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2.1 电源和电流
一、电源
1.电源的定义
电源是不断把 从正极搬运到负极从而维持正负极之间一定电势差的装置.
2.电源的作用
（1）从电荷移动角度看：电源的作用就是移送电荷，维持电源正、负极间有一定的 ，从而保持电路中有持续电流.
电源在内部能把 从正极A搬运到负极B，如下图所示.
（2）从能量转化的角度看
搬运电荷的过程就是克服静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为 .
二、恒定电流
1.恒定电场
（1）形成：当电路稳定时，导线中的电场是由 、 等电路元件所积累的电荷共同形成的.
（2）特点：任何位置的 都不随时间发生变化.
2.恒定电流
（1）定义：大小、 都不随时间变化的电流叫恒定电流.
（2）大小：是单位时间内通过导体横截面的电荷量.表示电流强弱程度的物理量.
3.公式：I＝.
其中：I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的 .
4.单位： ， 符号A.
其他单位：毫安（mA），微安（μA）. 1 A＝103 mA＝106 μA.
5.方向：规定 定向移动的方向为电流方向.即电流方向与负电荷定向移动的方向相反.
6.测量电流的仪器________.
考点一 在电路中形成电流的条件
1．电流的形成
　　电荷定向移动形成电流。
电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流．
2．形成电流的条件
　　（1）从整个电路看，有电源的闭合电路中存在持续的电流；
　　（2）从一段导体来看，导体两端必须有电压才有可能有电流；
　　（3）从微观上看，导体中有自由移动的电荷以及有电场作用在这些电荷上是形成电流的必需具备的条件。
3.电源及其作用
（1）从电荷移动的用度看：电原是通过非静电力不断地将负电荷从正极搬运到负极，
从而维持正负极之间存在定电势差的装置
（2）从能量转化的角度看：搬运电荷的过程中，非静电力做功将其他形式的能转化为电能。
【例题】下列关于电流方向的说法中正确的是（ ）
A.电荷的定向移动方向即为电流的方向
B.电流的方向总是从电源的正极流向负极
C.电流既有大小，又有方向，是一个矢量
D.在电源内部，电流从负极流向正极
考点二 恒定电流
1.恒定电场
（1）导线中电场的形成：导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导线内部的电场方向沿导线的切线方向。
（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，称为恒定电场
②性质：导线中的电场是恒定电场，不是静电场由于在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同.在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。
2.恒定电流
（1）电流的意义
　　电路中的电流有强弱之分和流向的不同，为了表达电流的强弱人们定义了电流强度，简称为电流，为了便于表达电流的流向人们规定了电流的方向。
（2）电流的定义
　　通过导体横截面的电荷量跟通过这些电荷量所用时间的比值，叫做电流。用表示。
　　定义式：．
　　注意：①公式中是通过横截面的电荷量而不是单位横截面的电荷量。
　　②电荷量不等的同种电荷同向通过某一横截面时，，两种电荷反向通过某一横截面时，，不能相互抵消。
③横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关。
（3）方向
　　规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
　　注意：①金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。
　　②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。
　　③在电源外部的电路中，电流是从电源的正极流向负极；在电源内部的电路中，电流是从电源的负极流向正极。
　　④电流既有大小又有方向；但它不是矢量，而是标量。
（4）单位
　　在国际单位制中它的单位是安培，简称安（）。它是国际单位制中七个基本单位之一，常用的单位还有毫安、微安；
　　．
　　注意：电流的单位是规定的，而电量的单位是导出的，即．
（5）直流：方向不随时间变化的电流．
　 恒定电流：方向和强弱都不随时间变化的电流．
考点三 电流的微观解释
【例3】（多选）一横截面积为S的铜导线，流过的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为（　　）
A.nvSΔt　　 B.nvΔt　 C.　 D.
