S《DZD》高中物理选修31鲁科版第3章 恒定电流.docx
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S《DZD》高中物理选修31鲁科版第3章恒定电流
1.电流:
单位时间内通过导体横截面的电荷量,公式为I=Q/t;
2.电流分和两种,电流方向不随时间变化的叫做,电流方向随时间变化的叫。
知识点一:
电流的产生条件
1.必须具有能够自由移动的电荷(金属中只有负电荷移动,电解液中为正负离子同时移动)。
2.导体两端存在电压差(要使闭合回路中有持续电流,要有电源)。
3.电路必须为通路。
【典例1】金属导体满足下面哪一个条件时,就产生恒定电流()
A.有可以自由移动的电荷
B.把导体放在匀强电场中
C.让导体某一端连接电源正极即能产生电流
D.导体两端加有恒定的电压
【典例2】关于电流,下列叙述正确的是()
A.只要将导体置于电场中,导体中就有持续电流
B.电源的作用可以使电路中有持续电流
C.导体中没有电流时,就说明导体内部的电荷没有移动
D.恒定电流是由恒定电场产生的
【典例3】以下说法正确的有()
A.只要有可以移动的电荷,就存在着持续电流
B.只要导体两端没有电压,就不能形成电流
C.只要导体中无电流,其内部自由电荷就停止运动
D.金属导体内持续电流是自由电子在导体两端的持续电压形成的
知识点二:
速度问题
【典例1】下列说法中正确的是()
A.导线内自由电子的定向移动速率等于电流的传导速率
B.电子运动的速率越大,电流越大
C.导体内有V定向 D.在金属导体内当自由电子定向移动时,它们的热运动就消失了 【典例2】下列说法中正确的是( ) A.只要物体内有自由电荷,就会有电荷的热运动,就会形成电流 B.电荷的定向移动速率远小于热运动速率,所以电流大小主要由热运动速率决定 C.每当接通电路时,电路中各处几乎同时有了电流,说明电荷定向移动速率非常大 D.电荷在外电场的电场力作用下定向移动时,就形成了电流 知识点三: 电流的方向 1.物理上规定电流的方向是正电荷定向移动的方向。 2.电荷指的是自由电荷,在金属导体中的电子是自由电子,在酸,碱,盐的水溶液中是正,负离子。 3.在电源外部电流沿着正电荷移动的方向流动,在电源内部由负极流回正极。 【典例1】历史上规定________是电流的方向;在电源以外的电路中,电流从 流向 。 【典例2】关于电流的方向,下列说法正确的是( ) A.电荷定向移动的方向为电流方向 B.因为电流有方向,所以电流是矢量 C.在电源外部电路中,电流的方向是从电源的正极流向负极 D.在电路中电荷的定向移动方向总是沿着高电势到低电势的方向 【典例3】将已充电的电容器两极板用导线连接起来,导线中有瞬间的放电电流,电流的方向是() A.从电容器的正极板经电容器指向负极板 B.从电容器的负极板经电容器指向正极板 C.从电容器的正极板经导线指向负极板 D.从电容器的负极板经导线指向正极板 知识点四: 电流的大小----基础题+中等题(定义式+决定式) 1.电流的定义式I=q/t *注意: 计算电流时,要注意形成电流的电荷种类,是只有正电荷或负电荷,还是正、负电荷同时存在;若是前者q为电荷量的绝对值,若是后者q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和. 2.电流的决定式I=U/R 【典例1】如图所示,由实验测得在5s的时间内,从左往右穿过截面S的正电荷为2C,从右往左穿过截面S的电荷量为2C(负电荷),那么,电解液中的电流为______A.如果加在电解液两端的电压为10V,那么电解液的电阻为______Ω. 【典例2】在10s内通过电解槽某一横截面向右迁移的正离子所带的电量为2C,向左迁移的负离子所带电量为3C,那么电解槽中电流强度大小为多少? 