资源简介

11.1 电源和电流
1.知道电源的作用,掌握电流的形成条件,知道恒定电流的概念。 2.知道电流的定义、单位及方向的规定,会用公式I= 分析相关问题。 3.电流形成的微观解释及微观表达式的使用。
知识点一 电源
1.概念:电路中在电场力作用下能把电荷从A搬运到B的装置。
2.作用
(1)移送电荷,维持电源正、负极间有一定的电势差。
(2)保持电路中有稳定的电流。
知识点二 恒定电流
1.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：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。
(3)特点：导线内的电场线与导线平行，电荷的分布是稳定的，导线内的电场是沿导线切线方向的恒定电场。
2.电流
(1)概念：电荷的定向移动形成电流。
(2)物理意义：表示电流强弱程度的物理量。
(3)符号及单位：电流用符号I表示，单位是安培，符号为A。常用单位还有毫安(mA)和微安(μA)，1 A＝103 mA＝106μA。
(4)表达式：I＝(q是在时间t内通过导体某一横截面上的电荷量)。
(5)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
3.恒定电流
(1)概念：大小、方向都不随时间变化的电流。
(2)形成：恒定电场使自由电荷速率增加，自由电荷与导体内不动的粒子的碰撞，使自由电荷速率减小，最终表现为平均速率不变。
【知识扩展】
1.电流的微观表达式的推导
金属导体中的电流跟自由电子定向移动的速率有关，它们之间的关系可用下述方法简单推导出来。
如图所示，设导体的横截面积为S，自由电子数密度(单位体积内的自由电子数)为n，自由电子定向移动的平均速率为v，则时间t内通过某一横截面的自由电子数为nSvt。由于电子电荷量为e，因此，时间t内通过横截面的电荷量q＝neSvt。根据电流的公式I＝，就可以得到电流和自由电子定向移动平均速率的关系式(即电流的微观表达式)I＝neSv
导体左端的自由电子到达右端
2.对电流的微观表达式I＝neSv的理解
(1)v表示自由电子定向移动的平均速率。自由电子在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是自由电子在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的。
(2)I＝neSv是由I＝推导而来的，它从微观的角度阐明了决定电流强弱的因素，同时也说明了电流I既不与电荷量q成正比，也不与时间t成反比。
(3)从微观上看，电流的大小不仅取决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、电荷定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关。
下列关于电源的说法中正确的是（　　）
A．电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极，保持两极之间有电压
B．电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电能的过程
C．电荷的移动形成电流
D．只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流
某电解池中，若在8s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是（　　）
A．0.8A B．1.6A C．1×1019A D．5×1018A
（多选）有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为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度为v，在t时间内，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为（　　）
A．nvSt B．nqvt C． D．
如图所示，电解池内有一价的电解液，t时间内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2。设元电荷为e，以下说法中正确的是（　　）
A．当n1＝n2时，电流大小为零
B．当n1＞n2时，电流方向从A→B，电流大小为
C．当n1＜n2时，电流方向从B→A，电流大小为
D．溶液内电流方向从A→B，电流大小为
铜的摩尔质量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动的速率为（　　）
A．光速c B． C． D．
在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成截面积为S、电流为I的电子束．已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是（　　）
A． B． C． D．
关于电源的以下说法，正确的是（　　）
A．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差
B．电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极之间有稳定的电势差
C．只要电路中有电源，电路中就一定有电流
D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量
关于电流的概念，下列说法中正确的是（　　）
