第十一章1 电源和电流（Word教参）-【精讲精练】2024-2025学年高中物理必修第三册（人教版）

1　电源和电流 [学业要求与核心素养] 1．了解电源的概念，知道电源的作用。 2．了解电流的形成，知道导体中的恒定电场，知道电流的定义、单位及方向的规定，理解恒定电流。 3．理解电流形成的微观实质。 一、电源 阅读教材，并回答： 有A、B两个导体，分别带等量异种电荷： (1)用导线将A、B连接起来，导线中有没有电流？为什么？ (2)如果有电流，这个电流会持续吗？ (3)如何让导线中保持持续的电流？ 答：(1)有，电荷定向移动 (2)不会 (3)保持导体两端有电压 【概念·规律】 电源 定义 电源是能不断把__电子__从正极搬运到负极的装置 作用 (1)移送电荷，维持电源正、负极间有一定的__电势差__。 (2)保持电路中有__持续__的电流 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．特点 任何位置的__电荷__分布和电场强度都不随时间变化。 三、恒定电流 1．电流 (1)概念：电荷的__定向__移动形成电流。 (2)物理意义：反映了电流的__强弱__程度。 (3)符号及单位：符号是__I__，单位有__安培__、__毫安__、__微安__(单位符号分别为A、__mA__、__μA__)。 (4)表达式：I＝　　。 (5)电流的方向：规定__正__电荷定向移动方向或__负__电荷定向移动的反方向为电流方向。 2．恒定电流 (1)定义：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做定向运动，与导体内不动的粒子的__不断碰撞__，使自由电荷速率减小，最终表现为__平均速率__不变。 (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。(　　) (3)电流既有大小，又有方向，是矢量。(　　) (4)导体中的电流一定是正电荷定向移动形成的。(　　) (5)电子定向移动的方向就是电流的方向。(　　) (6)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量越多。(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√ 探究点一　对电源的理解 1．电源的作用 (1)从电荷转移的角度看，电源的作用是使电路中的自由电荷持续地定向移动。 (2)从能量转化的角度看，搬运电荷的过程是非静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为电能。 2．形成电流的三种电荷 形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子，其中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。 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搬运到正极，保持两极之间有电压 B．电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电势能的过程 C．电荷的移动形成电流 D．只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流 [解析]　在电源内部，电源把电子由正极搬运到负极，这一过程要克服静电力做功，把其他形式的能转化为电势能，故选项A错误，选项B正确；电荷的定向移动才形成电流，选项C错误；电路中要形成持续的电流，既要有电源，电路又要闭合，两者缺一不可，故选项D错误。 [答案]　B 1．(多选)将一些电学元件用导线连接在某电源的两端，下列描述正确的是(　　) A．电源的作用是使电源的正、负极两端保持一定的电势差 B．电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷 C．导体中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的 D．导体中的电场是由电源的电场和导体中积累的电荷形成的电场叠加而形成的 解析　电源将负电荷从负极搬到正极，维持正、负极间有一定的电势差，A正确，B错误；导体中的电场是电源电场和导体中积累的电荷形成的电场叠加而成的，C错误，D正确。 答案　AD 探究点二　电流的理解和计算 1．电流的方向 规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反。 2．电流的定义式 I＝，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。 3．电流虽然有方向，但它是标量，它遵循代数运算法则。 如图所示，电解池内有一价的电解液，t时间内通过溶液内面积为S的截面的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下说法正确的是(　　) 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．溶液内电流方向从A→B，电流强度为I＝ [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＝中的q应是正、负离子电荷量绝对值之和，故I＝，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。 [答案]　D 2．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．4.8×10－6A　　　 B．3×10－13A C．3×10－6A D．9.6×10－6A 解析　电子枪2 s发射的电荷量q＝6×1013×1.6×10－19 C＝9.6×10－6 C，所以示波管中的电流大小为I＝＝ A＝4.8×10－6A，故A正确，B、C、D错误。 答案　A 探究点三　电流的微观表达式 [交流讨论] 根据教材“拓展学习”： 设导体的横截面积为S，自由电子数密度(单位体积内的自由电子数)为n，自由电子定向移动速度的平均速率为v，电子电量为e，试推导电流的微观表达式。 答：略 [归纳总结] 1．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、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关。 2．电流的微观表达式：I＝nqvS。式中n为导体中单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷的电荷量，v为自由电荷定向移动速率、S为导体的横截面积。 (2023·南昌期中)右图是一根粗细均匀的橡胶棒，其横截面积为S，由于与毛皮发生摩擦而均匀带负电，若已知该橡胶棒每米所带的电荷量为q，则当该棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，形成的等效电流为(　　) A．qv　　 B．　　　 C．qvS　　 D． [解析]　橡胶棒沿轴线方向以速度v做匀速直线运动时，Δt内通过的距离为vΔt，Δt内通过某横截面的电荷量Q＝qvΔt，根据电流的定义式I＝，得到等效电流I＝qv，A正确。 [答案]　A 3．(多选)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，在t时间内通过导线横截面的自由电子数可表示为(　　) A．nvSt　　　　　　 B．nvt C． D． 解析　t时间内，通过导线横截面的自由电子数N＝＝，故选项C正确；又I＝nqSv代入上式得N＝nvSt，故选项A正确。 答案　AC 1．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 解析　电源的作用是维持正、负极之间稳定的电势差，外电路中自由电子在静电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错误，B正确；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错误；电源是对电路提供能量的装置，故D错误。 答案　B 2．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　由公式q＝It得，n＝＝＝9.375×1021个，故选C。 答案　C 3．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，电子平均定向移动的速率为(　　) A．光速c B． C． D． 解析　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，所以电荷量q＝，因电流I＝＝，于是得到v＝。 答案　D 学科网（北京）股份有限公司 $$