2020_2021学年新教材高中物理第三章恒定电流第一节导体的伏安特性曲线学案粤教版必修3.doc
2022-2023年粤教版(2019)新教材高中物理必修3 第3章恒定电流第1节导体伏安特性曲线课件
第一节 导体的伏安特性曲线
1 |电流
1.电流 (1)形成:电荷的 定向移动 形成电流.
形成电流的条件:a.存在 自由电荷 ,比如金属导体中的自由电子、电解液中的
正、负离子 .b.导体两端存在 电压 . (2)物理意义:反映了电流的 强弱 程度.
(3)符号及单位:用符号 I 表示,在国际单位制中,电流的单位是安培,符号
m/s≈1.08×10-5 m/s(由【6】得到)
答案 (1)2.35×103 A (2)2.5×10-2 V/m
(3)1.08×10-5 m/s
判断正误,正确的画“ √” ,错误的画“ ✕” .
1.只要导体两端没有电压,就不能形成电流. ( √) 提示:要形成电流,导体两端要有电势差,即电压,同时要形成闭合回路. 2.电路中的电流越大,表示通过导体横截面的电荷量越多. ( ✕) 提示:I= Q ,电路中的电流越大,表示单位时间内通过导体横截面的电荷量越多.
3 |导体的伏安特性曲线 1.定义:用纵坐标表示 电流 ,横坐标表示 电压 ,画出的导体的I-U图线 叫作导体的伏安特性曲线. 2.线性元件和非线性元件 (1)线性元件:其I-U图线是过原点的 直线 ,即I与U成 正比 . (2)非线性元件:其I-U图线是 曲线 .
4 |描绘小灯泡的伏安特性曲线
1.实验原理:R=U .
v
导体AD中的电流:I=Q t来自=nlSq l
=nqSv.
v
一根长为L=2 m、横截面积S=1.6×10-3 m2的铜棒,两端电压U=5.0×10-2 V,铜棒的电 阻R=2.13×10-5 Ω【1】,铜棒内自由电子数密度【2】为n=8.5×1029 m-3.求: (1)通过铜棒的电流. (2)铜棒内的电场强度. (3)自由电子定向移动的速率【3】.
2020_2021学年新教材高中物理第三章恒定电流习题课二伏安特性曲线与电表内阻的测定
习题课二 伏安特性曲线与电表内阻的测定综合提能一 对伏安特性曲线的理解[知识贯通]1．U I 图像与I U 图像(1)坐标轴意义不同：I U 图线为导体的伏安特性曲线，表示电流I 随电压U 的变化规律，横轴表示U 为自变量，纵轴表示I 为因变量；U I 图线的横轴表示电流I ，纵轴表示电压U 。
(2)图像上任意一点与坐标原点连线的斜率的意义不同：在图甲中，R 1＞R 2；而在图乙中R 2＞R 1。
2．非线性元件电阻的确定如图所示，非线性元件的I U 图线是曲线，导体电阻R n ＝U n I n，即电阻等于图线上点(U n ，I n )与坐标原点连线的斜率的倒数，而不等于该点切线斜率的倒数。
[典例1] [多选]小灯泡通电后其电流I 随所加电压U 变化的图线如图所示，P 为图线上一点，PN 为图线的切线，PQ 为U 轴的垂线，PM 为I 轴的垂线。
下列说法正确的是 ( )A ．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小B ．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大C ．对应P 点，小灯泡的电阻为R ＝U 1I 2D ．对应P 点，小灯泡的电阻为R ＝U 1I 2－I 1[解析] 图线上的点与原点连线的倒数等于电阻大小，由数学知识可知，随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大，故A 错误，B 正确；根据电阻的定义式可知，对应P 点，小灯泡的电阻为R ＝U 1I 2，故C 正确；此电阻是非线性元件，其电阻不等于图线切线斜率的倒数，所以小灯泡的电阻R ≠U 1I 2－I 1，故D 错误。
[答案] BC(1)导体的伏安特性曲线不是过坐标原点的直线时，其斜率不再是导体电阻的倒数。
某一状态的电阻应是图线上该点与坐标原点连线斜率的倒数。
(2)随着电压的升高，图线上各点与坐标原点连线的斜率变小，电阻变大，所以该导体的电阻不是一个固定的值，其电阻随电压的升高逐渐变大。
[集训提能]1．某同学对四个电阻各进行了一次测量，把每个电阻两端的电压和通过它的电流在U I 坐标系中描点如图所示，分别用R a 、R b 、R c 、R d 代表电阻的阻值，则( )A ．R a >R dB ．R d >R aC ．R c >R bD ．R b >R c解析：选A 连接aO 、bO 、cO 、dO ，U I 图线的斜率表示电阻的大小，故R a >R d ，A 正确，B 错误，又因为O 、b 、c 三点在一条直线上，故R b ＝R c ，故C 、D 错误。
高中物理必修三 第三章 第一节 导体的伏安特性曲线
3.(2022·北京师范大学珠海分校附属外国语学校高二期末)某金属导体内，
若在2 s内有3.2 C的电子定向通过某横截面，则电流大小为
A.6.4 A
B.0.8 A
√C.1.6 A
D.3.2 A
根据电流的定义式可知，电流大小 I＝qt ＝32.2 A＝1.6 A，故选 C.
