第1節(jié)電源和電流1.電源的作用是能保持導體兩端的電壓，使電路中有持續(xù)電流。2．電流的大小為I＝eq\f(q,t)，方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向。負電荷定向移動的方向與電流方向相反。3．恒定電流是指大小和方向都不隨時間變化的電流。一、電源1．概念在電路中把在電場力作用下移動到導體A的電子搬運到導體B的裝置。2．作用(1)在導體A、B兩端維持一定的電勢差。(2)使電路中保持持續(xù)的電流。二、恒定電流1．恒定電場(1)定義：由穩(wěn)定分布的電荷所產生的穩(wěn)定的電場。(2)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。(3)特點：導線內的電場線與導線平行，電荷的分布是穩(wěn)定的，導線內的電場是沿導線切線方向的恒定電場。(4)恒定電場與靜電場的關系：在恒定電場中，任何位置的電荷分布和電場強度都不隨時間變化，因此其基本性質與靜電場相同，在靜電場中所學的電勢、電勢差及其與電場強度的關系，在恒定電場中同樣適用。2．電流(1)概念：電荷的定向移動形成電流。(2)物理意義：表示電流強弱程度的物理量。(3)符號及單位：電流用符號I表示，單位是安培，符號為A。常用單位還有毫安(mA)和微安(μA)，1A＝103mA＝106μA。(4)表達式：I＝eq\f(q,t)(q是在時間t內通過導體某一橫截面上的電荷量)。(5)方向：規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向。3．恒定電流(1)概念：大小、方向都不隨時間變化的電流。(2)形成：恒定電場使自由電荷速率增加，自由電荷與導體內不動的粒子的碰撞，使自由電荷速率減小，最終表現為平均速率不變。1．自主思考——判一判(1)電路中有電流時，電場的分布就會隨時間不斷地變化。()(2)電源的作用就是將其他形式的能轉化為電能。()(3)恒定電場的電場強度不變化，一定是勻強電場。()(4)電流既有大小，又有方向，是矢量。()(5)電流越大，單位時間內通過導體橫截面的電荷量就越多。()(6)導體中的電流，實際是正電荷的定向移動形成的。()2．合作探究——議一議(1)如何使電路中存在持續(xù)電流？提示：首先保持電路閉合，其次是電路中接有電源，保持電路存在一定的電勢差。(2)有同學認為“只有導體中才可有電流”，談一談你的認識。提示：電荷定向移動形成電流，不論是導體內還是其他空間只要有電荷定向移動就可形成電流，如氫原子中核外電子做勻速圓周運動時，形成了一環(huán)形電流等。對電流的理解1．電流的形成電荷的定向移動形成電流。當把導體和電源連接后，導體中形成恒定電場，導體中的自由電荷在電場力的作用下定向移動形成電流。(1)產生電流的條件：導體兩端有電壓。(2)形成持續(xù)電流的條件：電路中有電源且電路閉合。2．電流的方向規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，則負電荷定向移動的方向與電流的方向相反，金屬導體中自由移動的電荷是自由電子，故電流的方向與自由電子定向移動的方向相反。3．電流的大小(1)I＝eq\f(q,t)是電流的定義式，I＝neSv是電流的決定式，故電流的大小與通過導體橫截面的電荷量以及通電時間無關。(2)公式I＝eq\f(q,t)求出的是電流在時間t內的平均值，對于恒定電流其瞬時值與平均值相等。(3)電解液中正、負離子定向移動的方向雖然相反，但正、負離子定向移動形成的電流方向是相同的，應用I＝eq\f(q,t)時，q為正電荷總電荷量和負電荷總電荷量的絕對值之和。(4)q＝It是求電荷量的重要公式。4．電流是標量電流雖然有方向，但是它遵循代數運算法則，所以電流不是矢量而是標量。1．下列關于電流方向的說法中正確的是()A．電荷的定向移動方向即為電流的方向B．電流的方向總是從電源的正極流向負極C．電流既有大小，又有方向，是一個矢量D．