1、第1节电流学习目标1.知道产生持续电流的条件，并能做出微观解释。(科学思维)2.了解电流速度(传导速率)，自由电子热运动的平均速率，电子定向移动速率的区别。(物理观念)3.知道电流的大小、方向和单位，理解电流的定义式I，并能运用它进行有关的计算。(物理观念)一、电流的形成1形成电流的条件：(1)自由电荷；(2)电压。2形成持续电流的条件：导体两端有持续电压。二、电流的速度1电流的速度：等于电场的传播速度，它等于3.0108 m/s。2自由电子的运动速率：常温下，金属内的自由电子以105 m/s的平均速率在无规则的运动。3电子定向移动的速率：数量级大约是105 m/s，被形象地称为“电子漂移”。
2、三、电流的方向1电流的方向：正电荷的定向移动的方向规定为电流的方向。2在电源外部的电路中电流的方向：从电源正极流向负极；在电源内部的电路中电流的方向：从电源负极流向正极。四、电流的大小和单位1定义：在单位时间内通过导体任一横截面的电荷量称为电流。2定义式：I。3单位：国际单位为安培，符号为A；常用单位有mA、A，换算关系为1 A103 mA106 A。4直流电：方向不随时间改变的电流叫作直流电。恒定电流：方向和强弱都不随时间改变的电流叫作恒定电流。1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)加上电压后，导体中的电场是以光速传播的。()(2)导体中的自由电荷是在导体中的电场施加的电场力作用下做
3、定向移动的。()(3)电流既有大小又有方向，是矢量。()提示电流是标量。(4)由I可知，I与q成正比。()提示I与q、t无关。2关于电流的方向，下列叙述中正确的是()A金属导体中电流的方向即自由电子定向移动的方向B.在电解质溶液中有自由移动的正离子和负离子，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的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同C电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，与电子定向移动的方向相反，A、D错误，C正确；在电解质溶液中正离子和负离子定向移动形成电流的方向是相同的，都和正离子定向移动的方向相同，故B错误。3(多选)下列
4、对公式I的理解正确的是()A在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位安培是基本单位B电路中的电流越大，表示通过导体横截面的电荷量越多C导体的通电时间越短，则形成的电流越大D在相同时间内，通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流就越大AD在国际单位制中，共有七个基本物理量，电流是其中之一，A正确；电流是单位时间内流过导体某一横截面的电荷量的多少，则B、C错误，D正确。电流的理解与计算1.电流形成的条件(1)回路中存在自由电荷是形成电流的条件。(2)电压也是导体中形成电流的条件。(3)导体两端有持续电压是导体中形成持续电流的条件。2对I的理解电流定义式电流方向(1)I是单位时间内通过导体横截面
5、的电荷量，横截面是整个导体的横截面，不是单位截面积(2)当电解质溶液导电时，q为通过某一横截面的正、负电荷量绝对值之和(3)I与q、t均无关电流方向与正电荷定向移动方向相同，和负电荷定向移动方向相反(金属导体中电流的方向与自由电子定向移动方向相反)【例1】在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子在定向移动，方向如图所示。如果测得2 s内分别有1.01018个正离子和1.01018个负离子通过溶液内部的横截面M，则溶液中电流的方向如何？电流多大？思路点拨：解析水溶液中导电的是自由移动的正、负离子，它们在电场的作用下向相反方向定向移动。电学中规定，电流的方向为正电荷定向移动的方向，所以溶液中电流的
6、方向与正离子定向移动的方向相同，即由A指向B。每个离子的电荷量是e1.601019 C。该水溶液导电时负离子由B向A运动，负离子的定向移动可以等效看作是正离子反方向的定向移动。所以，一定时间内通过横截面M的电荷量应该是正、负两种离子电荷量的绝对值之和。I A A0.16 A。答案由A指向B0.16 A应用公式I需注意的三个问题(1)公式I反映的是在时间t内电流的平均值，对恒定电流来说，平均值等于瞬时值。(2)计算电流大小时，要注意通过截面的电荷量的计算(q、q1、q2均表示电荷量的绝对值)，常见的情况有以下两种：同种电荷同向通过某一截面时，电荷量qq1q2。异种电荷反向通过某一截面时，若q1为
7、正电荷，q2为负电荷，电荷量qq1|q2|。(3)电解液导电时，在时间t内，有m个a价正离子通过溶液内截面S，有n个b价负离子通过溶液内截面S，则电流的大小I。1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。三种速率及电流强度的微观表达式1.三种速率的理解电子定向移动的速率电
