人教版高二物理选修：电源和电流
高中物理 第二章 恒定电流 第1节 电源和电流学案 新人教版选修3-1-新人教版高二选修3-1物理学
第1节 电源和电流1．理解电源的作用． 2．理解恒定电场的形成过程． 3．理解恒定电流的概念，会用公式q ＝It 分析相关问题． 4．知道电流形成的微观实质．一、电源1．定义：能把电子从正极搬运到负极的装置． 2．作用(1)维持电路两端有一定的电势差． (2)使闭合电路中保持持续的电流． 二、恒定电流 1．恒定电场(1)恒定电场：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．这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫恒定电场．(2)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化． 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．(2)公式：I ＝q t或q ＝It ，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A ；常用的电流单位还有毫安(mA)、微安(μA)． 1 A ＝103mA ；1 A ＝106μA．判一判 (1)有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的电流除电路中有电源外，电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接起来．( )(2)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，从而使电源两极之间有稳定的电势差，电路中形成持续的电流．( )(3)金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子．( )(4)导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，电场线与导线表面垂直．( )(5)公式I ＝qt中，q 是通过导体横截面的电荷量，当导体中有正、负电荷同时向相反方向定向移动形成电流时，公式中的q 应为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量的绝对值之和．( )提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√想一想 电流的方向一定是电荷的定向移动方向吗？方向不变的电流一定是恒定电流吗？提示：不一定．电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反．恒定电流是指大小和方向都不变的电流，方向不变、大小改变的电流不是恒定电流．做一做 如图所示，一根截面积为S 的均匀长直橡胶棒上均匀地带有负电荷，每米电荷量为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 ．q vC ．vqSD ．qv S提示：选A ．经过时间t ，通过右端横截面的电荷量Q ＝qvt ，根据I ＝Q t得I ＝vq ，A 正确．对电流的理解1．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．2．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．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．对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等．(2)两点说明①电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I ＝q t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 ＝q t的变形，是求电荷量的重要公式．4．电流是标量：电流虽然有方向，但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量，而是标量．命题视角1 对电流定义的理解(多选)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 ．电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向运动的方向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，只要其两端电势差为零，电流也必为零[解析] 导体中有大量的自由电子，总在不停地做无规则运动，没有定向运动，在一段时间t 内，通过导体某一截面的电荷是双向的，其数值又是相等的，电流为零，故A 错误；电流是一个标量，因为其运算不符合矢量运算规则，为了便于研究电流，人们规定正电荷定向运动的方向为电流的正方向，以区别于负电荷的定向运动，故B 错误；在国际单位制中，共有七个基本量，电流是其中之一，故C 正确；对于导体，其两端电势差为零时，导体内无电场，电子不能定向运动，故电流为零，D 正确．[答案] CD命题视角2 定义式I ＝q t的应用(2018·重庆校级期中)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n 1，负离子数是n 2，设元电荷为e ，以下解释中正确的是( )A ．当n 1＝n 2时电流强度为零B ．当n 1>n 2时，电流方向从A →B ，电流强度为I ＝（n 1－n 2）e tC ．当n 1<n 2时，电流方向从B →A ，电流强度为I ＝（n 2－n 1）etD ．溶液内电流方向A →B ，电流强度I ＝（n 1＋n 2）e t[解析] 正电荷定向移动方向就是电流方向，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 ＝qt公式中q 应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故I ＝n 1e ＋n 2et，电流方向由A 指向B ，与正、负电荷的数量无关，C 错误，D 正确． [答案] D不同导体中电流的计算方法(1)金属导体：自由电荷只有自由电子，运用I ＝q t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．