在電源內部，電流從負極流向正極2．某電解池中，若在2s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．0.8AC．1.6A D．3.2A2．安培提出了著名的分子電流假說，根據這一假說，電子繞核的運動可等效為環(huán)形電流。設電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時針方向做半徑為r的勻速圓周運動，關于該環(huán)形電流的說法，正確的是()A．電流大小為eq\f(ve,2πr)，電流方向為順時針B．電流大小為eq\f(ve,r)，電流方向為順時針C．電流大小為eq\f(ve,2πr)，電流方向為逆時針D．電流大小為eq\f(ve,r)，電流方向為逆時針電流的微觀表達式1．建立模型如圖所示，AD表示粗細均勻的一段長為l的導體，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。所有這些電荷都通過橫截面D所需要的時間：t＝eq\f(l,v)。根據公式q＝It可得：導體AD中的電流：I＝eq\f(Q,t)＝eq\f(nlSq,\f(l,v))＝nqSv。3．結論由此可見，從微觀上看，電流取決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。[典例][多選]一橫截面積為S的銅導線，流過的電流為I，設每單位體積的導線中有n個自由電子，電子的電荷量為q，此時電子的定向移動速率為v，在Δt時間內，通過導線橫截面的自由電子數目可表示為()A．nvSΔt B．nvΔtC.eq\f(IΔt,q) D.eq\f(IΔt,Sq)利用I＝nqSv分析問題應注意的三個方面1．各個物理量都要用國際單位。2．正確理解各符號的意義，特別是n表示導體中單位體積內的自由電荷數，v表示自由電荷定向移動速度的大小。3．若已知單位長度的自由電荷數為n，則電流的微觀表達式為I＝nqv。1．一根橫截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻帶有負電荷，每米電荷量為q，當此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運動時，由于棒運動而形成的等效電流大小為()A．qv B.eq\f(q,v)C．qvS D.eq\f(qv,S)2．關于電流的概念，下列說法中正確的是()A．通過導體橫截面的電荷量越多，電流越大B．電子的定向移動速率越大，電流越大C．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D．橫截面積越大，電流越大2．有甲、乙兩導體，甲的橫截面積是乙的兩倍，而單位時間內通過導體橫截面的電荷量，乙是甲的2倍，下列說法中正確的是()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2倍C．乙導體中自由電荷定向移動的速率是甲導體的2倍D．甲、乙兩導體中自由電荷定向移動的速率大小相同三種不同速率的比較自由電荷定向移動速率自由電荷定向移動形成電流，其中電荷定向移動的速率一般為10－5m/s的數量級無規(guī)則熱運動速率導體中的自由電子在不停地做無規(guī)則運動，由于沿各個方向無規(guī)則運動的機會相等，故不能形成電流。常溫下自由電子熱運動的速率的數量級為105m/s電場傳播速率(或電流傳導速率)等于光速，閉合開關的瞬間，電路中各處以真空中的光速c形成恒定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向移動，整個電路也幾乎同時形成了電流1．一根導線，分別通以不同電流，并保持溫度不變，當電流較大時，以下說法正確的是()A．單位體積內自由電子數較多B．自由電子定向移動的速率較大C．自由電子的熱運動速率較大D．電流的傳導速度較大2．