高中物理 第二章 恒定電流（一）電源、電動勢和電流知識解析新人教版選修3-1（通用）

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1、第二章 恒定電流（一）電源、電動勢和電流 一、電源： 1.定義：能把自由電子從正極搬到負極的裝置（力的角度） 2.作用：保持導(dǎo)體兩端的電勢差(電壓),使電路有持續(xù)的電流. 3.導(dǎo)線中的電場： 導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線 等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷也在運動，但有的流走了，另外的又來補充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)定。-----恒定電場 二、電動勢： 1.電源的概念：電源是通過非靜電力做功,把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的裝置（能量角度）.在電源內(nèi)部非靜電力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；在電源的外部電路，電場力做功，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能． 補：1

2、、電源外部，正電荷將怎樣移動？ 2、電源的內(nèi)部電場方向如何？ 3、電源內(nèi)部，正電荷將怎樣移動？ 4、電源內(nèi)部的正電荷受到電場力方向？ 電場力做正功還是負功？ 5、什么力來克服電場力做功？做正功還是負功？ 6、電源內(nèi)部的非靜電力是由什么提供的？ 7、電源內(nèi)部的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？ 2.定義：非靜電力搬運電荷所做的功跟搬運電荷電量的比值： 3.單位：伏（V） 4.物理意義：電動勢表征了電源把其它形式的能轉(zhuǎn)換為電能的本領(lǐng)的物理量。電動勢在數(shù)值上等于電路中通過1C的電量時電源所提供的電能。 5.電動勢的方向：規(guī)定由負極經(jīng)電源內(nèi)部指向正極的方向（即電勢升高的方向）為電動勢的方向。 6

3、.電動勢的決定因素 電源的電動勢是由電源的本身性質(zhì)決定的，在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時電源兩極間的電壓。 7.電動勢與電壓的區(qū)別 （1）兩個公式中W分別表示什么力做功? 中，W表示電源內(nèi)部非靜電力做的功 中，W表示電源外部電場力做的功 （2）能量是如何轉(zhuǎn)化的? 其它形式能轉(zhuǎn)化為電勢能E反映電源的特性 電勢能轉(zhuǎn)化為其它形式能U反映電場的特性 8.電動勢內(nèi)阻：電源內(nèi)部也是由導(dǎo)體組成的，所以也有電阻，這個電阻叫做電源的內(nèi)阻． 例1：下列關(guān)于電源的說法中正確的是 （ ） A．電源能夠?qū)ν馓峁┏掷m(xù)電勢差 B．電源能夠把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能 C．電源通過電場

4、力做功把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能 D．電源通過非靜電力做功把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能 例2：下列關(guān)于電源電動勢的說法中正確的是 （ ） A．電源的電動勢就等于電源兩極間的電壓 B．電源的電動勢等于電源開路時兩極間的電壓 C．電源的電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1個電子在電源內(nèi)從正極搬運到負極非靜電力做的功 D．電源的電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把電量為1C的電子在電源內(nèi)從負極搬運到正極非靜電力做的功 例3：關(guān)于電動勢，下列說法正確的是： A.在電源內(nèi)部把正電荷從負極移到正極，非靜電力做功，電能增加 B.對于給定的電源，移動正電荷，非靜電力做功越多，電動勢就越大 C.電動勢越大

5、，說明非靜電力在電源內(nèi)部從負極向正極移送單位電荷量做功越多 D.電動勢越大，說明非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負極移送到正極的電荷量越多 例4：鉛蓄電池的電動勢為2V，這表示： A.電路中每通過1C的電量，電源把2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? B.蓄電池兩極間的電壓為2V C.蓄電池在1s內(nèi)將2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能 D.蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿谋绢I(lǐng)比一節(jié)干電池（電動勢為1.5V）強 例5：有一蓄電池,當(dāng)移動1C電荷時非靜電力做功是2J,該蓄電池的電動勢是多少?給小燈泡供電,供電電流是0.2A,供電10min,非靜電力做功是多少? E=2VW非=240J 三、電流： 1、電流的形成：導(dǎo)

6、體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動形成電流. 2.電流的物理意義：表示電流的強弱程度 3.電流的定義：通過導(dǎo)體橫截面的電量q跟通過這些電量所用時間t的比值叫做電流 4.電流的定義式：I= q / t 5.電流的單位：安培（A） 其他單位： mA、μA 1A=103mA=106μA 6.電流的分類： （1）直流電：物理學(xué)中把方向不隨時間改變的電流叫做直流電。 （2）恒定電流：大小、方向都不隨時間變化的電流，用單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量表示電流強弱。 （3）交流電：方向均隨時間周期性變化的電流。 （4）正弦交流電：大小方向均隨時間按正弦規(guī)律變化的電流。 7.電