8、子热运动的速率电流传导的速率物理意义电流就是由电荷的定向移动形成的，电流IneSv，其中v就是电子定向移动的速率，一般为105 m/s的数量级构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动的速率数量级为105 m/s等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速c建立恒定电场，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大小105 m/s105 m/s3108 m/s2.电流强度的微观表达式(1)建立模型：如图所示，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，
9、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。(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I可得：导体AD中的电流：InqSv。(3)结论：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】一段粗细均匀的铜导线的横截面积是S，导线单位长度内的自由电子数为n，铜导线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，导线中通过的电流为I。则下列说法正确的有()A自由电子定向移动的速率为v0B自
10、由电子定向移动的速率为vC自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD自由电子定向移动的速率为v思路点拨：解此题的关键是理解电流强度的微观表达式InqSv中各符号的意义。Dv0为电子做无规则热运动的速率，非定向移动速率，故A错误。对于电流微观表达式InqSv，式中n为单位体积内的自由电子数，而本题中n为单位长度内的自由电子数，t时间内通过导线某一横截面的自由电子数为nvt，电荷量Qnvte，所以电流Inev，所以v，故B、C错误，D正确。电流的两个公式I和InqSv的区别(1)公式I是电流的定义式，q是在时间t内通过横截面的电荷量，在这里不能简单地认为电流q成正比，与t成反比。(2)公式InqSv
11、是电流的决定式，q是每个自由电荷的电荷量，电流的大小由n、q、S、v四者共同决定。2有一条长为L、横截面积为S的银导线，银的密度为，银的摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为N，若导线中每个银原子贡献一个自由电子，电子电荷量为e，自由电子定向移动的速率为v，通过导线的电流为()AIBICI DIC导线中自由电子定向移动的速率为v，导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t，则导线的长度为Lvt，体积为VSLSvt，质量为mvtS，这段导线中自由电子的数目为：nNN。在t时间内这些电子都能通过下一截面，则电流为：I，代入解得I，故选C。课 堂 小 结知 识 脉 络1个概念电流2个公式I、InqSv3
12、个速率电荷的定向移动速率电场的传导速率电荷的热运动速率1(多选)对电流的理解，下列说法正确的是()A在电解液中有自由的正离子和负离子，电流的方向不能确定B对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零C通过导体横截面的电荷量的多少就是电流的大小D恒定电流是由恒定电场产生的BD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，则负电荷定向移动的方向一定与电流的方向相反，则A错误；对于导体，其两端电势差为零时，导体内无电场，自由电子不能定向运动，故电流为零，B正确；根据电流的概念，电流是单位时间内通过导体横截面的电荷量，C错误；恒定电流是由导体两端稳定的电压形成的，
13、电源的作用就是在导体两端加上稳定的电压，从而在导体内部形成恒定电场而产生恒定电流，D正确。2一个半径为r的细橡胶圆环，均匀地带上电荷量为Q的负电荷，当它以角速度绕中心轴线顺时针匀速转动时，环中等效电流的大小为()AQBCDC截取圆环上任一截面，在橡胶圆环运动一周的时间T内，通过这个截面的电荷量为Q，则有I，又因为T，所以I，故C正确。3如图所示，电解池内有一价的电解液，时间t内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，元电荷为e，以下解释中正确的是()A.正离子定向移动形成的电流方向从AB，负离子定向移动形成的电流方向从BAB溶液内正、负离子向相反方向移动，电流抵消C溶液内电流方向从A
14、B，电流ID溶液内电流方向从AB，电流ID正电荷定向移动的方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向是电流方向，有正、负电荷反向经过同一截面时，公式I中Q应该是正、负电荷量绝对值之和，故I，电流方向由A指向B。4(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 DAC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横截面，即可求出电子数。根据电流的定义式，可知在t内通过导线横截面的电荷量qIt，所以在这段时间内通过的自由电子数为N。自由电子定向移动的速率是v，因此在时间t内位于以横截面S为底、长lvt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VSlSvt，所以t内通过横截面S的自由电子数NnVnSvt，所以A、C正确。