[多選]一段粗細均勻的金屬導體的橫截面積是S，導體單位長度內的自由電子數為n，金屬內的自由電子的電荷量為e，自由電子做無規(guī)則熱運動的速率為v0，導體中通過的電流為I，則下列說法中正確的有()A．自由電子定向移動的速率為v0B．自由電子定向移動的速率為v＝eq\f(I,neS)C．電場傳播的速率為真空中的光速cD．自由電子定向移動的速率為v＝eq\f(I,ne)1．關于電流的概念，下列說法中正確的是()A．通過導體橫截面的電荷量越多，電流越大B．某一導體內電子運動的速率越大，電流越大C．單位時間內通過導體橫截面的電荷量越多，電流越大D．電流的傳導速率越大，電流越大2．關于導線中的電場，下列說法正確的是()A．導線內的電場線可以與導線相交B．導線內的電場E是由電源電場E0和導線側面堆積電荷形成的電場E′疊加的結果C．導線側面堆積電荷分布是穩(wěn)定的，故導線處于靜電平衡狀態(tài)D．導線中的電場是靜電場的一種3．關于公式I＝eq\f(q,t)，下列說法中正確的是()A．式中的q表示單位時間內通過導體橫截面的電荷量B．式中的q表示通過導體單位橫截面積的電荷量C．比值eq\f(q,t)能表示電流的強弱D．該公式表明電流跟通過導體橫截面的電荷量成正比，跟通電時間成反比4．電路中，每分鐘有6×1013個自由電子通過橫截面積為0.64×10－6m2的導線，那么電路中的電流是()A．0.016mAB．1.6mAC．0.16μAD．16μA5．[多選]下列關于電流的說法中，正確的是()A．習慣上規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向B．國際單位制中，電流的單位是安培，簡稱安C．電流既有大小又有方向，所以電流是矢量D．由I＝eq\f(Q,t)可知，電流越大，單位時間內通過導體橫截面的電荷量就越多6．在某次閃電中，持續(xù)時間約0.005s，所形成的平均電流強度約為6×104A，則此次閃電中所帶電荷量是()A．300C B．3000CC．100C D．30C7．某電解池中，若在2s內分別有1.0×1019個二價正離子和2.0×1019個一價負離子到達負極和正極，那么這個電路中的電流為()A．0 B．0.8AC．1.6A D．3.2A8．有一橫截面積為S的銅導線，流經其中的電流為I；設每單位長度的導線中有n個自由電子，電子的電荷量為e，此電子的定向移動速率為v，在t時間內，通過導線橫截面的自由電子數可表示為()A．nvt B．nvtSC.eq\f(It,ne) D.eq\f(It,eS)9．如圖所示的電解槽接入電路后，在t秒內有n1個1價正離子通過溶液內截面S，有n2個1價負離子通過溶液內截面S，設元電荷為e，以下說法正確的是()A．當n1＝n2時電流強度為零B．當n1＞n2時，電流方向從A→B，電流強度為I＝eq\f((n1－n2)e,t)C．當n1＜n2時，電流方向從B→A，電流強度I＝eq\f((n2－n1)e,t)D．電流方向從A→B，電流強度I＝eq\f((n1＋n2)e,t)10．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()A.eq\f(IΔl,eS)eq\r(\f(m,2eU)) B.eq\f(IΔl,e)eq\r(\f(m,2eU))C.eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,2eU)) D.eq\f(ISΔl,e)eq\r(\f(m,2eU))11．如果導線中的電流為1mA，那么1s內通過導體橫截面的自由電子數是多少個？若“220V60W”的白熾燈正常發(fā)光時的電流為273mA，則20s內通過燈絲的橫截面的電子數目是多少個？12.盛夏的入夜，正當大地由喧鬧歸于沉睡之際，天空卻不甘寂寞地施放著大自然的煙火，上演著一場精彩的閃電交響曲。某攝影愛好者拍攝到的閃電如圖所示，閃電產生的電壓、電流是不穩(wěn)定的，假設某次閃電產生的電壓可等效為2.5×107V，電流可等效為2×105A，歷時1×10－3s，則：(1)若閃電定向移動的是電子，這次閃電產生的電荷量以0.5A的電流給小燈泡供電，能維持多長時間？