【人教版】选修3-1物理：《电源和电流》学案(含答案)
人教版高中物理选修3-1学案：2.1电源和电流
第一节《电源和电流》学习目标：1、通过观察对比实验知道电流的形成条件.2、组织合作学习知道恒定电场的形成和恒定电流的形成.3、通过类比水流量、人流量等进行讨论，理解电流强度的定义.4、组织合作学习推导电流的微观表达式。
5、通过应用体验发现电流的传导速度和电荷定向移动的速度是不同的。
自主学习：1、分别带正、负电荷的A、B两个物体，若用导线R连接，导线R中可能存在一个_______ 电流，若要保持持续的电流，A、B间需维持着一定的__________.能使A、B间维持一定的电压的装置叫_________.2、达到稳定状态时，导线内的电场是由__________、__________等电路元件所积累的电荷共同形成的，电荷的分布是____________________的，电场的分布也是________________的且导线内的电场线保持和导线_______________________.3、由稳定分布的________________所产生的稳定的_________________，称为恒定电场。
4、我们把_____________________都不随时间变化的电流称为恒定电流。
5、I表示电流、q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量，它们间的关系是___________. 课前导学：1、以下说法正确的是：（）A、只要有可以自由移动的电荷，就能存在持续的电流.B、金属导体内的持续电流是由自由电子在导体内的电场的作用下形成的.C、电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动的速率.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.2、关于电源的作用，下列说法中正确的是（）A、电源的作用是能为电路提供自由电荷.B、电源的作用就是能保持导体两端的电压，使电路中有持续电流.C、电源的作用是能直接释放电能.D、电源的作用就是使自由电荷运动起来.3、在一次闪电形成过程中，流动的电荷量大约是300C，持续的时间大约是0.005秒，那么所形成的平均电流强度为多大？这些电荷如果以0.5A的电流强度流过灯泡，则可供灯泡照明多长时间？课堂互动：雷鸣电闪时强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但它们只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么？活动一：问题1、产生电流的条件是什么？问题2：当导体两端的电压恒定时，导体中产生什么样的电场？问题3：本实验中为何没有能够形成持续电流？怎样才能形成持续电流呢？活动二：理解电流强度的定义问题4：电流这个物理现象既有方向也有强弱，怎样描述电流的强弱程度？问题5：电流强度定义式中的q怎么理解？应用中怎么进行计算？例题1、一段横截面积为0.5m2的导体材料中，每秒钟有0.2C的正电荷和0.3C的负电荷相向运动，则电流大小为：（）A、0.2AB、0.3AC、0.5AD、104A问题6：电流强度是矢量还是标量？活动三：理论探究电流的微观表达式例2、关于恒定电场和恒定电流，以下说法中正确的是（）A、恒定电场就是任何位置的电场强度都不随时间改变的电场.B、恒定电场就是任何位置的电场强度的大小和方向都相等的电场.C、恒定电流已经大小和方向总是不变的电流.D、恒定电流就是大小和方向处处相等的电流.例3、假设金属导体的横截面积为S，导体中每单位体积的自由电子数为n，每个自由电子的电荷量为e，自由电子定向移动的平均速度为v，那么⑴请你写出在时间内通过该横截面的电荷量q的表达式；⑵写出通过该导体的电流I的表达式。
高中物理选修3-1学案5：2.1 电源和电流
一、电源1．带正、负电荷的导体通过导线放电只能形成瞬间的电流：如图1所示，当用导线连接带正、负电荷的导体A、B时，导线中的自由电子便会在静电力的作用下沿导线做定向移动，带负电的导体B________电子，带正电的导体A________电子，周围电场迅速减弱，两导体间的电势差很快消失，电流是________的．图12．电源能给电路提供持续的电流：在两个导体间加一个装置P，如图2所示，它能源源不断地把经导线流到A的电子取走，补充给B，使A、B始终保持一定数量的正、负电荷，A、B周围空间始终存在一定的______，A、B 之间始终保持一定的______．这样电路就始终保持持续的________，这种搬运电荷的装置P就是________．图2二、恒定电场导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的________共同形成[范例精析]例1、如图验电器A 带负电，验电器B 不带电，用导体棒连接A 、B 的瞬间，下列叙述中错误的是（ ）A 、有瞬时电流形成，方向由A 到BB 、A 、B 两端的电势不相等C 、导体棒内的电场强度不等于零D 、导体棒内的自由电荷受电场力作用做定向移动[解析]A 、B 两个导体，由A 带负电，在A 导体周围存在指向A 的电场，故B 端所在处的电势B ϕ应高于A 端电势A ϕ；另外导体棒中的自由电荷在电场力的作用下，发出定向移动，由于导体棒中的自由电荷为电子，故移动方向由A 指向B ，电流方向应有B 到A 。
[答案]A例2、在彩色电视机的显像管中，从电子枪射出的电子在加速电压U 的作业下被加速，且形成的电流强度为I 的平均电流，若打在荧光屏上的高速电子全部被荧光屏吸收。
