資源簡介

第十一章　第1節
課后知能作業
基礎鞏固練
1．關于電流，下列說法正確的是(　　)
A．電子的運動速率越大，電流就越大
B．單位時間內通過導體橫截面積的電荷量越多，導體中的電流越大
C．因為電流有方向，所以電流是矢量
D．導體中的電流，一定是自由電子的定向移動形成的
答案：B
解析：電流大小與電荷定向移動的速率有關，而不是電荷運動的速率，故A錯誤；電流的定義為電荷量與時間的比值，即為單位內通過的電荷量，是由電荷量與時間共同決定的，電荷量多電流不一定大，但如果是單位時間內通過橫截面的電荷量多，則電流大，故B正確；電流有方向，我們規定正電荷定向移動的方向為電流的方向，但電流不是矢量，矢量的運算必須遵循平行四邊形定則，電流有方向，但不符合矢量合成法則不是矢量，故C錯誤；導體中的電流，不一定是自由電子的定向移動形成的，也可能是其他帶電離子定向移動形成的，故D錯誤。
2．通過甲、乙兩導線橫截面的電荷量之比為3∶5，甲、乙兩導線通電時間之比為3∶2，則通過甲、乙兩導線的電流之比為(　　)
A．1∶5 B．2∶5
C．5∶2 D．5∶1
答案：B
解析：由公式I＝得＝·＝·＝×＝，B正確。
3．某電解池中，若在2 s內各有1.0×1019個二價正離子和2.0×1019個一價負離子通過某截面，那么通過這個截面的電流是(　　)
A．0 B．0.8 A
C．1.6 A D．3.2 A
答案：D
解析：電荷的定向移動形成電流，當正、負電荷同時向相反方向定向移動時，通過某截面的電荷量應是兩者絕對值的和。故由題意可知，電流由正、負離子定向運動形成，則在2 s內通過此截面的總電荷量應為q＝1.6×10－19×2×1.0×1019 C＋1.6×10－19×1×2.0×1019 C＝6.4 C。根據電流的定義式得I＝＝ A＝3.2 A，D正確。
4.如圖所示是一根粗細均勻的橡膠棒，其橫截面積為S，由于與毛皮發生摩擦而均勻帶負電，若已知該橡膠棒每米所帶的電荷量為q，則當該棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運動時，形成的等效電流為(　　)
A．qv B．
C．qvS D．
答案：A
解析：橡膠棒沿軸線方向以速度v做勻速直線運動時，Δt內通過的距離為v·Δt，Δt內通過某橫截面的電荷量Q＝qvΔt，根據電流的定義式I＝，得到等效電流I＝qv，A正確。
5．(多選)有甲、乙兩導體，甲的橫截面積是乙的3倍，而單位時間內通過乙導體橫截面的電荷量是甲的3倍。下列說法正確的是(　　)
A．通過甲、乙兩導體的電流相同
B．通過乙導體的電流是甲導體的3倍
C．乙導體中自由電荷定向移動的速率是甲導體的3倍
D．甲、乙兩導體中自由電荷定向移動的速率無法判斷
答案：BD
解析：電流的大小等于單位時間內通過導體橫截面的電荷量，單位時間內通過乙導體的電荷量是甲導體的3倍，則通過乙導體的電流是甲的3倍，故A錯誤，B正確；由于I＝nqSv，則可得v＝，由于甲、乙材料未知，甲、乙導體單位體積內的自由電荷數n未知，則僅根據題中已知條件，無法判斷甲、乙兩導體中自由電荷定向移動的速率關系，故C錯誤，D正確。
6．(多選)對一粗細不均勻的同種材料制成的導體通電，下列說法正確的是(　　)
A．粗的地方電流大，細的地方電流小
B．粗的地方電荷定向移動速率大，細的地方小
C．各處的電流大小相等
D．粗的地方電荷定向移動速度小，細的地方大
答案：CD
解析：同一根導體上的電流相等，故A錯誤，C正確；由I＝nqSv可得v＝，粗的地方電荷定向移動速率小，細的地方大，故B錯誤，D正確。
能力提升練
7．重離子腫瘤治療裝置中的回旋加速器可發射＋5價重離子束，其電流為1.2×10－5 A，則在1 s內發射的重離子個數為(元電荷的電荷量為1.6×10－19 C)(　　)
A．3.0×1012 B．1.5×1013
C．7.5×1013 D．3.75×1014
答案：B
解析：1 s內發射的重離子的電荷量為q＝It＝1.2×10－5×1 C＝1.2×10－5 C，每個重離子的電荷量為5e，則發射的重離子數為n＝＝個＝1.5×1013個，選項B正確。
8．某手機只播放視頻，可以播放約17小時，其說明書的部分內容如表所示，關于該手機，下列說法正確的是(　　)
……
手機類型 智能手機、4G手機