例4 电路中有一段导体，给它两端加上4 V的电压时，通过它的电流为 10 mA，可知这段导体的电阻为__4_0_0__ Ω；如果给它两端加上10 V的 电压，在单位时间内通过某一横截面的电荷量为_2_._5_×_1_0_－__2_ C；如果 要让导体的电流为15 mA，则需要在其两端加上__6___ V的电压.
二、电流的微观表达式
1.电流的微观表达式的推导 如图所示，AD表示粗细均匀的一段长为l的导体，两端 加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的平 均速率为v，设导体的横截面积为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大小为q.则： 导体AD内的自由电荷全部通过横截面D所用的时间t＝vl .导体AD内的自由电荷总 数N＝nlS 总电荷量Q＝Nq＝nlSq
5.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 由电子定向移动的平均速率为v，则
与导体的横截面积S有关.
(2)v表示电荷定向移动的平均速率.自由电荷在不停地做无规则的热运动，
电流是自由电荷在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的.
高中物理第3章恒定电流测评课后习题含解析鲁科版3
第3章测评(时间:60分钟满分：100分）一、选择题(本题共12小题，每小题4分,共48分.第1～8题每小题中只有一个选项符合题目要求,第9~12题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)1。
根据欧姆定律，下列判断正确的是(）A.导体两端的电压越大，导体的电阻越大B.加在气体两端的电压与通过的电流的比值是一个常数C。
电流经过电阻时，沿电流方向电势要升高D。
电解液短时间内导电的U—I图线是一条直线A选项错,欧姆定律不适用于气态导体，故B选项错;由欧姆定律I=U得U=IR，可知电流经过U电阻时，电阻两端有电压，沿电流方向电势降低，故C选项错;欧姆定律适用于电解液导电，故D选项对。
2。
R1=10 Ω,R2=20 Ω，R1允许通过的最大电流为1。
5 A,R2两端允许加的最大电压为10 V。
若将它们串联,加在电路两端的最大电压可以是（)A。
45 V B。
5 V C。
25 V D。
15 VR1、R2串联，R1允许通过的最大电流为1。
5A,经计算,R2允许通过的最大电流仅为0。
5A，则通过串联电路的最大电流以最小的为准，从而求得加在电路两端的最大电压是15V，因而选D.3.下列说法正确的是()A.家庭生活中，常说的“1度”电，指的是电功率的单位B。
功率是1千瓦的空调正常工作1个小时所消耗的电能是1度C.1度等于1 000焦耳D。
1度等于3.6×106瓦度”是电能的单位,是指电功率为1kW的用电器正常工作1小时所消耗的电能，且1度=103×3600J=3。
6×106J,故B项正确。
4。
（2019～2020学年安徽黄山高二上期末质量检测)用电流表和电压表测量电阻的电路如图所示,其中R x为待测电阻。
电表内阻对测量结果的影响不能忽略，下列说法中正确的是(）A.电流表的示数小于通过R x的电流B。
电流表的示数大于通过R x的电流C。
电压表的示数小于R x两端的电压D.电压表的示数大于R x两端的电压,实验采用电流表外接法，电流表所测电流等于通过电阻的电流与通过电压表的电流之和,电流表的示数大于通过R x的电流,故A错误，B正确；由电路图可知，电压表与待测电阻并联,测量待测电阻两端电压，电压表的示数等于R x两端的电压,故C、D错误。
2020_2021学年新教材高中物理第3章恒定电流阶段提升课
2.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较:
【素养评价】 如图所示,A为电解槽,M为电动机,N为电炉子,恒定电压U=12 V,电解槽内阻rA= 2 Ω,S1闭合,S2、S3断开时,电流表A示数为6 A,当S2闭合,S1、S3断开时,电流表 A示数为5 A,且电动机输出功率为35 W;当S3闭合,S1、S2断开时,电流表A示数为 4 A。求: (1)电炉子的电阻及发热功率; (2)电动机的内阻; (3)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为多少。
(3)由图丙所示电路图可知,电流表采用外接法,由于电压表分流,所测电流偏大,由 欧姆定律可知,金属丝电阻测量值偏小。 (4)电压表读数为:U=2.60 V,电流表读数为:I=0.52 A。 答案:(1)23.85 (2)0.698 (3)偏小 (4)2.60 0.52
