式的应用 【例1】（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q，此时电子的定向移动速度为v，在Δt时间内，通过导线横截面自由电子数目可表示为（ ） A.nvSΔt B.nvΔt C. D. 答案：AC 【变式1】一段粗细均匀的铜导线的横截面积是S，导体单位长度内的自由电子数为n，铜导线内的自由电子的电荷量为e，自由电子做无规则热运动的速率为v0，导体中通过的电流为I。则下列说法中正确的有（ ） A.自由电子定向移动的速率为v0 B.自由电子定向移动的速率为v= C.自由电子定向移动的速率为真空中的光速c D.自由电子定向移动的速率为v= 答案：D 【变式2】设横截面积为1.0 mm2的铜导线中通过1.0 A的电流。在单位体积中的自由电子数为8.5×1028个，电子的电荷量为1.6×10-19 C，试计算这时自由电子的定向移动速率为多少？ 答案：4×10-5m/s 【知识回顾】 1.电流的产生条件是什么？ 2.如何定义电流的强弱和电流的方向？ 【规律总结】 【A组】 1．以下说法正确的是(　　) 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 答案：B 2．关于导线中的电场，下列说法正确的是(　　) A．导线内的电场线可以与导线相交 B．导线内的电场E是由电源电场E0和导线侧面堆积电荷形成的电场E′叠加的结果 C．导线侧面堆积电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态 D．导线中的电场是静电场的一种 答案：B 3．通过甲、乙两导线横截面的电荷量之比为3∶5，甲、乙两导线通电时间之比为3∶2，则通过甲、乙两导体的电流之比为(　　) A． 1∶5 B． 2∶5 C． 5∶2 D． 5∶1 答案：B 4．（多选）如图所示，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，设元电荷为e，则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A→B 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到B，电流I＝ D．溶液内电流方向从A到B，电流I＝ 答案：AD 5．（多选）半径为R的橡胶圆环均匀带正电荷，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 答案：AB 6．导体中电流I的表达式I＝nqSv，其中S为导体的横截面积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷所带的电荷量，v是(　　) A．导体运动的速率 B．导体传导的速率 C．电子热运动的速率 D．自由电荷定向移动的速率 答案：D 7．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． 答案：B 8．鸟儿落在110 kV的高压输电线上，虽然通电的高压线是裸露电线，但鸟儿仍然安然无恙，这是因为(　　) A．鸟有耐高压的天性 B．鸟脚是干燥的，所以鸟体不导电 C．鸟两脚间的电压几乎为零 D．鸟体电阻极大，所以无电流通过 答案：C 9．设金属导体的横截面积为S，单位体积内的自由电子数为n，自由电子定向移动速度为v，若电子的电量为e，那么在时间t内，通过某一横截面积的电量为_____；若导体中的电流I，则电子定向移动的速率为______。 答案： 10．导体中的电流是5 μA，那么在3.2 s内有_____C的电荷定向移动通过导体的横截面，相当于_____个电子通过该截面。 答案：1.6×10﹣5 1.0×1014 11．有一条横截面积S＝1 mm2的铜导线，通过的电流I＝1A。已知铜材料的密度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，电子电荷量e＝－1.60×10－19 C。求铜导线中自由电子定向移动的速率。 答案：v＝7.5×10－5 m/s 1．高速公路通常用车流量来衡量它的繁忙程度，车流量即单位时间通过路上某一观测站的车辆数目；类似地在电学中用电流强度来衡量通过导体中电流的强弱，河流中用水量来衡量河水中水流的大小，下列相关说法正确的是（　　） A．电流强度是指单位时间内通过导体某处横截面的电荷量 B．电流强度是指单位时间内通过导体某处横截面单位面积的电荷量 C．水流量可用河水单位时间流过河道某处横截面水的速度来衡量 D．水流量可用河水单位时间流过河道某处横截面水的质量来衡量 答案：A　 2．若通过一段导体的电流是2A，则1分钟内通过该导体某截面的电量为（　　） A．2C B．0.5C C．120C D．200C 答案：C　 3．关于电流，下列说法中正确的是（　　） A．通过导线截面的电量越多，电流越大 B．电子运动的速率越大，电流越大 C．单位时间内通过导体截面的电量越多，导体中的电流越大 D．因为电流有方向，所以电流是矢量 答案：C