高中人教版 (2019)第十一章 电路及其应用1 电源和电流精品导学案

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知识点1：电源
1.电流的形成
如图所示，A、B为两个带等量异种电荷的金属球，用导线连接起来后，导线中有瞬时电流通过.因为用导线连接A、B后，自由电子在静电力的作用下由B向A移动，当两球与导线形成等势体时，整体内部场强为零，电子不再定向移动，电流消失.
2.电源的定义
电源是不断地把电子从正极搬运到负极，使正、负极之间始终存在电势差的装置.如图所示，P为电源，A是电源的正极，B是电源的负极.
3.电源的作用
(1)从移送电荷的角度看
维持电源正、负极间有一定的电势差，保持电路中有持续的电流.
(2)从能量转化的角度看
移送电荷的过程就是克服静电力做功的过程，从而把其他形式的能转化为电能.
①一般的导体内均有大量的自由电子，当导体两端不加电压时，自由电子只能在各自的平衡位置附近做无规则的热运动，不能形成电流.
②在导体两端加上电压后，导体内部就会形成电场，导体内部的自由电子就会发生定向移动，形成电流.
知识点2：恒定电流
1.导线内的电场
在电源正、负极之间连一根导线，导线内的自由电子受力如图所示，电子受静电力向导线两侧堆积，在导线表面堆积的电荷产生的电场E'和E0的矢量和E与导线平行.
2.恒定电场
(1)恒定电场的形成；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，导线内很快形成沿导线方向的恒定电场，并且形成过程是在接通电源后的极短时间内(接近光速)完成的.
尽管这些电荷在运动，但有的流走了，另外的又来补充，形成了动态平衡，所以电荷的分布是稳定的，由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫作恒定电场.
(2)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.
恒定电场和静电场的区别和联系
(1)区别：①静电场是静止电荷在其周围空间所激发的电场，而恒定电场存在于闭合回路中；②静电平衡状态下的导体内部场强为零，恒定电场导线内部场强不为零。
(2)联系：①它们是物质的一种客观存在形式，都储存着电能；②它们对处于其中的电荷都有力的作用。
3.恒定电流
(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流，电流的强弱程度用电流这个物理量表示，符号为I.
(2)定义式：,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)国际单位制单位：安培，符号是A.常用单位间的换算：1 A=103mA=106μA.
(4)方向的规定
习惯上规定电流方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反.
①电流虽然有方向，但是它是标量，其计算遵循代数运算法则.
②在外电路中电流方向由电源正极流向负极，在电源内部电流方向由电源负极流向正极.
③公式中的q是通过导体某横截面的电荷量，不是通过导体单位横截面积的电荷量；
④横截面的选取是任意的，电流的大小与所选择的横截面的大小无关.
⑤矢量的方向具有空间上方向的任意性.电流既有大小又有方向，但电流的方向仅表示流进或流出，所以电流不是矢量，是标量.
(5)对公式的理解
①金属导体中的电流是由自由电子的定向移动形成的，因此q为通过导体横截面的自由电子的电荷量.
②电解质溶液中的电流是由正、负离子同时向相反方向定向移动形成的，因此q为正、负离子的电荷量的绝对值之和。
③电解质溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反.
④是电流的定义式，不能说I与q成正比，与t成反比.
【典例1】两个完全相同的金属球甲和乙所带的电荷量分别为+Q1、−Q2，其中Q1>Q2>0。现用一根导线将两金属球直接相连，经时间t，两小球的电荷分布稳定。则这段时间内，流经导线的平均电流为（ ）
A．Q1+Q2tB．Q1−Q2tC．Q1−Q22tD．Q1+Q22t
【典例2】如图是某电动汽车的铭牌，以下说法正确的是（ ）
A．该电池的容量为60A⋅hB．该电池以6A的电流放电，可以工作12h
C．该电池以6A的电流放电，可以工作60hD．该电池充完电可贮存的电荷量为60C
【典例3】某手机的说明书标明该手机电池容量为4000mA·h，待机时间为22天。说明书还标明用该手机持续播放视频的持续时间为17小时，则播放视频时产生的电流约为（ ）
A．4mAB．182mAC．235mAD．3mA
重难点1：电流的微观表达式的推导及理解
如图所示，AB表示粗细均匀的一段长为l的金属导体，两端加一定的电压，导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v,设导体的横截面积为S,导体单位体积内的自由电子数为n,由于电子的电荷量为e
AB导体中的自由电子总数N =nlS,
总电荷量q =Ne =nlSe,
所有这些电子都通过右侧横截面所需的时间,则导体中的电流
由此可见、从微观上看，电流大小取决于导体单位体积内的自由电子数、每个自由电子的电荷量、自由电子定向移动速率的大小和导休的横截而积.
区分三种速速率
重难点2:电解液中电流的计算
电解质溶液中电流的计算比较复杂，分为两种情况：
(1)电源内部：在电源内部某处取一横截面，设某段时间t内通过该横截面的电荷量为q,则电解质溶液中的电流为。
(2)在电解质溶液内某处取一横截面，正、负电荷沿相反方向定向移动而形成电流时，用来计算，要注意考虑离子的化合价，如图所示。
【典例4】如图所示，一根均匀的金属导体棒在电场的作用下，其内部的自由电子沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动。若棒横截面积为s，单位长度上可以自由移动的电子个数为n，已知一个电子的电荷量为e，则通过导体棒电流的大小（ ）
A．nevB．svC．nesvD．nes
【典例5】如图所示的电解池接入电路后，在t秒内有n1个一价正离子通过溶液内某截面S，有n2个一价负离子通过溶液内某截面S，设e为元电荷，以下说法正确的是（ ）

A．当n1=n2时，电流为零
B．当n1>n2时，溶液中电流方向从A→B，电流为I=n1−n2te
C．当n1