A．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大
B．电子的定向移动速率越大，电流越大
C．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大
D．横截面积越大，电流越大
如图所示，一根截面积为S的均匀长直橡胶棒均匀带有负电荷，每米电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为υ的匀速直线运动时，由于橡胶棒运动而形成的等效电流大小为（　　）
A．υq B． C．qυs D．
如图所示，在MgCl2溶液中，正、负电荷定向移动，其中Cl﹣水平向左移动。若测得2s内分别有5×1017个Mg2+和1×1018个Cl﹣通过溶液内部的横截面M，那么溶液中的电流方向和大小为（　　）
A．水平向左0.08A B．水平向右0.08A
C．水平向左0.16A D．水平向右0.16A
如图所示，两个带绝缘柄的金属球A、B，A带负电，B不带电，用导体棒连接A、B的瞬间，下列说法中错误的是（　　）
A．有瞬时电流形成，方向由A到B
B．A、B两端的电势不相等
C．导体棒内的电场强度不等于0
D．导体棒内的自由电荷受电场力作用定向移动
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（　　）
A．当n1＝n2时电流强度为零
B．当n1＞n2时，电流方向从A→B，电流强度为I
C．当n1＜n2时，电流方向从B→A，电流强度I
D．电流方向从A→B，电流强度I
安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流，设带电荷量为e的电子以角速度ω绕氢原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，其电流的等效电流强度I和方向为（　　）
A．，顺时针 B．ωe，顺时针
C．，逆时针 D．ωe，逆时针
在示波管中，电子枪2s内发射6×1013个电子（一个电子电荷量为﹣1.60×10﹣19C），则示波管中的电流大小约为（　　）
A．4.8×10﹣6A B．3×10﹣13A C．9.6×10﹣6A D．3×10﹣6A
在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是（　　）
A． B．
C． D．
北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道．当环中电子以光速的的速度流动而形成的电流是10mA时，环中运行的电子数目为多少？（已知光速c＝3×108m/s，电子电荷量e＝1.6×10﹣19C）
导线中的电流是10﹣8A，导线的横截面积为1mm2，电子的电量e＝1.6×10﹣19C，导体每立方米有8.5×1028个自由电子，求：
（1）在1秒内，有多少个电子通过导线的横截面？
（2）自由电子的平均移动速率是多大？11.1 电源和电流
1.知道电源的作用,掌握电流的形成条件,知道恒定电流的概念。 2.知道电流的定义、单位及方向的规定,会用公式I= 分析相关问题。 3.电流形成的微观解释及微观表达式的使用。
知识点一 电源
1.概念:电路中在电场力作用下能把电荷从A搬运到B的装置。
2.作用
(1)移送电荷,维持电源正、负极间有一定的电势差。
(2)保持电路中有稳定的电流。
知识点二 恒定电流
1.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：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。
(3)特点：导线内的电场线与导线平行，电荷的分布是稳定的，导线内的电场是沿导线切线方向的恒定电场。
2.电流
(1)概念：电荷的定向移动形成电流。
(2)物理意义：表示电流强弱程度的物理量。
(3)符号及单位：电流用符号I表示，单位是安培，符号为A。常用单位还有毫安(mA)和微安(μA)，1 A＝103 mA＝106μA。
(4)表达式：I＝(q是在时间t内通过导体某一横截面上的电荷量)。
(5)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
3.恒定电流
(1)概念：大小、方向都不随时间变化的电流。
(2)形成：恒定电场使自由电荷速率增加，自由电荷与导体内不动的粒子的碰撞，使自由电荷速率减小，最终表现为平均速率不变。
【知识扩展】
1.电流的微观表达式的推导
金属导体中的电流跟自由电子定向移动的速率有关，它们之间的关系可用下述方法简单推导出来。
如图所示，设导体的横截面积为S，自由电子数密度(单位体积内的自由电子数)为n，自由电子定向移动的平均速率为v，则时间t内通过某一横截面的自由电子数为nSvt。由于电子电荷量为e，因此，时间t内通过横截面的电荷量q＝neSvt。根据电流的公式I＝，就可以得到电流和自由电子定向移动平均速率的关系式(即电流的微观表达式)I＝neSv
导体左端的自由电子到达右端
2.对电流的微观表达式I＝neSv的理解
(1)v表示自由电子定向移动的平均速率。自由电子在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是自由电子在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的。
(2)I＝neSv是由I＝推导而来的，它从微观的角度阐明了决定电流强弱的因素，同时也说明了电流I既不与电荷量q成正比，也不与时间t成反比。