7、流的方向：人們規(guī)定正電荷移動的方向為電流的方向。 （1）在金屬導(dǎo)體中，電流的方向與自由電荷（電子）的定向移動方向相反。 在電解液中，電流的方向與正離子定向移動方向相同，與負離子定向移動方向相反。 （2）在外電路中正→負，內(nèi)電路中負→正 （3）電流是標(biāo)量，它的運算不遵循平行四邊形定則。 8.電流產(chǎn)生的條件： （1）存在自由電荷： 　 金屬導(dǎo)體——自由電子 ；電解液——正、負離子 （2）導(dǎo)體兩端存在電壓： 　　 當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流． 　 電源的作用是保持導(dǎo)體兩端的電壓，使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流．

8、例1：下列關(guān)于電流的說法中正確的是 （ ） A．導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件是導(dǎo)體兩端保持一定的電勢差 B．電流的方向就是電荷的定向運動方向 C．電流的方向不變的電流叫恒定電流 D．電流的方向和大小都不變的電流叫恒定電流 例2:某電解池，如果在1s中內(nèi)共有5.0×1018個二價正離子和5.0×1018個一價負電子通過某橫截面，那么通過這個橫截面的電流強度是多大？答案：1.6A 例3：在稀CuSO4溶液中插入兩碳棒極板，在兩極板上加一定的電壓，在10s內(nèi)有5×1018個Cu離子通過某截面，則碳棒中的電流強度為多大？ 例4：有一條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)線，通過的電流I=

9、1A。已知銅的密度ρ=8.9×103kg/m3，銅的摩爾質(zhì)量M=6.4×10-2kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA=6.62 × 1023mol-1，電子的電量e=-1.6 × 10-19C。求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率。 解：設(shè)自由電子定向移動的速率是 v 通過橫截面的電荷量是 由 得 解得 代入數(shù)值后得 v =7.5 ×10-5 m/s 四、電流的微觀解釋： 如圖所示，在加有電壓的一段粗細均勻的導(dǎo)體AD上取兩個截面B和C，設(shè)導(dǎo)體的橫截面是S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)是n，每個電荷的電量為q，電荷定

10、向移動的速率為v，則在時間t內(nèi)處于相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面C 得I=neSv 例1：原子中電子繞原子核的圓周運動可以等效為環(huán)形電流。設(shè)氫原子的電子以速率v在半徑為r的圓周軌道上運動，電子的電量為e，等效電流有多大？ 解：設(shè)電子圓周運動的周期為T： 例2：有一橫截面為S的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流為I，設(shè)單位體積的導(dǎo)線有n個自由電子，電子電量為e，電子的定向移動速度為v，在t時間內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)目N可表示為（ ） A． nvSt 　　　B．nvt C．It/e 　　　D．It/Se 例3：有一橫截面為S

11、＝1mm2的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流為I=1A，已知銅的密度為ρ=8.9×103Kg/m3，銅的摩爾質(zhì)量為M＝ 6.4×10－2Kg/mol，阿伏加得羅常數(shù)NA＝ 6.0×1023/mol，電子電量為e= 1.6×10－19C 。在這個問題中可認為每個銅原子貢獻一個電子，求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動速率v。 例4：有一條橫截面積S=1mm2 的銅導(dǎo)線，通過的電流I=1A .已知銅的密度ρ=8.9×103 kg/m3 ，銅的摩爾質(zhì)量M=6.02×10-2 kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA=6.62×10 23mol-1，電子的電量e=-1.6 × 10 -19 C 。 求:銅導(dǎo)線中自由電子定

12、向移動的速率 五、區(qū)分三種速率： 1.電流傳導(dǎo)速率：既電場的傳播速率，等于光速3×m/s。 2.電荷定向移動速率：I=neSv中的v是電荷定向移動的速率約為m/s（機械運動速率）。 3.電荷無規(guī)則熱運動的速率大約是m/s 課后訓(xùn)練 1.關(guān)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(nèi)部存在著由負極指向正極的電場 B．在電源外部電路中，負電荷靠電場力由電源的負極流向正極 C．在電源內(nèi)部電路中，正電荷靠非靜電力由電源的負極流向正極 D．在電池中，靠化學(xué)作用使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢能 2.單位電荷量的正電荷沿閉合電路移動一周，在內(nèi)外電路中釋放