屏幕分辨率 1 990×1 080像素
電池容量 4 000 mA·h
電池類型 不可拆卸式電池
待機時間 約22天
……
A.充滿電時電池可儲存的最大能量為4 J
B．放電時電池可輸出的最大電荷量為4 C
C．播放視頻時平均電流約為待機狀態平均電流的1.3倍
D．播放視頻時平均電流約為待機狀態平均電流的30倍
答案：D
解析：無法求出充滿電時電池可儲存的最大能量，A錯誤；放電時電池可輸出的最大電荷量為q＝4 000×10－3×3 600 C＝14 400 C，B錯誤；播放視頻時平均電流約為I1＝ A＝0.235 3 A，待機狀態平均電流為I2＝ A＝0.007 6 A，電流之比為＝31，C錯誤，D正確。
9.如圖所示，橡膠圓環的橫截面積S遠小于圓環的半徑，圓環均勻帶電，總的電荷量為q，現在使圓環繞過圓心O所在的軸(軸與圓環所在的平面垂直)以某一角速度做勻速轉動，已知圓環上的某個電荷的線速度為v，弧AB對應的弧長為L，對應的圓心角為θ(用弧度制來表示的)，則圓環產生的等效電流為(　　)
A． B．
C． D．
答案：A
解析：設圓環運動一周的時間為T，在時間T內通過圓環上任意一橫截面S的總電荷量就是圓環上所帶的總電荷量q，由電流的定義可得圓環產生的等效電流為I＝，由圓弧的幾何關系可得圓弧的半徑為r＝，由勻速圓周運動的規律可得v＝，聯立解得T＝，則有I＝。
10．電子繞核運動可等效為一環形電流。設氫原子中的電子沿半徑為r的圓形軌道運動，已知電子的質量為m，電子的電荷量為e，則其等效電流的大小為(　　)
A． B．
C． D．
答案：A
解析：設電子繞核運動的周期為T，對電子由庫侖定律和牛頓第二定律有k＝mr2，整理得T＝。再由I＝得：I＝，選項A正確。故選A。
11．一根長為L＝2 m、橫截面積S＝1.6×10－3 m2的銅棒，兩端電勢差為U＝5.0×10－2 V，銅棒的電阻R＝2.19×10－5 Ω，銅內自由電子密度為n＝8.5×1029 m－3。求：
(1)銅棒內的電場強度的大小；
(2)自由電子定向移動的速率。
答案：(1)2.5×10－2 V/m
(2)1.05×10－5 m/s
解析：(1)銅棒內的電場強度
E＝＝ V/m＝2.5×10－2 V/m。
(2)通過銅棒的電流
I＝
由I＝neSv
得v＝＝ m/s
≈1.05×10－5 m/s。
12．導線中的電流是10－8 A，導線的橫截面積為1 mm2。
(1)在1 s內，有多少個電子通過導線的橫截面？(電子電荷量e＝1.6×10－19 C)
(2)自由電子的平均移動速度是多大？(設導線每立方米內有8.5×1028個自由電子)
(3)自由電子沿導線移動1 cm，平均需要多長時間？
答案：(1)6.25×1010個
(2)7.4×10－13 m/s
(3)1.35×1010 s
解析：(1)根據電流的定義式I＝得q＝It
代入數據得q＝10－8 C
根據q＝Ne得N＝
代入數據得N＝6.25×1010個。
(2)由公式I＝neSv
得v＝＝ m/s＝7.4×10－13 m/s。
(3)由v＝
得t＝＝ s＝1.35×1010 s。
21世紀教育網(www.21cnjy.com)(共46張PPT)
第十一章　電路及其應用
第1節　電源和電流
探究點1　 電流的理解和計算
●新知導學
情境：(1)如圖1所示，用導線連接兩個分別帶正、負電荷的導體，導線中有無電流？為什么？如果有，這個電流能持續下去嗎？
(2)如圖2所示，如何讓導線中保持持續的電流？電源起到了什么作用？
圖1
圖2
圖3
(3)如圖3，鹽水中可以形成電流，鹽水中的電流和金屬導體中的電流的形成有什么不同？
(4)在恒定電場的作用下，導體中自由電荷會做什么樣的運動？
(5)自由電荷會在導體中一直加速嗎？
?[提示]
[提示]
(1)A、B之間有電勢差，能形成電流，但不能持續下去。
(2)產生持續電流的條件是導體兩端始終存在電勢差，電源的作用就是移送電荷，保持導體兩端的電勢差。
(3)鹽水中的電流是Na＋、Cl－定向移動形成的，金屬導體中的電流是電子定向移動形成的。
●基礎梳理
一、電源
1．定義：能把電子從電源________搬運到電源________的裝置就是電源。
2．作用：使導體兩端始終存在__________。
正極
負極
電勢差
二、恒定電流
1．定義：大小、方向都不隨____________的電流稱為恒定電流。