(2)电解液：自由电荷是正、负离子，运用I ＝q t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．(3)电离状态的气体：自由电荷既有正、负离子，也有自由电子，利用公式I ＝q t求气体导电电流时，q 应是三种带电粒子通过横截面的电荷量的绝对值之和．(4)环形电流：有些电流，并不是导体内电荷的定向移动形成的，如电子绕核运动，经电场加速的粒子流、带电体的运动等，可以通过等效方法用I ＝q t求解等效电流．【题组突破】1．下列有关电源的电路中，导线内部的电场强度的说法正确的是( ) A ．导线内部的电场就是电源所形成的电场B ．在静电平衡时，导线内部的场强为零，而导线外部的场强不为零，所以导线内部的电场不是稳定的C ．因为导线处于电源的电场中，所以导线内部的场强处处为零D ．导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导线内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的解析：选D ．导线内部的电场是电源和导线积累电荷所形成的两部分电场的矢量和，稳定后不同于静电平衡(内部场强处处为零)，而是场强大小恒定，方向与导线切线一致，是一种动态的平衡，故A 、B 、C 错，D 对．2．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 ．2ne tC ．3ne tD ．4ne t解析：选D ．由题意可知，在时间t 内通过某横截面的电荷量为n ·2e ＋2n ·e ＝4ne ，故根据电流的定义可知探测器电路中的电流为I ＝q t ＝4net，故选项D 正确． 电流的微观解释1．建立“柱体微元”模型：如图所示，AD 表示粗细均匀的一段导体l ，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．理论推导：AD 导体中的自由电荷总数：N ＝nlS ．总电荷量Q ＝Nq ＝nlSq ．所有这些电荷都通过横截面D 所需要的时间：t ＝lv ．根据公式q ＝It 可得：导体AD 中的电流：I ＝Q t＝nlSql /v＝nqSv ． 3．影响因素：从微观上看，电流取决于导体单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小和导体的横截面积．4．结论：从微观上看，电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关．5．两个公式的比较I ＝q tI ＝nqSv公式性质 定义式 决定式 电流的意义 时间t 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可导出I ＝nqSv 【题组过关】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 ．nvS ΔtB ．nv ΔtC ．I ΔteD ．I ΔtSe解析：选AC ．因为I ＝q Δt ，所以q ＝I ·Δt ，自由电子数目为N ＝q e ＝I Δte，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 ＝q e ＝I Δt e ＝nevS Δte＝nvS Δt ，A 正确，B 错误．2．(2018·广东佛山一中高二月考)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 ．I ΔleS m 2eU B ．I Δle m 2eU C ．I eSm 2eUD ．IS Δlem 2eU解析：选B ．设电子刚射出电场时速度为v ，长为Δl 的电子束内的电子数为n ，则eU ＝12mv 2 ①I ＝ne Δt ②Δt ＝Δl v③由①②③式解得n ＝I Δle m2eU，故B 正确．[随堂检测]1．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．以下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解析：选B ．电源的作用是维持正、负极之间有一定的电势差，这需要电源不断地将其内部的负电荷向负极聚集，将正电荷向正极聚集．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，需要将正极上的电子搬运到负极，维持电势差不变，故A 错误．从能量转化的角度来看，电源在搬运电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其他形式的能转化为电能，故B 正确．若要电路中有电流，不仅需要有电源，还需要电路是闭合的，两者缺一不可，故C 错误．电源是对电路提供能量的装置，故D 错误．2．(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两倍，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秒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解析：选AD ．由电流定义知I ＝q t ＝net，A 正确，B 错误．由电流的微观表达式I ＝nSqv 知，I 、n 、q 均相等，因为S A <S B ，所以v A >v B ，C 错误，D 正确．3．(高考上海卷)重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射＋5价重离子束，其束流强度为1．2×10－5A ，则在1 s 内发射的重离子个数为(e ＝1．6×10－19C)( )A ．3．0×1012B ．1．5×1013C ．7．5×1013D ．3．75×1014答案：B4．已知铜导线中的电流为1 A ，铜导线的横截面积为1 mm 2，求：(1)在1 s 内，有多少个电子通过铜导线的横截面？(电子电荷量e ＝1．6×10－19C)(2)自由电子的平均移动速率多大？(设铜导线中每立方米含有8．5×1028个自由电子) 解析：(1)1 s 内通过铜导线横截面的电荷量为q ＝It ＝1 C ．