资料简介
第3章第1节 电流
内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升03学以致用•随堂检测全达标
课标要求1.了解电流的形成条件。(物理观念)2.理解电流的定义、定义式、单位及方向的规定,会用公式q=It分析相关问题。(科学思维)3.会推导电流的微观表达式,从微观的角度认识影响电流大小的因素。(科学思维)
基础落实•必备知识全过关
一、电流的形成1.电流是由自由电荷的移动形成的。2.形成电流的条件(1)回路中存在。(2)导体两端有。3.持续电流(1)导体两端有是导体中形成持续电流的条件。(2)电源提供的是。定向自由电荷电压持续电压持续电压
4.形成电流的速度:的传播速度,为m/s。5.从微观角度看,当导体内没有电场时,常温下金属内的自由电子大约以的平均速率做无规则运动。6.虽然大量电子整体做定向移动,但定向移动速度很小,数量级大约是,比电场传播的速度小很多,故被形象地称为“电子漂移”。电场3.0×108105m/s10-5m/s
二、电流的方向与大小1.电流的方向(1)在物理学中,规定定向移动的方向为电流的方向。(2)在电源外部的电路中,电流的方向是从电源流向。(3)在电源内部的电路中,电流的方向是从电源流向。(4)电流是,虽有方向,但其运算不符合平行四边形定则。正电荷正极负极负极正极标量
2.电流的大小和单位(1)定义:物理学中将流过导体某一横截面的与___________之比定义为电流。(2)定义式:I=。为比值定义。(3)在国际单位制中,电流的单位是,简称安,符号为,1A=1C/s。常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(μA),它们的关系为1mA=A,1μA=A。(4)直流电:不随时间变化的电流称为直流电。恒定电流:和都不随时间变化的电流称为恒定电流。电荷量所用时间安培A10-310-6方向大小方向
易错辨析判一判(1)电源能把自由电子从正极搬运到负极。()(2)因为电流既有大小又有方向,所以电流是矢量。()(3)通过导体某横截面的电荷量越多,电流越大。()(4)电流的方向与电荷定向移动的方向相同。()(5)只要导体中无电流,其内部自由电荷就停止运动。()√×电流虽然有方向,但不是矢量,其运算遵从代数法则。××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。×导体中的电荷在不停地做无规则的运动。
即学即用练一练1.关于电流的方向,下列叙述正确的是()A.金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B.在电解质溶液中有自由的正离子和负离子,电流方向不能确定C.不论何种导体,电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D.电流的方向有时与正电荷定向移动方向相同,有时与负电荷定向移动方向相同答案C解析电流是有方向的,电流的方向是人为规定的。物理上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,负电荷定向移动的方向与电流的方向相反。
2.电路中有一电阻,通过电阻的电流为5A,当通电5分钟时,通过电阻横截面的电子数为()A.1500个B.9.375×1019个C.9.375×1021个D.9.375×1020个答案C
重难探究•能力素养全提升
探究一电流的形成条件及三种速率的理解[情境探究]电闪雷鸣时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光,但它只能存在一瞬间,而手电筒中小灯泡却能持续发光,这是为什么呢?要点提示因为手电筒中的电源能提供持续电压。
[知识归纳]1.电流的方向(1)规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,负电荷定向移动的方向与电流的方向相反。(2)金属导体中自由移动的电荷是自由电子,电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。
2.电流的大小(1)公式:。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。
[应用体验]典例1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内分别有1.0×1018个Na+和Cl-通过溶液内部的横截面M,溶液中的电流方向如何?电流多大?
