【26版步步高物理人教版必修三学习笔记第十一章1电源和电流

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1　电源和电流

[学习目标]　1.了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场。2.理解电流的定义，知道电流的单位和方向，学会用公式I＝qt分析问题(重点)。3.会推导电流的微观表达式，了解表达式中各物理量的意义(重难点)。

一、电源

1．如图所示，用导线H连接两个分别带正、负电荷的导体A、B，导线H中的电荷将如何移动？导线中有无电流？

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2．如图所示，在上述过程中，两导体的电荷量如何变化，A、B之间的电势差如何变化，自由电子会一直运动吗？能否形成持续的电流？

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3.如图所示，如果想让导线中有持续的电流，我们需要一个怎样的装置？

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1．电源的定义：在电源内部把电子从电源______搬运到电源______的装置就是电源。

2．电源的作用：使导体两端始终存在一定的____________，使电路中有持续的电流。

二、恒定电流

1．导线内的电场是如何形成的？

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2．在恒定电场的作用下，导体中自由电荷会做什么样的运动？

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3．自由电荷会在导体中一直加速吗？

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1．________、________都不随时间变化的电流称为恒定电流。

2．电流的定义式：I＝qt，其物理意义：______时间内通过导体横截面的____________，是表示电流强弱程度的物理量。

注意：用该式计算出的电流是时间t内的平均值。对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等。

3．在国际单位制中，电流的单位是安培，符号是A。常用单位：毫安(mA)、微安(μA)，1 A＝______ mA＝________ μA。

4．电流的方向：规定为____________定向移动的方向，与负电荷定向移动的方向________________________________________________________________________。

注意：(1)电流虽然有方向，但它是标量，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到负极，在电源内部电流方向由电源负极到正极。

(1)导体中有电荷运动就会形成电流。(　　)

(2)在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位安培是基本单位。(　　)

(3)对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零。(　　)

(2023·上海市闵行中学高二期末)如图，2 s内通过金属导体某截面S的电子总电荷量大小为5 C，则该导线中电流的大小和方向分别为(　　)

A．2.5 A，向右B．10 A，向右

C．2.5 A，向左D．10 A，向左

如图所示，电解池内有一价的电解溶液，t时间内通过溶液内横截面S的正离子数是n₁，负离子数是n₂，设元电荷的电荷量为e，以下说法正确的是(　　)

A．正离子定向移动形成电流的方向从A到B，负离子定向移动形成电流的方向从B到A

B．溶液内正、负离子向相反方向运动，电流相互抵消

C．溶液内电流方向从A到B，电流I＝n1et

D．溶液内电流方向从A到B，电流I＝n1＋n2et

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。

3．电解质溶液中的电流是正、负离子同时向相反方向定向移动形成的，因此q为正、负离子电荷量的绝对值之和。

三、电流的微观表达式

如图所示为表示粗细均匀的一段长为l的导体，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大小为q。则：

导体内的自由电荷全部通过横截面D所用的时间t＝________。导体内的自由电荷总数N＝________

总电荷量Q＝Nq＝________

此导体中的电流I＝Qt＝______＝______。

(2023·潍坊市高二期中)如图所示为一长方形金属导体，其长为l、高为a、宽为b。当从左右两面或者上下两面流过的电流均为I时，金属导体内自由电子定向移动的速率之比为(　　)

A．a∶bB．l∶aC．l∶bD．a∶l

(2023·陕西省咸阳市实验中学高二月考)已知铜的单位体积内自由电子数n＝8.4×10²⁸ m^－3，电子电荷量e＝1.6×10^－19 C。现将一根长L＝3.2 m、横截面积S＝1.6×10^－3 m²的铜棒接入电路并通有2×10³ A的电流，此时铜棒两端电势差U＝7.0×10^－2 V，求：(结果均保留两位有效数字)

(1)铜棒内的电场强度大小；

(2)自由电子定向移动的平均速率。

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1.自由电子定向移动速率：金属导体中的自由电子定向移动形成电流，其中自由电子定向移动速率的数量级一般为10^－4 m/s。

2．电子热运动速率：导体内的自由电子在永不停息地做无规则的热运动，由于热运动，自由电子向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下自由电子热运动速率的数量级为10⁵ m/s。

3．电场传播速率(或电流传导速率)：等于光速。闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速c的速度建立恒定电场，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，整个电路也就几乎同时形成了电流。

四、电池的容量

某充电宝信息如图所示，其中20 000 mA·h代表哪个物理量？

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1．定义：电池放电时输出的总电荷量。

2．单位：“安时”(A·h)或“毫安时”(mA·h)。

某手机的说明书标明该手机电池容量为4 000 mA·h，待机时间为22 d，请估算该手机的待机电流有多大。说明书还标明，用该手机播放视频的时间是17 h，请估算播放视频的电流大约是待机电流的几倍。(结果均保留两位有效数字)

某手机说明书(节选)

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