高中物理人教版选修31教学案第二章 第1节 电源和电流附答案.docx
- 文档编号:559549
- 上传时间:2022-10-11
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:112.59KB
高中物理人教版选修31教学案第二章 第1节 电源和电流附答案.docx
《高中物理人教版选修31教学案第二章 第1节 电源和电流附答案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理人教版选修31教学案第二章 第1节 电源和电流附答案.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高中物理人教版选修31教学案第二章第1节电源和电流附答案
第1节电源和电流
1.电源的作用是能保持导体两端的电压,使电路中有持续
电流。
2.电流的大小为I=
,方向规定为正电荷定向移动的方向。
负电荷定向移动的方向与电流方向相反。
3.恒定电流是指大小和方向都不随时间变化的电流。
一、电源
1.概念在电路中把在电场力作用下移动到导体A的电子搬运到导体B的装置。
图211
2.作用
(1)在导体A、B两端维持一定的电势差。
(2)使电路中保持持续的电流。
二、恒定电流
1.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)形成:
导线内的电场,是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。
(3)特点:
导线内的电场线与导线平行,电荷的分布是稳定的,导线内的电场是沿导线切线方向的恒定电场。
(4)恒定电场与静电场的关系:
在恒定电场中,任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化,因此其基本性质与静电场相同,在静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系,在恒定电场中同样适用。
2.电流
(1)概念:
电荷的定向移动形成电流。
(2)物理意义:
表示电流强弱程度的物理量。
(3)符号及单位:
电流用符号I表示,单位是安培,符号为A。
常用单位还有毫安(mA)和微安(μA),1A=103mA=106μA。
(4)表达式:
I=
(q是在时间t内通过导体某一横截面上的电荷量)。
(5)方向:
规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
3.恒定电流
(1)概念:
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速率增加,自由电荷与导体内不动的粒子的碰撞,使自由电荷速率减小,最终表现为平均速率不变。
1.自主思考——判一判
(1)电路中有电流时,电场的分布就会随时间不断地变化。
(×)
(2)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。
(√)
(3)恒定电场的电场强度不变化,一定是匀强电场。
(×)
(4)电流既有大小,又有方向,是矢量。
(×)
(5)电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。
(√)
(6)导体中的电流,实际是正电荷的定向移动形成的。
(×)
2.合作探究——议一议
(1)如何使电路中存在持续电流?
提示:
首先保持电路闭合,其次是电路中接有电源,保持电路存在一定的电势差。
(2)有同学认为“只有导体中才可有电流”,谈一谈你的认识。
提示:
电荷定向移动形成电流,不论是导体内还是其他空间只要有电荷定向移动就可形成电流,如氢原子中核外电子做匀速圆周运动时,形成了一环形电流等。
对电流的理解
1.电流的形成
电荷的定向移动形成电流。
当把导体和电源连接后,导体中形成恒定电场,导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动形成电流。
(1)产生电流的条件:
导体两端有电压。
(2)形成持续电流的条件:
电路中有电源且电路闭合。
2.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,金属导体中自由移动的电荷是自由电子,故电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。
3.电流的大小
(1)I=
是电流的定义式,I=neSv是电流的决定式,故电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关。
(2)公式I=
求出的是电流在时间t内的平均值,对于恒定电流其瞬时值与平均值相等。
(3)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I=
时,q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
(4)q=It是求电荷量的重要公式。
4.电流是标量
电流虽然有方向,但是它遵循代数运算法则,所以电流不是矢量而是标量。
1.下列关于电流方向的说法中正确的是( )
A.电荷的定向移动方向即为电流的方向
B.电流的方向总是从电源的正极流向负极
C.电流既有大小,又有方向,是一个矢量
D.在电源内部,电流从负极流向正极
解析:
选D 正电荷的定向移动方向与电流方向相同,负电荷的定向移动方向与电流方向相反;电流虽有方向,但不符合矢量运算法则,不是矢量,而是标量;外电路中电流从正极流向负极,电源内部电流从负极流向正极,故A、B、C错,D正确。
2.某电解池中,若在2s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面,那么通过这个截面的电流是( )
A.0 B.0.8A
C.1.6AD.3.2A
解析:
选D 电荷的定向移动形成电流,但“+”“-”电荷同时向相反方向定向移动时,通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和。
在2s内通过截面的总电荷量应为q=1.6×10-19×2×1.0×1019C+1.6×10-19×1×2.0×1019C=6.4C。
由电流的定义式知:
I=
=
A=3.2A。
3.安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核的运动可等效为环形电流。
设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动,关于该环形电流的说法,正确的是( )
A.电流大小为
,电流方向为顺时针
B.电流大小为
,电流方向为顺时针
C.电流大小为
,电流方向为逆时针
D.电流大小为
,电流方向为逆时针
解析:
选C 电流大小I=
=
=
,方向与电子运动的方向相反,即沿逆时针方向,选项C正确。
电流的微观表达式
1.建立模型
如图212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212
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D所需要的时间:
t=
。
根据公式q=It可得:
导体AD中的电流:
I=
=
=nqSv。
3.结论
由此可见,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。
[典例] (多选)一横截面积为S的铜导线,流过的电流为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,此时电子的定向移动速率为v,在Δt时间内,通过导线横截面的自由电子数目可表示为( )
A.nvSΔtB.nvΔt
C.