解析NaCl溶液导电是靠自由移动的Na+和Cl-,它们在静电力作用下向相反方向运动。溶液中电流方向与Na+定向移动方向相同,即由A指向B。Na+和Cl-都是一价离子,每个离子的电荷量为e=1.60×10-19C,NaCl溶液导电时,Na+由A向B定向移动,Cl-由B向A运动,负离子的运动可以等效地看作正离子沿相反方向的运动,所以通过M横截面的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和,则有答案溶液中的电流方向由A指向B,大小为0.16A
规律方法对金属来讲,是自由电子的定向移动形成电流,q为通过金属横截面的自由电子的电荷量。对电解质溶液来讲,是正、负离子同时向相反方向定向移动形成电流,q为通过液体横截面的正、负离子电荷量的绝对值之和。
针对训练1在一次闪电的过程中,流动的电量大约为300C,持续的时间大约是0.005s,所形成的平均电流为多大?这些电荷量如果以0.5A的电流流过灯泡,可使灯泡照明多长时间?答案6×104A600s
探究二电流的微观表达式[情境探究]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平均速率为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。(1)AD导体中有多少个自由电荷?总电荷量是多少?(2)这些电荷都通过横截面D所需的时间是多少?(3)导体AD中的电流是多大?
要点提示(1)AD导体中的自由电荷总数:N=nlS。总电荷量Q=Nq=nlSq。
[知识归纳]对电流微观表达式和三种速率的理解(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、定向移动平均速率、导体的横截面积。(2)电流的微观表达式:I=nevS。式中n为导体中单位体积内的自由电荷数、e为每个自由电荷的电荷量、v为自由电荷定向移动的平均速率,S为导体的横截面积。
(3)三种速率的比较①电子定向移动平均速率:电子在金属导体中的平均运动速率,也是公式I=neSv中的v,大小约为10-5m/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3×108m/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105m/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。
[应用体验]典例2(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e,此时电子定向移动的平均速率为v,在t时间内,通过导线横截面的自由电子数可表示为()答案AC解析t时间内,通过导线横截面的自由电子数,故选项C正确。又I=neSv,代入上式得N=nvSt。故选项A正确。
规律方法使用公式I=neSv进行计算时的注意事项(1)各个物理量都要用国际单位制单位。(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的平均速率。(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=nev。
针对训练2有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的2倍,而单位时间内通过横截面的电荷量乙是甲的2倍,下列说法正确的是()A.甲、乙两导体的电流相同B.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平均速度是甲导体的2倍D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的平均速度大小相等
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,所以通过乙导体的电流是甲的2倍,A错误,B正确。由I=neSv,得,由于不知道甲、乙两导体的性质(n不知道),所以无法判断v。
学以致用•随堂检测全达标
1.如图所示,是通有恒定电流的某段导体。在2s内有10C的负电荷向右通过横截面A,则导体内电流的大小和方向分别是()A.8×10-19A、向右B.8×10-19A、向左C.5A、向左D.5A、向右答案C解析根据电流的定义式得,电流的大小I=A=5A,电流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,故电流向左,C正确。
2.重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射+5价重离子束,其电流为1.2×10-5A,则在1s内发射的重离子个数为(e=1.6×10-19C)()A.3.0×1012B.1.5×1013C.7.5×1013D.3.75×1014答案B解析1s内发射的重离子的电荷量Q=It=1.2×10-5C,每个重离子的电荷量为5e,则通过的重离子数=1.5×1013(个),B正确。
3.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1s内垂直地通过它们的电子数相等,那么通过这两个截面的电流的大小关系是()A.IA=IBB.IA=2IBC.IB=2IAD.不能确定答案A解析根据得电流相等。
4.关于电流,下列说法正确的是()A.导体中无电流的原因是其内部的自由电荷停止了运动B.同一个金属导体接在不同的电路中,通过的电流往往不同,电流大时说明此时导体内自由电荷定向运动的速率大C.由于电荷做无规则热运动的速率比电荷定向移动速率大得多,故电荷做无规则热运动形成的电流也就大得多D.电流的传导速率就是导体内自由电荷的定向移动速率
答案B解析导体中无电流时,内部的自由电荷仍在无规则运动,A错误;由I=neSv可知,同一个金属导体接在不同的电路中,通过的电流往往不同,电流大时说明此时导体内自由电荷定向运动的速率大,B正确;电流的大小与电荷无规则运动的快慢无关,C错误;电流的传导速率是电场形成的速率,近似为光速,而自由电荷的定向移动速率远小于光速,D错误。
本课结束
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