【典例3】某电解池中,若在2s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面,那么通过这个截面的电流是() A.0B.0.8AC.1.6AD.3.2A 【典例4】在3秒钟时间内,通过某导体横截面的电荷量为4.8C,试计算导体中的电流大小 【典例5】一台半导体收音机,电池供电的电流是8mA,也就是说() A.1h电池供给8C的电量B.1000s电池供给8C的电量 C.1s电池供给8C的电量D.1min电池供给8C的电量 【典例6】在示波管中,电子枪2s发射了6×1013个电子,则示波管 中电流的大小为() A.4.8×10-6AB.3×10-13AC.9.6×10-16AD.3×10-6A 【典例7】闪电是大气中的放电现象,当云层间的电势差达到一定程度时,即发生剧烈放电现象.若某次放电的电流平均为2×104A,持续时间约为0.2s.那么,该次闪电释放的电量大约为多少? 【典例8】非洲电鳐的捕猎方式是放电电死猎物,它放电的电压可达100V,电流50A,每秒钟放电150次,其放电情况可近似看做以图中规律放电.则放电1秒钟非洲电鳐放出的电量为() A.25CB.50CC.150CD.250C 【典例9】北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道,当环中的电流为10mA时,若电子的速率为十分之一光速,则在整个环中运行的电子数目为( ) A.5.0×1011 B.5.0×1019C.1.0×1013D.1.0×103 【典例10】李老师刚买了一个手机,该手机电池的额定容量为1200mAh,额定电压为3.7V.用了一段时间后,他发现手机的待机时间为10天.请你分析一下,该手机待机状态下的电流是多大? 【典例11】半径为R的橡胶圆环均匀带正电,总电荷量为Q,现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动,则由环转动产生的等效电流大小为( ) A.QB. C. D. 知识点四: 电流的大小----中等题+提高题(微观表达) 如图所示,设导体的横截面积为S,通有电流I.导线每单位体积中有n个自由电子,每个自由电子的电荷量是e,自由电子定向移动的平均速率是v,试导出I与这些量之间的关系. 【解析】在时间Δt内通过导线横截面的电子总数为: N=nV体积=nvΔtS,对应的总电荷量为: Q=nvΔtSe. 根据电流的定义式得I= =neSv. 【典例1】如图所示,一根截面积为S的均匀长直橡胶棒上带有均匀负电荷,每米长度所带电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为( ) A.vqB. C.qvSD. 【典例2】如图所示,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匀速直线运动时,棒运动形成的等效电流为I,则棒的运动速度为() 【典例3】通过一根金属导线的电流为16mA,则10s内通过这根导线横截面的自由电子数为( ) A.1.0×1017B.1.0×1018C.1.0×1019D.1.0×1020 【典例4】如图所示,取一段粗细均匀的导体,两端加一定的电压,设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v.设想在导体中取两个横截面A和B,横截面积为S,导体中每单位体积中的自由电荷数为n,每个自由电荷带的电荷量为q,则电流I为多少? 【典例5】设横截面积为1.0mm2铜导线中通过1.0A电流.铜在单位体积中的自由电子数为8.5×1028m-3,电子的电荷量为1.6×10-19C,试计算这时自由电子定向移动的速率为多大. 【典例6】将一根电阻为R的金属丝接到电压为U的恒压源两端时,其内部自由电子定向移动的速率是V1,如果将金属丝对折后,还接到该电源的两端,其内部自由电荷定向移动的速率是V2则() A.V1=V2/2 B.V1=V2 C.V1=2V2 D.V1=4V2 【典例7】一根导线,分别通以不同电流,并保持温度不变,当电流较大时,以下说法正确的是( ) A.