歡迎進(jìn)入物理課堂 第二章恒定電流 本章主要內(nèi)容有電阻的串并聯(lián) 歐姆定律 電阻定律 焦耳定律 閉合電路的歐姆定律 電路中的能量守恒定律 多用電表 簡(jiǎn)單的邏輯電路等 通過本章學(xué)習(xí)要學(xué)會(huì)處理以下幾類問題 1 電路的簡(jiǎn)化 對(duì)復(fù)雜的電路 畫出等效電路圖 這是一項(xiàng)基本功 也是電路分析和計(jì)算的基礎(chǔ) 2 動(dòng)態(tài)直流電路的分析 電路中某些元件 如滑動(dòng)變阻器的阻值 的變化 會(huì)引起電流 電壓 電阻 電功率等相關(guān)物理量的變化 解決這類問題涉及的知識(shí)點(diǎn)多 要掌握一定的思維方法 3 非純電阻電路的分析與計(jì)算 4 穩(wěn)態(tài) 動(dòng)態(tài)電阻和電容電路的分析與計(jì)算 5 故障電路的分析與判斷 此類問題緊密聯(lián)系實(shí)際 對(duì)靈活運(yùn)用知識(shí)的能力要求較高 6 非線性電路的分析與求解 本章的核心內(nèi)容是歐姆定律 重點(diǎn)是電路的分析和計(jì)算 難點(diǎn)是電路的設(shè)計(jì) 高考熱點(diǎn)是電路動(dòng)態(tài)分析和實(shí)驗(yàn) 第一節(jié)電源和電流 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解形成電流的條件 知道電源的作用和導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng) 初步體會(huì)動(dòng)態(tài)平衡的思想 2 理解電流的定義 知道電流的單位 方向的規(guī)定 理解恒定電流 會(huì)用公式q It分析相關(guān)問題 3 能從微觀的角度理解導(dǎo)體中電荷的定向移動(dòng)與電流之間的關(guān)系 重點(diǎn)難點(diǎn) 導(dǎo)體中電流的形成原因 易錯(cuò)問題 應(yīng)用I q t求電解液中的電流時(shí) q應(yīng)為正 負(fù)電荷的絕對(duì)值之和 一 電流及其產(chǎn)生條件1 電荷的移動(dòng)形成電流 2 形成電流的條件 1 物體內(nèi)部必有 2 導(dǎo)體兩端存在 3 電流的方向 規(guī)定定向運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯姆较?自由電荷 電勢(shì)差 正電荷 定向 在電解液和金屬導(dǎo)體中都可以形成電流 它們形成電流時(shí)有什么不同 思考 思考 提示 金屬導(dǎo)體中是自由電子定向移動(dòng)形成電流 而電解液中是正 負(fù)離子定向移動(dòng)形成電流 二 電源的作用1 維持電源的正 負(fù)極間有一定的 2 在閉合電路中 使導(dǎo)線中的自由電子發(fā)生 保持的電流 電勢(shì)差 定向移動(dòng) 持續(xù) 三 恒定電場(chǎng)1 定義 由穩(wěn)定分布的所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng) 2 形成 當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí) 導(dǎo)線中的電場(chǎng)是由 等電路元件所積累的電荷共同形成的 3 特點(diǎn) 任何位置的都不隨時(shí)間發(fā)生變化 在靜電場(chǎng)中所學(xué)的電勢(shì) 電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系等 在恒定電場(chǎng)中同樣適用 電荷 電源 導(dǎo)線 場(chǎng)強(qiáng) 四 恒定電流 都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流 1 電流的定義 2 公式 3 國(guó)際單位 常用單位還有 大小 方向 單位時(shí)間內(nèi)通過某導(dǎo)體橫截面的 電荷量 I q t 安培 毫安 微安 一 對(duì)電流概念的理解1 電流雖有大小和方向 運(yùn)算遵循代數(shù)法則 但不是矢量 2 q It是求電荷量的重要公式 其變形公式I 求出的是電流在時(shí)間t內(nèi)的平均值 對(duì)恒定電流來說 其瞬時(shí)值與平均值相等 3 電解液中正 負(fù)離子定向移動(dòng)方向雖然相反 但正 負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是相同的 應(yīng)用I 時(shí) q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的絕對(duì)值之和 4 不能說I q I 因?yàn)橛蒊 nq Sv 決定式 可知I與q及t無關(guān) 計(jì)算電流時(shí) 首先要分清形成電流的電荷種類 是只有正電荷或負(fù)電荷 還是正 負(fù)離子同時(shí)存在 其次要注意計(jì)算電流大小時(shí) 只需代入電量的絕對(duì)值 另外公式是I q t而不是I q St 二 電流的微觀表達(dá)式如圖2 1 1所示 AD表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體l 兩端加一定的電壓 導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速率為v 設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S 