1、第十一章 电路及其应用1电源和电流 课前自主预习 1电源的作用(1)维持电源的正、负极间有一定的电势差(2)在闭合电路中，使导线中的自由电子发生定向移动，保持恒定的电流如图，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水池A运动到水池B.A、B之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中的水很快就不流动了怎样才能使水管中有源源不断的水流呢？提示：可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流2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：当电路达到稳定时，导线
2、中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的(3)特点：任何位置的电场强度都不随时间发生变化导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的这些电荷也在运动，电荷的分布却是稳定的，这是为什么？提示：电荷虽然在流动，但有的电荷流走了，另外的电荷又补充上来，所以电荷的分布是稳定的3恒定电流(1)恒定电流：由于恒定电场的作用，电路中的电流保持恒定我们把大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流(2)电流：定义：通过导体截面的电荷量q与通过这些电荷量所用时间t的比值，叫做电流强度，简称电流公式表达：I，或写成电荷量的表达式：qIt.电流也是既有大小又有方向的，是矢量，还是标量？提
3、示：电流是标量，其运算遵循代数法则既有大小，又有方向，运算遵循平行四边形定则的物理量是矢量课堂讲练互动考点一电流的分析与计算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，导体中形成稳定的电场，导体中的自由电荷因受到电场力的作用而定向移动形成电流(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：导体两端有持续电压(3)电源的作用：电源在电路中起着提供持续电压的作用，在外电路中，导体中的自由电子从电源负极移向电源正极，而电源再把电子通过电源内部从正极搬运到负极，使电源正、负极始终保持一定的电势差，从而产生持续的电流2电流定义式I的理解(1)I是电流的定义式，电流与电量无正比
4、关系，电流与时间也无反比关系“电量越大电流越大”，“时间越长电流越小”等这些说法都是错误的(2)在应用I计算时注意：各个物理量的单位都用国际制单位电量q与时间t要对应q只代入电量的绝对值电解液中正、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，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和电流定义中的横截面指的是某一横截面，而与横截面大小无关，也不是指单位横截面积.3不同导体中电流的计算方法(1)金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用I计算时，q是某一时间内通过金属导体横截面的电子的电荷量(2)电解液中的自由电荷是正、负离子，运用I计算时，q应是同一时间内正、负两种
5、离子通过横截面的电荷量的绝对值之和(3)处于电离状态的气体中的自由电荷既有正、负离子，也有自由电子，利用公式I求气体导电电流时，q应是三种带电粒子通过横截面的电荷量的绝对值之和4电流的分类(1)恒定电流：大小和方向都不随时间而改变的电流(2)交流电：大小和方向都随时间做周期变化的电流计算电流时，首先分清形成电流的自由电荷的种类对金属来讲，是自由电子的定向移动，电量q为通过横截面的自由电子的电量对电解液来讲，是正、负离子同时向相反方向定向移动，电量q为正、负离子电荷量绝对值之和【例1】某电解池中，若在2 s内各有1.01019个二价正离子和2.01019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的
6、电流是()A0B0.8 AC1.6 A D3.2 A【审题指导】电解液导电时，正、负电荷都参与定向移动，正、负电荷对电流的形成都有贡献【解析】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2 s内通过截面的总电荷量应为q1.6101921.01019 C1.6101912.01019 C6.4 C由电流的定义式知：I A3.2 A.【答案】D总结提能 电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，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如果导线中的电流为1 mA，那么1 s内通过导体横
7、截面的自由电子数是多少？若“220 V60 W”的白炽灯泡正常发光时的电流为273 mA，则20 s内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个？答案：6.251015个3.41019个解析：qIt11031 C1103 C，设电子的数目为n，则：n个6.251015个当“220 V60 W”的白炽灯泡正常发光时，电压U220 V，I273 mA.qIt27310320 C5.46 C.设电子的数目为N，则N3.41019个考点二电流的微观表达式1建立模型如图所示，AD表示粗细均匀的一段导体，长为l，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