单位体积内自由电子数较多B.自由电子定向移动的速率较大 C.自由电子的热运动速率较大D.电流的传导速度较大 【典例8】铜的相对原子质量为m,密度为ρ,每摩尔铜原子有n个自由电子,今有一根横截面积为S的铜导线,当通过的电流为I时,电子平均定向移动的速率为() A.光速cB.I/neSC.ρI/neSmD.mI/neSρ 【典例9】有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的2倍,而乙单位时间内通过导体横截面的电荷量是甲的2倍,以下说法中正确的是 A.甲、乙两导体的电流相同 B.乙导体的电流是甲导体的2倍 C.乙导体中自由电荷定向移动的速度是甲导体的2倍 D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速度大小相等 【典例10】原子中的电子绕原子核的运动可等效为环形电流.设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上绕核运动,电子的电荷量为e,等效电流有多大? 【典例11】在显像管的电子枪中,从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场,设其初速度为零,经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束.已知电子的电量为e、质量为m,则在刚射出加速电场时,一小段长为ΔL的电子束内的电子个数是( ) A. B. C. D. 知识点五: 电流的综合 【典例1】关于电流强度,下列说法中正确的是( ) A.根据I=q/t,可知q一定与t成正比 B.因为电流有方向,所以电流强度是矢量 C.如果在相等时间内,通过导体横截面的电量相等,则导体中的电流一定是恒定电流 D.电流强度的单位“安培”是国际单位制中的基本单位 【典例2】关于电流,下列说法中正确的是() A.通过导体截面的电荷量越多,电流越大 B.电子运动速率越大,电流越大 C.单位时间内通过导体截面的电荷量越多,导体中的电流越大 D.电流是矢量,因为电流有方向 【典例3】下列说法中正确的是() A.通电导线中的自由电子定向移动的速率等于电流传导速率 B.通电导线中电流传导速率与电场传播速度相等,为3×108m/s C.金属导线中电子运动速率越大,导线中的电流就越大 D.金属导线中电量越大,导线中电流就越大 【典例4】关于电流,下列说法中正确的是( ) A.导体中无电流的原因是其内部自由电荷停止了运动 B.同种材料制成的两个金属导体都通电,则电流大的那个导体内自由电荷定向运动速率大 C.由于电荷做无规则热运动的速率比电荷定向移动速率大得多,故电荷无规则热运动形成的电流也就大得多 D.电荷做无规则热运动不形成电流 【典例5】在物理学中,我们常用比值定义物理量。 用比值定义的物理量,反映的是物质或运动的某一属性,与定义式中的各物理量无关,例如电阻R=U/I。 请你再写出四个用比值法定义的物理量: ________、________、________、_______。 【典例6】截面直径为d、长为l的导线,两端电压为U,当这三个量中一个改变时,对自由电子定向运动的平均速率的影响是() A.电压U加倍时,自由电子定向运动的平均速率不变 B.导线长度l加倍时,自由电子定向运动的平均速率不变 C.导线截面的直径加倍时,自由电子定向运动的平均速率不变 D.导线截面的直径加倍时,自由电子定向运动的平均速率加倍 【典例7】夏季某日,某地区距地面一定高度的空中有两块相距3km的足够大的云团,受湿气流影响,两块云团正在以5m/s的相对速度靠近,不断与空气摩擦带电.