3．在國際單位制中，電流的單位是________，符號是A。
4．電流的方向：規定為__________定向移動的方向，與負電荷定向移動的方向________。
時間變化
單位
電荷量
安培
正電荷
相反
[判斷正誤]
(1)導體中有電荷運動就會形成電流。(　　)
(2)對于導體，只要其兩端電勢差為零，電流也必為零。(　　)
(3)電源的作用是在電源內部把電子由正極不斷地搬運到負極，從而保持兩極之間有穩定的電勢差。(　　)
(4)電源實質上也是一個用電器，也需要外界提供能量。(　　)
(5)如果在任何相等時間內通過導體橫截面的電荷量相等，則導體中的電流是恒定電流。(　　)
(6)導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻成反比。(　　)
(7)單位時間內通過導體橫截面的電荷量越多，導體中的電流越大。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)√
●重難解讀
電路中的恒定電場
在電源正、負極之間連一根導線，導線內的自由電子受力如圖所示，電子受靜電力向導線兩側堆積，在導線表面堆積的電荷產生的電場E′和E0的矢量和E與導線平行。
1．恒定電場的形成：導線內的電場是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的，導線內很快形成沿導線方向的恒定電場，并且形成過程是在接通電源后的極短時間內(接近光速)完成的。
(4)加速運動。
(5)不會一直加速，會有一個穩定狀態。因為除了恒定電場的作用，自由電荷還會在運動過程中與導體內不動的粒子碰撞從而減速，因此自由電荷定向運動的平均速率不隨時間變化。
盡管這些電荷在運動，但有的流走了，另外的又來補充，形成了動態平衡，所以電荷的分布是穩定的，由穩定分布的電荷所產生的穩定的電場，叫作恒定電場。
2．特點：任何位置的電荷分布和電場分布都不隨時間變化，其基本性質與靜電場相同。
類型一　對電源、電流概念的理解
典題1：關于電源以下說法正確的是(　　)
A．電源的作用是在電源內部把電子由負極不斷地搬運到正極，從而保持兩極之間有穩定的電勢差
B．電源的作用就是將其他形式的能轉化為電能
C．只要電路中有電源，電路中就一定有電流
D．電源實質上也是一個用電器，也需要外界提供能量
?[思維點撥]
[思維點撥]
導線內的電場是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的，導線內很快形成沿導線方向的恒定電場。
答案：B
解析：電源的作用是維持正、負極之間恒定的電勢差，這需要電源不斷地將負電荷向負極聚集，將正電荷向正極聚集，外電路中自由電子在電場力的作用下向正極移動，在電源內部，需要將正極上的電子搬運到負極，維持電勢差不變，故A錯誤。從能量角度來看，電源在搬運電荷的過程中，需要克服電場力做功，將其他形式的能轉化為電能，故B正確。電路中有電流不僅需要電源，還需要電路是閉合的，故C錯誤。電源是對電路提供能量的裝置，故D錯誤。
?[規律方法]
[規律方法]電流的形成條件
(1)產生電流的條件：導體兩端有電壓。
(2)形成持續電流的條件：導體兩端有電壓。
(3)電源的作用：電源在電路中起著提供持續電壓的作用，在外電路中，導體中的自由電子從電源負極移向電源正極，而電源再把電子通過電源內部從正極搬運到負極，使電源正、負極始終保持一定的電勢差，從而產生持續的電流。
跟蹤訓練1：(多選)如圖所示是一款MP4播放器，隨著這種產品的出現，人們可以在旅途中觀看電影，讓原本枯燥的旅途變得充滿樂趣。MP4的充電電池多為鋰電池，假設鋰電池的充電電流為500 mA，則以下說法正確的是(　　)
A．1 s內通過電池某一橫截面的電荷量為500 C
B．1 s內通過電池某一橫截面的電荷量為0.5 C
C．充電過程把其他形式的能轉化為電能
D．充電過程把電能轉化為其他形式的能
答案：BD
解析：由電流的定義式得q＝It＝0.5 C，故A錯誤，B正確。充電過程是將電能轉化為其他形式的能儲存起來，故C錯誤，D正確。
類型二　對電流的理解
典題2：兩個完全相同的金屬球甲和乙所帶的電荷量分別為＋Q1、－Q2，其中Q1>Q2>0。現用一根導線將兩金屬球直接相連，經時間t，兩小球的電荷分布穩定。則這段時間內，流經導線的平均電流為(　　)
