高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电源和电流学案及答案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电源和电流学案及答案，共8页。
1.了解电流的形成条件、电源的作用和导体中的恒定电场.
2.理解电流的定义、定义式、单位及方向的规定，会用公式q＝It分析相关问题.
3.会推导电流的微观表达式，从微观的角度认识影响电流大小的因素．
[基础梳理]
一、电源
1．定义：能把电子在电源内部从电源正极搬运到负极的装置．
2．作用：移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差，保持电路中有持续电流．
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：当电路达到稳定时，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．
(3)特点：任何位置的电荷分布和电场分布都不随时间变化，其基本性质与静电场相同．
2．恒定电流
(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，电流的强弱程度用电流这个物理量表示．
(2)公式：I＝eq \f(q,t)，其中：I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量．
(3)单位：安培，简称安，符号是A；常用的电流单位还有毫安(mA)、微安(μA)．
1 A＝103 mA；1 A＝106 μA.
[能力拓展]
一、电流的理解和计算
1．电流的方向：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与电流的方向相反．
2．电流的定义式：I＝eq \f(q,t).用该式计算出的电流是时间t内的平均值．对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等．
3．电流是标量：虽然有方向，但它是标量，它遵循代数运算法则．
二、电流的微观表达式
1．电流微观表达式I＝nqvS的理解
(1)I＝eq \f(q,t)是电流的定义式，I＝nqvS是电流的决定式，因此I与通过导体横截面的电荷量q及时间t无关，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量大小q、定向移动的速率v，还与导体的横截面积S有关．
(2)v表示电荷定向移动的速率．自由电荷在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是自由电荷在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的．
2．三种速率的比较
(1)电子定向移动速率：也是公式I＝neSv中的v，大小约为10－4 m/s.
(2)电流的传导速率：就是导体中建立电场的速率，等于光速，为3×108 m/s.闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流．
(3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105 m/s.由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流．
[随堂演练]
1．新国际单位体系于2019年5月的世界计量日起正式生效，下列选项中物理量为矢量，且单位是国际单位制基本单位的是（ ）
A．电场强度，N/CB．电流，A
C．电压，VD．位移，m
2．在如图所示的电路中，电源的内阻r=2.0Ω，电阻R=8.0Ω，不计电流表的内阻。闭合开关S后，电流表的示数I=0.30A。在通电时间2.0s内，通过电阻R的电荷量q为（ ）
A．0.15CB．0.60CC．1.20CD．1.60C
3．用比值法定义物理量是物理学中常用的方法，下列表达中不属于用比值法定义物理量的是（ ）
A．电势差B．电容
C．电阻 D．电流强度
4．铅蓄电池的电动势为2V，下列说法错误的是（ ）
A．电路中每通过1C电荷量，电源把2J的化学能转化为电能
B．铅蓄电池断开时其两极间的电压为2V
C．铅蓄电池在1s内将2J的化学能转化成电能
D．铅蓄电池将化学能转化为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）的大
5．如图为Maxwell超级电容器，其标有“3V，3000F”。它是一种新型储能装置，不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，它具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、抗振动和抗冲击性能强的特点。关于此电容器下列说法正确的是（ ）
A．在3V电压下才能正常工作
B．充电时把电能转化为化学能和内能
C．工作电压是3V时，电容才是3000F
D．加额定电压时所储存的电荷量是手机锂电池“4.2V，4000mAh”带电量的倍
6．半径为R的均匀带电圆环，横截面积为S，所带电荷量为Q，现使圆环绕垂直圆环所在平面且过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流为（ ）
A．B．C．D．
7．一个半径为的绝缘圆盘，绕垂直圆盘的转动轴以角速度沿逆时针方向匀速转动，圆盘边缘上均匀地分布着一圈电荷，电性均为负，单位圆弧上所带的电荷量为，当圆盘转动时，这些电荷所形成的电流大小________，电流的方向为_________。
8．如图甲所示是一种测量电容的实验电路图，实验是通过对高阻值电阻放电的方法，测出电容器充电至电压U时所带电量Q，从而求出电容器的电容C。某同学在一次实验时的情况如下：接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使小量程电流表的指针偏转接近满刻度，记下此时电流表的示数是，电压表的示数，I、U分别是电容器放电时的初始电压和电流。断开开关S，同时开始计时，每隔5s测读一次电流I的值，将测得数据填入表格，并标在图乙坐标纸上（时间t为横坐标、电流i为纵坐标），结果如图中小黑点“·”所示。
(1)在图乙中画出图线____，图线与坐标轴所围成面积的物理意义是_______。
(2)该电容器电容为________F（结果保留两位有效数字）。
(3)若某同学实验时把电压表接在F、D两端，则电容的测量值比它的真实值______（填大“小”或“相等”）。
参考答案
1．D
【详解】
是矢量的有电场强度、位移，是国际单位制基本单位的有A、m；
故选D。
2．B
【详解】
通电时间2.0s内，通过电阻R的电荷量
故选B。
3．B
【详解】
A．电势差
采用W与q的比值定义的，属于比值法定义，A不符合题意；
B．电容
为电容器的决定式，不属于比值定义法，B符合题意；
C．导体电阻
采用电压U与电流I的比值定义的，属于比值法定义，C不符合题意；
D．电流强度
采用q与t的比值定义的，属于比值法定义，D不符合题意。
故选B。
4．C
【详解】
AC．由电动势的定义式
可知，电源中每通过1C电量，非静电力做功为2J，电源把2J的化学能转变为电能，不是1s内将2J的化学能转变成电能， C错误A正确；
B．电源未接入电路时两端间的电压等于电动势，即2V，B正确；
D．电动势大，非静电力做功的本领就大，即将其它形式的能转化为电能的本领就大。蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）的大，D正确。
故选C。
5．D
【详解】
A．电容器的额定电压为3V，说明工作电压要不超过3V，可以小于3V，A错误
B．由于是电容器，故该超级电容充电时把电能存储在电容器中，没有转化为化学能，B错误；
C．电容是描述电容器容纳电荷本领的物理量，其大小与电压和电量无关，故电容始终为3000F，C错误；
D．该电容器最大容纳电荷量
Q = CU = 3000F × 3V = 9000C
手机锂电池“4.2V，4000mA•h”的电荷量
q = 4000mA•h = 4A × 3600s = 14400C
则
D正确。
故选D。
6．D
【详解】
环转动一周的时间为
一周内通过某一截面的电量为Q，则电流为
故选D。
7． 顺时针方向
【详解】
[1]设周期为
[2]由于电荷电性为负，所以电流的方向为顺时针方向。
8． 电容器在开始放电时所带的电荷量 偏小
【详解】
(1)[1]由知，电荷量为图像与坐标轴所包围的面积，则面积为电容器在开始放电时所带的电荷量。
[2]查出格子数，由总格子数乘以每个格子的“面积”值求

(2)[3]电容器的电容
(3)[4]电容的测量值比它的真实值偏小，原因是若把电压表接在F、D两端，则电容器放电电流会从电压表中分流一部分，从而使得通过电流表中的电量小于电容器所带电量，从而使电容的测量值比它的真实值偏小。