设电子的质量为m ，电荷量为e ，进入加速电场之前的速度不计，则在t 秒内打在荧光屏上的电子数为多少？[解析]本题已知的物理量很多，有同学可能从电子被电场加速出发，利用动能定理来求解，如这样做，将可求得电子打到荧光屏的速度，并不能确定打到荧光屏上的电子数目，事实上，在任何相等时间里，通过电子流动的任一横截面的电荷量是相等的，荧光屏是最后的一个横截面，故有t 时间里通过该横截面的电量Q=It ，这样就可得到t 时间里打在荧光屏上的电子数目，n=eIt e Q = 例3、如图所示的电解槽中，如果在4s 内各有8c 的正、负电荷通过面积为0.8㎡的横截面AB ，那么⑴在图中标出正、负离子定向移动的方向；⑵电解槽中的电流方向如何？⑶4s 内通过横截面AB 的电量为多少？⑷电解槽中的电流为多大？[解析]⑴电源与电解槽中的两极相连后，左侧电极电势高于右侧电极，由于在电极之间建立电场，电场方向由左指向右，故正离子向右移动，负离子向左移动⑵电解槽中的电流方向向右⑶8C 的正电荷向右通过横截面AB ，而8C 的负电荷向左通过该横截面，相当于又有8C 正电荷向右通过横截面，故本题的[答案]为16CB类1、对于有恒定电流通过的导体，下列说法正确的是：（）A、导体内部的电场强度为零B、导体是个等势体C、导体两端有恒定的电压存在D、通过导体某一横截面的电荷量在任何相等的时间内都相等2、对于金属导体，还必须满足下列哪一个条件才能在电路中产生恒定电流？（）A、有可以自由移动的电荷B、导体两端有电压C、导体内存在电场D、导体两端加有恒定的电压3、银导线的横截面积S=4mm2，通以I=2A的电流，若每个银原子可以提供一个自由电子，试推导银导线单位长度上的自由电子数的计算公式，并计算结果（已知银的密度=10.5×103㎏/m3，摩尔质量M=108g/mol，阿伏加德罗常数N A=6.02×1023mol-1，计算结果取一位小数）4、如图所示，AD表示粗细均匀的一段金属导体L，两端加上一定电压，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，导体内单位体积内的电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，试证明导体中的电流强度I＝nqSv学习反思。
人教版高中物理选修3-1学案：第二章第1节电源和电流含答案
第 1 节电源和电流1．电源的作用是能保持导体两头的电压，使电路中有连续电流。
q2．电流的大小为I ＝t，方向规定为正电荷定向挪动的方向。
负电荷定向挪动的方向与电流方向相反。
3．恒定电流是指大小和方向都不随时间变化的电流。
一、电源1．观点在电路中把在电场力作用下挪动到导体 A 的电子搬运到导体 B 的装置。
图 2-1-12．作用(1)在导体 A、 B 两头保持必定的电势差。
(2)使电路中保持连续的电流。
二、恒定电流1．恒定电场(1)定义：由稳固散布的电荷所产生的稳固的电场。
(2)形成：导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所累积的电荷共同形成的。
(3)特色：导线内的电场线与导线平行，电荷的散布是稳固的，导线内的电场是沿导线切线方向的恒定电场。
(4)恒定电场与静电场的关系：在恒定电场中，任何地点的电荷散布和电场强度都不随时间变化，所以其基天性质与静电场相同，在静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系，在恒定电场中相同合用。
2．电流(1)观点：电荷的定向挪动形成电流。
(2)物理意义：表示电流强弱程度的物理量。
(3) 符号及单位：电流用符号 I 表示，单位是安培，符号为 A。
常用单位还有毫安 (mA) 和微安( μA)， 1 A＝ 103mA ＝ 106μA。
q(4) 表达式： I ＝t (q 是在时间 t 内经过导体某一横截面上的电荷量)。
(5)方向：规定正电荷定向挪动的方向为电流方向。
3．恒定电流(1)观点：大小、方向都不随时间变化的电流。
(2)形成：恒定电场使自由电荷速率增添，自由电荷与导体内不动的粒子的碰撞，使自由电荷速率减小，最后表现为均匀速率不变。
1．自主思虑——判一判(1) 电路中有电流时，电场的散布就会随时间不断地变化。
( ×)(2)电源的作用就是将其余形式的能转变为电能。
( √)(3)恒定电场的电场强度不变化，必定是匀强电场。
( ×)(4)电流既有大小，又有方向，是矢量。
选修3-1-2.1电流和电源教案(讲义)有答案
第二章 恒定电流2.1《电源和电流》一、【学习与讨论】学点一： 静电场和恒定电场静电场是静止电荷在周围空间所激发的电场．在静电场中如果有导体存在，导体内部的自由电子就会定向移动，当电荷在导体内做定向移动而形成恒定电流时，在导体内外存在的电场称为恒定电场，这是两种不同的电场，既有区别又有联系．两种电场的共性：(1)它们都是物质的一种客观存在形式，都储存着电能；(2)它们对处于其中的电荷都有静电力的作用；(3)在这两种电场中移动电荷时相应的静电力一般都要做功．两种电场的区别：(1)导体中要建立稳恒电流就必须将导体与电源相连接，形成一闭合的回路．而静电场的建立只需要有电荷存在；(2)静电平衡状态下的导体内部场强为零，而在稳恒电流条件下导体内部可以带电；(3)在一般情况下，静电场的电场线并不是电荷运动的轨迹线，但是导体中恒定电场的电场线就是电荷运动的轨迹线．学点二： 导线中形成的恒定电场1．在导线中形成的恒定电场中，任何位置的电场强度都不随时间变化，其基本性质与静电场相同．2．产生恒定电流的电路中的电场是合电场(E )，它由两部分组成：一是电源的电场(E 0)；二是导线两侧的堆积电荷的电场(E ′)．3．恒定电流电路中的电场是稳定电场，即电路中的电荷分布是稳定的，但不是静态的绝对稳定，而是动态稳定，就电路中任一微元来讲，流走多少电荷，就补充等量的电荷.二、【探索与分析】1.由I ＝q t 能否说电流与电荷量成正比，与时间成反比？如何由I ＝q t推导电流的微观表达式I ＝nqSv ？两个公式有何关系？(1)I ＝q t的理解：此式为电流的定义式，不能说电流与电荷量成正比，与时间成反比． (2)I ＝nqS v 的推导： 如图2－1－2所示，图2－1－2AD 表示粗细均匀的一段导体，长为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 ，导体每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 .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 ＝l v .根据公式q ＝It 可得：导体AD 中的电流：I ＝Q t ＝nlSq l /v＝nqS v . 由此可见，从微观上看，电流决定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、定向移动速度的大小，还与导体的横截面积有关．(3)两个公式的关系：I ＝nqS v 是由I ＝q t推导而来的，从微观角度阐述了决定电流强弱的因素，能够说明为什么不能说电流正比于电荷量，反比于时间的原因．(4)应用I ＝q t计算时应注意以下两点： ①导体若为金属，则q 为自由电子带电荷量的绝对值．②导体若为电解液，则q 应为正负离子带电荷量的绝对值之和．【例1】 已知电子的电荷量为e ，质量为m ，氢原子的核外电子在原子核的静电力吸引下做半径为r 的匀速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少？