V,电流表所示游标卡尺可知,主尺示数为2.3 cm=23 mm,游标卡尺示 数为17×0.05 mm=0.85 mm, 金属丝的长度为23 mm+0.85 mm=23.85 mm; (2)由图乙所示螺旋测微器可知,固定刻度示数为0.5 mm, 可动刻度示数为19.8×0.01 mm=0.198 mm, 金属丝直径为0.5 mm+0.198 mm=0.698 mm;
【加固训练】 如图,电源电压U不变。为使电容器的带电量增大,可采取以下哪些方法 ( )
A.增大R1 C.增大R3
B.增大 R2 D.减小R3
【解析】选A。电路稳定时,电阻R1、R2串联,C相当于开关断开,则电容器的电压 等于电阻R1的电压,且电阻R1、R2的电压之比U1∶U2=R1∶R2。则知增大R1或减小R2, 可增大电阻R1的电压,即能增大电容器的电压,使电容器的带电量增大。R3对于 电容器的电压没有影响,故A正确,B、C、D错误。
新教材同步辅导2023年高中物理第三章恒定电流第一节导体的伏安特性曲线课件粤教版必修第三册
性元件
知识点一 电流 1．形成电流的条件． (1)有自由电荷． (2)导体两端存在电压． 2．电流的方向． 习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向． 3．电流． (1)表达式：I＝Qt ． (2)单位：国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是 A． (3)电流的微观表达式：I＝nqSv．
动形成的电流方向是相同的，应用 I＝Qt 求电流时，Q 为正电荷总电荷 量和负电荷总电荷量的绝对值之和．
②Q＝It 是 I＝Qt 的变形，是求电荷量的重要公式． ③电流是标量：电流虽然有方向，但是它遵循代数运算法则．
【典例 1】 如图所示，电解池内有一价的电解液，t 时间内通过溶液 内面积为 S 的截面的正离子数是 n1，负离子数是 n2，设元电荷为 e，以 下说法中正确的是( ) A．当 n1＝n2 时电流强度为零 B．当 n1＞n2，电流方向从 A→B，电流强度为 I＝（n1－t n2）e C．当 n1＜n2，电流方向从 B→A，电流强度为 I＝（n2－t n1）e D．溶液内电流方向从 A→B，电流强度为 I＝（n1＋t n2）e
(2)金属导体中自由移动的电荷是自由电子，电流的方向与自由电子 定向移动的方向相反． (3)在电源外部，电流从电源正极流向负极；在电源内部，电流从电 源负极流向正极． 3．电流的大小． (1)定义式：I＝Qt .用该式计算出的电流是时间 t 内的平均值． (2)三点说明． ①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
3.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长度所带的电荷量为 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．vq
2020_2021学年新教材高中物理第三章恒定电流第一节导体的伏安特性曲线
第一节 导体的伏安特性曲线核心素养点击物理观念(1)理解电流的定义、定义式，单位及方向的规定，会用公式I ＝Q t分析相关问题。
(2)知道欧姆定律和导体的伏安特性曲线。
科学思维 (1)学会用电流的微观表达式分析问题。
(2)理解欧姆定律和导体电阻的物理意义。
科学探究 探究导体中电流与其两端电压的关系，并描绘导体的伏安特性曲线。
一、电流 1．填一填 (1)形成电流的条件①存在自由电荷，比如金属导体中的自由电子，电解液中的正、负离子。
②导体两端存在电压。
(2)电流①概念：电荷的定向移动形成电流。
②物理意义：反映了电流的强弱程度。
③符号及单位：用符号I 表示，单位是安培，符号为A 。
④表达式：I ＝Q t。
⑤电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，负电荷定向移动的方向为电流的反方向。
⑥恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流。
2．判一判(1)电流的方向为电荷定向移动的方向。
(×) (2)电流既有大小，又有方向，是矢量。
(×)(3)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。
(√) 3．想一想为什么电闪雷鸣时，强大的电流能使天空发出耀眼的强光，但它只能存在于一瞬间，而灯泡却能持续发光？提示：闪电不能产生持续的电流，而灯泡发光时有电源供电。
二、欧姆定律、导体的伏安特性曲线 1．填一填 (1)欧姆定律①内容：导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。