所以1 s 内通过铜导线横截面的电子个数N ＝q e ＝11．6×10－19(个)＝6．25×1018(个)．(2)由电流的微观表达式I ＝nqSv 得自由电子的平均移动速率v ＝I nqS＝18．5×1028×1．6×10－19×1×10－6 m/s ≈7．35×10－5m/s ． 答案：(1)6．25×1018个 (2)7．35×10－5m/s[课时作业] [学生用书P129(单独成册)]一、单项选择题1．关于电流的说法中正确的是( ) A ．根据I ＝q t，可知I 与q 成正比B ．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C ．电流有方向，电流是矢量D ．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位解析：选D ．依据电流的定义式可知，电流与q 、t 皆无关，选项A 错误；虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以选项B 、C 错误；选项D 正确．2．金属导体内电流增强，是因为( ) A ．导体内单位体积的自由电子数增多 B ．导体内自由电子定向移动的速率增大 C ．导体内电场的传播速率增大 D ．导体内自由电子的热运动速率增大解析：选B ．对于确定的金属导体，单位体积内的自由电子数是一定的，而且导体内电场的传播速率也是一定的，所以A 、C 错误；导体内电流增强是由于自由电子定向移动的速率增大，使得单位时间内穿过导体横截面的电荷量增大，B 正确；导体内自由电子的热运动与电流的大小无直接关系，D 错误．3．一段粗细均匀的铜导线的横截面积是S ，导线单位长度内的自由电子数为n ，铜导线内的自由电子所带的电荷量为e ，自由电子做无规则热运动的速率为v 0，导线中通过的电流为I ．则下列说法中正确的是( )A ．自由电子定向移动的速率为v 0B ．自由电子定向移动的速率为v ＝I neSC ．自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD ．自由电子定向移动的速率为v ＝I ne解析：选D ．v 0为电子做无规则热运动的速率，非定向移动速率，故A 错误．对于电流微观表达式I ＝nqSv ，式中n 为单位体积内的自由电子数，而本题中n 为单位长度内的自由电子数，t 时间内通过导线某一横截面的自由电子数为nvt ，电荷量Q ＝nvte ，所以电流I ＝Q t ＝nev ，所以v ＝I ne，故B 、C 错误，D 正确．4．电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A ，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为( )A ．1 500个B ．9．375×1019个 C ．9．375×1021个 D ．9．375×1020个解析：选C ．q ＝It ，n ＝q e ＝It e＝9．375×1021个． 5．如图所示的电解池，在1 s 的时间内，共有3 C 的正离子和3 C 的负离子通过截面xy ，则这个电路中的电流是( )A ．0 AB ．1．5 AC ．3 AD ．6 A解析：选D ．电解液中的正、负离子定向移动的方向相反，故它们产生同向的电流，由公式I ＝q t 得，电路中的电流I ＝3＋31A ＝6 A ，故D 正确．6．(2018·重庆市万州二中高二期中)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110流动而形成10 mA 的电流时，环中运行的电子数目为(已知光速c ＝3×108m s ，电子电荷量e ＝1．6×10－19C)( )A ．5×1010B ．5×1011C ．1×102D ．1×104解析：选B ．电子运动一周所需要的时间：t ＝240110×3×108 s ＝8×10－6s在圆形轨道上任取一横截面，则在t 时间内整个环中的电子刚好都通过该截面，故环中具有电子的电量为：q ＝It ＝10×10－3×8×10－6 C ＝8×10－8 C环中具有电子数N ＝q e ＝8×10－81．6×10－19个＝5×1011个．7．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，电子平均定向移动速率为( )A ．光速cB ．I neS C ．IρneSmD ．mIneSρ解析：选D ．假设电子定向移动的速率为v ，那么在t 时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vtS 中的自由电子数，而体积为vtS 的铜的质量为vtSρ，摩尔数为vtSρm，所以电量q ＝vtSρne m ，I ＝q t ＝vSρne m ，于是得：v ＝ImneSρ． 二、多项选择题8．关于电流的方向，下列说法中正确的是 ( )A ．电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端B ．电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端C ．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同D ．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反解析：选AD ．在电源的外部电路中，电流从正极流向负极，在电源内部，电流从负极流向正极，电源正极电势高于负极电势，所以A 正确，B 错误；电子带负电，电子运动形成的电流方向与电子运动的方向相反，C 错误，D 正确．9．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 ．各处的电流大小相同D ．粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大解析：选CD ．同一根导线上的电流相等，故C 对；由I ＝nqSv 可得v ＝I nqS ，故D 对． 10．(2018·福建宁德一中高二检测)半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电，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满足( )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，电流将变小解析：选AB ．