D.
[思路点拨]
计算自由电子数目有以下两条思路:
(1)Δt时间内通过导线横截面的自由电子数目等于Δt时间内通过导线横截面的电荷量IΔt与自由电子电荷量q的比值。
(2)Δt时间内通过导线横截面的自由电子数目等于导线vΔt长度内所含的自由电子数。
[解析] 由I=
可得,在Δt时间内通过导线横截面的电荷量Q=IΔt,所以在这段时间内通过的自由电子数为N=
=
,所以C对、D错;由于自由电子定向移动的速率是v,所以在时间Δt内,位于横截面积为S、长为l=vΔt的这段导线内的自由电子都能通过横截面,这段导线的体积V=Sl=SvΔt,所以Δt内通过横截面的自由电子数为N=nV=nvSΔt,A对、B错。
[答案] AC
利用I=nqSv分析问题应注意的三个方面
1.各个物理量都要用国际单位。
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速度的大小。
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=nqv。
1.一根横截面积为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.qvB.
C.qvSD.
解析:
选A 时间t内通过垂直于棒运动方向某一横截面的电荷量Q=qvt,依电流的定义式可得I=
=qv,故A正确。
2.铜的原子量为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cB.
C.
D.
解析:
选D 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=
。
3.有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的两倍,而单位时间内通过导体横截面的电荷量,乙是甲的2倍,下列说法中正确的是( )
A.通过甲、乙两导体的电流相同
B.通过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速率是甲导体的2倍
D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相同
解析:
选B 由于单位时间内通过乙横截面的电荷量是甲的2倍,因此乙导体中的电流是甲的2倍,故A错误,B正确;又I=nqSv,则v=
,由于不知道甲、乙两导体的性质(n、q不知道),所以v的关系无法判断,C、D错误。
三种不同速率的比较
自由电荷定向移动速率
自由电荷定向移动形成电流,其中电荷定向移动的速率一般为10-5m/s的数量级
无规则热运动速率
导体中的自由电子在不停地做无规则运动,由于沿各个方向无规则运动的机会相等,故不能形成电流。
常温下自由电子热运动的速率的数量级为105m/s
电场传播速率(或电流传导速率)
等于光速,闭合开关的瞬间,电路中各处以真空中的光速c形成恒定电场,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
1.一根导线,分别通以不同电流,并保持温度不变,当电流较大时,以下说法正确的是( )
A.单位体积内自由电子数较多
B.自由电子定向移动的速率较大
C.自由电子的热运动速率较大
D.电流的传导速度较大
解析:
选B 对同一根导线单位体积内的自由电子数是一样的,A错误;电流和自由电子的定向移动的速率有关,与自由电子的热运动速率无关,故B正确,C错误;电流的传导速度是电场的形成速度等于光速c,和电流的大小无关,选项D错误。
2.(多选)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.自由电子定向移动的速率为v0
B.自由电子定向移动的速率为v=
C.电场传播的速率为真空中的光速c
D.自由电子定向移动的速率为v=
解析:
选CD 对电流微观表达式I=nqSv式中n为单位体积内自由电荷数,而本题中n为单位长度内的自由电子数,t时间内通过导体某一横截面的自由电子数为长度是vt内的自由电子,其数量为nvt,电荷量q=nvte,所以电流I=
=nev,所以v=
,电场是以光速传播的,故C、D正确。
1.关于电流的概念,下列说法中正确的是( )
A.通过导体横截面的电荷量越多,电流越大
B.某一导体内电子运动的速率越大,电流越大
C.单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,电流越大
D.电流的传导速率越大,电流越大
解析:
选C 由电流的定义式I=
及电流的微观表达式I=neSv可知,选项C正确。
2.关于导线中的电场,下列说法正确的是( )
A.导线内的电场线可以与导线相交
B.导线内的电场E是由电源电场E0和导线侧面堆积电荷形成的电场E′叠加的结果
C.导线侧面堆积电荷分布是稳定的,故导线处于静电平衡状态
D.导线中的电场是静电场的一种
解析:
选B 导线内的电场线与导线是平行的,故A错;导线中的电场是电源电场和导线侧面堆积电荷形成的电场叠加而
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高中物理人教版选修31教学案第二章 第1节 电源和电流附答案 高中物理 人教版 选修 31 教学 第二 电源 电流 答案