发布时间 : 星期三 文章【沪科版】2017-2018学年高中物理选修3-1全一册学案(含答案)更新完毕开始阅读18b08f1932687e21af45b307e87101f69f31fb0f
图3-2-1
探讨1：盐水中的电流和金属导线中的电流形成机制有什么不同？
【提示】 盐水中的电流是Cl离子和Na离子同时反向定向移动形成的，金属导线中的电流是自由电子定向移动形成的．
探讨2：盐水中的电流沿什么方向？ 【提示】 左．
探讨3： 假设t s内有N个Cl和N个Na通过图中虚面，则电路中的电流多大？ 2 Ne【提示】 I＝.
－
＋
－
＋
t[核心点击]
1．理解电流概念需注意的几个要点
(1)公式I＝中，q是通过导体横截面的电荷量，而不是通过导体单位横截面积的电荷量．
(2)当导体中有正、负电荷同时向相反方向定向移动形成电流时，公式中的q应为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量的绝对值之和．
(3)横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关．
(4)电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，它与负电荷定向移动的方向相反．在电源外部的电路中，电流的方向是从电源的正极流向负极；在电源的内部，电流是从电源的负极流向正极．电流虽然有大小和方向，但电流是标量，而不是矢量．因此电流的合成不遵循平行四边形定则．
2．电流的微观表达式I＝nqSv (1)建立模型
qt
图3-2-2
如图3-2-2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)理论推导
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导体横截面所需要的时间
Lt＝ v根据公式I＝知，导体AB中的电流I＝＝
QtQnLSq＝nqSv.
tLv(3)结论
由此可见，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动的速率以及导体的横截面积．
3．三种速率的区别
电子定向移动的速率 电子热运动的速率 构成导体的电子在电流传导的速率 电流是由电荷的定向移物理 意义 动形成的，电流I＝neSv，其中v就是电子定向移动的速率，一般为10 m/s的数量级 －5不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动的速率数量级为10 m/s 5等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以光速c建立恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流 大小 10 m/s －510 m/s 53×10 m/s
81．(多选)半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕中心轴线以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流应有( )
A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 B．若电荷量不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 C．若使ω、Q不变，则橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大 D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小
【解析】 正电荷Q均匀分布在橡胶环上，当环转动时，在环上任取一截面，则一个周
Q2πQ期T内穿过此截面的电荷量为Q，由电流的定义式I＝及T＝得，环中等效电流为I＝＝TωTQω
2π
，故选A、B. 【答案】 AB
2．示波管中，2 s内有6×10个电子通过横截面大小不知的电子枪，则示波管中电流
13
大小为( )
A．4.8×10 A C．9.6×10 A
【解析】 由电流的定义得
－6－6
B．3×10
－13
A
D．无法确定
q6×1013×1.6×10－19－6I＝＝ A＝4.8×10 A，A正确，B、C、D错误． t2
【答案】 A
3．导体中电流I的表达式I＝nqSv，其中S为导体的横截面积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷所带的电荷量，v是( )
A．导体运动的速率 B．导体传导的速率 C．电子热运动的速率 D．自由电荷定向移动的速率
【解析】 从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率，还与导体的横截面积有关，故选D.公式I＝nqSv中的v就是自由电荷定向移动的速率．
【答案】 D
4．如图3-2-3所示，一根截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于橡胶棒运动而形成的等效电流大小为( )
【导学号：29682017】
图3-2-3
A．vq C．qvS
B. D.
qvqv SQt【解析】 设在t时间内通过截面的电荷量为Q，则Q＝vt·q，所以I＝＝vq，应选A.
【答案】 A
5．如图3-2-4所示的电解槽中，如果在4 s内各有8 C的正、负电荷通过面积为0.8 m的横截面AB，那么：
2
图3-2-4
(1)正、负离子定向移动的方向如何？ (2)电解槽中的电流方向如何？
(3)4 s内通过横截面AB的电量为多少？ (4)电解槽中的电流为多大？
【解析】 (1)电源与电解槽中的两极相连后，左侧电极电势高于右侧电极，电极之间电场方向由左指向右，故正离子向右移动，负离子向左移动．
(2)电解槽中的电流方向向右．
(3)8 C的正电荷向右通过横截面AB，而8 C的负电荷向左通过该横截面，相当于又有8 C正电荷向右通过横截面，故4 s内通过横截面AB的电量为16 C.
(4)电流强度大小I＝＝
Q16
A＝4 A. t4
【答案】 (1)正离子向右移动 负离子向左移动 (2)向右 (3)16 C (4)4 A
计算电流大小的三种方法
1．金属导体中电流的计算
金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用I＝计算时，q是某一时间内通过金属导体横截面的电子的电荷量．
2．电解液中电流的计算
电解液中的自由电荷是正、负离子，运用I＝计算时，q应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和．
3．环形电流的计算
环形电流的计算采用等效的观点分析．所谓等效电流，就是把电子周期性地通过圆周上各处形成的电流看成持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流．对周期性运动的电荷，常取一个周期来计算等效电流．利用I＝＝求等效电流．
qtqtqqtT