答案 e 22πr 2mkmr 解析 所谓等效电流，就是把电子绕核运动单位时间内的电荷量通过圆周上各处看成是持续运动时所形成的电流，根据电流强度的定义即可算出等效电流的大小．截取电子运动轨道的任一截面，在电子运动一周的时间T 内，通过这个截面的电荷量q＝e .则有：I ＝q t ＝e T再由库仑力提供向心力，有：k e 2r 2＝m 4π2T 2r 得 T ＝2πr e mr k 解得I ＝e 22πr 2mkmr 四、电流的微观表达式【例2】 有一横截面积为S 的铜导线，流经其中的电流强度为I ，设每单位体积导线有n 个自由电子，电子的电荷量为q ，此时电子定向移动的速度为v ，在Δt 时间里，通过导线横截面的自由电子数目可表示为( )A ．n v S ΔtB ．n v ΔtC ．I Δt /qD ．I Δt /Sq答案 AC 解析 此题考查对电流强度公式I ＝q /t 的理解及电流强度的微观表达式I ＝nq v S 的理解．在Δt 时间内，以速度v 移动的电子在铜导线中经过的长度为v Δt ，由于铜导线的横截面积为S ，则在Δt 时间内，电子经过的导线体积为v ΔtS .又由于单位体积的导线有n 个自由电子，在Δt 时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为n v S Δt ，故A 正确．由于流经导线的电流为I ，则在Δt 时间内，流经导线的电荷量为I Δt ，而电子的电荷量为q ，则Δt 时间内通过导线横截面的自由电子数目可表示为I Δt /q ，故C 也正确.自学检测：1.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( )A ．导体运动的速率B ．电流传导速率C ．自由电荷定向移动的速率D ．电子热运动速率答案 C 解析 从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、电荷量、定向移动速度，还与导体的横截面积有关，故选C.电荷的定向移动形成电流，这个定向移动的速率都是电流微观表达式I ＝nqS v 中的v .2．下列说法中不正确的是( )A ．导体中有电荷运动就形成电流B ．电流的方向一定与负电荷的定向移动方向相反C ．对于导体，只要其两端有电压就有电流D ．国际单位制中电流的单位是安 答案 A3．在电解液中，若5 s 内向相反方向通过两极间面积为0.5 m 2的某横截面的正、负离子的电荷量各为5 C ，则电解液的电流为________ A. 答案 2解析 电解液中正负离子沿相反方向定向运动形成的电流方向是相同的，所以q 应为正、负离子电荷量绝对值之和．故I ＝q t ＝5×25A ＝2 A. 典型例题：题型一 电流的微观表达式一根铜导线，横截面积为1.0 mm 2，载有1.0 A 的电流，已知铜导线内自由电子的密度n ＝8.5×1028个/m 3，每个电子电荷量为1.6×10－19 C ，试求：铜导线中自由电子定向移动的速度为多大？思维步步高 电流强度的微观表达式的推导过程是什么？各个物理量的物理意义是什么？其中电子定向移动的速率和电流的传播速率是否相同？解析 电流强度的微观表达式是I ＝nqS v ，其中已知I 、n 、q 、S ，得v ＝I nqS. 答案 7.4×10－5 m/s拓展探究 如图所示，将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来，已知截面积S 铝＝2S 铜．在铜导线上取一截面A ，在铝导线上取一截面B ，若在1 s 内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截面的电流的大小关系是( )A ．I A ＝I BB ．I A ＝2I BC ．I B ＝2I AD ．不能确定答案 A 解析 这个题目中有很多干扰项，例如两个截面的面积不相等，导线的组成材料不同等等．但关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等，根据I ＝q t可知电流强度相等．方法总结在理解电流的微观表达式时，一定要注意以下几个方面：①表达式中几个物理量的物理意义．②只有电子才能在金属导线中移动，而在电解液导电中则正负离子都可以移动．③电子移动的速率并不是通电的速率.题型二 电流问题的拓展如图所示，由电源、定值电阻R 0和滑动变阻器R 构成一闭合电路，一粒子加速枪并接在R 0两端，在加速枪口O 正上方r 处的A 点真空区域有一固定的点电荷，带电荷量为＋Q .现有质量和带电荷量均不同的两种带负电的静止粒子，从加速枪的左端加速后从O 点进入＋Q 场区域，粒子射入枪口时速度方向垂直于AO 连线．(1)试证明若加速电压U 满足一定条件，两种粒子在＋Q 场区域都能做匀速圆周运动．(不计粒子的重力)(2)当滑动变阻器滑动头在某位置时，射出的带电粒子恰好做匀速圆周运动，若将P 向左移动一小段距离后，该种粒子从加速枪中射出后的运动轨迹变成什么形状？它的周期比圆周运动时长还是短？(只写明最后结论)思维步步高 电子的射出加速枪之后的速度是多少？离开加速枪之后电子受力情况和运动情况如何？做圆周运动需要什么条件？解析 (1)设带电粒子电荷量为q ，质量为m ，射出速度为v . 由动能定理：qU ＝12m v 2 在库仑力作用下做匀速圆周运动，由向心力公式：k qQ r 2＝m v 2r 解得U ＝kQ 2r由U 满足条件看出：U 与带电粒子q 、m 无关．(2)椭圆，变短(类比行星运动可知) 答案 见解析 拓展探究 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( )A ．0B ．2ne /tC ．3ne /tD ．4ne /t 答案 B方法总结类似于电流的问题可以按照电流问题的处理方法来进行处理.课堂检测：一、选择题1．下列叙述正确的是( )A ．通过导体某一截面的电荷量越多，电流越大B ．通电时间越短，电流越大C ．在单位时间内，通过导体某一截面的电荷量越多，电流越大D ．通过单位横截面积的电荷量越多，电流越大 答案 C2．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 ．3.0×10－13 AC ．9.6×10－16 AD ．3.0×10－6 A答案 A 解析 电子枪2 s 内发射了6×1013个电子，则2 s 通过示波管横截面的电子数为6×1013个，因此电流I ＝6×1013×1.6×10－192A ＝4.8×－6 A. 3．