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第一节
电源和电流
一、电源
1.定义：电源就是能不断地把自由电子从正极搬运到负极，使正、负极之间始终存在电势差的装置。（从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能转化为电能的装置）
2.电源的作用
如图所示，B的自由电子不断向A移动，若无装置P，很快A与B便成为等势体
如图所示，装置P能够在B失去电子的同时，将A得到的电子搬运至B。这样A与B所带电荷量保持不变，即A、B之间的电势差稳定，电路中存在恒定的电流。
【典例1】下列关于电源的说法正确的是（ ）
A．电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极，保持两极之间有电压
B．电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电势能的过程
C．电荷的移动形成电流
D．只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流
【答案】B
【解析】
在电源内部，电源把电子由正极搬运到负极，这一过程要克服静电力做功，把其他形式的能转化为电势能，故选项A错误，选项B正确。电荷的定向移动才形成电流，选项C错误。电路中要形成持续的电流，既要有电源，电路又要闭合，两者缺一不可，故选项D错误。
【练习1】关于电源的以下说法，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.电路没有电源，电路中也会有电流
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
【解析】
电源的作用是维持正、负极之间稳定的电势差，外电路中自由电子在电场力的作用下向正极移动，在电源内部，需要将电子由正极不断地搬运到负极，故A错，B对.电路中有电流不仅需要电源，还需要电路是闭合的，两者缺一不可，故C错.电源是对电路提供能量的装置，故D错.
【练习2】（多选）将一些电学元件用导线连接在某电源的两端，下列描述正确的是（ ）
A．电源的作用是使电源的正、负极两端保持一定的电势差
B．电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷
C．导体中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的
D．导体中的电场是由电源的电场和导体中积累的电荷形成的电场叠加而形成的
【答案】AD
【解析】
电源将负电荷从正极搬到负极，维持正、负极间有一定的电势差，A正确，B错误；导体中的电场是电源电场和导体中积累的电荷形成的电场叠加而成的，C错误，D正确。
二、电流
1.定义：通过导体横截面的电荷量跟通过这些电荷量所用时间的比值叫电流。
2.表达式
3.理解
①
符号，单位A（安培，简称“安”），单位换算满足
②
标量，在电源外部，电流由正极流向负极，在电源内部，电流由负极流向正极。电流的流向具有方向性，但并不遵循平行四边形定则，所示是标量。
③
形成条件：导体处于闭合回路中且导体两段有电势差
④
恒定电流：大小、方向不随时间变化的电流
三、电流形成的两种基本方式
1.导体中电流的形成机制
对于一段流过恒定电流的导体，用以下条件描述：
①
导体中单个电荷的带电量为（实际上金属导体中是自由电子电荷量）
②
导体中单位体积内的电荷数量为
③
导体中电荷定向移动的速率为
④
导体的横截面积为
【推导过程】
时间内通过导体横截面积的电荷总量为
通过导体的电流微观表达式为
这里需要注意的是，电子定向移动的速率知识表征电流大小的物理量之一，与电流的宏观速度并不是同一概念。当回路闭合，电路中的各个位置以光速迅速建立了电场。随着电场的建立，电路中各处的自由电子在静电力的作用下几乎同时开始做定向运动，整个电路也就几乎同时形成电流。
2.电解池内电流的形成机制
A、B间接有恒压电源，在时间内通过横截面积的正负离子均为，正、负离子的带电量分别为、，则电流强度为
【典例2】关于电流，下列说法中正确的是（ ）
A.通过导线横截面的电荷量越多，电流越大
B.电子运动的速度越大，电流越大
C.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
D.因为电流有方向，所以电流是矢量
【答案】C
【解析】
据I＝可知，单位时间内通过导线横截面的电荷量越多，导体中的电流越大，并非通过导线横截面的电荷量越多，电流就越大，故A错误，C正确；根据电流的微观表达式I＝nqvS可知，电子运动的速率越大，电流不一定越大，还与单位体积内自由电子数n、横截面积S有关，故B错误；电流有大小和方向，但电流是标量，故D错误.
【练习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.3×10－6
A
D.9.6×10－6
A
【答案】A
【解析】
电子枪2
s发射的电荷量q＝6×1013×1.6×10－19
C＝9.6×10－6
C，所以示波管中的电流大小为I＝＝
A＝4.8×10－6
A，故A正确，B、C、D错误.
【练习4】如图所示，电解池内有一价的电解液，时间t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，电流强度I＝
D．溶液内电流方向从A→B，电流强度I＝
【答案】D
【解析】
正电荷定向移动的方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，A、B错误；有正、负电荷反向经过同一截面时，I＝公式中q应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故I＝，电流方向由A指向B，C错误，D正确。
【练习5】（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，此电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为（ ）
A．nvSΔt
B．nvΔt
C．
D．
【答案】AC
因为I＝，所以q＝I·Δt，自由电子数目为N＝＝，C正确，D错误；
又因为电流的微观表达式为I＝nevS，所以自由电子数目为N＝＝＝＝nvSΔt，A正确，B错误。
【练习6】（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（ ）
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
【答案】CD
【解析】
同一根导线上的电流相等，故A错误，C正确；由I＝nqSv可得v＝，粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大，故B错误，D正确.