②表达式：I ＝U R。
③适用条件：适用于金属和电解液导电，对气态导体和半导体元件不适用。
(2)导体的伏安特性曲线①定义：用纵坐标表示电流I 、横坐标表示电压U 画出的导体的I U 图线。
②线性元件：I U 图线是过原点的直线。
即I 与U 成正比。
③非线性元件：I U 图线是曲线。
2．判一判(1)任何情况下导体的电阻与两端的电压成正比，与通过的电流成反比。
粤教版高中物理必修第三册第三章第一节导体的伏安特性曲线练习含答案
第三章恒定电流第一节导体的伏安特性曲线基础过关练题组一电流1.(2022广东普宁华侨中学期中)在图示的导电液体池中,测得在4秒钟内共有8库仑正电荷和8库仑的负电荷沿着相反方向通过池的竖直截面OO',则电路中电流表指示的读数应为( )A.0B.2 AC.4 AD.8 A2.(2021吉林白城期中)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 AB.3×10-13 AC.9.6×10-6 AD.3×10-6 A3.(2020辽宁协作校联考)闪电是云与云之间、云与大地之间或者云体内各部位之间的强烈放电现象。
若某次闪电是在云与大地之间发生的,在放电时间t内有n个电子从地面向云层移动,电子的电荷量为e,则下列说法正确的是( ),方向由地面指向云层A.该次闪电的放电电流为ent,方向由云层指向地面B.该次闪电的放电电流为ent,方向由地面指向云层C.该次闪电的放电电流为net,方向由云层指向地面D.该次闪电的放电电流为net题组二导体的伏安特性曲线4.(2022辽宁沈阳月考)如图所示是某导体的I-U图像,图中α=45°,下列说法正确的是( )A.通过该导体的电流与其两端的电压成正比B.I-U图像的斜率表示电阻的倒数,所以R=1Ω=1 Ωtan45°C.此导体的电阻R=0.5 ΩD.在该导体两端加6 V电压时,每秒通过导体横截面的电荷量是2 C5.(2020黑龙江、吉林两省十校期中联考)某元件的一段伏安特性曲线如图所示,当通过元件的电流由0.20 A变为0.30 A时,元件电阻变化了( )A.5 ΩB.10 ΩC.15 ΩD.20 Ω能力提升练题组一等效电流的计算1.(2021江西宜春月考)如图所示,一根横截面积为S的长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米橡胶棒所带电荷量为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.vqB.qv C.qvS D.qvS2.(2022山东聊城阳谷二中月考)安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核运动可等效为一环形电流。
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第一节导体的伏安特性曲线必备知识·自主学习一、电流有的同学说:“电流有方向,电流就是矢量”,这种说法对吗?提示:不对,电流虽然有方向,但是电流的运算不遵循平行四边形定则,所以电流不是矢量,是标量。
1.电流:(1)定义:电荷的定向移动形成电流。
(2)意义:表示电流的强弱。
(3)单位:①国际单位:安培,简称安,符号为A。
②常用单位:毫安(mA)、微安(μA)。
③关系:1 mA=10-3A;1 μA=10-6A。
(4)表达式:I=。
(5)电流的方向:正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。
2.恒定电流:大小、方向都不随时间变化的电流。
二、欧姆定律由欧姆定律I=得R=,能否说导体电阻与电压成正比,与电流成反比?提示:不能,导体的电阻是由导体本身的性质决定的。
1.欧姆定律:(1)内容:导体的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比。
(2)表达式:I=。
2.伏安法:(1)内容:电压表测量导体两端的电压,用电流表测通过导体的电流的方法来计算导体的电阻的方法。
(2)表达式:R=。
三、伏安特性曲线导体在A状态下的电阻的倒数是该点切线的斜率还是OA直线的斜率?提示:是OA直线的斜率。
1.伏安特性曲线:用横坐标表示电压U,纵坐标表示电流I,画出的I-U图像。
2.线性元件:伏安特性曲线是一条过原点的直线,也就是电流I与电压U成正比的元件。
3.非线性元件:伏安特性曲线不是一条直线,也就是电流I与电压U不成正比的元件。
如图为二极管的伏安特性曲线,二极管为非线性元件。
(1)电流的方向与电荷定向移动的方向相同。
(×)(2)电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。