设两云团之间的电势差保持3×109V不变,已知空气电离的电场强度(即发生放电时的电场强度)为3×106V/m,云团间的电场可视为匀强电场,则大约经过______s将会发生放电现象;在这次放电中,若从一块云团移到另一块云团的电荷量为500C,闪电历时0.01s,则此过程中的平均电流为______A. 【典例8】如图是静电除尘器示意图,A接高压电源正极,B接高压电源负极,B的附近有很强的电场.空气被电离为电子和正离子,电子奔向正极A的过程中遇到有烟气的煤粉,使煤粉带负电并吸附到正极A上,排出的烟就清洁了.已知每千克煤粉会吸附电子的物质的量为n,每昼夜能除尘质量为m,计算高压电源的电流强度I(电子电量设为e,阿伏加德罗常数为NA,一昼夜时间为t). 【典例9】如图所示,电解池内有一价的电解液,ts内通过溶液内截面S的正离子数是n1,负离子数是n2,设元电荷为e,以下解释中正确的是() A.正离子定向移动形成电流的方向从A→B,负离子定向移动形成电流的方向从B→A B.溶液内正负离子沿相反方向移动,电流抵消 C.溶液内电流方向从A→B,电流I=n1e/t D.溶液内电流方向从A→B,电流I=(n1+n2)e/t 【典例10】来自质子源的质子(初速度为零),经一加速电压为800kV的直线加速器加速,形成电流强度为1mA的细柱形质子流.已知质子电荷为e=1.60×10-19C,这束质子流每秒钟打到靶上的质子数为多少? 假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的,在质子束中与质子源相距l和4l的两处,各取一段极短的相等长度的质子流,其中的质子数分别为n1和n2,那么 为多少? 1.电阻定律: 导体的电阻R跟它的成正比,跟它的 成反比,还跟导体的材料有关系。 公式为R=ρL/S. 2.电阻的式: R=U/I;电阻的决定式: R=ρL/S 知识点一: 电阻定律----电阻率 【典例1】关于电阻率的说法正确的是( ) A.电阻率与导体的长度有关B.电阻率与导体的材料有关 C.电阻率与导体的形状有关D.电阻率与导体的横截面积有关 【典例2】下列关于电阻率的叙述,错误的是( ) A.当温度极低时,超导材料的电阻率会突然减小到零 B.常用的导线是用电阻率较小的铝、铜材料做成的 C.材料的电阻率取决于导体的电阻、横截面积和长度 D.金属材料的电阻率随温度变化而变化 【典例3】关于电阻率,下列说法正确的是() A.电阻率是表征材料导电性能好坏的物理量,电阻率越大,其导电性能越好 B.各种材料的电阻率都与温度有关,金属的电阻率随温度升高而增大 C.所谓超导体,当其温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时,它的电阻率突然变为零 D.某些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,通常都用它制作标准电阻 【典例4】有长度相同、质量相同、材料不同的金属导线A、B各一根.已知A的密度比B的大,A的电阻率比B的小.则A、B两根导线的电阻为( ) A.RA>RBB.RA 【典例5】如果金属导体在通电后温度升高,则在同一电压下,把温度升高前、后通过导体的电流相比较,则() A.升温前电流大B.升温后电流大 C.不变D.无法确定 【典例6】一只“220V100W”的灯泡工作电阻为484Ω,拿一只这种灯泡,来测量它不工作时的电阻应是() A.等于484ΩB.大于484ΩC.小于484ΩD.无法确定 【典例7】图(a)、(b)、(c)表示三种导体元件的伏安特性曲线,关于这三种导体元件的描述,正确的是() A.图(a)中的元件可能是纯金属元件,电阻率不随温度发生变化 B.图(b)中的元件可能是半导体元件,电阻率随温度的升高而减小 C.图(c)中的元件可能是绝缘体,电阻率随温度的升高而减小 D.