?[思維點撥]
[思維點撥]
電荷先中和再把多余的平分。
答案：D
?[規律方法]
[規律方法]
跟蹤訓練2：如圖所示，電解槽內有一價的電解溶液，t時間內通過溶液內橫截面S的正離子數是n1，負離子數是n2，設元電荷的電荷量為e，以下說法正確的是(　　)
A．正離子定向移動形成電流，方向從A到B，負離子定向移動形成電流，方向從B到A
B．溶液內正、負離子沿相反方向運動，電流相互抵消
答案：D
探究點2　 電流的微觀表達式
●重難解讀
電流的微觀表達式
1．建立模型
如右圖所示，AD表示粗細均勻的一段導體，長為l，兩端加一定的電壓，導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率為v，設導體的橫截面積為S，導體每單位體積內的自由電荷數為n，每個自由電荷的電荷量為q。
2．理論推導
AD導體中的自由電荷總數：N＝nlS。
總電荷量Q＝Nq＝nlSq。
3．結論
由此可見，從微觀上看，電流決定于導體中單位體積內的自由電荷數、每個自由電荷的電荷量、定向移動速率的大小，還與導體的橫截面積有關。
4.電流表達式的對比
類型　電流的微觀表達式
典題3：一橫截面積為S的銅導線通有恒定電流。設每單位體積的導線中有n個自由電子，每個自由電子的電荷量為q，此時電子定向移動的速率為v，則在Δt時間內，通過導體橫截面的自由電子數目可表示為(　　)
?[思維點撥]
[思維點撥]
根據電流的微觀表達式I＝nqvS，求出在Δt時間內通過導體橫截面的自由電子的電荷量，每個電子的電荷量為q，再確定通過導體橫截面的自由電子的數目。
答案：A
?[規律方法]
[規律方法]
跟蹤訓練3：如圖所示，一半徑為R的絕緣圓盤，在圓盤的外緣均勻地分布著電荷量為Q的正電荷，現使絕緣圓盤從上向下看以角速度ω順時針勻速轉動，絕緣圓盤中產生的電流大小為I，則下列說法正確的是(　　)
答案：A
素養能力提升
拓展整合 啟智培優
三種不同速率的比較
1．三種速率
(1)電場的傳導速率等于光速。
(2)電子定向移動速率，其大小與電流有關。
(3)電子熱運動速率，其大小與溫度有關。
2．三種速率對比
三種速率
比較內容 電子定向
移動的速率 電子熱運
動的速率 電場傳導
的速率
物理意義 電流由電荷的定向移動形成，電流I＝neSv，其中v就是電子定向移動的速率 導體內部電子在不停地做無規則熱運動，由于熱運動向各個方向運動的機會相等，故不能形成電流 等于光速，閉合開關的瞬間，電路中各處以光速建立恒定電場，電路中各處的自由電子幾乎同時定向移動，整個電路也幾乎同時形成了電流
大小 10－5 m/s 105 m/s 3×108 m/s
課堂效果反饋
內化知識 對點驗收
1．(2024·天津濱海新區期末)如圖是一次心臟除顫器的模擬治療，該心臟除顫器的電容器電容為20 μF，充電至9.0 kV電壓，如果電容器在2.0 ms時間內完成放電，這次通過人體組織平均放電電流為(　　)
A．0.18 A
B．90 A
C．180 A
D．900 A
答案：B
2．在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進入電壓為U的加速電場，設其初速度為零，經加速后形成橫截面積為S、電流為I的電子束。已知電子的電荷量為e、質量為m，則在剛射出加速電場時，一小段長為Δl的電子束內的電子個數是(　　)
答案：B
3．導體中的電流是這樣產生的：當在一根長度為l、橫截面積為S，單位體積內自由電荷數為n的均勻導體兩端加上電壓U，導體中出現一個勻強電場，導體內的自由電子(－e)受勻強電場的電場力作用而加速，同時由于與陽離子碰撞而受到阻礙，這樣邊反復碰撞邊向前移動，可以認為阻礙電子運動的阻力大小與電子移動的平均速率v成正比，即可以表示為kv(k是常數)，當電子所受電場力與阻力大小相等時，導體中形成了恒定電流，則電流的大小為(　　)
答案：A
4．如果導線中的電流為1 mA，那么1 s內通過導體橫截面的自由電子數是多少？若“220 V，60 W”的白熾燈正常發光時的電流為 273 mA，則20 s內通過燈絲的橫截面的電子數目是多少個？
答案：6.25×1015個　3.4×1019個

展開更多......

收起↑