一个半径为r (米)的细橡胶圆环，均匀地带上Q (库仑)的负电荷，当它以角速度ω(弧度/秒)绕中心轴线顺时针匀速转动时，环中等效电流的大小为( )A ．Q B.Q 2π C.Qω2π D.2Qωπ答案 C 解析 负电荷Q 均匀分布在橡胶环上，当环转动时，在环上任取一截面则一个周期T 内穿过此截面的电荷量为Q ，因此应用电流的定义式I ＝q t，再结合圆周运动相关的知识即可求解．T ＝2πω，I ＝q t ＝Q T ＝Qω2π. 4．某电解池，如果在1 s 内共有5×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是( )A ．0B ．0.8 AC ．1.6 AD ．3.2 A答案 D 解析 由于电解液中，正、负两种离子的定向移动形成电流，故1 s 内流过某截面的电荷量为正、负离子所带电荷量的代数和，即q ＝(5×1018×2＋1.0×1019)×1.6×10－19 C ＝3.2 C ，故通过这个截面的电流为I ＝q t ＝3.21A ＝3.2 A. 5．关于导线中的电场，下列说法正确的是( )A ．导线内的电场线可以与导线相交B ．导线内的电场E 是电源电场E 0和导线侧面堆积电荷形成的电场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 答案 B6．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( )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，等效电流将变小答案 AB 解析 截取圆环的任一截面S ，如右图所示，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=t q =T Q 又T=ωπ2，所以I=πω2Q 由上式可知，选项A 、B 正确． 7．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，只要其两端电势差不为零，就有电流存在 答案 B解析 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行，故选项A 错误．形成电流的条件是导体两端保持有电压，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．二、计算论述题8．在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝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 .求在刚射出加速电场时，一小段长为ΔL 的电子束内电子个数是多少？答案 I ΔL e m 2eU 解析 根据动能定理eU ＝12m v 2① 根据电流定义公式q ＝It ＝ne ② 根据题意t ＝ΔL v ③解①②③得n ＝I ΔL e m 2eU9．某同学学习本节后认为电路接通后，自由电子从电源出发，以很大(可能接近光速)的定向移动速率，在金属导线中运动，很短时间到达用电器，所以不会看到开灯好长时间才见灯亮的现象，请利用下面有关资料探究该同学说法的正确性．横截面积S ＝1 mm 2铜导线，可允许通过电流为1 A ，铜在单位体积中自由电子数为8.5×1028个/m 3.答案 见解析 解析 由电流的微观表达式I ＝neS v 知v ＝I neS ＝18.5×1028×1.6×10－19×10－6m/s ＝7.4×10－5 m/s 可见v ≪光速c ＝3×108 m/s ，以这样的速度传播1 m 长导线需用时t ＝17.4×10－5s ＝3.8 h ，显然与实际不符，其实是在恒定电场的作用下，电路中的电子几乎同时定向移动，即整个电路几乎同时形成了电流．10．在彩色电视机的显像管中，电子枪射出的电子在加速电压U 作用下被加速，且形成大小为I 的电流，若打在荧光屏上的高速电子全部被荧光屏吸收，设电子的质量为m ，电荷量为e ，进入加速电场之前的初速不计．求：(1)时间t 内打在荧光屏上的电子数为多少？(2)荧光屏受到的平均作用力为多大？答案 (1)It e (2)I e2mUe 解析 (1)求时间t 内打在荧光屏上的电子数，关键是求出在这段时间打在荧光屏上的总电荷量Q ，单个电子的电荷量是e ，便可求得电子数N .在时间t 内打在荧光屏上的总电荷量是：Q ＝It . 单个电子的电荷量为e ，则打在荧光屏上的总电子数是：N ＝Q e ＝It e(2)求作用力的方法很多，如受力分析、根据运动和力的关系即牛顿运动定律等．对本题来说，我们可以较简单地求出电子在一段时间的平均加速度，由牛顿第二定律便可求出平均作用力．设电子在打到荧光屏之前的瞬时速度为v ，由能量守恒定律得：Ue ＝12m v 2，则v ＝ 2Ue m ，设电子与荧光屏作用的时间为T ，则这段时间内的总电子数为：N ′＝IT e在时间T 内电子的平均加速度为：a ＝v T ＝ 2Uem T由牛顿第二定律可得：F ＝m 总a ＝N ′ma ＝ITm 2Ue m eT ＝I e2mUe.。
人教版高二物理选修3-1第二章第一节电源和电流学案含答案
人教版高二物理选修3-1第二章第一节电源和电流学案含答案第二章恒定电流第一节电源和电流学案班别姓名学号一、自主预习二、课堂突破(1) 建立模型：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为q。
(2) 理论推导AD导体中的自由电荷总数：N＝总电荷量Q＝Nq＝所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t＝根据公式q＝It可得：导体AD中的电流：I ＝Q t＝ (3) 结论：由此可见，从微观上看，电流决定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、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关。
1.使用公式I ＝nqSv 计算时，一定要注意以下几点：(1)各个物理量都要用国际单位。
(2)正确理解各符号的意义，特别是n 表示导体中单位体积内的自由电荷数，v 表示自由电荷定向移动速度的大小。
(3)若已知单位长度的自由电荷数为n ，则电流的微观表达式为I ＝nqv .2.由I ＝nqSv 可以看出，同一段导体，横截面积越大的位置，自由电荷定向移动的速率越小，如图所示。