(2)這次閃電釋放的電能是多少？第2節(jié)電_動_勢1.電動勢與電壓的單位都是伏特，但二者意義不同，電動勢是表征電源把其他形式的能轉化為電能的本領大小的物理量，電動勢的大小僅取決于電源本身。2．電動勢的定義式為E＝eq\f(W,q)，電動勢和內阻是電源的兩個重要參數。3．干電池的電動勢一般為1.5V，不同型號的干電池內阻不同，容量也不同。一、電源在電路中的作用1．非靜電力(1)定義：非靜電力是指電源把正電荷(負電荷)從負極(正極)搬運到正極(負極)的過程中做功的力，這種非靜電力做的功，使電荷的電勢能增加。(2)在電池中，非靜電力是化學作用，它使化學能轉化為電勢能；在發(fā)電機中，非靜電力是電磁作用，它使機械能轉化為電勢能。2．電源(1)定義：通過非靜電力做功把其他形式的能轉化為電勢能的裝置。(2)不同的電源，非靜電力做功的本領不同，這是由電源本身性質決定的。二、電源的電動勢和內阻1．電動勢(1)物理意義：反映電源非靜電力做功的本領的大小。(2)大?。涸跀抵瞪系扔诜庆o電力把1C的正電荷在電源內部從負極移送到正極所做的功。即E＝eq\f(W非,q)。(3)單位：伏特(V)。(4)大小的決定因素：由電源中非靜電力的特性決定，跟電源的體積無關，跟外電路也無關。(5)常用電池的電動勢干電池鉛蓄電池鋰電池鋅汞電池1.5V2V3V或3.6V1.2V2．內阻：電源內部導體的電阻。3．容量：電池放電時能輸出的總電荷量，其單位是：A·h或mA·h。1．自主思考——判一判(1)在電源內部，電荷移動過程中，電場力做負功，電荷電勢能增加。()(2)在電源內部，電荷移動過程中，非靜電力做正功，電荷電勢能減少。()(3)所有的電源，均是將化學能轉化為電能的裝置。()(4)電動勢在數值上等于一秒內非靜電力所做的功。()(5)電動勢相同的電池，內阻也一定相同。()(6)容量越大的電池，儲存的化學能越多。()2．合作探究——議一議(1)電源中，非靜電力的作用是什么？提示：在電源中，非靜電力做功，把一定數量的正電荷在電源內部從負極搬運到正極，使電荷的電勢能增加，從而把其他形式的能轉化為電勢能。(2)對于不同型號的干電池，其電動勢一般都為1.5V，這說明了什么？提示：電動勢是描述電源屬性的物理量，其大小決定于非靜電力做功的性質，與電池體積無關，不同型號干電池只是容量不同。對靜電力和非靜電力的理解1．靜電力即電場力，是靜止帶電體之間的作用力，如每一對靜止的點電荷之間的靜電力均可以用庫侖定律去求解。2．非靜電力：除靜電力之外，對電荷的運動起促進或阻礙作用的力，常見的有化學力、洛倫茲力、渦旋電場力等。(1)如圖所示，在電源外部的電路里，自由電荷在電場力作用下移動，電場力做正功，電勢能轉化為其他形式的能；在電源內部自由電荷移動的方向與受到的電場力方向相反，移送電荷的不再是電場力，叫做“非靜電力”。非靜電力做功將電荷“移送”到電勢能高的電極，增加電勢能(消耗其他形式的能)。所以可以說：電源是通過非靜電力做功，將其他形式的能轉化為電能的裝置。(2)從能量轉化的角度看，電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉化為電勢能的裝置。(3)作用：保持兩極間有一定電壓，供給電路電能。1．關于電源的說法，正確的是()A．電源向外提供的電能越多，表明電動勢越大B．電動勢表示電源將單位正電荷從負極移到正極時非靜電力做的功C．在電源內部，從正極到負極電勢逐漸提高D．在電源外部，從正極到負極電勢逐漸提高2．以下說法中正確的是()A．在外電路和電源內部，正電荷都受靜電力作用，所以能不斷地定向移動形成電流B．靜電力與非靜電力都可以使電荷移動，所以本質上都是使電荷的電勢能減少C．在電源內部，正電荷能從負極到達正極是因為電源內部只存在非靜電力而不存在靜電力D．靜電力移動電荷做功，電勢能減??；非靜電力移動電荷做功，電勢能增加對電動勢的理解1．