截取圆环的任一截面S ，如图所示，在橡胶圆环运动一周的时间 T 内，通过这个截面的电荷量为Q ，则有：I ＝q t ＝Q T ，又 T ＝2πω，所以I ＝Qω2π．分析各选项可知本题选A 、B ． 三、非选择题11．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2 s 内分别有1．0×1018个Na ＋和Cl －通过溶液内部的横截面M ，溶液中的电流方向如何？电流为多大？解析：NaCl 溶液导电是靠自由移动的Na ＋和Cl －，它们在电场力作用下向相反方向运动．因为电流方向为正电荷定向移动的方向，故溶液中电流方向与Na ＋定向移动的方向相同，即由A 流向B ．Na ＋和Cl －都是一价离子，每个离子的电荷量为e ＝1．6×10－19 C ，NaCl 溶液导电时，Na ＋由A 向B 定向移动，Cl －由B 向A 定向移动，负离子的运动可以等效地看做正离子沿相反方向的运动，可见，每秒钟通过横截面M 的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和，则有I ＝q t ＝|q 1|＋|q 2|t＝ 1．0×1018×1．6×10－19＋1．0×1018×1．6×10－192 A ＝0．16 A ．答案：由A 流向B 0．16 A12．某品牌手机在待机工作状态时，通过的电流是4微安，则该手机一天时间内通过的电荷量是多少？通过的自由电子个数是多少？解析：通过的电荷量为：q ＝It ＝4×10－6×24×3 600 C ≈0．35 C通过的电子个数为：N ＝q e ＝0．351．6×10－19个≈2．19×1018个． 答案：0．35 C 2．19×1018个。
电源和电流练习题
《新课标》高二物理（人教版） 第一章 恒定电流第一讲 电源和电流1．电源的作用是使电路两端维持一定的电势差，从而使电路中保持持续的电流．2．导线中的电场是沿导线切线方向的恒定电场，在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系，在恒定电场中同样适用．3．形成电流的条件： ( 1 )电路中存在自由电荷； ( 2 )电路两端存在持续的电势差．4．电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向．(1) 在金属导体中，电流方向与自由电荷(电子)的定向移动方向相反；在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反．(2) 恒定电流：方向和大小都不随时间变化的电流．5．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 ，那么在时间t 内通过某一横截面积的自由电子数为nS v t ；若电子的电荷量为e ，那么在时间t 内，通过某一横截面积的电荷量为enS v t ；若导体中的电流为I ， I = Q/t = ens v ，则电子定向移动的速率为v = I/ens 。
6．导线中恒定电场的建立过程：在电源正、负极之间接入导线后， 电源的静电场 使得导体中的电荷积累，从而产生 附加电场 ，合电场逐渐趋于与导线 平行 ，当不再有新的(更多)电荷积累，最后合电场与导线处处 平行 ，且不再变化，导线中电荷沿电场(导线)移动形成 恒定电流 ，运动电荷的分布不随时间改变，形成一种 动态 平衡，这两种电荷形成的合电场叫 恒定电场 。
1．关于导线中的电场，下列说法正确的是 ( B )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E 0和导线侧面堆积的电荷形成的电场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2．关于电流的方向，下列描述正确的是 ( AC )A ．规定正电荷定向移动的方向为电流的方向B ．规定自由电荷定向移动的方向为电流的方向C ．在金属导体中，自由电子定向移动的方向为电流的反方向D ．在电解液中，由于正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，故无电流3．下列说法中正确的是 ( B )A ．导体中只要电荷运动就形成电流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，只要其两端电势差不为零，就有电流存在4．以下说法中正确的是 ( BC )A ．只要有可以自由移动的电荷，就存在持续电流B ．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场力作用下形成的C ．单位时间内通过导体截面的电荷量越多，导体中的电流越大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5．某电解池中，若在2 s 内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过这个截面的电流是 ( D )A ．0B ．0.8 AC ．1.6 AD ．3.2 A6．导体中电流I 的表达式为I ＝nqS v ，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 ( D )A ．导体运动的速率B ．电流传导的速率C ．电子热运动的速率D ．自由电荷定向移动的速率7．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，每个自由电子的电荷量为q ，此时电子定向移动的速率为v ，则在Δt 时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为( AC ) A ．n v S Δt B ．n v Δt C.I Δt q D.I Δt Sq8．关于电流的说法中正确的是 ( D )A ．根据I ＝q /t ，可知I 与q 成正比B ．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C ．电流有方向，电流是矢量D ．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位9．