考点四 三种不同的速率比较
【例4】有一个横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A。已知铜的密度为ρ=8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量为6.4×10－2kg/mol，阿佛加德罗常数为NA= 6.02×1023mol-1，电子的电量为e. 在这个问题中可以认为每个铜原子贡献一个自由电子，求铜导线中自由电子定向移动的速率v。
1.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就是自由电子定向移动的方向
B.在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，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
2.如图所示的电解槽中，如果在4 s内各有4 C的正、负电荷通过面积为0.08 m2的横截面AB，那么 （　　 ）
A.正离子向左移动，负离子向右移动
B.由于正负离子移动方向相反，所以电解槽中无电流
C.4 s内通过横截面AB的电荷量为4 C
D.电解槽中的电流为2 A
3.在由电源、导线等电路元件所组成的电路中，以下说法正确的是（　　）
A.导线中的电场强度处处为零
B.导线中的电场强度方向跟导线方向垂直
C.导线处于静电平衡状态
D.导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低
4.下列有关电源的电路中导线内部的电场强度的说法中正确的是（　　）
A.导线内部的电场就是电源所形成的电场
B.在静电平衡时，导线内部的场强为零，而导线外部的场强不为零，所以导线内部的电场不是稳定的
C.因为导线处于电源的电场中，所以导线内部的场强处处为零
D.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，导线内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的
5.以下说法正确的是（　　）
A.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.导体中没有电流，就说明导体内部的电荷没有移动
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
6.在一示波管中，3 s内有3×1012个电子通过某一横截面的电子枪，则示波管中电流大小为（　　）
A.1.6×10﹣7A B.3×10﹣13A C.9.6×10﹣6A D.无法确定
7.（多选）如图所示，两段材料相同、长度相等、但横截面积不等的导体接在电路中，总电压为U，则下列表述正确的是（ ）
A.通过两段导体的电流相等
B.两段导体内的自由电子定向移动的平均速率不同
C.细导体两端的电压U1小于粗导体两端的电压U2
D.细导体内的电场强度大于粗导体内的电场强度
8.（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，则在时间△t内通过导线截面的自由电子数是（　　）
A. B.
C. D.
9.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1.0×1018个正离子和1.0×1018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？
10.如图所示的电解槽中，如果在4 s内各有8 C的正、负电荷通过面积为0.8 m2的横截面AB，那么：
（1）指出正、负离子定向移动的方向；
（2）电解槽中的电流方向如何？
（3）4 s内通过横截面AB的电荷量为多少？
（4）电解槽中的电流为多大？2.1 电源和电流
一、电源
1.电源的定义
电源是不断把 从正极搬运到负极从而维持正负极之间一定电势差的装置.
2.电源的作用
（1）从电荷移动角度看：电源的作用就是移送电荷，维持电源正、负极间有一定的 ，从而保持电路中有持续电流.
电源在内部能把 从正极A搬运到负极B，如下图所示.
（2）从能量转化的角度看
搬运电荷的过程就是克服静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为 .
二、恒定电流
1.恒定电场
（1）形成：当电路稳定时，导线中的电场是由 、 等电路元件所积累的电荷共同形成的.
（2）特点：任何位置的 都不随时间发生变化.
2.恒定电流
（1）定义：大小、 都不随时间变化的电流叫恒定电流.
（2）大小：是单位时间内通过导体横截面的电荷量.表示电流强弱程度的物理量.
3.公式：I＝.
其中：I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的 .
4.单位： ， 符号A.
其他单位：毫安（mA），微安（μA）. 1 A＝103 mA＝106 μA.
5.方向：规定 定向移动的方向为电流方向.即电流方向与负电荷定向移动的方向相反.
6.测量电流的仪器________.