以上判断均不正确 【典例8】金属铂的电阻值对温度的高低非常“敏感”,所以可以利用铂的电阻随温度变化的性质制成铂电阻温度计,如图所示的I-U图象中能表示金属铂的电阻情况的图象是() 知识点一: 电阻定律----导体长、横截面积 【典例1】如图所示为滑动变阻器示意图,下列说法中正确的是( ) ①a和b串联接入电路中,P向右移动时电流增大 ②b和d串联接入电路中,P向右移动时电流增大 ③b和c串联接入电路中,P向右移动时电流增大 ④a和c串联接入电路中,P向右移动时电流增大 A.①②B.②③C.①③D.②④ 【典例2】将一根长为l,横截面积为S,电阻率为ρ的保险丝截成等长的两段,并把两段并起来作为一根使用,则它的电阻和电阻率分别为( ) A. 、ρB. 、 ρC. 、ρD. 、 ρ 【典例3】一根粗细均匀的镍铬丝,横截面的直径是d,电阻是R.把它拉成直径为 的均匀细丝后,它的电阻变成(设温度不变)( ) A. R B.10000RC. RD.100R 【典例4】我们可以设想做这样一个实验: 把一段电阻是R、粗细均匀的导体拉长到原长的2倍,只要此时导体的电阻变为多大,即可验证电阻定律的正确性() A.8R B.4R C.2R D.R/2 【典例5】把电阻是1Ω的一根金属丝截成等长的十段,把这十段金属丝并联起来,这样并联的一组金属丝的总电阻是多少? 【典例6】一根阻值为R的均匀电阻丝长为l,横截面积为S,设温度不变,在下列哪些情况下其电阻值仍为R( ) A.当l不变,S增大一倍时B.当S不变,l增大一倍时 C.当l、S都缩为原来的一半时D.当l和横截面的半径都增大一倍时 【典例7】一个内阻可忽略的电池,对一个装满水银的U型玻璃管A中的水银供电,电流强度为0.1A.若把全部水银倒在另一个内径大一倍的U型管B中,那么该电池对B内水银供电时,电流强度为 A.0.4A B.0.8A C.1.6A D.3.2A 【典例8】如图所示,分别把一个长方体铜柱的ab端、cd端、ef端接入电路时,计算接入电路中的电阻各是多大.(设电阻率为ρ铜) 【典例9】如图所示,R1和R2是材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体,但R2的尺寸比R1小得多,通过两导体的电流方向如图所示,这两个导体的电阻大小关系是( ) A.R1>R2B.R1 【典例10】如图所示,一平行六面体的均匀金属砖,长、宽、高之比为c∶d∶h=6∶3∶2.若按AB方向接入电路,其电阻为R,则按CD方向接入电路时,其电阻为______. 【典例11】如图,一段长为a,宽为b,高为c(a>b>c)的导体,将其中的两个对立面接入电路中时,最大的电阻为R,则最小的电阻为() A.c2R/a2 B.c2R/abC.a2R/bc D.R 知识点二: 电阻的综合计算 电阻的计算方式比较多,如: 1.R=ρL/S; 2.R=U/I; 3.电阻的串联、并联计算式 【典例1】从欧姆定律I=U/R,可得出() A.由R=U/I可知,导体的电阻跟导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比 B.由I=U/R可知,通过导体的电流强度跟导体两端的电压成正比,跟它的电阻成反比 C.导体的电阻率由导体本身的物理条件决定,任何物理变化都不能改变导体的电阻率 D.欧姆定律I=U/R,不仅适用于金属导体的导电情况,对于别的电路也适用. 【典例2】R= 的物理意义是( ) ①导体的电阻与电压成正比,与电流成反比 ②导体的电阻越大,则电流越大 ③加在导体两端的电压越大,则电流越大 ④导体的电阻等于导体两端的电压与通过导体电流的比值 A.①②B.②③C.①③D.③④ 【典例3】关于电阻的计算式R=U/I和决定式R=ρ ,下列说法中正确的是( ) A.导体的电阻与其两端电压成正比,与通过它的电流成反比 B.导体的电阻仅与导体的长度、横截面积和材料有关 C.导体的电阻不随工作温度的变化而变化 D.对一段确定的导体来说,在恒温下比值U/I是恒定的,导体电阻不随U或I的变化而变化 【典例4】一卷铝导线,横截面积为1mm2,当这卷导线两端电压为58V时,流过导线的电流为2A,这卷导线多长? 