第8讲 电源、电流和电动势（讲义）-2020-2021学年高二物理上册同步训练教师免备课

第8讲 电源、电流和电动势 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．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。 3．理解电动势的概念，掌握电动势的定义式。 4．能用欧姆定律表达式计算I、U、R。 5．通过导体伏安特性曲线，得出线性元件和非线性元件的概念。能根据伏安特性曲线区分线性元件与非线性元件，说出欧姆定律的适用条件。 1．恒定电流的概念，利用公式I=和I=nqSv分析有关问题。 2．电动势的概念及其表达式。 3．欧姆定律的内容、表达式、适用条件及利用欧姆定律分析、解决实际问题。 4．导体的伏安特性曲线的物理意义。 5．线性元件及非线性元件的理解。 电流 1．形成电流的条件 （1）导体中有能够自由移动的电荷。 （2）导体两端存在电压。 2．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。金属导体中是自由电子定向移动形成电流，而电解液中是正、负离子定向移动形成电流。电流虽然有方向，但它是标量。 3．电流的大小 （1）定义式：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。 （2）微观表达式：I=nqSv 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，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷所带的电荷量为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所需要的时间：t= 所以导体AD上的电流：I==nqSv 由此可见，从微观上看，电流取决于导体中自由电荷的密度、电荷量、定向移动速度，还与导体的横截面积有关。 特别提醒 （1）由I=nqSv可以看出，导体面积越大的位置电荷定向移动的速率越小。 （2）公式I=nqSv是由I=推导出来的，适合于从微观出发研究电流的大小。其中n为导体单位体积内的自由电荷数。 （3）单位：安培(安)，符号A,1A=1C/s 4．三种速率的比较 （1）电子定向移动的速率 物理意义：电流就是由电荷的定向移动形成，电流I=neSv，其中v就是电子定向移动的速率，一般为10－5m/s的数量级。 大小：10－5m/s （2）电子热运动的速率 物理意义：构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动的速率数量级为105m/s。 大小：105m/s （3）电流传导的速率 物理意义：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，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。 大小：3×108m/s 特别提醒：由于电荷定向移动的速率很小，所以当电路闭合后，电荷并不是瞬间从电源运动到用电器，而是瞬间在系统中形成电场，使导体中所有自由电荷同时做定向移动形成电流。 例1．如图所示，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（　） A．vq B． C．qvS D． 练习1．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0.8m2的横截面AB，那么 （1）在图中标出正、负离子定向移动的方向； （2）电解槽中的电流方向如何？ （3）4s内通过横截面AB的电量为多少？ （4）电解槽中的电流为多大？ 练习2．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．电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率 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 练习3．关于电流，以下说法正确的是（　） A．通过截面的电荷量多少就是电流的大小 B．电流的方向就是电荷定向移动的方向 C．在导体中，只要自由电荷在运动，就一定会形成电流 D．导体两端没有电压就不能形成电流 练习4．如图所示，在NaCl溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图所示。若测得2s内有1.0×1018个Na+和Cl－通过溶液内部的横截面M，试问：溶液中的电流方向如何？电流多大？ 练习5．一个半径为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． C． D． 练习6．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（　） A．nvΔtS B．nvΔt C． D． 练习7．一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S，导体单位长度内的自