下列有关电源的电路中，导线内部的电场强度的说法中正确的是 ( D )A ．导线内部的电场就是电源所形成的电场B ．在静电平衡时，导体内部的场强为零，而导体外部的场强不为零，所以导体内部的电场不是稳定的C ．因为导体处于电源的电场中，所以导体内部的场强处处为零D ．导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导体内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的10．关于电源的作用，下列说法正确的是 ( BC )A ．电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷B ．电源的作用是能直接释放电能C ．电源的作用就是保持导体两端的电压，使电路中有持续的电流D ．电源的作用就是使自由电荷运动起来11．关于电流的方向，下列说法中正确的是 ( AD )A ．电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端B ．电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端C ．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同D ．电容器充电时，电流从负极板流出，流入正极板12．关于电流，下列说法中正确的是 ( C )A ．通过导体截面的电荷量越多，电流越大B ．电子运动速率越大，电流越大C ．单位时间内通过导线横截面的电荷量越多，导体中的电流就越大D ．因为电流有方向，所以电流是矢量13．计数器因射线照射，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 个电子到达阳极，则计数器中的电流为 ( D )A ．0B ．2ne /tC ．3ne /tD ．4ne /t14．北京正负离子对撞机的储存环是周长为240 m 的近似圆形轨道．当环中的电流为10 mA 时，若电子的速率为十分之一光速．则在整个环中运行的电子数目为 ( A )A ．5×1011 个B ．5×1019 个C ．1.0×1013 个D ．1.0×103 个15．有甲、乙两个由同种金属材料制成的导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过导体横截面的电荷量，乙是甲的两倍，以下说法中正确的是 ( B )A ．甲、乙两导体的电流相同B ．乙导体的电流是甲导体的两倍C ．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的两倍D ．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等16．示波管中，电子枪两秒内发射了6×1013个电子，则示波管中电流强度的大小为 ( C )A ．9.6×10－6 AB ．3×10－13 AC ．4.8×10－6 AD ．3×10－6 A17．如图所示，电解池内有一价离子的电解液，时间t 内通过溶液内截面S 的正离子数是n 1，负离子数是n 2，设元电荷为e ，以下解释中正确的是 ( D )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 →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 到B ，电流I ＝n 1e tD ．溶液内电流方向从A 到B ，电流I ＝(n 1＋n 2)e t18．半径为R 的橡胶圆环均匀带正电，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判断正确的是 ( AB )A ．若ω不变而使电荷量Q 变为原来的2倍，则等效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，则等效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，等效电流将变大D ．若使ω、Q 不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变小19．一电子沿一圆周顺时针高速转动，周期为10－10 s ，则等效电流为________ A ，方向为________方向(填“顺时针”或者“逆时针”)． 解析： 电流方向的规定是正电荷移动的方向，与负电荷移动的方向相反．根据电流的定义I ＝q t＝1.6×10－19 C 10－10 s＝1.6×10－9 A.。
人教版高二物理选修3《电源和电流》评课稿
人教版高二物理选修3《电源和电流》评课稿一、课程背景与意义《电源和电流》是高中物理选修3课程的重要内容之一。
通过学习本课程，学生将深入理解电源、电流的基本概念、性质和应用，并且掌握相关的计算方法。
电源和电流作为电路的基础，是后续学习电路的重要基础，为学生进一步学习电路提供了坚实的基础。
电源和电流是现实生活中不可或缺的部分，我们身边的各种电器、设备都离不开电源和电流的供应。
因此，通过学习本课程，可以帮助学生理解和应用电源和电流的原理，提高他们的科学素养和实际应用能力。
二、评课内容分析1. 教材内容分析本章节主要包括以下几个方面的内容： - 电源和电动势：介绍电源的概念和分类，并讲解电动势的定义和计算方法； - 电源的内阻和电动势的测量：介绍电源内阻的概念和影响，以及测量电动势的方法和实验； - 串联和并联电源：介绍串联和并联电源的基本原理和特点，并讲解计算方法； - 电流的定义和测量：介绍电流的定义和计算方法，以及测量电流的仪器和方法； - 电阻和电阻率：介绍电阻的概念、计算方法和测量原理，并引入电阻率的概念； - 欧姆定律：介绍欧姆定律的内涵，以及应用欧姆定律解决电路中的问题。
2. 教学目标分析通过本章节的学习，学生应该达到以下教学目标： - 理解电源和电动势的概念，能够计算电动势和测量电源的内阻； - 了解串联和并联电源的特点和计算方法； - 理解电流的定义和计算方法，掌握电流的测量技术； - 理解电阻和电阻率的概念，能够计算电阻和测量电阻； - 掌握欧姆定律的内涵，并且能够应用欧姆定律解决相关问题。
3. 教学方法与手段分析•讲授法：通过教师进行知识的讲解，引导学生理解和掌握相关概念和原理。
•实验法：通过实验展示电源和电流的基本现象和实验操作，提高学生的实验探究能力。