【典例5】一根粗细均匀的导线,当其两端电压为U时,通过的电流是I,若将此导线均匀拉长到原来的2倍时,电流仍为I,导线两端所加的电压变为( ) A.U/2B.UC.2UD.4U 【典例6】有两根材料相同的导线,质量之比为2∶1,长度之比为1∶2,加上相同电压后,通过的电流之比为( ) A.8∶1B.4∶1C.1∶1D.1∶4 【典例7】有Ⅰ、Ⅱ两根不同材料的电阻丝,长度之比为l1∶l2=1∶5,横截面积之比为S1∶S2=2∶3,电阻之比为R1∶R2=2∶5,外加电压之比为U1∶U2=1∶2,则它们的电阻率之比为( ) A.2∶3B.4∶3C.3∶4D.8∶3 【典例8】A、B两地相距40km,从A到B两条输电线的总电阻为800Ω.若A、B之间的某处E两条线路发生短路.为查明短路地点,在A处接上电源,接在A处的电压表示数为10V,电流表示数为40mA.求短路处距A处多远. 【典例9】有一电缆长50km,某处因电缆外表绝缘皮损坏而漏电,此处相当于接一个漏电电阻R0,如图所示.现用下述方法测出漏电位置: 在电缆的A端两输电线间加电压U1=200V.在另一端B处用一理想电压表测得两端电压UBB’=40V.若改在B端加电压U2=380V,在A端用理想电压表测得两端电压为40V,即UAA’=40V,求漏电处距A端多远? 【典例10】神经系统中,把神经纤维分为有髓鞘与无髓鞘两大类.现代生物学认为,髓鞘是由多层(几十到几百层不等)类脂物质——髓质累积而成的,髓具有很大的电阻,已知蛙有髓鞘神经,髓鞘的厚度只有2μm左右,而它在每平方厘米的面积上产生的电阻却高达1.6×105Ω.若不计髓质片层间的接触电阻,计算髓质的电阻率.若有一圆柱体是由髓质制成的,该圆柱体的体积为32πcm3,当在其两底面上加上1000V的电压时,通过该圆柱体的电流为10πμA,求此圆柱体的圆面半径和高. 【典例11】如图所示,厚度均匀的铝板宽7.5cm,电阻率为2.9×10-8Ω·m,当板上流过2A电流时,沿电流方向相距7.5cm的PQ间电压为1.0×10-4V。 求铝板的厚度。 【典例12】如图所示,现有半球形导体材料,接成两种形式,则两种接法的电阻值之比为________. 【典例13】两根材料相同的均匀导线x和y,x的长度为L,y的长度为2L,串联在电路中,沿电流方向电势随长度的变化如图所示,则x、y横截面积之比为() A.2∶3B.1∶4C.1∶2D.3∶1 【典例14】在横截面积为S、粗细均匀的铜导体中流过恒定电流I,铜的电阻率为ρ,电子电量为e,则电子在铜导体中运动时受到电场的作用力为() A.0B.Iρe/SC.IS/(ρe)D.Ie/(ρS) 【典例15】甲、乙两根保险丝由同种材料制成,直径分别是d1=0.5mm和d2=1mm,熔断电流分别为2.0A和6.0A,把以上两根保险丝各取等长一段并联后再接入电路中,允许通过的最大电流是() A.6.0AB.7.5AC.10.0AD.8.0A 知识点三: 实验一---测定金属电阻率 【实验目的】 1.掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法. 2.进一步熟练电流表、电压表的使用及伏安法测电阻. 3.测定金属的电阻率. 【实验原理】 1.把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的 电阻R(R=U/I).电路原理如图所示. 2.用米尺量得金属丝的长度l,用螺旋测微器量 得金属丝的直径,算出横截面积S. 3.利用电阻定律R=ρl/S,得出金属丝电阻率的公式ρ=RS/l. (一)伏安法测电阻 电流表接法 内接法 外接法 电路 误差分析 电压表示数UV=UR+UA>UR 电流表示数
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- DZD SDZD高中物理选修31鲁科版第3章 恒定电流 高中物理 选修 31 鲁科版第 恒定 电流