(共10张PPT)
1.电流:由自由电荷的定向移动形成。
2.形成电流的条件:回路中存在自由电荷和电压。
3.形成持续电流的条件:导体两端有持续电压。
4.电流的速度:并不是电子的运动速度,而是电场的传播速度,它等于3.0×108 m/s。
5.电子热运动的平均速率:构成导体的自由电子在不停地做无规则热运动,常温下金属内的自
由电子热运动的平均速率数量级为105 m/s。
6.电子定向移动速率:自由电子在电场的作用下做整体的定向移动,其定向移动速度很小,数
量级大约是10-5 m/s。
第1节 电流
知识 清单破
知识点 1 电流的形成
1.电流的方向
(1)规定:正电荷定向移动的方向。
(2)金属内部的电流方向跟负电荷定向移动的方向相反。
(3)外电路中,电流总是从电源正极流向电源负极。
2.电流的大小和单位
(1)流过导体某一横截面的电荷量与所用时间之比称为电流。
(2)定义式:I= 。
(3)单位
电流单位:安培,符号为A。
常用单位还有毫安(mA)和微安(μA)。
知识点 1 电流的方向和大小
换算关系:1 A=103 mA=106 μA。
(4)直流电:方向不随时间改变。
恒定电流:大小和方向都不随时间改变。
1.任何物体,只要两端有电压,就有电流。 ( )
2.电路中的电流越大,表示通过导体横截面的电荷量越多。 ( )
3.从微观角度看,当导体内没有电场时,在常温下,金属内的自由电子以105 m/s的平均速率在
不停地做无规则热运动,也能形成电流。 ( )
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
回路中还必须存在自由电荷。
提示
由I= 知,电流越大,单位时间通过导体横截面的电荷量越多。
提示
从宏观(统计)角度来看,这些自由电子朝任一方向运动的概率都一样,没有整体定向运动,形不成电流。
提示
4.运用公式I= 计算电解液中的电流时,q应是同一时间内正、负两种离子通过同一横截面的
电荷量的绝对值之和。 ( )
5.金属导体导电时定向移动的电荷为自由电子,电解质溶液导电时定向移动的自由电荷为
正、负离子,气体导电时定向移动的电荷为自由电子、正离子和负离子。( )
√
√
讲解分析
1.对电流的定义式I= 的理解
(1)电流指电荷定向移动时单位时间内通过导体某一横截面的电荷量,即I= ,其中q是在时间t
内通过某一横截面的电荷量,不是通过单位面积的横截面的电荷量。
(2)电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反,但正、负离子定向移动形成的电流方向
是相同的,应用I= 时,q为正电荷的总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
(3)在应用I= 计算时,各个物理量的单位都用国际单位制表示。
疑难 情境破
疑难 电流的大小及微观解释
两个公式 I= I=neSv
公式性质 定义式 决定式
电流的意义 t时间内的平均电流 某时刻的瞬时电流
描述的角度 大量电荷定向移动的宏观表现 形成电流的微观实质
联系 由I=q/t可推导出I=neSv 2.电流的两个公式I= 和I=neSv的比较
典例 电荷的定向移动形成电流,电流是物理量中的基本量之一。电流载体称为载流子,大自
然有很多种承载电荷的载流子,例如,金属导体内可自由移动的电子、电解液内的离子、等
离子体内的正负离子、半导体中的自由电子和空穴,这些载流子的定向移动,都可形成电
流。有一圆柱形的纯净半导体硅,其横截面积为2.5 cm2,通有电流2 mA时,其内自由电子定向
移动的平均速率为7.5×10-5 m/s,空穴定向移动的平均速率为2.5×10-5 m/s【1】。已知硅的密度
为2.4×103 kg/m3,摩尔质量是28 g/mol,电子的电荷量e=-1.6×10-19 C,空穴和自由电子总是成对
出现【2】,它们所带电荷量相等,但电性相反,阿伏加德罗常数为N0=6.02×1023 mol-1。若一个硅
原子至多释放一个自由电子,试估算此半导体材料平均多少个硅原子才有一个硅原子释放出
自由电子。
信息提取 【1】自由电子定向移动和空穴定向移动的方向相反,自由电子和空穴分别带负
电和正电,形成的电流方向相同。
【2】空穴和自由电子总是成对出现说明单位体积内自由电子和空穴数目相同。
思路分析 利用电流的微观表达式【3】,结合总电流等于二者定向移动形成的电流之和,计算
出单位体积内的自由电子数,通过比值可求解。
解析 设此半导体单位体积内有n个自由电子,同时也将有n个空穴(由【2】得到);以S表示横
截面积,v1、v2分别表示半导体中空穴和自由电子定向移动的平均速率,I1和I2分别表示半导体