導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n 每個(gè)自由電荷所帶的電荷量為q 圖2 1 1 1 由I nqSv可以看出 導(dǎo)體面積越大的位置電荷定向移動(dòng)的速率越小 2 公式I nqSv是由I 推導(dǎo)出來的 適合于從微觀出發(fā)研究電流的大小 其中n為導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù) 三 三種速率的比較1 電子定向移動(dòng)的速率 1 物理意義 電流就是由電荷的定向移動(dòng)形成 電流I neSv 其中v就是電子定向移動(dòng)的速率 一般為10 5m s的數(shù)量級(jí) 2 大小 10 5m s 2 電子熱運(yùn)動(dòng)的速率 1 物理意義 構(gòu)成導(dǎo)體的電子在不停地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) 由于熱運(yùn)動(dòng)向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相等 故不能形成電流 常溫下電子熱運(yùn)動(dòng)的速率數(shù)量級(jí)為105m s 2 大小 105m s 3 電流傳導(dǎo)的速率 1 物理意義 等于光速 閉合開關(guān)的瞬間 電路中各處以真空中光速c建立恒定電場(chǎng) 在恒定電場(chǎng)的作用下 電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)開始定向移動(dòng) 整個(gè)電路也幾乎同時(shí)形成了電流 2 大小 3 108m s 由于電荷定向移動(dòng)的速率很小 所以當(dāng)電路閉合后 電荷并不是瞬間從電源運(yùn)動(dòng)到用電器 而是瞬間在系統(tǒng)中形成電場(chǎng) 使導(dǎo)體中所有自由電荷同時(shí)做定向移動(dòng)形成電流 以下說法正確的是 A 只要有可以自由移動(dòng)的電荷 就能存在持續(xù)電流B 金屬導(dǎo)體內(nèi)的持續(xù)電流是自由電子在導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)作用下形成的 例1 C 電流的傳導(dǎo)速率就是導(dǎo)體內(nèi)自由電子的定向移動(dòng)速率D 在金屬導(dǎo)體內(nèi)當(dāng)自由電子定向移動(dòng)時(shí) 它們的熱運(yùn)動(dòng)就消失了 思路點(diǎn)撥 本題從形成持續(xù)電流的原因及三種速率的區(qū)別分析解答 解析 要有持續(xù)電流必須有持續(xù)的電壓 A不對(duì) 導(dǎo)體中形成電流的原因是導(dǎo)體兩端加上電壓 于是在導(dǎo)體內(nèi)形成了電場(chǎng) 導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)形成電流 B正確 電流的傳導(dǎo)速率等于光速 電子定向移動(dòng)的速率很小 C不對(duì) 在形成電流時(shí)電子定向移動(dòng) 并不是熱運(yùn)動(dòng)就消失了 其實(shí)電子仍然做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng) D不對(duì) 答案 B 1 關(guān)于電流 以下說法正確的是 A 通過截面的電荷量多少就是電流的大小B 電流的方向就是電荷定向移動(dòng)的方向C 在導(dǎo)體中 只要自由電荷在運(yùn)動(dòng) 就一定會(huì)形成電流D 導(dǎo)體兩端沒有電壓就不能形成電流 解析 選D 根據(jù)電流的概念 電流是單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量 故A錯(cuò) 規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?負(fù)電荷 如電子 定向移動(dòng)的方向與電流的方向相反 故B錯(cuò) 形成電流的原因是導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷做定向運(yùn)動(dòng) 如果兩端沒有電壓 導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷只能做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) 故C錯(cuò) D對(duì) 如圖2 1 2所示 在NaCl溶液中 正 負(fù)電荷定向移動(dòng) 方向如圖所示 若測(cè)得2s內(nèi)有1 0 1018個(gè)Na 和Cl 通過溶液內(nèi)部的橫截面M 試問 溶液中的電流方向如何 電流多大 圖2 1 2 例2 思路點(diǎn)撥 電流是單位時(shí)間內(nèi)通過某一導(dǎo)體橫截面的電荷量 從題意中可知電流是正 負(fù)離子同時(shí)定向移動(dòng)形成 故電荷量應(yīng)為正 負(fù)電荷量的絕對(duì)值之和 答案 方向由A指向B0 16A 思維總結(jié) 由求解I值的關(guān)鍵是找出某一截面積經(jīng)過t時(shí)間所通過的電荷的電量 而在電解液導(dǎo)體中 形成電流的自由電荷是正 負(fù)離子 所以q表示的是通過的正負(fù)離子電量的絕對(duì)值之和 2 一個(gè)半徑為r米的細(xì)橡膠圓環(huán) 均勻地帶上Q庫(kù)侖的負(fù)電荷 