答案：负电荷 电势差 电子 电能 电源 导线 电场强度 方向 电荷量 安培 正电荷 电流表
考点一 在电路中形成电流的条件
1．电流的形成
　　电荷定向移动形成电流。
电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流．
2．形成电流的条件
　　（1）从整个电路看，有电源的闭合电路中存在持续的电流；
　　（2）从一段导体来看，导体两端必须有电压才有可能有电流；
　　（3）从微观上看，导体中有自由移动的电荷以及有电场作用在这些电荷上是形成电流的必需具备的条件。
3.电源及其作用
（1）从电荷移动的用度看：电原是通过非静电力不断地将负电荷从正极搬运到负极，
从而维持正负极之间存在定电势差的装置
（2）从能量转化的角度看：搬运电荷的过程中，非静电力做功将其他形式的能转化为电能。
【例题】下列关于电流方向的说法中正确的是（ ）
A.电荷的定向移动方向即为电流的方向
B.电流的方向总是从电源的正极流向负极
C.电流既有大小，又有方向，是一个矢量
D.在电源内部，电流从负极流向正极
解析：正电荷的定向移动方向与电流方向相同，负电荷的定向移动方向与电流方向相反；电流虽有方向，但不符合矢量运算法则，不是矢量，而是标量；外电路中电流从正极流向负极，电源内部电流从负极流向正极，故A、B、C错，D正确。
答案：D
考点二 恒定电流
1.恒定电场
（1）导线中电场的形成：导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导线内部的电场方向沿导线的切线方向。
（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，称为恒定电场
②性质：导线中的电场是恒定电场，不是静电场由于在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同.在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。
2.恒定电流
（1）电流的意义
　　电路中的电流有强弱之分和流向的不同，为了表达电流的强弱人们定义了电流强度，简称为电流，为了便于表达电流的流向人们规定了电流的方向。
（2）电流的定义
　　通过导体横截面的电荷量跟通过这些电荷量所用时间的比值，叫做电流。用表示。
　　定义式：．
　　注意：①公式中是通过横截面的电荷量而不是单位横截面的电荷量。
　　②电荷量不等的同种电荷同向通过某一横截面时，，两种电荷反向通过某一横截面时，，不能相互抵消。
③横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关。
（3）方向
　　规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
　　注意：①金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。
　　②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。
　　③在电源外部的电路中，电流是从电源的正极流向负极；在电源内部的电路中，电流是从电源的负极流向正极。
　　④电流既有大小又有方向；但它不是矢量，而是标量。
（4）单位
　　在国际单位制中它的单位是安培，简称安（）。它是国际单位制中七个基本单位之一，常用的单位还有毫安、微安；
　　．
　　注意：电流的单位是规定的，而电量的单位是导出的，即．
（5）直流：方向不随时间变化的电流．
　 恒定电流：方向和强弱都不随时间变化的电流．
考点三 电流的微观解释
【例3】（多选）一横截面积为S的铜导线，流过的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为（　　）
A.nvSΔt　　 B.nvΔt　 C.　 D.
答案：AC
考点四 三种不同的速率比较
【例4】有一个横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A。已知铜的密度为ρ=8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量为6.4×10－2kg/mol，阿佛加德罗常数为NA= 6.02×1023mol-1，电子的电量为e. 在这个问题中可以认为每个铜原子贡献一个自由电子，求铜导线中自由电子定向移动的速率v。
1.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就是自由电子定向移动的方向
B.在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，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
【答案】C
【解析】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.
2.如图所示的电解槽中，如果在4 s内各有4 C的正、负电荷通过面积为0.08 m2的横截面AB，那么 （　　 ）
A.正离子向左移动，负离子向右移动
B.由于正负离子移动方向相反，所以电解槽中无电流
C.4 s内通过横截面AB的电荷量为4 C
D.电解槽中的电流为2 A
【答案】D
【解析】电源与电解槽中的两极相连后，左侧电极电势高于右侧电极，由于在电极之间建立电场，电场方向由左指向右，故正离子向右移动，负离子向左移动，电解槽中的电流方向向右，选项A、B错误；4 s内通过横截面AB的电荷量为4 C+4 C=8 C，选项C错误；由电流强度的定义，选项D正确.