中空穴和自由电子形成的电流,则有:I1=nev1S,I2=nev2S(由【3】得到)
总电流I=I1+I2(由【1】得到)
由此可得n=
设单位体积内有n个硅原子放出自由电子;单位体积内硅原子的个数N= N0
则 =
代入数据解得 =1×10-5
说明每1×105个硅原子才有一个硅原子释放出自由电子。
答案 1×105第3章 恒定电流
第1节 电流
基础过关练
题组一 电流的理解及计算
1.关于电流的概念,下列说法正确的是 ( )
A.导体中有电荷运动就会形成电流
B.电流是矢量,其方向就是正电荷定向移动的方向
C.在国际单位制中,电流是一个基本物理量,其单位安培是基本单位
D.对于导体,其两端电势差为零,电流不一定为零
2.关于电流的方向,下列叙述中正确的是( )
A.导体中电流的方向是自由电荷定向移动的方向
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
3.当导体中有电流通过时,下列说法正确的是 ( )
A.电子定向移动速率接近光速
B.电子定向移动速率就是电场传导速率
C.电子定向移动速率就是电子热运动速率
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
4.在4 s内通过电解槽某一横截面向右迁移的正离子所带的总电荷量为8 C,向左迁移的负离子所带的总电荷量为8 C,那么电解槽中的电流为 ( )
A.1 A B.4 A C.5 A D.8 A
5.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
6.同一电解槽中,在最初的t1=1 s的时间内向右通过了2×1018个二价正离子,在接下来的t2=2 s的时间内向左通过了1018个一价负离子,则下列说法正确的是( )
A.两段时间内电流的方向相反
B.两段时间内电流的大小相同
C.t1时间内的电流是t2时间内电流的4倍
D.t1时间内的电流是t2时间内电流的8倍
7.如图所示,是手机电池上的部分参数,该手机待机时间为100 h,根据图中所给参数,试计算该手机待机时电池提供的电流大小是 ( )
A.3 mA B.5 mA C.12 mA D.18 mA
8.安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕原子核运动可等效为一环形电流。如图为一分子电流模型,电荷量为e的电子以角速度ω绕原子核沿顺时针方向做匀速圆周运动,则该环形电流的大小和方向为 ( )
A.,逆时针 B.,顺时针
C.,逆时针 D.,顺时针
9.如图所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀地带有负电荷,单位长度内电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为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.vqS D.
10.如图所示,在一溶液中,8 s内有1.0×1016个一价正离子和5.0×1015个二价负离子通过某截面N,其中负离子水平向右移动,正离子水平向左移动,则通过截面N的电流的方向和大小是 ( )
A.水平向左,0.4 mA
B.水平向右,0.4 mA
C.水平向左,0.2 mA
D.水平向右,0.2 mA
题组二 电流的微观表达式
11.(多选)如图所示,将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来,已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的2倍。在铜导线上取一个截面A,在铝导线上取一个截面B,若在1 s内垂直地通过它们的电子数相等,那么,通过这两个截面的 ( )
A.电流相等
B.电流不相等
C.自由电子定向移动的速率相等
D.自由电子定向移动的速率不相等
12.(多选)甲、乙为同种材料做成的两柱状导体,横截面积之比为1∶2,长度之比为2∶1。相同时间内,通过甲、乙两导体某一横截面的电荷量之比为1∶2,则甲、乙两导体中 ( )
A.电流之比为1∶2
B.电流之比为1∶1
C.自由电荷定向移动的平均速率之比为1∶1
D.自由电荷定向移动的平均速率之比为1∶2
13.如图所示,来自质子源的质子(初速度为零)经加速器加速后,形成细柱形的质子流。已知细柱形质子流的横截面积为S,单位体积内的质子数为n,质子的质量为m、电荷量为e,其形成的等效电流为I,则质子经加速器加速后的速度为 ( )