•示范法：通过示范实际操作，帮助学生学习电流的测量和电阻的测量技术。
•讨论法：通过讨论解决实际问题，激发学生的思维和创造力。
•归纳法：通过归纳总结，帮助学生理解和应用所学知识。
_电源和电流
I
－
高二物理组
恒定电流（选修）
－
－
－
－
－
析与解
M q Svt Ne I N Ae t Mt t
N
长度L vt 体积V LS Svt 质量m V Svt m Svt
M NA NA
I
－ － － － － － 恒定电流（选修）
IM v SN A e
电子定向移动的速率很小，一般为10－ 5m/s.自由电子在很大的无规则热运动上又 叠加上了一个很小的定向移动
恒定电流（选修）
等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处 以真空中光速c建立恒定电场，电路中各 处的自由电子几乎同时开始定向移动而形 成电流
高二物理组
特别提醒：
①电流方向的规定：规定正电荷定向移动的方向为电流 方向． ②金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相 反． ③电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、 负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时I＝ 中，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之 和． ④电流强度虽有大小和方向，但不是矢量． ⑤q＝It是求电荷量的重要公式，其变形公式I＝ 求出的 是电流在时间t内的平均值，对恒定电流来说，其瞬 时值与平均值相等．
q I t
－ －
单位：安培（A）
I
E
恒定电流（选修）
－
－
－
－
+
-
安培是基 本单位。
高二物理组
一、电源和电流
１、电流
（5）电流分类： ①直流电：电流方向不随时间变化的电流。
电流大小和方向都不随时间 ②交流电：大小、方向随时间作周期变化的电流。 变化的电流——恒定电流。
恒定电流（选修）
高二物理电源和电流知识点
高二物理电源和电流知识点一、电源电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。
(从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置)二、电流1. 电流：电荷的定向移动形成电流。
2. 产生电流的条件(1)导体中存在着能够自由移动的电荷金属导体——自由电子电解液——正、负离子(2)导体两端存在着电势差三、恒定电场和恒定电流1. 恒定电场：由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场。
2. 恒定电流: 大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。
四、电流(强度)1. 电流：通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流，即：单位：安培(A) 常用单位：毫安(mA)、微安(μA)2、电流是标量，但有方向?规定正电荷定向移动方向为电流方向注意：(1)在金属导体中，电流方向与自由电荷(电子)的定向移动方向相反;(2)在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子走向移动方向相反,导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量q表示通过截面的正、负离子电量绝对值之和。
高二物理知识点原子核的组成原子核的组成：原子核是由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。
在原子核中有：质子数等于电荷数、核子数等于质量数、中子数等于质量数减电荷数。
原子核的衰变;半衰期⑴衰变：原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化称为衰变在原子核的衰变过程中，电荷数和质量数守恒⑵半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的时间，称该元素的半衰期。
放射性元素衰变的快慢是由核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。
放射性的应用与防护;放射性同位素放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。
同位素：具有相同的质子和不同中子数的原子互称同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。
正电子的发现：用粒子轰击铝时，发生核反应。
1934年，约里奥—居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷。
高中物理 21 电源和电流课件 新人教版选修31
电流传
以真空中光速c建立恒定电场，电路中各
导速率
处的自由电子几乎同时开始定向移动而形
成电流
误区 1： 电荷只要移动就一定能形成电流 点拨：不一定．只有电荷在电场力的作用下形成的定 向移动才能够形成电流． 例如没有放在电场中的导体其中 的自由电荷在做无规则热运动， 其大量自由电荷向各个方 向运动的机会均等，这样不能形成电流．
解析：电源的作用是维持正、负极之间恒定的电势差，
这需要电源不断地将其内部的负电荷向负极聚集，将正电 荷向正极聚集，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，需要将正极上的电子搬运到负极， 维持电势差不变，故A错．从能量角度来看，电源在搬运 电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其他形式的能转 化为电能， B对．电路中有电流不仅需要电源，还需要电
答案：C
q 解析：由 I＝ 知 q 大，I 不一定大，还要看 t 的大小， t 故 A 错，由 I＝nqSv 知，电子运动的速率 v 大，电流不 一定大，电流还与 n、S 有关，故 B 错，单位时间内通过 导线横截面的电量越多，电流越大，C 对．电流虽有方向 但不是矢量，合成遵循代数法则，故 D 错.