3.在由电源、导线等电路元件所组成的电路中，以下说法正确的是（　　）
A.导线中的电场强度处处为零
B.导线中的电场强度方向跟导线方向垂直
C.导线处于静电平衡状态
D.导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低
【答案】D
【解析】在电源和导线中感应电荷的共同作用下，垂直导线方向的电场相互抵消，在导体中形成了沿导线方向的电场，即导线中的电场强度方向跟导线方向平行，A、B错误；导线内有电场，说明导线不是静电平衡状态，C错误；沿电场方向电势逐渐降低，电场方向就是正电荷的受力方向，也就是电流的方向，即导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低，D正确.
4.下列有关电源的电路中导线内部的电场强度的说法中正确的是（　　）
A.导线内部的电场就是电源所形成的电场
B.在静电平衡时，导线内部的场强为零，而导线外部的场强不为零，所以导线内部的电场不是稳定的
C.因为导线处于电源的电场中，所以导线内部的场强处处为零
D.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，导线内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的
【答案】D
【解析】导线内部的电场是电源和导线堆积电荷所形成的两部分电场的矢量和，稳定后不同于静电平衡（内部场强处处为零），而是场强大小恒定，方向与导线切线一致，是一种动态的平衡，故A、B、C错，D对.
5.以下说法正确的是（　　）
A.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.导体中没有电流，就说明导体内部的电荷没有移动
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
【答案】A
【解析】电流单位安培是国际单位制中七个基本单位之一，A正确.导体中没有电流但有电荷的热运动，B错误.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.
6.在一示波管中，3 s内有3×1012个电子通过某一横截面的电子枪，则示波管中电流大小为（　　）
A.1.6×10﹣7A B.3×10﹣13A C.9.6×10﹣6A D.无法确定
【答案】A
【解析】每个电子的电荷量大小为，3×1012个电子总电荷量为
，则示波管中电流大小为I==A.
故选A.
7.（多选）如图所示，两段材料相同、长度相等、但横截面积不等的导体接在电路中，总电压为U，则下列表述正确的是（ ）
A.通过两段导体的电流相等
B.两段导体内的自由电子定向移动的平均速率不同
C.细导体两端的电压U1小于粗导体两端的电压U2
D.细导体内的电场强度大于粗导体内的电场强度
【答案】ABD
【解析】两个导体串联，电流相同，故A正确.电流的微观表达式，由题知n、e、I相同，S不同，则自由电子定向移动的平均速率不同，故B正确.根据电阻定律可知，细导体的电阻大于粗导体的电阻，由欧姆定律得知，I相同，则细导体两端的电压大于粗导体两端的电压，故C错误.设导体的长度为L，横截面积为S，导体内的电场强度，I、相同，则E与S成反比，所以细导体内的电场强度大于粗导体内的电场强度，故D正确.
8.（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，则在时间△t内通过导线截面的自由电子数是（　　）
A. B.
C. D.
【答案】AC
【解析】电流可以表示为：
解得：
N=，故A、C正确，B、D错误.
9.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1.0×1018个正离子和1.0×1018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？
【答案】由A指向B　0.16 A
【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e＝1.60×10－19C.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做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＝＝
＝0.16 A.
10.如图所示的电解槽中，如果在4 s内各有8 C的正、负电荷通过面积为0.8 m2的横截面AB，那么：
（1）指出正、负离子定向移动的方向；
（2）电解槽中的电流方向如何？
（3）4 s内通过横截面AB的电荷量为多少？
（4）电解槽中的电流为多大？
【答案】（1）正离子向右运动，负离子向左运动
（2）向右　（3）16 C　（4）4 A
【解析】（1）电源与电解槽中的两极相连后，左侧电极电势高于右侧电极，由于在电极之间建立电场，电场方向由左指向右，故正离子向右移动，负离子向左移动.
（2）电解槽中的电流方向向右.
（3）8 C的正电荷向右通过横截面AB，而8 C的负电荷向左通过该横截面，相当于又有8 C正电荷向右通过横截面，故本题的答案为16 C.
（4）由电流的定义得I＝＝A＝4A.

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