A. B.
C. D.
14.有一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流为I,设单位体积导线内有n个自由电子,电子的电荷量为e,此时电子的定向移动速度为v,在Δt时间里,通过导线某横截面的自由电子数目可表示为 ( )
A.nvSΔt B.nvΔt
C. D.
答案与分层梯度式解析
第3章 恒定电流
第1节 电流
基础过关练
1.C 2.C 3.D 4.B 5.A 6.D 7.B
8.A 9.A 10.A 11.AD 12.AC 13.B 14.A
1.C 导体中有电荷运动不一定能形成电流,电荷要发生定向移动才能形成电流,故A错误;规定正电荷定向移动的方向是电流的方向,但电流运算时遵循的是代数加减法则,所以电流不是矢量,是标量,故B错误;在国际单位制中,电流是一个基本物理量,其单位安培是基本单位,故C正确;形成电流的条件为导体两端有电势差,对于导体,只要其两端电势差为零,电流就一定为零,故D错误。故选C。
归纳总结 本题应掌握形成电流的两个条件:①导体中存在自由移动的电荷;②导体两端存在电势差。特别注意电流有大小也有方向,但其运算不遵循平行四边形定则,所以电流不是矢量,而是标量。
2.C 电流是有方向的,电流的方向是人为规定的,物理上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,则负电荷定向移动的方向一定与电流的方向相反,自由电荷的电性不能确定,故只有C项正确。
3.D 电子定向移动的速率很小,数量级大约为10-5 m/s,自由电子只不过在速率很大的热运动上附加了一个速率很小的定向移动,故D正确,A错误;电场的传导速率为光速c=3×108 m/s,无规则热运动速率的数量级大约为105 m/s,故B、C错。
4.B 电解槽中的电流为I== A=4 A,故选B。
5.A 每个电子的电荷量大小为e=1.6×10-19 C,6×1013个电子的总电荷量为q=6×1013×1.6×10-19 C=9.6×10-6 C,则示波管中电流大小为I== A=4.8×10-6 A。故选A。
6.D 两段时间内电流的方向相同,所以A错误;由电流的定义公式得I1== A=0.64 A,I2== A=0.08 A,则t1时间内的电流是t2时间内电流的8倍,所以D正确,B、C错误。
7.B 由电流的定义式得I===5 mA。故选B。
8.A 由电流定义式I=可知等效电流为I=,又因为T=,联立可得I=。又因为电子带负电,所以电流方向与电子运动方向相反,故电流方向为逆时针。A正确,B、C、D错误。
归纳总结 (1)金属导体中电流的计算:金属导体中的自由电荷只有自由电子,运用I=计算,但注意电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关。
(2)电解液中电流的计算:电解液中的自由电荷是正、负离子,运用I=计算时,q应是同一时间内正、负两种离子通过同一横截面的电荷量的绝对值之和。正电荷定向移动形成的电流与负电荷定向移动形成的电流是等效的,只不过负电荷定向移动形成的电流的方向与负电荷定向移动的方向相反而已。
(3)环形电流的计算:环形电流的计算采用等效的观点。所谓等效电流,就是把电子周期性地通过圆周上各处形成的电流看成持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流。对周期性运动的电荷,常取一个周期利用I=来计算等效电流。
9.A 经过时间t,通过右端横截面的电荷量Q=qvt,根据I=得I=vq,A正确。
10.A 8 s内流过截面的电荷量为Q=1.0×1016×1.6×10-19 C+5.0×1015×2×1.6×10-19 C=3.2×10-3 C,则由电流的定义可知I== A=0.4 mA,由于正离子水平向左移动,则电流的方向水平向左。故选A。
11.AD 由电流定义知I==,故A正确,B错误;由电流的微观表达式I=nSev知,因为I、e均相等,SA=SB,nA≠2nB所以vA≠vB,故C错误,D正确。
12.AC 根据I=得==,A正确,B错误;根据电流的微观表达式I=nqSv得==1,C正确,D错误。
13.B 根据电流的微观表达式,可得I=neSv,解得v=,故选B。
14.A 电流的微观表达式为I=nevS,在Δt时间内通过导线某横截面的自由电子的电荷量q=IΔt,则在Δt时间内,通过导线某横截面的自由电子的数目为N===nvSΔt。故选A。
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