e2 答案：I＝ 2 kmr 2πr m
点评： 解决这个题的关键是选取合适的过程，考 虑到电子运动的周期性，选取一个周期是最简洁的．
变式2
(2011·合肥高二检测)某一探测器，因射线照
射而使内部气体电离，在时间 t内有 n个二价正离子通过探
测器某一个截面，同时有2n个电子也通过该截面，则探测
器电路中的电流为( A．0 答案：D ) C．3ne/t D．4ne/t
本章内容可分为三部分：第一部分以部分电路欧姆定
律为中心，主要研究直流电路的基本参量、串并联电路的
高二物理人教版必修第三册习题课件《电源和电流》
内容索引
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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. 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】 D
1 2 3 4 56 7 8
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5. 如图所示，将左边的细铜导线与右边的粗铜导线连接起来，已知 粗铜导线的横截面积是细铜导线横截面积的两倍，在细铜导线上取一个 截面A，在粗铜导线上取一个截面B，若在1 s内垂直地通过它们的电子数 相等，则( )
A. 通过这两个截面的电流不相等 B. 粗导线中电流大 C. 通过这两个截面的自由电子定向移动的速率相等 D. 自由电子在粗导线中定向移动的速率小
【答案】 D
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(3) 环形电流的计算：环形电流的计算采用等效电流的观点分析．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 个周期来计算等效电流．利用 I＝qt ＝Tq求等效电流．
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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
＝1.6×10－19 C)，在整个环中运行的电子数目为( )
A. 5×1011
B. 5×1010
C. 1×102
D. 1×104
【解析】 电子转一圈的时间 t＝vs＝8×10－6 s，整个环中电子的电荷 量 Q＝It＝8×10－8 C，所以电子的数目 n＝Qe ＝5×1011，故 A 正确．
【答案】 A
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27.高二物理选修3-1重点总结
第一章恒定电流一、电源和电流1、电流产生的条件：（1）导体内有大量自由电荷（金属导体——自由电子；电解质溶液——正负离子；导电气体——正负离子和电子）（2）导体两端存在电势差（电压）（3）导体中存在持续电流的条件：是保持导体两端的电势差。
2电流的方向电流可以由正电荷的定向移动形成，也可以是负电荷的定向移动形成，也可以是由正负电荷同时定向移动形成。
习惯上规定：正电荷定向移动的方向为电流的方向。
说明：（1）负电荷沿某一方向运动和等量的正电荷沿相反方向运动产生的效果相同。
金属导体中电流的方向与自由电子定向移动方向相反。
（2）电流有方向但电流强度不是矢量。
（3）方向不随时间而改变的电流叫直流；方向和强度都不随时间改变的电流叫做恒定电流。
通常所说的直流常常指的是恒定电流。
二、电动势1．电源（1）电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
（2）非静电力在电源中所起的作用：是把正电荷由负极搬运到正极，同时在该过程中非静电力做功，将其他形式的能转化为电势能。
【注意】在不同的电源中，是不同形式的能量转化为电能。
2．电动势（1）定义：在电源内部，非静电力所做的功W与被移送的电荷q的比值叫电源的电动势。
（2）定义式：E=W/q（3）物理意义：表示电源把其它形式的能（非静电力做功）转化为电能的本领大小。
电动势越大，电路中每通过1C 电量时，电源将其它形式的能转化成电能的数值就越多。
【注意】：①电动势的大小由电源中非静电力的特性（电源本身）决定，跟电源的体积、外电路无关。
②电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压。
③电动势在数值上等于非静电力把1C电量的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
3．电源（池）的几个重要参数①电动势：它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质，与电池的大小无关。
②内阻（r）:电源内部的电阻。
③容量：电池放电时能输出的总电荷量。
其单位是：A·h，mA·h.【注意】：对同一种电池来说，体积越大，容量越大，内阻越小。
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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
C
人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
2.氢原子的核外只有一个电子，设电子在离 原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动。 已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电 子绕核运动的等效电流多大？
二.恒定电流 人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
由稳定分布的电荷产生稳定的电场
称为恒定电场.