(3)从微观上看，电流的大小不仅取决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、电荷定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关。
下列关于电源的说法中正确的是（　　）
A．电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极，保持两极之间有电压
B．电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电能的过程
C．电荷的移动形成电流
D．只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流
【解答】解：A、电源能把内部的正电荷从负极移到正极，从而保持两极间的稳定的电势差；故A错误；
B、电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电能的过程；故B正确；
C、电荷的“定向”移动形成电流；故C错误；
D、只有有电源和用电器组成闭合回路才能形成电流；故D错误；
故选：B。
某电解池中，若在8s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是（　　）
A．0.8A B．1.6A C．1×1019A D．5×1018A
【解答】解：通过截面的总电荷量 q＝1.0×1019×2×1.6×10﹣19C+2.0×1019×1.6×10﹣19C＝6.4C，
通过截面的电流 I0.8A，故A正确，BCD错误。
故选：A。
（多选）有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为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度为v，在t时间内，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为（　　）
A．nvSt B．nqvt C． D．
【解答】根据电流的两个表达式来分析，首先从导体导电的微观角度来说，在t时间内能通过某一横截面的自由电子必须处于长度为vt的圆柱体内，由于自由电子可以认为是均匀分布，故此圆柱体内的电子数目为nvSt．而从电流的定义来说，I，故在t时间内通过某一横截面的电荷量为It，通过横截面的自由电子数目为。
故选：AC。
如图所示，电解池内有一价的电解液，t时间内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2。设元电荷为e，以下说法中正确的是（　　）
A．当n1＝n2时，电流大小为零
B．当n1＞n2时，电流方向从A→B，电流大小为
C．当n1＜n2时，电流方向从B→A，电流大小为
D．溶液内电流方向从A→B，电流大小为
【解答】解：电荷的定向移动形成电流，正电荷的定向移动方向是电流方向，由图示可知，溶液中的正离子从A向B运动，因此电流方向是A→B，与n1、n2大小无关，流过的电量是正负电量绝对值的和，不能相互抵消，电流定义式I，故ABC错误，D正确；
故选：D。
铜的摩尔质量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动的速率为（　　）
A．光速c B． C． D．
【解答】解：单位长度质量为：M′＝ρ S 1；
单位长度原子数为：N NA；
每个铜原子可以提供n个自由电子，故电子数为n；电流I；
而t；
解得：v；
故选：D。
在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成截面积为S、电流为I的电子束．已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是（　　）
A． B． C． D．
【解答】解：根据动能定理得
eU
得到，v ①
在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内电子电量为q＝IΔt＝I ②
电子数n ③
联立①②③得，n
故选：D。
关于电源的以下说法，正确的是（　　）
A．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差
B．电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极之间有稳定的电势差
C．只要电路中有电源，电路中就一定有电流
D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量
【解答】解：A、电源能把内部的正电荷从负极移到正极，从而保持两极间的稳定的电势差；故A错误B正确；
C、只有有电源和闭合回路才能形成电流；故C错误；
D、电源是提供电能的装置；不再需要外界提供能量；故D错误；
故选：B。
关于电流的概念，下列说法中正确的是（　　）
A．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大
B．电子的定向移动速率越大，电流越大
C．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大
D．横截面积越大，电流越大
【解答】解：
A、由电流定义式可知，通过导体横截面的电荷量多，不代表电流就大，故A错误。
B、由电流的微观表达式：I＝neSv，可知v大，不一定电流就大，故B错误。
C、由电流定义式可知，单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大，故C正确。
D、由电流的微观表达式：I＝neSv，可知横截面积大，电流不一定大，故D错误。
