高中物理 第2章 1 电源和电流学案 新人教版选修3-1 下载本文

如图所示,AB表示粗细均匀的一段导体,两端加一定的电压,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v,设导体的长度为L,横截面积为S,导体每单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q。

(2)推导

导体AB中的自由电荷总数N=nLS, 总电荷量Q=Nq=nLSq,

所有这些电荷都通过横截面所需要的时间t=, 导体AB中电流为I==

LvQnLSq=nqSv。

tLv(3)结论

电流的微观表达式为I=nqSv。 2.I=nqSv与I=的区别

qtI=nqSv是电流的决定式,即电流的大小由n、q、S、v共同决定,其中q是单个自由电

荷的电荷量;而I=是电流的定义式,其中q是通过导体横截面的电荷量(不是通过单位横截面积的电荷量)。

3.三种速率

(1)电流的传导速率等于光速,为3×10 m/s。

(2)电子定向移动速率,其大小与电流有关,约为10 m/s。 (3)电子热运动速率,其大小与温度有关,约为10 m/s。

【例3】 (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e,此电子的定向移动速率为v,在Δt时间内,通过

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qt

导线横截面的自由电子数可表示为( )

A.nvSΔt C.

B.nvΔt D.

IΔt eIΔt Se思路点拨:(1)电子数等于总电荷量除以每个电子的电荷量,所以求出通过横截面的电荷量,即可求出电子数。

(2)单位体积内的电子数已知,只要求出Δt时间内有多少体积的电子通过横截面,即可求出电子数。

qqIΔtAC [因为I=,所以q=I·Δt,自由电子数目为N==,

ΔteeC正确,D错误;又因为电流的微观表达式为I=nevS,所以自由电子数目为N==

qIΔtnevSΔt==nvSΔt,A正确,B错误。]

eee

用电流的微观表达式求解问题的注意点

(1)准确理解公式中各物理量的意义,式中的v是指自由电荷定向移动的速率,不是电流的传导速率,也不是电子热运动的速率。

(2)I=nqSv是由I=导出的,若n的含义不同,表达式的形式也会不同。

qt - 10 -

3.关于电流,下列说法中正确的是( )

A.导体中无电流的原因是其内部自由电荷停止了运动

B.同种材料制成的两个金属导体都通电,则电流大的那个导体内自由电荷定向移动速率大

C.由于电荷做无规则热运动的速率比电荷定向移动的速率大得多,故电荷做无规则热运动形成的电流也就大得多

D.电荷做无规则热运动不形成电流

D [电流是自由电荷定向移动形成的,导体内的自由电子时刻都在做无规则的热运动,A错误;由电流的微观表达式I=nqSv可知,同种材料制成的导体,电流大小不单是由自由电荷定向移动速率决定的,B错误;无规则的热运动不会形成电流,只有电荷定向移动才会形成电流,C错误,D正确。]

课 堂 小 结 知 识 脉 络 - 11 -

1.对电源的理解,电源在电路中的作用。 2.电流的定义及计算方法。 3.电流的微观表达式及应用。

1.(多选)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平行 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

BD [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,B正确,A错误;导体内有电场,说明导体不是静电平衡状态,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。]

2.(多选)关于电流的方向,下列描述正确的是( ) A.规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 B.规定自由电荷定向移动的方向为电流的方向

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