3. 电流的形成是电子在速率很大的无规则热运动上附加一个速率很小的定向移动，电路闭合时，瞬间在系统中形成电场，使导体中所有自由电荷同时定向移动，并不是电荷瞬间从电源运动到用电器。
4. 电荷的运动可以等效为电流，计算中可以选取一定时间(一般选一个周期)，此时间内通过截面的电荷量与时间的比值即为等效电流。
对于等效电流的求解问题，一定要找出一段时间内通过某一横截面的电荷量，才能运用电流的定义式求出电流的大小。
三、巩固训练1.下列关于电源的说法正确的是( )A. 电源是将其他形式的能转化为电能的装置B. 电源的作用是使电源的正负极之间维持一定的电势差C. 与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的D. 在电源内部正电荷由负极流向正极,负电荷由正极流向负极2.(多选)关于电源的作用,下列说法中正确的是( )A.电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷B.电源的作用是使电路中的电荷发生定向移动C.电源的作用就是能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3.关于电流，下列说法正确的是( )A ．只要有可以自由移动的电荷，就能存在持续的电流B ．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的C ．单位时间内通过导体横截面单位面积的电荷量越多，电流就越大D ．电流的方向与电荷定向移动的方向相同4.下列说法中正确的是( )A. 电流的方向就是电荷移动的方向B. 在直流电源的外电路上，电流的方向是从电源正极流向负极C. 电流都是由电子的移动形成的D. 电流是有方向的量，所以是矢量5.如果导线中的电流为1 mA ，那么1 s 内通过导体横截面的自由电子数是多少？若“220 V 60W ”的白炽灯正常发光时的电流为273 mA ，则20 s 内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个？6.横截面积为S 的导线中通有电流I ，已知导线每单位体积中有n 个自由电子，每个自由电子的电荷量是e ，自由电子定向移动的速率是v ，则在时间Δt 内通过导线横截面的电子数是( )A. nSv ΔtB. nv ΔtC. I Δt eD. I Δt Se7.来自质子源的质子(初速度为零)，经一直线加速器加速，形成电流为I 的细柱形质子流，已知质子源与靶间的距离为d ，质子电荷量为e ，假定分布在质子源到靶间的加速度是均匀的，质子到达靶时的速度为v ，则质子源与靶间的质子数为( )A. Id evB. 2Id evC. Id vD. 2Id v。
高中物理选修3-1学案：2.1 电源和电流
1电源和电流[学习目标] 1.了解电流的形成条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场.2.理解电流的定义，知道电流的单位、方向的确定，会用公式q＝It分析相关问题.3.会从微观的角度表示电流的大小．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强度都不随时间变化，其基本性质与静电场相同．三、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．电流的定义式：I＝qt，其物理意义：单位时间内，通过导体横截面的电荷量．表示电流强弱程度的物理量．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有运动．(×)(2)电流既有大小，又有方向，是矢量．(×)(3)导体中的电流是正电荷定向移动形成的．(×)(4)电荷移动的方向就是电流的方向．(×)(5)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量越多．( √ )2．在一次闪电的过程中，流动的电荷量大约为300 C ，持续的时间大约是0.005 s ，所形成的平均电流强度为6.0×104 A.一、电流的理解和计算[导学探究] 如图1所示，在装有导电液体的细管中，有正、负两种电荷向相反的方向运动，在时间t 内通过细管某截面的正电荷为q 1，通过此截面的负电荷为q 2.图1(1)确定通过导电液体中电流的方向． (2)计算导电液体中电流的大小．[答案] (1)电流方向为正电荷定向移动方向或负电荷定向移动的反方向，故导电液体中电流方向为由左向右． (2)I ＝q 1＋q 2t[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 ＝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．其中I 是电流在时间t 内的平均值．[特别提醒]电流虽然有方向，但它是标量，它遵循代数运算法则．例1 如图2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 ，以下说法中正确的是( )图2A ．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)et C ．当n 1＜n 2时，电流方向从B →A ，电流强度为I ＝(n 2－n 1)etD ．溶液内电流方向从A →B ，电流强度为I ＝(n 1＋n 2)et[答案] D[解析] 正离子定向移动方向就是电流方向，负离子定向移动的反方向也是电流方向；有正、负离子向相反方向经过同一截面时，公式I ＝qt 中的q 应是正、负离子电荷量绝对值之和，故I ＝(n 1＋n 2)e t，电流方向由A 指向B ，与正、负离子的数量无关，A 、B 、C 错误，D 正确．计算电流时，要分清形成电流的电荷种类，是只有正电荷或负电荷，还是正、负电荷同时定向移动.当正、负电荷都参与定向移动时，正、负电荷对电流的形成都有贡献.针对训练1 某电解池，如果在1 s 内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1 m 2的某截面，那么通过这个截面的电流是( ) A ．0 B ．0.8 A C ．1.6 A D ．3.2 A[答案] D二、电流的微观表达式 [导学探究]如图3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为q .则：图3(1)导体AD 内的自由电荷全部通过横截面D 所用的时间t 是多少？ (2)导体AD 内的自由电荷的总电荷量Q 是多少？ (3)这段导体上的电流是多大？ [答案] (1)t ＝lv(2)导体AD 内的自由电荷总数N ＝nlS 总电荷量Q ＝Nq ＝nlSq(3)此导体上的电流I ＝Q t ＝nlSqlv ＝nqS v[知识深化] 电流的微观表达式I ＝nq v S(1)从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数n 、每个自由电荷的电荷量q 、定向移动的速率大小v ，还与导体的横截面积S 有关．若已知单位长度的自由电荷数为n ，则电流的微观表达式为I ＝nq v .(2)v 表示电荷定向移动的速率．自由电荷在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，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． [延伸阅读] 三种速率的比较(1)电子定向移动速率：电子在金属导体中的平均运动速率，也是公式I ＝neS v 中的v ，大小约为10－5 m/s.(2)电流的传导速率：电流在导体中的传导速率等于光速，为3×108 m/s.闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流．(3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105 m/s.由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流．例2 导线中的电流是1 A ，导线的横截面积为1 mm 2.(1)在1 s 内，有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e ＝1.6×10－19C)?(2)自由电子的平均移动速率是多大(设导体每立方米内有8.5×1028个自由电子)? (3)自由电子沿导线移动1 m ，平均要多少时间？ [答案] (1)6.25×1018个 (2)7.35×10－5 m/s (3)3.78 h [解析] (1)N ＝q e ＝Ite ＝6.25×1018个．(2)由公式I ＝neS v ，得v ＝I neS ＝18.5×1028×1.6×10－19×1×10－6 m/s ≈7.35×10－5 m/s.(3)沿导线移动1 m 需用时t ＝17.35×10－5s ≈3.78 h.针对训练2 如图4所示，一根截面积为S 的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，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( )图4A ．v q B.q v C ．q v S D.q v S[答案] A1．(对电源的理解)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 ．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] B[解析] 电源的作用是维持正、负极之间恒定的电势差，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．2．(对I ＝qt 的理解和应用)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[答案] C[解析] 由公式q ＝It ，n ＝q e ＝Ite＝9.375×1021个．3．(对电流微观表达式的理解和应用)有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的2倍，而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，以下说法正确的是( ) A ．通过甲、乙两导体的电流相同 B ．通过乙导体的电流是甲导体的2倍C ．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍D ．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率相等 [答案] B[解析] 由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，因此通过乙导体的电流是甲的2倍，故A 错，B 对．由于I ＝nqS v ，所以v ＝InqS ，由于不知道甲、乙两导体的性质(n 、q 不知道)，所以无法判断v ，故C 、D 错．4．(I ＝qt 的理解与应用)已知电子的电荷量为e ，质量为m ，氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为r 的匀速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少？ [答案] e 22πr 2mkmr[解析] 根据电流大小的定义式去求解，截取电子运动轨道的任一截面，在电子运动一周的时间T 内，通过这个截面的电荷量Q ＝e .则有：I ＝Q t ＝eT ，再由库仑力提供向心力，有： k e 2r 2＝m 4π2T 2r 得T ＝2πr emr k解得I ＝e 22πr 2mkmr .。
高中物理 2.1电源和电流导学案 新人教版选修3-1(2021年最新整理)
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第二章恒定电流第1节电流和电源【学习目标】1．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。
4。
通过类比和分析对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解。
【重点、难点】重点：理解电源的形成过程及电流的产生。
难点：电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。
预习案【自主学习】1.电源是能把电路中的从正极搬到负极的装置.2。
导线中的电场是由、等电路元件所积累的电荷在导线内共同形成的电场，导线内的电场保持和平行.3。
由分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。
4。
把、都不随时间变化的电流称为恒定电流。
5.电流的程度用电流这个物理量表示；规定定向移动的方向为电流的方向;电流的单位是，符号是 ;公式为。
