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【三维设计】2013-2014学年高中物理 第二章第1节 电源和电

流同步导学案（含解析）新人教版选修3-1

1.电源的作用是能保持导体两端的电压，使电路中有持 续电流。

2．恒定电流是指大小和方向都不随时间变化的电流， 产生电流的条件是导体内有自由电荷，且导体两端 存在电压。

3．电流的大小为I＝，方向规定为正电荷定向移动的

方向。负电荷定向移动的方向与电流方向相反。

qt

电 源 [自学教材] (1)如图2－1－1所示，带有正、负电荷的A、B两个导体，若用一条导线连接，则导线中的自由电子在静电力的作用下定向移动，

B失去电子，A得到电子，A、B之间的电势差很快消失，两导体成

为等势体，在导线中形成瞬时电流。

(2)电源：就是在A、B两个导体之间连接的一个装置，它能源 图2－1－1 源不断地把经过导线流到A的电子取走补给B，使A、B两个导体始终保持一定数量的正、负电荷，维持一定的电势差，使电路中形成持续的电流。

电源就是把电子从A搬到B的装置。

(3)形成电流的条件：一是要有自由移动的电荷；二是导体两端存在电势差。

[重点诠释]

1．电源的作用

(1)从电荷转移的角度看，电源的作用是使电路中的自由电荷持续地定向移动。 (2)从能量转化的角度看，搬运电荷的过程是非静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为电能。

2．形成电流的三种电荷

形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子，其中金属导体导电时定向移动的电

荷是自由电子，液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子。

[特别提醒] 有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的电流需要同时满足两个条件：

(1)电路中有电源。

(2)电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接起来。 所以只有电源，电路不闭合也不会有持续电流。

1．现代生活离不开电源，电子表、照相机、移动电话、计算器及许多电子产品，都需要配备各式各样的电源，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其内部的负电荷向负极聚集，将正电荷向正极聚集，外电路中自由电子在电场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；从能量角度来看，电源在搬运电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其他形式的能转化为电能，B对；电路中有电流不仅需要电源，还需要电路是闭合的，故C错；电源是对电路提供能量的装置，故D错。

答案：B

恒定电流 [自学教材] 1．恒定电场

(1)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。

(2)形成：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。 (3)特点：导线内的电场线与导线平行；电荷的分布是稳定的；导线内的电场是沿导线切线方向的恒定电场。

(4)恒定电场与静电场的关系：在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，因此其基本性质与静电场相同，在静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系，在恒定电场中同样适用。

2．恒定电流

(1)概念：大小、方向都不随时间变化的电流。

(2)形成：恒定电场使自由电荷速率增加，自由电荷与导体内不动的粒子的碰撞，使自由电荷速率减小，最终表现为平均速率不变。

3．电流

(1)物理意义：表示电流强弱程度的物理量。

(2)符号及单位：电流用符号I表示，单位是安培，符号为A。 (3)表达式：I＝q/t(q是在时间t内通过导体某一横截面上的电荷量)。 (4)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。

[重点诠释]

1．电流的微观表达式

(1)电流的微观表达式：I＝nqSv。其中n是导体每单位体积内的自由电荷数，q是每个自由电荷的电荷量， v是导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率，S是导体的横截面积。

推导过程如下：如图2－1－2所示，在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取截面

B和C，设导体的截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的电荷量为q，

电荷的定向移动速率为v，则在时间t内处于相距为vt的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C。可得：I＝

qnSvt＝nqvS。 t

图2－1－2

(2)根据电流的微观表达式可以看出，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、定向移动的速度，还与导体的横截面积有关。

(3)由I＝nqSv可以看出，同种导体横截面积越大的位置，电荷定向移动的速率越小。 [特别提醒] 若已知单位长度的自由电荷数为n，则电流的微观表达式为I＝vnq。 2.理解电流的三个注意点

(1)公式I＝中，q是通过横截面的电荷量，而不是通过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。 3．三种速率的区别 三种速率 比较内容 电子定向移动的速率 电子热运动的速率 电流传导的速率 qt等于光速，闭合开关电流就是由电荷的定向移动形成，电流I物理意义 ＝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构成导体的电子在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的瞬间，电路中各处以真空中光速c建立恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中等，故不能形成电流，各处的自由电子几乎常温下电子热运动的5同时开始定向移动，速率数量级为10 m/s 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 8[特别提醒] 电流的形成是电子在速率很大的无规则热运动上附加一个速率很小的定向移动，电路闭合时，瞬间在系统中形成电场，使导体中所有自由电荷在电场力的作用下共同定向移动，并不是电荷瞬间从电源运动到用电器。

2．关于电流的概念，下列说法中正确的是( ) A．导体中有电荷运动就形成电流

B．电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向运动的方向

C．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 D．对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零

解析：导体中有大量的自由电子，总在不停地做无规则运动，没有定向运动，在一段时间t内，通过导体某一截面的电荷是双向的，其数值又是相等的，电流为零，故A错；电流是一个标量，因为其运算不符合矢量运算法则。为了便于研究电流，人们规定正电荷定向运动的方向为电流的正方向，以区别于负电荷的定向运动，故B错；在国际单位制中，共有七个基本量，电流是其中之一，故C正确；对于导体，其两端电势差为零时，导体内无电场，电子不能定向运动，故电流为零，D正确。

答案：CD

对电流的理解及计算 [例1] 某电解池中，若在2 s内各有1.0×10个二价正离子和2.0×10个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是( )

A．0 C．1.6 A

B．0.8 A D．3.2 A

1919