【练习7】在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝中不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束.已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是（ ）
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】
加速过程，eU＝mv2，则v＝，由I＝nqvS知，一小段长为Δl的电子束内的电子数N＝nΔlS＝Δl＝.
【练习8】非洲电鳐的捕猎方式是放电电死猎物，它放电的电压可达100
V，电流50
A，每秒钟放电150次，其放电情况可近似看做如图1所示的图线．则放电1秒钟非洲电鳐放出的电量为（ ）
A．25
C
B．50
C
C．150
C
D．250
C
【答案】A
【解析】
由题图象可得1秒钟该鱼的放电时间为0.5
s，根据电流的定义式I＝，可得q＝It＝50×0.5
C＝25
C，故A正确．
【练习9】通常来说闪电产生的电压、电流是不稳定的，假设这次闪电产生的电压可等效为2.5×107
V、电流可等效为2×105
A、历时1×10－3
s，则：
(1)若闪电定向移动的是电子，这次闪电产生的电荷量以0.5
A的电流给小灯泡供电，能维持多长时间？
(2)这次闪电释放的电能是多少？
【答案】(1)400
s (2)5×109
J
【解析】
(1)根据电流的定义式I＝，可得
q＝It＝2×105×10－3C＝200
C，
供电时间t′＝＝
s＝400
s
(2)这次闪电释放的电能为
E＝qU＝200×2.5×107
J＝5×109
J
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电源和电流
一、电源
1.定义：电源就是能不断地把自由电子从正极搬运到负极，使正、负极之间始终存在电势差的装置。（从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能转化为电能的装置）
2.电源的作用
如图所示，B的自由电子不断向A移动，若无装置P，很快A与B便成为等势体
如图所示，装置P能够在B失去电子的同时，将A得到的电子搬运至B。这样A与B所带电荷量保持不变，即A、B之间的电势差稳定，电路中存在恒定的电流。
【典例1】下列关于电源的说法正确的是（ ）
A．电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极，保持两极之间有电压
B．电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电势能的过程
C．电荷的移动形成电流
D．只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流
【练习1】关于电源的以下说法，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.电路没有电源，电路中也会有电流
D.电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量
【练习2】（多选）将一些电学元件用导线连接在某电源的两端，下列描述正确的是（ ）
A．电源的作用是使电源的正、负极两端保持一定的电势差
B．电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷
C．导体中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的
D．导体中的电场是由电源的电场和导体中积累的电荷形成的电场叠加而形成的
二、电流
1.定义：通过导体横截面积的电荷量跟通过这些电荷量所用时间的比值叫电流。
2.表达式
3.理解
①
符号，单位A（安培，简称“安”），单位换算满足
②
标量，在电源外部，电流由正极流向负极，在电源内部，电流由负极流向正极。电流的流向具有方向性，但并不遵循平行四边形定则，所示是标量。
③
形成条件：导体处于闭合回路中且导体两段有电势差
④
恒定电流：大小、方向不随时间变化的电流
三、电流形成的两种基本方式
1.导体中电流的形成机制
对于一段流过恒定电流的导体，用以下条件描述：
①
导体中单个电荷的带电量为（实际上金属导体中是自由电子电荷量）
②
导体中单位体积内的电荷数量为
③
导体中电荷定向移动的速率为
④
导体的横截面积为
【推导过程】
时间内通过导体横截面积的电荷总量为
通过导体的电流微观表达式为
这里需要注意的是，电子定向移动的速率知识表征电流大小的物理量之一，与电流的宏观速度并不是同一概念。当回路闭合，电路中的各个位置以光速迅速建立了电场。随着电场的建立，电路中各处的自由电子在静电力的作用下几乎同时开始做定向运动，整个电路也就几乎同时形成电流。
2.电解池内电流的形成机制
A、B间接有恒压电源，在时间内通过横截面积的正负离子均为，正、负离子的带电量分别为、，则电流强度为
【典例2】关于电流，下列说法中正确的是（ ）
A.通过导线横截面的电荷量越多，电流越大
B.电子运动的速度越大，电流越大
C.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
D.因为电流有方向，所以电流是矢量
【练习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.3×10－6
A
D.9.6×10－6
A
【练习4】如图所示，电解池内有一价的电解液，时间t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，电流强度I＝
D．溶液内电流方向从A→B，电流强度I＝
【练习5】（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，此电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为（ ）
A．nvSΔt
B．nvΔt
C．
D．
【练习6】（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（ ）
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
【练习7】在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝中不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束.已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是（ ）
A.
B.
C.
D.
【练习8】非洲电鳐的捕猎方式是放电电死猎物，它放电的电压可达100
V，电流50
A，每秒钟放电150次，其放电情况可近似看做如图1所示的图线．则放电1秒钟非洲电鳐放出的电量为（ ）
A．25
C
B．50
C
C．150
C
D．250
C
【练习9】通常来说闪电产生的电压、电流是不稳定的，假设这次闪电产生的电压可等效为2.5×107
V、电流可等效为2×105
A、历时1×10－3
s，则：
(1)若闪电定向移动的是电子，这次闪电产生的电荷量以0.5
A的电流给小灯泡供电，能维持多长时间？
(2)这次闪电释放的电能是多少？
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