第3章 第1节 电流-2020-2021学年高中物理选修3-1【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第1节　电流 [学习目标] 1．了解形成电流的条件和形成持续电流的条件。 2．理解电流的定义，知道电流的单位、方向，会进行有关电流的计算。 一、电流的形成 1．形成电流的条件 (1)回路中存在自由电荷。 (2)导体两端存在电压。 2．形成持续电流的条件 导体两端有持续电压。 二、电流的速度 1．电流的速度 等于电场的传播速度，它等于3×108 m/s。 2．导体中有电流时同时存在着的三种速率 三种速率 电场的 传播速率 电子无规则热 运动的速率 自由电子定向 移动的速率 数值 光速 3×108 m/s 数量级约 105 m/s[来源:学。科。网Z。X。X。K] 数量级约 10－5 m/s 三、电流的方向 1．规定：正电荷定向移动的方向。 金属内部的电流方向跟负电荷定向移动的方向相反。 2．外电路中，电流总是从电源正极流向电源负极。 四、电流的大小和单位 1．定义：电荷定向移动时，在单位时间内通过导体任一横截面的电荷量称为电流。 2．定义式：I＝。 3．单位：安培。 常用单位还有mA和μA； 换算关系：1 A＝103 mA＝106 μA。 4．(1)直流电：方向不随时间改变的电流。 (2)恒定电流：方向和强弱都不随时间改变的电流。 [自主诊断]——判正误 　(1)金属导体中电子定向移动的速率很大，因为闭合开关，灯泡马上就亮了。(×) (2)加上电压后，导体中的电场是以光速传播的。(√) (3)导体中的自由电荷是在导体中的电场施加的电场力作用下做定向移动的。(√) (4)电流既有大小又有方向，是矢量。(×) (5)由I＝可知，I与q成正比。(×) (6)安培是七个国际基本单位之一。(√) 考点一　对电流的理解 1．对电流的定义式I＝的理解 (1)电流指单位时间内通过导体任一横截面的电荷量，即I＝，其中q是时间t内通过某横截面的电荷量，不是单位横截面的电荷量。 (2)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，应用I＝时，q为正电荷的总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 (3)在应用I＝计算时各个物理量的单位都用国际单位。 [例1]　如图3－1－1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n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下解释中正确的是 图3－1－1 A．当n1＝n2时电流强度为零 B．当n1＞n2时，电流方向从A→B，电流强度为I＝ C．当n1＜n2时，电流方向从B→A，电流强度为I＝ D．溶液内电流方向A→B，电流强度I＝ [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＝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，与正负电荷的数量无关，C错误，D正确。 [答案]　D ●对点训练 1．(多选)在导体中有电流通过时，下列说法正确的是 A．电子定向移动速率很小 B．电子定向移动速率即是电场传导速率 C．电子定向移动速率是电子热运动速率[来源:学|科|网] D．在金属导体中，自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动 解析　电子定向移动的速率很小，数量级为10－5m/s，自由电子只不过在速率很大的热运动上附加了很小的定向移动，故A、D正确，电场的传导速率为光速c＝3×108 m/s，无规则热运动速率的数量级为105 m/s。故B、C错。 答案　AD 2．一个半径为r的细橡胶圆环，均匀地带上电荷量为Q的负电荷，当它以角速度ω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. 解析　截取圆环上任一截面，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＝＝，又因为T＝，所以I＝，故C正确。 答案　C 考点二　电流的微观表达式 1．建立模型 如图3－1－2所示，AD表示粗细均匀长为l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。 图3－1－2 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S所需要的时间：t＝。 根据公式I＝可得： 导体AD中的电流：I＝＝＝nqSv。 3．结论 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。 [例2]　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由电子数为n，金属内的自由电子的电荷量为e，自由电子做无规则热运动的速率为v0，导体中通过的电流为I。则下列说法中正确的有 A．自由电