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第1节 电源和电流[研究学考·明确要求]知识内容电源和电流考试要求学考b选考c基本要求
1.知道电荷的定向移动形成电流,知道电流方向的规定2.知道电流的定义式,并会用来解决导线中的电流问题发展要求
1.了解电源在电路中形成电流的作用2.了解恒定电场,知道恒定电流的定义3.能区别导体中自由电子的定向移动速率和建立电场的速率4.能根据电流的定义式计算电荷运动所产生的等效电流说明
1.不要求计算液体导电时的电流2.不要求解决与导线内部自由电子定向运动速率相联系的问题[基础梳理]1.电流1电流导体中的自由电荷在静电力的作用下定向移动形成电流2电流形成的条件
①有自由移动的电荷;
②两端有电压2.电源1电源是不断地把电子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电源的作用电源的作用是移送电荷,维持电源正、负极间有一定的电势差,从而保持电路中有持续电流电源P在内部能把电子从正极A搬运到负极B,如图1所示图1[典例精析]【例1】关于电源以下说法正确的是 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.电源的作用就是将其他形式的能转化为电能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析 电源的作用是维持正、负极之间恒定的电势差,这需要电源不断地将负电荷向负极聚集,将正电荷向正极聚集,外电路中自由电子在静电力的作用下向正极移动,在电源内部,需要将正极上的电子搬运到负极,维持电势差不变,故A错误;从能量角度来看,电源在搬运电荷的过程中,需要克服静电力做功,将其他形式的能转化为电能,B正确;电路中有电流不仅需要电源,还需要自由移动的电荷及闭合电路,故C错误;电源是为电路提供能量的装置,故D错误答案 B解答本题时要把握以下三点1明确电源在电路中的作用;2电源工作时能量转化的方向;3形成持续电流的条件[即学即练]1.将一些电学元件用导线连接在某电源的两端,下列描述正确的是 A.电源的作用是使电源的正、负极两端保持一定的电势差B.电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷C.导体中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的D.电源内部电流的方向是从高电势一端流向低电势一端解析 电源将负电荷从正极搬到负极,维持正、负极间有一定的电势差,A正确,B错误;导体中的电场是电源电场和导体中积累的电荷形成的电场叠加而成的,C错误;电源内部电流的方向是从低电势一端流向高电势一端,D错误答案 A[基础梳理]1.恒定电场1恒定电场当电路达到稳定时,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这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,叫恒定电场2特点任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化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2物理意义单位时间内通过导体横截面的电荷量电流是表示电流强弱程度的物理量3定义式I=其中I表示电流,q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量4单位安培,符号A其他单位毫安mA、微安μA1A=103mA=106μA5方向电流是标量,但有方向导体内正电荷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[典例精析]【例2】下列说法中正确的是 A.导体中电荷运动就形成了电流B.在国际单位制中,电流的单位是AC.电流有方向,它是一个矢量D.任何物体,只要其两端电势差不为零,就有电流存在解析 电荷定向移动才形成电流,仅有电荷运动但不是定向移动则不会形成电流,故选项A错误;形成电流的条件是导体除了两端有电势差外,还应有可自由移动的电荷,因此必须是导体而非任何物体,故选项D错误;电流有方向,但它是标量,故选项C错误答案 B导体内电荷的无规则运动与电荷的定向移动不是一回事导体两端存在电势差时,导体内的电荷才会定向移动,但电荷的无规则运动是不需要条件的电流是描述电流强弱的物理量,它有方向但是个标量[即学即练]2.电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积为
0.64×10-6m2的导线,那么电路中的电流是电子带电量为
1.6×10-19C A.
0.016μAB.
1.6mAC.16μAD.