當(dāng)它以角速度 弧度 秒 繞中心軸線順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 環(huán)中等效電流的大小為 有一橫截面積為S的銅導(dǎo)線 流經(jīng)其中的電流為I 設(shè)每單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子 電子的電荷量為q 此時(shí)電子定向移動(dòng)的速率為v 則在 t時(shí)間內(nèi) 通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)目可表示為 例3 答案 AC 思維總結(jié) 在電流的微觀表達(dá)式I nqSv中 n為導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù) 是由導(dǎo)體本身的材料決定的 與導(dǎo)體的長(zhǎng)度和橫截面的大小無關(guān) 3 一段粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體的橫截面積是S 導(dǎo)體單位長(zhǎng)度內(nèi)的自由電子數(shù)為n 金屬內(nèi)的自由電子電荷量為e 自由電子做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率為v0 導(dǎo)體中通過的電流為I 以下說法中正確的是 A 自由電子定向移動(dòng)的速率為v0B 自由電子定向移動(dòng)的速率為 C 自由電子定向移動(dòng)的速率為真空中的光速cD 自由電子定向移動(dòng)的速率為 解析 選D 電流在導(dǎo)體內(nèi)的傳導(dǎo)速率等于光速 而自由電子定向移動(dòng)的速率遠(yuǎn)小于光速 所以C錯(cuò) 自由電子在金屬內(nèi)無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率v0與金屬導(dǎo)體的溫度有關(guān) 它與電流無關(guān) 故A錯(cuò) 當(dāng)n為單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)時(shí) I neSv 當(dāng)n為單位長(zhǎng)度內(nèi)的自由電子數(shù)時(shí) I nev 故B錯(cuò)D正確 1 下列敘述中正確的是 A 導(dǎo)體中電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流B 國(guó)際單位制中電流的單位是安C 電流強(qiáng)度是一個(gè)標(biāo)量 其方向是沒有意義的D 對(duì)于導(dǎo)體 只要其兩端電勢(shì)差不為零 電流必定不為零 解析 選BD 電流產(chǎn)生的條件包括兩個(gè)方面 一是有自由電荷 二是有電勢(shì)差 導(dǎo)體中有大量的自由電子 因此只需其兩端具有電勢(shì)差即可產(chǎn)生電流 在國(guó)際單位制中電流的單位為安 2 關(guān)于電流的方向 下列說法中正確的是 A 電源供電的外部電路中 電流的方向是從高電勢(shì)一端流向低電勢(shì)一端B 電源內(nèi)部 電流的方向是從高電勢(shì)一端流向低電勢(shì)一端 C 電子運(yùn)動(dòng)形成的等效電流方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相同D 電容器充電時(shí) 電流從負(fù)極板流出 流入正極板答案 AD 3 金屬導(dǎo)體中有電流時(shí) 自由電子定向移動(dòng)的速率為v1 電子熱運(yùn)動(dòng)速率為v2 電流的傳導(dǎo)速率為v3 則 A v1最大B v2最大C v3最大D 無法確定 解析 選C 電場(chǎng)傳播的速率 或電流的傳導(dǎo)速率 等于光速 而電子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率 常溫下數(shù)量級(jí)為105m s 自由電子定向移動(dòng)的速率數(shù)量級(jí)一般為10 5m s 所以C選項(xiàng)正確 4 給一粗細(xì)不均勻的同種材料制成的導(dǎo)體通電 下列說法正確的是 A 粗的地方電流大 細(xì)的地方電流小B 粗的地方電荷定向移動(dòng)速率大 細(xì)的地方小C 各處的電流大小相同D 粗的地方電荷定向移動(dòng)速率小 細(xì)的地方大解析 選CD 同一根導(dǎo)線上的電流相等 故C對(duì) 由I nqSv知 D對(duì) 5 如圖2 1 3所示 電解池內(nèi)只含有一種CuCl2電解質(zhì)的電解液 ts內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的銅離子數(shù)是n 設(shè)基元電荷為e 試分析電解液中電流的方向和大小怎樣 圖2 1 3 解析 正離子定向移動(dòng)方向?yàn)殡娏鞣较?負(fù)離子定向移動(dòng)方向和電流方向相反 所以電解液中的電流方向由A向B 因電解液中只含電解質(zhì)CuCl2 二價(jià)正離子數(shù)為n 則一價(jià)負(fù)離子數(shù)為2n 電解液中是正 負(fù)兩種離子的定向移動(dòng)形成電流 故ts內(nèi)流過某截面的正 負(fù)離子的總電荷量為4ne 所以電流I 4ne t 答案 方向由A向B4ne t 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全