13、的總能量決定于(　　) A．電源的電動勢　　　 B．通過電源的電流 C．路端電壓的大小 D．內(nèi)外電阻之和 3.下列關(guān)于電動勢的說法，正確的是 (　　) A．電源向外提供的電能越多，表示電動勢越大 B．電動勢表示電源將單位正電荷從負極移送到正極時，非靜電力所做的功 C．電源的電動勢與外電路有關(guān) D．在電源內(nèi)從負極到正極電勢的升高，等于閉合電路中內(nèi)、外電阻的電勢降落之和 4.關(guān)于電動勢下列說法中正確的是 (　　) A．在電源內(nèi)部把正電荷從負極移到正極，非靜電力做功，電能增加 B．對于給定的電源，移動正電荷非靜電力做功越多，電動勢就越大 C．電動勢越大，說明

14、非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負極向正極移送單位電荷量做功越多 D．電動勢越大，說明非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負極向正極移送電荷量越多 5.（09-10·黑龍江省哈六中高二期中考試） 關(guān)于電動勢，下列說法中正確的是（ ） A．電動勢與電壓的單位都是伏特，因此電動勢就是電壓 B．電動勢公式E＝W／q中W與電壓U＝W／q中的W是一樣的，都是電場力做的功 C．電動勢越大的電源，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)越大 D．在電源內(nèi)部正電荷能從負極移到正極是因為電源內(nèi)部只存在非靜電力而不存在靜電力 6.（浙江省溫州十校聯(lián)合體高二期中聯(lián)考）下列關(guān)于電源電動勢的說法正確的是（ ）

15、A．電源是通過靜電力把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 B．在電源內(nèi)部正電荷從低電勢處向高電勢處移動 C．電源電動勢的大小，等于非靜電力在電源內(nèi)部把正電荷從負極送到正極所做的功的大小 D．把同一電源接在不同的電路中,電源的電動勢也將變化 7.將電動勢為3.0V的電源接入電路中，測得電源兩極間的電壓為2.4V，當(dāng)電路中有6C的電荷流過時， 求：(1)有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能． (2)外電路中有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能． (3)內(nèi)電路中有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 8.某品牌的MP3使用的電源是一節(jié)7號干電池，當(dāng)它正常工作時，其工作電流為0.3A.某同學(xué)在一次使用該MP3時，若他

16、用了10s，則這段時間內(nèi)電池將多少化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能？ 1、在金屬導(dǎo)體中，若10s內(nèi)通過橫截面的電量為10C，則導(dǎo)體中的電流為________A； 2、某電解槽橫截面積為0.5m2，若10s內(nèi)沿相反方向通過橫截面的正負離子的電量均為10C，則電解液中的電流為_______A． 3、關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是 A．金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動的方向 B．在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負離子，電流方向不能確定 C．不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向 D．電流的方向有時與正電荷定向移動的方向相同，有時與負電荷定向移動的方向相同 4、某電解質(zhì)溶液，

17、如果在1 s內(nèi)共有5.0×1018個二價正離子和1.0×1019個一價負離子通過某橫截面，那么通過電解質(zhì)溶液的電流強度是多大？ 5、氫原子的核外只有一個電子，設(shè)電子在離原子核距離為R的圓軌道上做勻速圓周運動。已知電子的電荷量為e，運動速率為v，求電子繞核運動的等效電流多大？ 6.（09-10·浙江省菱湖中學(xué)高二10月月考）導(dǎo)體中的電流是5μA，那么在3.2 S內(nèi)有______ C的電荷定向移動通過導(dǎo)體的橫截面，相當(dāng)于______個電子通過該截面。 7. (2020·湖南省長沙一中高二第一次階段)如圖2所示，電解槽內(nèi)有一價的電解溶液，時間t 內(nèi)通過溶液內(nèi)橫截面S的正離子數(shù)是n1，負離子數(shù)是n2，設(shè)元電荷的電量為e，以下解釋正確的是（ ） A．負離子定向移動形成的電流方向從B到A B．溶液內(nèi)正負離子沿相反方向運動，電流相互抵消 C．溶液內(nèi)電流方向從A到B，電流I= D．溶液內(nèi)電流方向從A到B，電流I=