【学始于疑】探究案【合作探究一】问题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______。
问题2：某电解槽横截面积为0.5m2，若10s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为10C，则电解液中的电流为_____。
归纳总结【合作探究二】问题1：在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B和C,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,每个电荷的电荷量为q，电荷的定向移动速率为v,则在时间t内处于相距为 vt 的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C ．已知:n为单位体积内的自由电荷的个数，S为导线的横截面积，v为自由电荷的定向移动速率在时间t内通过导体某截面的电量为：所形成的电流为：归纳总结：【课堂小结/本节知识网络】【思考】【当堂检测】1.形成持续电流的条件是( ）A.只要有电压加在物体的两端B.必须保持导体两端有电压C。
人教版高中物理选修3-1 第二章 第1节 电源和电流 学案1
第1节电源和电流学案导学课前预习学案一、预习目标（一）知识与技能1．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。
（二）过程与方法通过类比和分析对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解。
（三）情感态度与价值观通过对电源、电流的学习培养将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
二、预习内容：1.电源是能把电路中的从正极搬到负极的装置。
2.导线中的电场是由、等电路元件所积累的电荷在导线内共同形成的电场，导线内的电场保持和平行。
3.由分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。
4.把、都不随时间变化的电流称为恒定电流。
5.电流的程度用电流这个物理量表示；规定定向移动的方向为电流的方向；电流的单位是，符号是；公式为。
提出疑惑课内探究学案学习目标（一）知识与技能1．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。
（二）过程与方法 通过类比和分析对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解。
（三）情感态度与价值观通过对电源、电流的学习培养将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
学习过程1.电流的分析与计算(1)电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
(2)金属导体中电流的方向与自由电子的定向移动方向相反。
(3)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，此时tq 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)电流虽然有大小和方向，但不是矢量。
2.电流的微观表达式nqSv I =的应用在电解液导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，在用公式I =q ／t 计算电流时应引起注意.例1如图验电器A 带负电，验电器B 不带电，用导体棒连接A 、B 的瞬间，下列叙述中错误的是（ ）A 、有瞬时电流形成，方向由A 到BB 、A 、B 两端的电势不相等C 、导体棒内的电场强度不等于零D 、导体棒内的自由电荷受电场力作用做定向移动例2在彩色电视机的显像管中，从电子枪射出的电子在加速电压U的作业下被加速，且形成的电流强度为I的平均电流，若打在荧光屏上的高速电子全部被荧光屏吸收。
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电源和电流学案
课前预习学案
一、预习目标
（一）知识与技能
1．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。
（二）过程与方法
通过类比和分析对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解。
（三）情感态度与价值观
通过对电源、电流的学习培养将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
二预习内容：
1.电源是能把电路中的从正极搬到负极的装置。
2.导线中的电场是由、等电路元件所积累的电荷在导线内共同形成的电场，导线内的电场保持和平行。
3.由分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。
4.把、都不随时间变化的电流称为恒定电流。
5.电流的程度用电流这个物理量表示；规定定向移动的方
向为电流的方向；电流的单位是 ，符号是 ；公式为 。
提出疑惑
课内探究学案
学习目标
（一）知识与技能
1．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。
（二）过程与方法
通过类比和分析对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解。
（三）情感态度与价值观
通过对电源、电流的学习培养将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
学习过程
1.电流的分析与计算
(1)电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
(2)金属导体中电流的方向与自由电子的定向移动方向相反。
(3)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，此时t
q 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)电流虽然有大小和方向，但不是矢量。
2.电流的微观表达式nqSv
I 的应用
在电解液导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，在用公式I=q／t计算电流时应引起注意.