8、由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q.2理论推导AD导体中的自由电荷总数：NnlS.总电荷量QNqnlSq.所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t.根据公式qIt可得：导体AD中的电流：InqSv.3结论由此可见，从微观上看，电流决定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.【例2】(多选)截面积为S的导线中通有电流I.已知导线每单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量是e，自由电子定向移动的速率是v，则在时间t内通过导线横截面的电子数是()AnSvt BnvtC. D.【审题指导】电子数等于总电荷量除以每个电子的电荷量，所以
9、求出通过截面的电荷量，即可求出电子数【解析】电荷量qIt，单位体积内的电子数已知，只要求出t时间内有多少体积的电子通过截面，即可求出电子数(1)根据电流强度的定义式，可知在t内通过导线截面的电荷量qIt.所以在这段时间内通过的自由电子数为Nq/eIt/e.(2)自由电子定向移动的速率是v，因此在时间t内，位于以截面S为底、长lvt的这段导线内的自由电子都能通过截面这段导线的体积VSlSvt，所以t内通过截面S的自由电子数为NnVnSvt，所以A、C正确【答案】AC总结提能 计算电流问题时要注意两个公式的结合：即(1)I，(2)InqSv.应用时要明确公式中各量的意义如图所示，一根长为L，横截面
10、积为S的金属棒，其材料的电阻率为，棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m，电荷量为e.在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速度为v，则金属棒内的电场强度大小为(R)(C)A. B.Cnev D.解析：金属棒的电阻R，自由电子定向移动形成的电流IneSv，金属棒两端电压UIR，故金属棒内的电场强度Eenv. 课堂达标演练 1(多选)关于电流的下列说法中，正确的是(BD)A电路中的电流越大，表示通过导体横截面的电荷量越多B在相同时间内，通过导体截面的电荷量越多，导体中的电流就越大C通电时间越长，电流越大D导体中通过一定的电荷量所用时间越短，电流越大解析：本题考查对公式
11、Iq/t的理解2以下说法正确的是(B)A只要有可以自由移动的电荷，就能存在持续电流B金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的C电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率D在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了解析：要有持续电流必须有电压，A不对导体中形成电流其原因是在导体两端加上电压，于是在导体内形成了电场，导体内的自由电子将在电场力作用下定向移动形成电流，B正确电流的传导速度等于光速，电子定向移动的速率很小，C不对在形成电流时电子定向移动，并不是热运动就消失了，其实电子仍然做无规则的热运动，D不对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
12、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1 s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截面的电流的大小关系是(A)AIAIB BIA2IBCIB2IA D不能确定解析：这个题目中有很多干扰项，例如两个截面的面积不相等，导线的组成材料不同等等但关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等，根据Iq/t可知电流强度相等4关于电流，下列说法中正确的是(B)A导体中无电流的原因是其内部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，电流大说明那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的速率大得多，故电荷做无规则热运动形成的电
13、流也就大得多D电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率解析：导体中无电流时，内部的自由电荷仍在做无规则运动，故A错误；由InevS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，电流大说明那时导体内自由电荷定向运动的速率大，故B正确；电流的大小与电荷无规则运动的快慢无关，故C错误；电流的传导速率是电场的传播速率，约为光速，而电子的定向移动速率远小于光速，故D错误5如图所示的电解槽接入电路后，在t秒内有n1个1价正离子通过溶液内截面S，有n2个1价负离子通过溶液内截面S，设e为元电荷，以下说法正确的是(D)A当n1n2时电流强度为零B当n1n2时，电流方向从AB，电流强度I(n1n2)e/tC当n1n2时，电流方向从BA，电流强度I(n2n1)e/tD电流方向从AB，电流强度I(n2n1)e/t解析：本题考查电流方向和电流强度的定义式Iq/t，电荷的定向移动形成电流，金属导体中定向移动的电荷是带负电的自由电子，这时电流的方向与自由电子定向移动方向相反，在电解液导电时，定向移动的电荷有正离子和负离子，它们同时向相反方向移动形成电流，所以，电流强度应该是I(n2n1)e/t，电流方向应是从AB.