(√)(3)只要电路中有电源,电路中就会形成持续的电流。
(×)(4)由R=可知,导体的电阻跟导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比。
(×)(5)在I-U图像中,图线切线的斜率表示为电阻的倒数。
(×)关键能力·合作学习知识点一电流的性质1.形成电流的三种电荷:形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子,举例说明:(1)金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子;(2)液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子;(3)气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子。
2.电流的形成:(1)形成原因:电荷的定向移动。
(2)形成条件:导体两端有电压。
(3)电路中产生持续电流的条件:电路中有电源且电路闭合。
【典例】下列说法中正确的是( )A.导体中电荷运动就形成了电流B.在国际单位制中,电流的单位是AC.电流有方向,它是一个矢量D.任何物体,只要其两端的电势差不为零,就有电流存在【解析】选B。
自由电荷定向移动才形成电流,仅有电荷移动但不是定向移动则不能形成电流,故选项A错误;形成电流的条件是导体两端有电势差,且必须是导体而非任何物体,故选项D错误;电流有方向,但它是标量,故选项C错误。
知识点二电流的计算角度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=计算时,q是某一时间内通过金属导体横截面的电子的电荷量。
【典例1】一条金属导体中的电流是5 μA,那么在3.2 s内通过金属导体横截面定向运动的自由电荷个数是( )A.1×1014个B.1×1015个C.2×1014个D.2×1015个【解析】选A。
根据电流的定义式I=可得:q=It=5×10-6×3.2C=1.6×10-5 C,通过该截面的自由电荷(自由电子)个数n===1×1014个,故选项A正确。
角度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、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和。
【典例2】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的电流方向从A→B,负离子定向移动形成的电流方向从B→AB.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=【解析】选D。
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,故选项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、负电荷的电荷量绝对值之和,故I=,电流方向由A指向B,故选项C错误,D正确。
角度3环形电流的计算环形电流的计算采用等效的观点分析。
(1)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。
(2)对周期性运动的电荷,常取一个周期来计算等效电流,利用I==求等效电流。
【典例3】半径为R的均匀带电圆环,横截面积为S,所带电荷量为Q,现使圆环绕垂直圆环所在平面且过圆心的轴以角速度ω匀速转动,则由环产生的等效电流为( )A. B. C. D.【解析】选A。
圆环转动的周期为T=,根据I=,则圆环产生的等效电流为I==,故选项A正确。
1.在电解槽中,1 min内通过横截面的二价正离子和一价负离子的个数分别为7.5×1020个和1.5×1021个,则通过电解槽的电流为( )A.0B.8 AC.4 AD.480 A【解析】选B。
电流由正、负离子的定向移动形成,则在60 s内通过横截面的总电荷量应为Q=2×1.6×10-19×7.5×1020C+1.6×10-19×1.5×1021C=480 C。
由电流的定义式可知I==A=8 A,故选项B正确。
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的速度流动而形成的电流是10 mA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) ( )A.5×1010个B.5×1011个C.1×102个D.1×104个【解析】选B。
电子运动一周用的时间:t==s=8×10-6 s,由电流的定义式I=,则电量为q=It=0.01×8×10-6C=8×10-8C,则在整个环中运行的电子数目:n=个=5×1011个,故选项B正确。
