3.2研究電流、電壓和電阻學 習 目 標知 識 脈 絡1.知道電流的定義及形成電流的微觀機理，掌握定義式I和決定式Inqv S(重點)2理解電壓就是沿電流方向的電勢降落(難點)3知道電阻形成原理及電阻與溫度的關系.電 流電 壓電 阻1電流(1)定義：物理學中把流過導體某一橫截面的電荷量Q跟所用時間t的比值I叫做電流(2)定義式：I.(3)單位：安培常用單位還有毫安和微安；換算關系：1 A103mA106A.(4)電流的方向：電流的方向規定為正電荷定向移動的方向(5)物理意義：反映電流強弱的物理量2電流的形成(1)電源在導體中產生電場，導體中的自由電子在電場力的作用下，發生定向移動，形成電流(2)導體電流的微觀表達式InqvS.3電壓(1)沿電流方向上的任意兩點間都有電勢差，這就是電路中的電壓(2)電路中沿電流方向的電勢是逐漸降低的4電阻(1)金屬導體中的自由電子，在電場力作用下做定向運動的過程中，自由電子與晶體點陣上的原子實碰撞形成對電子定向運動的阻礙作用，是“電阻”產生的原因(2)純金屬電阻的阻值與溫度間的關系：RR0(1t)，式中R表示金屬在t 時的電阻，R0表示金屬在0 時的電阻值，叫做電阻的溫度系數1在電路中沿著電流的方向電勢逐漸升高()2電流越大，單位時間內通過導體橫截面的電荷量就越多. ()3自由電子與原子實的碰撞是產生電阻的根本原因()(1)假設電源兩極的電壓為1.5 V，若選擇電源的正極為零電勢點，那么它的負極電勢是多少？【提示】1.5 V.(2)電阻元件在通電時發熱的原因是什么？【提示】電阻元件通電時，自由電子不斷地與晶體點陣上的原子實碰撞，將它的一部分動能傳遞給原子實，使原子實的熱振動加劇，導體的溫度就升高了如圖321所示，把電源用導線連接在插入食鹽水中的兩個金屬電極上，電路中形成電流圖321探討1：鹽水中的電流和金屬導線中的電流形成機制有什么不同？【提示】鹽水中的電流是Cl離子和Na離子同時反向定向移動形成的，金屬導線中的電流是自由電子定向移動形成的探討2：鹽水中的電流沿什么方向？【提示】左探討3：假設t s內有N個Cl和N個Na通過圖中虛面，則電路中的電流多大？【提示】I.1理解電流概念需注意的幾個要點(1)公式I中，q是通過導體橫截面的電荷量，而不是通過導體單位橫截面積的電荷量(2)當導體中有正、負電荷同時向相反方向定向移動形成電流時，公式中的q應為通過導體橫截面的正、負兩種電荷電荷量的絕對值之和(3)橫截面的選取是任意的，電流的大小與橫截面無關(4)電流的方向規定為正電荷定向移動的方向，它與負電荷定向移動的方向相反在電源外部的電路中，電流的方向是從電源的正極流向負極；在電源的內部，電流是從電源的負極流向正極電流雖然有大小和方向，但電流是標量，而不是矢量因此電流的合成不遵循平行四邊形定則2電流的微觀表達式InqSv(1)建立模型圖322如圖322所示，AB表示粗細均勻的一段導體，兩端加一定的電壓，導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率為v.設導體的長度為L，橫截面積為S，導體單位體積內的自由電荷數為n，每個自由電荷的電荷量為q.(2)理論推導導體AB中的自由電荷總數NnLS總電荷量QNqnLSq所有這些電荷都通過導體橫截面所需要的時間t根據公式I知，導體AB中的電流InqSv.(3)結論由此可見，從微觀上看，電流決定于導體中單位體積內的自由電荷數、自由電荷的電荷量、自由電荷定向移動的速率以及導體的橫截面積3三種速率的區別電子定向移動的速率電子熱運動的速率電流傳導的速率物理意義電流是由電荷的定向移動形成的，電流IneSv，其中v就是電子定向移動的速率，一般為105 m/s的數量級構成導體的電子在不停地做無規則熱運動，由于熱運動向各個方向運動的機會相等，故不能形成電流，常溫下電子熱運動的速率數量級為105 m/s等于光速，閉合開關的瞬間，電路中各處以光速c建立恒定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向移動，整個電路也幾乎同時形成了電流大小105 m/s105 m/s3108 m/s1(多選)半徑為R的橡膠圓環均勻帶正電，總電荷量為Q，現使圓環繞中心軸線以角速度勻速轉動，則由環產生的等效電流應有()A若不變而使電荷量Q變為原來的2倍，則電流也將變為原來的2倍B若電荷量不變而使變為原來的2倍，則電流也將變為原來的2倍C若使、Q不變，則橡膠環拉伸，使環半徑增大，電流將變大D若使、Q不變，將橡膠環拉伸，使環半徑增大，電流將變小【解析】正電荷Q均勻分布在橡膠環上，當環轉動時，在環上任取一截面，則一個周期T內穿過此截面的電荷量為Q，由電流的定義式I及T得，環中等效電流為I，故選A、B.【答案】AB2示波管中，2 s內有61013個電子通過橫截面大小不知的電子槍，則示波管中電流大小為()A4.8106 AB31013 AC9.6106 AD無法確定【解析】由電流的定義得I A4.8106 A，A正確，B、C、D錯誤【答案】A3導體中電流I的表達式InqSv，其中S為導體的橫截面積，n為導體每單位體積內的自由電荷數，q為每個自由電荷所帶的電荷量，v是()A導體運動的速率B導體傳導的速率C電子熱運動的速率D自由電荷定向移動的速率【解析】從微觀上看，電流決定于導體中單位體積內的自由電荷數、每個自由電荷的電荷量、定向移動速率，還與導體的橫截面積有關，故選D.公式InqSv中的v就是自由電荷定向移動的速率【答案】D4如圖323所示，一根截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻帶有負電荷，每米電荷量為q，當此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運動時，由于橡膠棒運動而形成的等效電流大小為() 【導學號：29682017】圖323AvqB.CqvS D.【解析】設在t時間內通過截面的電荷量為Q，則Qvtq，所以Ivq，應選A.【答案】A5如圖324所示的電解槽中，如果在4 s內各有8 C的正、負電荷通過面積為0.8 m2的橫截面AB，那么：圖324(1)正、負離子定向移動的方向如何？(2)電解槽中的電流方向如何？(3)4 s內通過橫截面AB的電量為多少？(4)電解槽中的電流為多大？【解析】(1)電源與電解槽中的兩極相連后，左側電極電勢高于右側電極，電極之間電場方向由左指向右，故正離子向右移動，負離子向左移動(2)電解槽中的電流方向向右(3)8 C的正電荷向右通過橫截面AB，而8 C的負電荷向左通過該橫截面，相當于又有8 C正電荷向右通過橫截面，故4 s內通過橫截面AB的電量為16 C.(4)電流強度大小I A4 A.【答案】(1)正離子向右移動負離子向左移動(2)向右(3)16 C(4)4 A計算電流大小的三種方法1金屬導體中電流的計算金屬導體中的自由電荷只有自由電子，運用I計算時，q是某一時間內通過金屬導體橫截面的電子的電荷量2電解液中電流的計算電解液中的自由電