例1如图验电器A带负电，验电器B不带电，用导体棒连接A、B的瞬间，下列叙述中错误的是（）
A、有瞬时电流形成，方向由A到B
B、A、B两端的电势不相等
C、导体棒内的电场强度不等于零
D、导体棒内的自由电荷受电场力作用做定向移动
例2在彩色电视机的显像管中，从电子枪射出的电子在加速电压U的作业下被加速，且形成的电流强度为I的平均电流，若打在荧光屏上的高速电子全部被荧光屏吸收。
设电子的质量为m，电荷量为e，进入加速电场之前的速度不计，则在t秒内打在荧光屏上的电子数为多少？
例3如图所示的电解槽中，如果在4s内各有8c的正、负电荷通过面积为0.8㎡的横截面AB，那么
⑴在图中标出正、负离子定向移动的方向；
⑵电解槽中的电流方向如何？
⑶4s内通过横截面AB的电量为多少？
⑷电解槽中的电流为多大？
三反思总结
通过连接电路的操作性练习来认识电流与电路的关系,电源和用电器在电路中所起的作用。
本着学生是学习的主体为指导原则，在学习的过程中采用实验法、观察法、分析归纳法、练习法等，培养学生的兴趣、观察能力、分析归纳能力、电学实验习惯，提高认识电路、连接电路、画电路图的能力。
四当堂检测：
1.形成持续电流的条件是( )
A.只要有电压加在物体的两端
B.必须保持导体两端有电压
C.只在导体两端瞬时加电压
D.只要有大量的自由电荷
2.在由电源、导线等电路元件所形成的电路中，以下说法正确的是（）
A.导线中的电场强度处处为零
B.导线中的电场强度方向跟导线方向平行
C.导线内各点的电势相等
D.导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低
3.以下说法正确的是（）
A.导体中的电流是正电荷的定向移动形成的
B.电荷定向移动的速率等于电流的传导速率
C.单位时间内通过导体横截面的电荷数越多电流越大
D.导体中越粗的地方单位时间内通过导体横截面的电荷数越多电流越大
4.某电解池，如果在1s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1m2的某截面，那么通过这个截面的电流是( )
A.0
B.0.8A
C.1.6A
D.3.2A
课后练习与提高
1.下列叙述正确的是( )
A.导体中电荷运动就形成电流
B.电流是矢量
C.导体中有电流通过时，导体内部场强不为零
D.只有自由电子的定向移动才能形成电流
2. 示波管中，2s内有6×1013个电子通过横截面大小不知的电子枪，则示波管中电流大小为( )
A.4.8×10-6A
B.3×10-13A
C.9.6×10-6A
D.无法确定
3.我国北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道，电子电荷量e=1.6×10-19C，在整个环中运行的电子数目为5×1011，设电子的速度是3×107m/s，则环中的电流是：（）
A．10mA B．1mA C．0.1mA D．0.01mA
4.如图所示，a、b两导体板组成一电容器，电容为C，带电荷量为q，然后用
一根虚线所示的导线连接，以下说法中正确的是（）
A.导线中有恒定的电流
B.导线中有短时间的电流
C.通过导线的电荷量为q
D. 通过导线的电荷量为2q
例3解析：⑴电源与电解槽中的两极相连后，左侧电极电势高于右侧电极，由于在电极之间建立电场，电场方向由左指向右，故正离子向右移动，负离子向左移动
⑵电解槽中的电流方向向右
⑶8C 的正电荷向右通过横截面AB ，而8C 的负电荷向左通过该横截面，相当于又有8C 正电荷向右通过横截面，故本题的答案为16C
⑷由电流强度的定义I=4
16 t Q =4A 同步检测：1。
D 2.BD 3.C 4.D
拓展提高答案：1B 2BD 3C 4D 5A。