概念理解(1)在不同電源中，非靜電力做功的本領不同，即把相同數量的正電荷在電源內部從負極搬運到正極，非靜電力做功的多少不同，電動勢大小也不同。(2)電動勢E是標量，為了研究問題方便，規(guī)定電動勢的方向為電源內部電流方向，即沿電源由負極指向正極。(3)公式E＝eq\f(W,q)是電動勢的定義式而不是決定式，E的大小與W和q無關，是由電源自身的性質決定的。(4)電動勢的大?。旱扔谠陔娫吹膬炔繌呢摌O到正極移送單位正電荷非靜電力做功的數值。一定要注意必須是“單位正電荷”，而不是“任意電荷”。2．電動勢和電壓(即電勢差)的區(qū)別與聯系電壓U電動勢E物理意義電場力做功，電能轉化為其他形式的能的本領，表征電場的性質非靜電力做功，其他形式的能轉化為電能的本領，表征電源的性質定義式U＝eq\f(W,q)，W為電場力做的功E＝eq\f(W,q)，W為非靜電力做的功單位伏特(V)伏特(V)聯系電動勢等于電源未接入電路時兩極間的電壓值[典例][多選]如圖為一塊手機電池的背面印有的一些符號，下列說法正確的是()A．該電池放電時能輸出的總電荷量為1800CB．該電池的電動勢為3.6VC．若電池以10mA的電流工作，可用50小時D．若兩塊電池串聯使用電動勢仍為3.6V(1)電池的容量就是電池放電時輸出的總電荷量，其實際大小與放電電流的大小及放電方式有關。(2)n個相同的電池串聯時，其總電動勢E總＝nE，總內電阻r總＝nr。1．一節(jié)干電池的電動勢為1.5V，這表示()A．電池中每通過1C的電荷量，該電池能將1.5J的化學能轉變成電勢能B．該電池接入電路工作時，電池兩極間的電壓恒為1.5VC．該電池存儲的電能一定比電動勢為1.2V的電池存儲的電能多D．將1C的電荷由該電池負極移送到正極的過程中，非靜電力做了1.5J的功2．第56屆日本電池大會上華為發(fā)布了5分鐘即可充滿3000mAh電池50%電量的快充技術成果，引起業(yè)界廣泛關注。如圖是華為某智能手機電池上的信息，支持低壓大電流充電，則()A．4.35V表示該電池的電動勢B．該電池充滿電后以100mA的電流工作時，可連續(xù)工作30小時C．11.4Wh表示該電池能提供的電量D．3000mAh表示該電池能提供的電能3．[多選]關于電動勢和電壓，下列說法正確的是()A．電動勢E是由電源本身決定的，跟外電路無關B．電動勢E的單位與電勢、電勢差的單位都是伏特，故三者本質上一樣C．電動勢不是電壓，但它數值上等于將1C電荷在電源內從負極運送到正極電場力做功的大小D．電動勢是表示電源把其他形式的能轉化為電勢能的本領大小的物理量1．[多選]關于電源的說法正確的是()A．電源外部存在著由正極指向負極的電場，內部存在著由負極指向正極的電場B．在電源外部電路中，負電荷在電場力作用下由電源的負極流向正極C．在電源內部電路中，正電荷在非靜電力作用下由電源的負極流向正極D．在電池中，是化學作用使化學能轉化為電勢能2．關于電池的容量，下列說法中正確的是()A．電池的容量就是電池放電時能輸出的總電荷量B．對同一種電池，體積越大容量越小C．電池的容量表示電池放電時能輸出的電能D．電池容量的單位是法拉3.[多選]如圖所示，這是一種化學原電池，電路中電流計可以測出電流的方向，設測得外電路的電流方向如圖所示，其中兩金屬板分別為鋅板和銅板，電解槽中的電解液為硫酸銅，試分析下列說法中正確的是()A．A是銅片，B是鋅片B．A是鋅片，B是銅片C．A端是電源的正極，B端是電源的負極D．該種電池能把化學能轉化為電能4．如圖為電源和導線內移送電荷的情況。則將單位正電荷沿閉合回路移動一周所釋放的能量大小決定于()A．電源電動勢B．電路中電流的大小C．電源的內阻D．電源的容量5．[多選]太陽能電池已經越來越多地應用于我們生活中，有些太陽帽前安裝的小風扇就是靠太陽能電池供電的?？梢詼y得某太陽能電池可產生0.6V的電動勢，這表示()A．電路中每通過1C電荷量，太陽能電池把0.6J的太陽能轉變?yōu)殡娔蹷．無論接不接入外電路，太陽能電池兩極間的電壓都為0.6VC．太陽能電池在1s內將0