0.16μA解析 由电流的定义式I=可知,电流大小与横截面积无关,代入数据可求得电路中的电流为
0.16μA答案 D1.下列对公式I=的理解正确的是 A.I的大小与q成正比,与t成反比B.电路中的电流越大,表示通过导体横截面的电荷量越多C.导体的通电时间越短,则形成的电流越大D.在相同时间内,通过导体横截面的电荷量越多,导体中的电流就越大答案 D2.将图2中的铜导线和右边的铝导线连接起来,已知截面积S铝=2S铜在铜导线上取一截面A,在铝导线上取一截面B,若在1s内垂直地通过它们的电子数相等那么,通过这两截面的电流的大小关系是 图2A.IA=IBB.IA=2IBC.IB=2IAD.不能确定解析 这个题目中有很多干扰项,例如两个截面的面积不相等,导线的组成材料不同等等但关键是在单位时间内通过两截面的电子数相等,根据I=可知通过两截面的电流相等答案 A3.关于电流,以下说法正确的是 A.通过截面的电荷量多少就是电流的大小B.电流的方向就是电荷定向移动的方向C.在导体中,只要自由电荷在运动,就一定会形成电流D.导体两端没有电压就不能形成电流解析 根据电流的概念,电流是单位时间内通过导体横截面的电荷量,知A项错误;规定正电荷定向移动的方向为电流方向,知B项错误;自由电荷定向移动才会形成电流,C项错误;形成电流的条件是导体两端有电压,故选项D正确答案 D4.电路中有一电阻,通过电阻的电流为5A,当通电5分钟时,通过电阻横截面的电子数为 A.1500个B.
9.375×1019个C.
9.375×1021个D.
9.375×1020个解析 q=It,n===
9.375×1021个答案 C1.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答案 C2.关于有源电路导线内部的电场,下列说法正确的是 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,导体内部的场强为零,而导体外部的场强不为零,所以导体内部电场不是稳定的C.因为导体处于电源的电场中,所以导体内部场强处处为零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,导体内的电荷处于动态平衡,电荷分布是稳定的,电场也是稳定的解析 导体内部有恒定电场,这是由电源、导线等元件共同作用形成的,而且此恒定电场是一种动态平衡的电场答案 D3.我国北京正、负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道,电子电荷量e=
1.6×10-19C,在整个环中运行的电子数目为5×1011个,设电子的运行速度是3×107m/s,则环中的电流是 A.10mAB.1mAC.
0.1mAD.
0.01mA解析 电子运动一周的时间为T=,在T时间内通过任意横截面的电量为q=ne,电流为I===A=10mA答案 A4.关于电流的说法中正确的是 A.根据I=,可知I与q成正比B.如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等,则导体中的电流是恒定电流C.电流有方向,电流是矢量D.电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位解析 依据电流的定义式可知,电流与q、t皆无关,显然选项A错误;虽然电流是标量,但是却有方向,因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等,但如果方向变化,电流也不是恒定电流,所以,选项B、C错误答案 D5.来自质子源的质子初速度为零,经一直线加速器加速,形成电流为I的细柱形质子流,已知质子源与靶间的距离为d,质子电荷量为e,假定分布在质子源到靶之间的加速电场是匀强电场,质子到达靶时的速度为v,则质子源与靶间的质子数为 A.B.C.D.解析 设质子源与靶间的质子数为n,则电荷量q=ne,打到靶上所用时间t=,又I=解得n=,故B正确答案 B6.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C.在金属导体中,自由电子定向移动的方向为电流的方向D.在电解液中,由于正、负离子的电荷量相等,定向移动的方向相反,故无电流解析 规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,故A正确,B错误;金属导体中定向移动的是自由电子,电子带负电,故电子定向移动的方向与电流的方向相反,C错误;在电解液中,正、负离子的电荷量相等,定向移动的方向相反,但有电流,电流的大小等于正、负离子电荷量的绝对值之和与时间的比值,D错误答案 A7.下列关于电源的说法正确的是 A.电源就是电压B.电源的作用是使电源的正、负极保持一定量的正、负电荷,维持一定的电势差C.与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的D.在电源内部正电荷由正极流向负极,负电荷由负极流向正极解析 在电源内部由非静电力将正电荷由负极搬到正极,将负电荷由正极搬到负极,使正、负极维持一定的电势差,电源不是电压,故A、D错误,B正确;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,故C错误答案 B8.非洲电鳐的捕猎方式是放电电死猎物,它放电的电压可达100V,电流可达50A,每秒钟放电150次,其放电情况可近似看做如图1所示的图线则放电1秒钟非洲电鳐放出的电荷量为 图1A.25CB.50CC.150CD.250C解析 由题图象可得1秒钟该鱼的放电时间为
0.5s,根据电流的定义式I=,可得q=It=50×
0.5C=25C,故A正确答案 A9.一个半径为R的绝缘圆盘,绕垂直圆盘的转动轴以角速度ω沿逆时针方向做匀速转动,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q当圆盘转动时,求这些电荷所形成的电流大小并说明电流的方向如何解析 设周期为T,则T=,I====ωRq由于电荷电性为负,所以电流的方向为顺时针方向答案 ωRq 顺时针。