故选：C。
如图所示，一根截面积为S的均匀长直橡胶棒均匀带有负电荷，每米电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为υ的匀速直线运动时，由于橡胶棒运动而形成的等效电流大小为（　　）
A．υq B． C．qυs D．
【解答】解：棒沿轴线方向以速度v做匀速直线运动时，每秒通过的距离为v米，每秒v米长的橡胶棒上电荷都通过直棒的横截面，每秒内通过横截面的电量Q＝q v，根据电流的定义式I，t＝1s，得到：I＝qv。
故A正确，BCD错误。
故选：A。
如图所示，在MgCl2溶液中，正、负电荷定向移动，其中Cl﹣水平向左移动。若测得2s内分别有5×1017个Mg2+和1×1018个Cl﹣通过溶液内部的横截面M，那么溶液中的电流方向和大小为（　　）
A．水平向左0.08A B．水平向右0.08A
C．水平向左0.16A D．水平向右0.16A
【解答】解：由题意可知，4s内流过截面上的电量为q＝5×1017×2×1.6×10﹣19C+1.0×1018×1.6×10﹣19C＝0.32C；
则电流强度；
Mg2+水平向右移动，所以电流方向向右，故ABC错误，D正确。
故选：D。
如图所示，两个带绝缘柄的金属球A、B，A带负电，B不带电，用导体棒连接A、B的瞬间，下列说法中错误的是（　　）
A．有瞬时电流形成，方向由A到B
B．A、B两端的电势不相等
C．导体棒内的电场强度不等于0
D．导体棒内的自由电荷受电场力作用定向移动
【解答】解：A、A带负电，B不带电，金属导电靠的是带负电荷的自由电子，当用金属棒把A和B两金属球连接起来的瞬间，A上的一部分电子会通过金属棒转移到B上，由于规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，所以电子定向移动的方向与电流方向相反；电子移动的方向由A到B，则金属棒中的电流方向由B到A，故A错误；
BC、电荷的周围存在电场，沿电场线的方向电势降低，A带负电，B不带电，则它们的电势是不相等的，当用导体棒将AB连接的瞬间，由于A、B之间的电势不同，所以导体棒内产生电场，则导体棒内的电场强度不等于0，故BC正确；
D、导体棒内的电场强度不等于0，则导体棒内的自由电荷受电场力作用定向移动，故D正确。
本题选择错误的
故选：A。
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（　　）
A．当n1＝n2时电流强度为零
B．当n1＞n2时，电流方向从A→B，电流强度为I
C．当n1＜n2时，电流方向从B→A，电流强度I
D．电流方向从A→B，电流强度I
【解答】解：电荷的定向移动形成电流，正电荷的定向移动方向是电流方向，由图示可知，溶液中的正离子从A向B运动，因此电流方向是A→B，
电流I，与正负电荷的数量没有关系；
故选：D。
安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流，设带电荷量为e的电子以角速度ω绕氢原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，其电流的等效电流强度I和方向为（　　）
A．，顺时针 B．ωe，顺时针
C．，逆时针 D．ωe，逆时针
【解答】解：电子绕核运动可等效为一环形电流，电子运动周期为T，根据电流的定义式得：电流强度为
因为电子带负电，所以电流方向与电子定向移动方向相反，即沿逆时针方向，故C正确，ABD错误.
故选：C。
在示波管中，电子枪2s内发射6×1013个电子（一个电子电荷量为﹣1.60×10﹣19C），则示波管中的电流大小约为（　　）
A．4.8×10﹣6A B．3×10﹣13A C．9.6×10﹣6A D．3×10﹣6A
【解答】解：每个电子的电荷量大小为e＝1.6×10﹣19C，6×1013个电子总电荷量为q＝6×1013×1.6×10﹣19C＝9.6×10﹣6C，则示波管中电流大小为：
I4.8×10﹣6A。
故选：A。
在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：根据动能定理得：eUmv2
得到：v①
在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内电子电量为：q＝IΔt＝I②
电子数n③
联立①②③得：n．故ABC错误，D正确
故选：D。
北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道．当环中电子以光速的的速度流动而形成的电流是10mA时，环中运行的电子数目为多少？（已知光速c＝3×108m/s，电子电荷量e＝1.6×10﹣19C）
【解答】解：电子运动一周用的时间：
ts＝8×10﹣6s，
I，
则电量为：Q＝It＝0.01A×8×10﹣6s＝8×10﹣8C，
在整个环中运行的电子数目：
n5×1011个．
答：环中运行的电子数目为5×1011个
导线中的电流是10﹣8A，导线的横截面积为1mm2，电子的电量e＝1.6×10﹣19C，导体每立方米有8.5×1028个自由电子，求：
（1）在1秒内，有多少个电子通过导线的横截面？
（2）自由电子的平均移动速率是多大？
【解答】解：（1）由电流定义式I可知，在1秒内通过导体横截面的电量为q＝1×10﹣8C
故在1秒内通过导线横截面的电子个数为N（个）＝6.25×1010（个）
（2）由电流的微观表达式I＝neSv可知，自由电子的平均移动速率为v＝7.35×10﹣13m/s
答：（1）在1秒内，有6.25×1010个电子通过导线的横截面；
（2）自由电子的平均移动速率是7.35×10﹣13m/s。

展开更多......

收起↑