【加固训练】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 ( )A.0B.C.D.【解析】选D。
探测器电路中的电流I==,故选项D正确。
知识点三电流的微观表达式1.推导过程:(1)情境。
如图所示,AB表示粗细均匀的一段导体,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,设导体的长度为L,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)推导。
导体AB中的自由电荷总数N=nLS,总电荷量Q=Nq=nLSq,所有这些电荷都通过横截面所需要的时间t=,导体AB中电流为I===nqSv。
(3)结论:电流的微观表达式为I=nqSv。
电流的大小取决于单位体积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量q、导体的横截面积S、自由电荷定向移动速率v。
2.电流的定义式和微观表达式的比较:I=I=nqSv公式性质定义式决定式时间t内的平均某时刻的瞬时电流电流的意义电流大量电荷定向移描述的角度形成电流的微观实质动的宏观表现联系由I=可导出I=nqSv【典例】铜的摩尔质量为m,密度为ρ,每摩尔铜原子有n个自由电子,今有一根横截面积为S 的铜导线,当通过的电流为I时,电子定向移动的平均速率为( )A.光速cB.C.D.【解析】选D。
如图所示,选长度为l的铜导线为研究对象。
所选研究对象的体积为V=l S ①铜的摩尔体积V0=②由①②可得所选研究对象的物质的量N===③因为每摩尔铜原子有n个自由电子,所以所选研究对象所含自由电子个数n1=Nn=④电流:I==⑤由④⑤得v=,故D正确。
用电流的微观表达式求解问题的注意点(1)准确理解公式中各物理量的意义,式中的v是指自由电荷定向移动的速率,不是电流的传导速率,也不是电子热运动的速率。
(2)I=nqSv是由I=导出的,若n的含义不同,表达式的形式也会不同。
1.电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积为0.5 mm2的导线,那么电路中的电流是( )A.0.016 μAB.1.6 μAC.16 μAD.0.16 μA【解析】选D。
每分钟通过的电量为:q=60×1012×1.6×10-19C=9.6×10-6 C,则电路中的电流为:I==A=1.6×10-7 A=0.16 μA,故选项D正确。
2.安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核运动可等效为一环形电流。
设带电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动,其电流的等效电流强度I和方向为( )A.顺时针B.顺时针C.逆时针D.逆时针【解析】选C。
电子绕核运动可等效为一环形电流,电子运动周期为 T=,根据电流的定义式得:电流强度为 I===,因为电子带负电,所以电流方向与电子定向移动方向相反,即沿逆时针方向,故C项正确。
3.某兴趣小组调查一条河流的水质情况,计算结果表明,被污染的河里一分钟内有相当于6 C 的正离子和9 C的负离子向下游流去,则取样时这条河流的等效电流大小和方向分别是( )A.0.25 A 顺流而下B.0.05 A 顺流而下C.0.25 A 逆流而上D.0.05 A 逆流而上【解析】选D。
若正负离子移动方向相反,则通过横截面的总电荷量是两种离子电荷量绝对值之和,若正负离子向着同一个方向流动,则通过横截面的总电荷量等于正负离子的电荷量的代数和,所以在1 min内通过横截面的总电荷量应为q=6 C-9 C=-3 C,所以电流I==0.05 A,方向与河水的流动方向相反,即电流的方向为逆流而上,D正确。
知识点四欧姆定律和导体的伏安特性曲线1.欧姆定律:(1)表达式:I=。
(2)适用条件:金属电解液导电。
2.由I-U图像可以获得的信息:(1)坐标轴的意义:I-U图像中,横坐标表示电压U、纵坐标表示电流I。
(2)图线斜率的意义:线性I-U图像中,斜率表示电阻的倒数,在图中R2<R1。
【典例】(多选)某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示,则下列说法正确的是( )A.所加电压为5 V时,导体的电阻是5 ΩB.所加电压为12 V时,导体的电阻是14 ΩC.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断减小D.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断增大【解析】选A、D。