11.1 电源与电流-2024-2025学年高二物理同步学案（人教版2019必修第三册）

11.1 电源与电流 课程标准 学习目标 观察并能识别常见的电路元器件，了解它们在电路中的作用。 1．了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场. 2．理解电流的定义，知道电流的单位和方向. 3．会推导电流的微观表达式，了解表达式中各量的意义． 知识点一、电源 1．定义：能把电子从电源正极搬运到电源负极的装置就是电源． 2．作用：使导体两端始终存在电势差． 知识点二、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＝，其物理意义：单位时间内通过导体横截面的电荷量，是表示电流强弱程度的物理量． 3．在国际单位制中，电流的单位是安培，符号是A. 4．电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向，与负电荷定向移动的方向相反． 【规律方法】 公式I＝的应用 1．金属导体中的电流是由自由电子的定向移动形成的，因此q为通过导体横截面的自由电子的电荷量． 2．电解质溶液中的电流是正、负离子同时向相反方向定向移动形成的，因此q为正、负离子电荷量的绝对值之和． 3．电解液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反． 知识点三、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＝.导体AD内的自由电荷总数N＝nlS 总电荷量Q＝Nq＝nlSq 此导体中的电流I＝＝＝nqSv. 2．电流的微观表达式I＝nqSv的理解 (1)I＝是电流的定义式，I＝nqvS是电流的决定式，因此I与通过导体横截面的电荷量q及时间t无关，从微观上看，电流取决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大小q、定向移动的速率v，还与导体的横截面积S有关． (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． 3．区别三种速率 自由电荷定向移动速率 自由电荷定向移动形成电流，其中自由电荷定向移动速率的数量级一般为10－4 m/s 电子热运动速率 导体内的自由电子在永不停息地做无规则的热运动，由于热运动，自由电子向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动速率的数量级为105 m/s 【规律方法】 两金属导体接触后电荷量的分配规律 1．若使两个完全相同的金属球带电荷量分别为q1、q2，接触后再分开，两球带电荷量分别为q1′、q2′，则有q1′＝q2′＝(q1、q2应带＋、－号)． 2．此规律只适用于两个相同的金属球(材料、大小都相同)． 知识点四、电池的容量 1．定义：电池放电时输出的总电荷量； 2．单位：“安时”(A·h)或“毫安时”(mA·h)． [例题1] 关于电流，下列说法中正确的是（　　） A．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流越大 B．电子运动的速率越大，电流越大 C．单位体积内的自由电子数越少，电流越大 D．因为电流有方向，所以电流是矢量 [例题2] 在某次闪电中，持续的时间约0.005s，所形成的平均电流约6×104A．若闪电过程中流动的电量以0.5A的电流通过电灯，可供灯照明的时间为（　　） A．600s B．300s C．150s D．4.1×10﹣8s [例题3] 在地面上插入一对电极M和N，将两个电极与直流电源相连，大地中形成恒定电流和恒定电场。恒定电场的基本性质与静电场相同，其电场线分布如图，P、Q是电场中的两点。下列说法正确的是（　　） A．P点场强比Q点场强大 B．P点电势比Q点电势高 C．P点电子的电势能比Q点电子的电势能大 D．电子沿直线从N到M的过程中所受电场力恒定不变 [例题4] 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的电子以角速度ω绕氢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．ωe，顺时针 C．，逆时针 D．ωe，逆时针 [例题5] 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，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． B． C． D． [例题6] 一根长为2m、横截面积为1.6×10﹣5m2的铜棒，铜棒的电阻为2.19×10﹣3Ω，铜棒内的电场强度为2.5×10﹣2V/m，铜棒内自由电子密度为8.5×1029