第3章 恒定电流 第1节 电流 [教材链接] 1.定向 2.(1)自由电荷 (2)电压 3.(1)电场 3×108 3×108 105 10-5 例1 D [解析] 电路接通后,瞬间产生电场,电子在电场力的作用下定向移动形成电流,不是电子经过一个极短的时间就能到达用电器,故A错误;电荷的定向移动形成电流,可以是正电荷也可以是负电荷,故B错误;电流虽然有大小有方向,但是一个标量,故C错误;通常情况下空气是一种绝缘体,当空气发生电离时,也可以导电,故D正确. 变式1 D [解析] 如果导体内没有电流,说明导体内部没有定向移动的电荷,但是导体内仍存在做无规则运动的电荷,故A错误;要使电流持续存在,需要导体内部有可以自由移动的电荷,并且在导体两端存在电压,故B错误;只有电荷的定向移动才能形成电流,如果是电荷做无规则的运动,则无法形成电流,故C错误;金属导体内的持续的电流是自由电子在导体内的电场力作用下运动形成的,故D正确. [教材链接] 1.(1)正电荷 2.(1)电荷量 (2) (3)安培 103 106 [物理观念] 电流的定义式I=不能理解为I与q成正比,与t成反比.I=既适用于金属导体导电,也适用于电解液导电,但电解液导电时,q应为在同一时间t内通过同一横截面的正、负离子所带电荷量的绝对值之和.尽管电流有方向,但它是标量,其运算不遵循平行四边形定则. 例2 B [解析] 因为不知道通电时间,所以不能比较通过导体横截面的电荷量多少,故A错误;根据定义式I=可知,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,故B正确;根据定义式I=可知,通电时间长,电流不一定大,故C错误;公式I=是电流的定义式,导体中的电流与通过导体横截面的电荷量无关,与通电时间无关,故D错误. 例3 A [解析] 电学中规定,电流的方向为正电荷定向移动的方向,所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同,即由A指向B;每个离子的电荷量大小均为q=1.6×10-19 C,该水溶液导电时负电荷由B向A定向移动,所以,一定时间内通过横截面的电荷量应该是正、负两种离子电荷量的绝对值之和,即q=+=1.0×1018×1.6×10-19 C+1.0×1018×1.6×10-19 C=0.32 C,再利用电流公式得I==0.16 A,故选A. [模型建构] 推导:AD导体中的自由电荷总数N=nlS,总电荷量q=Ne=nlSe,所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间t=,根据公式q=It可得,导体AD中的电流I===neSv.I=neSv是由I=推导而来的,它从微观的角度阐明了决定电流强弱的因素,同时也说明了电流I既不与电荷量q成正比,也不与时间t成反比. 结论:由此可见,从微观上看,电流的大小取决于导体中单位体积内的自由电荷数目、每个自由电荷所带的电荷量、自由电荷定向移动速率的大小和导体的横截面积. 例4 AC [解析] 由I=可得,在Δt时间内通过铜导线横截面的电荷量q=IΔt,所以在这段时间内通过的自由电子数为N==,所以C正确,D错误;由于自由电子定向移动的速率是v,所以在时间Δt内,位于横截面积为S、长为l=vΔt的这段铜导线内的自由电子都能通过横截面,这段铜导线的体积V=Sl=SvΔt,所以Δt时间内通过横截面的自由电子数为N=nV=nvSΔt,A正确,B错误. 变式2 C [解析] 导线中自由电子定向移动的速率为v,导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t.则导线的长度为L=vt,体积为V=SL=Svt,质量为m=ρvtS,这段导线中自由电子的数目为n=NA=NA.在t时间内这些电子都能通过下一截面,则电流为I==,代入解得,I=,故选项C正确. 素养提升 示例 A [解析] 5×1011个电子的总电荷量为q=5×1011×1.6×10-19 C=8×10-8 C,电子运动的周期为T== s=8×10-6 s,则环中电流为I== A=10 mA,故A正确. 变式3 AB [解析] 截取圆环的任一横截面S,在橡胶圆环转动一周的时间T内,通过这个截面的电荷量为Q,则有I==,又T=,所以I=,可知电流的大小只与Q和ω有关,选项A、B正确,C、D错误. 随堂巩固 1.CD [解析] 电 ... ...
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