11.1　电源和电流 学案—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册专题强化（word含答案）

专题14　电源和电流
专题14　电源和电流
1．了解电流的形成条件、电源的作用和导体中的恒定电场.
2.理解电流的定义、定义式、单位及方向的规定，会用公式q＝It分析相关问题.
3.会推导电流的微观表达式，从微观的角度认识影响电流大小的因素．

一、电源
1．定义：能把电子在电源内部从电源正极搬运到负极的装置．
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．
(2)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．
(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.
知识深化
1．电流的方向：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与电流的方向相反．
2．电流的定义式：I＝.用该式计算出的电流是时间t内的平均值．对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等．
3．电流是标量：虽然有方向，但它是标量，它遵循代数运算法则．
例1.关于电源和电流，下列说法正确的是（?? ）
A.?电流是矢量，规定正电荷定向运动的方向为电流的方向
B.?电源电动势，等于非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极所做的功
C.?电源是将其它形式的能转化为电能的装置
D.?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
【答案】 C
【解析】A．电流是标量，规定正电荷的定向移动方向为电流的方向，A不符合题意；
B．电源电动势，在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功，B不符合题意；
C．电源是将其他形式的能转化为电能的装置，C符合题意；
D．电源的作用是在电源内部把正电荷由负极不断地搬运到正极，从而使两极之间有稳定的电势差，D不符合题意。
故答案为：C。
例2.李老师刚买了一个手机，该手机电池的额定容量为1200mAh ， 额定电压为 3.7V. 用了一段时间后，他发现手机的待机时间为10天，请你分析一下，该手机待机状态下的电流是多大？
【答案】 解：该手机储存的电荷量为： Q=It=1.2A×3600s=4320C ；
待机时间为： t=10 天 =10×24×3600=864000s ；
则待机电流为： I=qt=4320864000=0.005A ．
1.氢弹造价高，寿命短，难保存。最主要的原因就是其中的氚核 13H 会发生β衰变生成氦核 23He ，其半衰期为12.5年。若一枚氢弹中有1kg氚核 13H ，假设氚核 13H 衰变产生的电子全部定向运动，已知电子电荷量为1.6×10-19C，阿伏加德罗常数为6×1023mol-1 ， 1年约为3.2×107s。则一个半衰期内形成的平均电流约为（?? ）
A.?4×10-4A????????????????????B.?4×10-2A?????????????????????C.?8A?????????????????????D.?8×10-2A
2.关于电流，下列说法正确的是（?? ）
A.?电流为矢量，单位为C·s??????????????????????????????????????B.?电流为矢量，单位为C/s
C.?电流为标量，单位为C·s??????????????????????????????????????D.?电流为标量，单位为C/s
3.气体放电管中，每时每刻有大量的气体分子被电离成电子和正离子。若每秒有n1个电子和n2个氢离子（质子）经过管的某个横截面，基元电荷的大小记为e。则放电管中的电流强度在数值上等于（?? ）
A.?n1e???????????????????????????B.?n2e???????????????????????C.?（n1+n2）e?????????????????????????D.?|n1?n2|e
4.如图所示，电解池内有一价离子的电解液，在时间t内通过溶液截面S的正离子数为n1 ， 负离子数为n2 ， 设元电荷电荷量为e，则以下说法正确的是（?? ）
A.?溶液内电流方向从A到B，电流为 n1et
B.?溶液内电流方向从B到A，电流为 n2et
C.?溶液内正、负离子反方向移动，产生的电流相互抵消
D.?溶液内电流方向从A到B，电流为 (n1+n2)?et .
5.新冠病毒肆虐期间，我们用手机或平板上网课，经常用充电宝作为备用电源。某品牌充电宝上标有 10400mAh （毫安时），关于 mAh 的说法正确的是（?? ）
A.?mAh 是电功单位??????????B.?mAh 是电流单位??????????
C.?mAh 是电量单位??????????D.?mAh 是电压单位
6.对闭合回路相关概念的认识，下列正确的是（?? ）
A.?电阻两端的电压越大，其电阻值越大
B.?电动势反映了电源把其他形式能量转化为电能的本领
C.?电流的方向就是电荷定向移动的方向
D.?电动势和电势差的单位相同，电动势实质上就是电势差
7.电荷量的单位C用基本单位可表示为（?? ）
A.?N·m/s??????????????????????????????B.?A·s?????????????????????????C.?J/V???????????????????????D.?V/A
8.有一段导体，在时间 t=3 秒内通过了 Q=6 库仑的电量，那么导体中的电流强度是多大？
9.在某次闪电中，持续时间为 0.005s ，所形成的平均电流为 6×104A ，若闪电过程中，流过某横截面积的电荷以 0.5A 的电流通过电灯，可供电灯照明多长时间？
10.有一条横截面积 S=1mm2 的铜导线，通过的电流 I=0.5A． 已知铜的密度 ρ=8.9×103kg/m3 ，铜的摩尔质量 M=6.4×10?2kg/mol ，阿伏加德罗常数 NA=6.02×1023mol?1 ，电子的电量 e=?1.6×10?19 C.在这个问题中可认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子 . 求铜导线中自由电子定向移动的速率 .( 结果保留三位有效数字 )
1.【答案】 B
【解析】阿伏伽德罗常数是联系微观和宏观的桥梁。1kg氚核所含分子数 N=mMNA
其中m=1kg，M为氚核摩尔质量。半衰期T内，有 12N 个分子发生衰变，即释放 12N 个电子，又 I=qt
其中t=Tq=12Ne
得 I=4×10?2 A
故答案为：B。
2.【答案】 D
【解析】电流强度的运算不符合平行四边形法则，是标量，由 I=qt 得，电流强度的单位是C/s。
故答案为：D。
3.【答案】 C
【解析】根据电流定义式得 I=qt=n1e+n2e1=n1e+n2e
故答案为：C。
4.【答案】 D
【解析】电流的方向与正离子定向移动方向相同，则溶液内电流方向从A到B．t时间内通过通过溶液截面s的电荷量q=n1e+n2e，则根据电流的定义式 I=qt=n1e+n2et=(n1+n2)et ，
故答案为：D.
5.【答案】 C
【解析】充电宝上标的 10400mAh （毫安时），其中的 10400mAh （毫安时）是电量单位，表示电池所储存的电能多少的物理量；如果电池以1mA的电流放电，能持续放电10400h。
故答案为：C。
6.【答案】 B
【解析】A．电阻的阻值与电阻两端的电压无关，只与材料、长度及横截面积有关。A不符合题意；
B．电动势反映了电源把其他形式能量转化为电能的本领。B符合题意；
C．电流的方向就是正电荷定向移动的方向，与负电荷定向移动的方向相反。C不符合题意；
D．电势差是描述电场能的性质的物理量，与电动势只是单位上一致，意义完全不同。D不符合题意。
故答案为：B。
7.【答案】 B
【解析】ABCD．由电流的定义式 I=qt 可得 q=It
由该式可知，电荷量的单位为电流单位与时间单位的乘积，即A·s，B符合题意。
故答案为：B。
8.【答案】 解:由 I=qt 可得： I=63A=2A
9.【答案】 解:由于总的电荷量不变，设供电时间为t，则有：0.005×6.0×104=0.5t，解得t=6×103s
10.【答案】 解:设铜导线长为L 则体积为LS ，质量 m=LSρ ；摩尔数 n=mM ；总的自由电子数为 nNA ；
电荷量为 q=nNAe
全部通过该铜线截面时间为 t=Lv
则 I=qt=nNAevL=sρNAevM ；
即 v=MIsρNAe
代入数据知 v=3.73×10?5m/s