恒定电场
电场强度不变
自由电子在各个位置的定向运动速率也不变
人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
串一个电流表,读数不会变
人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
一.电源
思考与讨论：如图分别带正负电荷的A，B
两导体球，如果用一条导线将他们连接起
来，A，B之间电势差会发生什么变化？最
后，A，B导体会达到什么状态？导线中能
否出现电流？这个电流有什么特点？
-
-如何使电路
中有持续电
+ ++ + A+ + ++
__
_ _
B _
_ _
A
流呢？
B
电势很快降低，最终A，B导体会达到静 等势体 电平衡状态，导线中的电流只是瞬时的。
三、电流的微观表达式
推导：
ห้องสมุดไป่ตู้
一段粗细均匀的导体长为l,两端加一定的电压，自由电
荷定向移动的速率为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，每个自由电荷量为q。
A
B
总电量 电荷总数
ι
I
Q t
Nq l/v
nlSq l/v
nqSv
当堂训练
1、关于电流的方向，下列叙述中正确的是 A．金属导体中电流的方向就是自由电子定向移
类比 水势A 抽水机
水势B
水池
-
+++
+ A-+
++ +
-
-
___
_ B _
_ __
P-
同理:可在A，B之间连接一个装置P，它能源源不 断地把经过导线流到A的电子取走，补充给B,使A， B之间维持一定的电势差。电路中就会有持续的 电流。
电源
人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
问题:
电闪雷鸣时,强大的电流使天 空发出耀眼的闪光,但它只能存在 于一瞬间,而电路中的小灯泡却能 持续发光,这是为什么?
第二章 恒定电流 2.1 电源和电流
学习目标
1．让学生明确电源在直流电路中的作用，理解 导 线中的恒定电场的建立 2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的 物理量---电流 3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均 速率的关系。
一.电源
1.能把自由电子从正极搬到负极的装置.
2.作用:保持导体两端的电势差(电压),使 电路有持续的电流.
3.形成电流的条件：
（1）存在自由电荷
-
• •
电金解属液导—体——正—、自负由离电子子+++
（2）导体两端存在电压
+ A-+
++ +
-
-
___
_ B _
___
P-
人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
二.恒定电流 人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
导线中的电场
在有电源的电路中，导线内部的电场强度有何特点？
假设在电源正、负极之间连一根导线
+ ++ + A+
+ +- +
_ __
_ _
B _
_ _
P
-
Ft
N
F
Fn M
E0
人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
二.恒定电流
1.大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.
2.电流(I):表示电流的强弱程度. 定义:通过导体横截面的电量q跟通过这些电
量所用时间t的比值叫做电流 . 公式: q = I t I q
t
单位:国际单位 安培(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（mA）、微安（μA） 方向:规定：正电荷定向移动的方向
人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
导线中的电场
假设在电源正、负极之间 连一根导线
Ft
N
F
FnM
E0
NE
E
+ ++
+ +
A +-
+ +
_ __
__
B _
__
P
-
′M 0 E导线内很
快0 形成沿 N 导线方向
的稳定电
M
场
导体内的电场线保持和导线平行
E
人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
动形成电流，电量q表示通过截面的正、负离 子电量绝对值之和。
当堂训练
1、在金属导体中，若10s内通过横截面的电 量为10C，则导体中的电流为___1____A；
2、某电解槽横截面积为0.5m2，如果在1s中 内共有5.0×1018个二价正离子， 1.0×1019个一价负电子通过某横截面，那 么通过这个横截面的电流3强.2 度为______A
电流是标量．
人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
注意：
（1）适用于任何电荷的定向移动形成的电流。 （2）在金属导体中，电流方向与自由电荷
（电子） 的定向移动方向相反； （3）在电解液中，电流方向与正离子定向移动
方向相同，与负离子定向移动方向相反。 电解液导电时，是正负离子向相反方向定向移
解析：取电子运动轨道上任一截面，在电子
运动一周的时间T内，通过这个截面的电量
q=e，由圆周运动的知识有：
T
2 R
v
根据电流的定义式得：
I q ev
t 2 R
人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)